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《TCP/IP详解》学习笔记(五):IP选路、动态选路

静态 IP 选路


1一个简单的路由表


选路是 IP 层最重要的一个功能之一。前面的部分已经简单的讲过路由器是通过何种规则来根据 IP 数据包的 IP 地址来选择路由。 这里就不重复了。

首先来看看一个简单的系统路由表:

QQ20160321-0.png

对于一个给定的路由器,可以打印出五种不同的 flag:

  •  U 表明该路由可用。
  •  G 表明该路由是到一个网关。如果没有这个标志,说明和 Destination 是直连的,而相应的 Gateway 应该直接给出 Destination
  • 的地址。
  •  H 表明该路由是到一个主机,如果没有该标志,说明 Destination 是一个网络,换句话说 Destination 就应该写成一个网络号和
  • 子网号的组合,而不包括主机号(主机号码处为0),例如 192.168.11.0
  •  D 表明该路由是为重定向报文创建的
  •  M 该路由已经被重定向报文修改

U 没啥可说的,G 说明这是一个网关,如果你要发数据给 Destination,IP 头应该写 Destination 的 IP 地址,而数据链路层的 MAC地址就应该是 GateWay 的 Mac 地址了;反之,如果没有 G 标志,那么数据链路层和 IP 层的地址应该是对应的。H 说明了 Destination 的 性质,如果是 H 的,则说明该地址是一个完整的地址,既有网络号又有主机号,那么再匹配的时候就既要匹配网络号,又要匹配主 机号;反 之,Destination 就代表一个网络,在匹配的时候只要匹配一下网络号就可以了。

这样,IP 选路的方式就可以更加具体化了。如下:

  •  首先用IP地址来匹配那些带H标志的DestinationIP地址。
  •  如果1失败就匹配那些网络地址。
  •  如果2失败就发送到Default网关

顺便提一下那个 GenMask(还记得子网掩码么),它指定了目的地址的子网号,例如第一条的子网就是11。

2其他有关路由表的知识


一般,我们在配置好一个网络接口的时候,一个路由就被直接创建好了。当然我们也可以手动添加路由。用 route add 命令就可以了。而当一个 IP 包在某一个路由器的时候发现没有路由可走,那么该路由器就会给源主机发送“主机不可达”或者“网络不可达”的 ICMP包来报错。

注意,一般的操作系统默认是没有路由功能的,这需要自己配置。这些历史原因就不细说了。

3ICMP 的 IP 重定向报文和路由发现报文


当 IP 包在某一个地方转向的时候,都回给发送 IP 报的源主机一个 ICMP 重定向报文,而源主机就可以利用这个信息来更新自己的路由表,这样,随着网络通信的逐渐增多,路由表也就越来越完备,数据转发的速度也会越来越快。我们需要注意的是:

  •  重定向报文只能由路由器发出。
  •  重定向报文为主机所用,而不是为路由器所用。

在主机引导的时候,一般会发送在网内广播一个路由请求的 ICMP 报文,而多个路由器则会回应一个路由通告报文。而且,路由其本身不定期的在网络内发 布路由通告报文,这样,根据这些报文,每一个主机都会有机会建立自己的路由表而实现网络通信。路由 器在一份通告报文中可以通告多个地址,并且给出每一个地 址的优先等级,这个优先等级是该 IP 作为默认路由的等级,至于怎么算 的就不深究了。

路由器一般会在450-600秒的时间间隔内发布一次通告,而一个给定的通告报文的寿命是30分钟。而主机在引导的时候会每三秒发 送一次请求报文,一旦接受到一个有效的通告报文,就停止发送请求报文。在 TCP/IP 详解编写的时候,只有 Solaris2.x 支持这两种报文,大多数系统还不支持这两种报文。(后面还会讲到一些有用的路由 报文)

动态选路协议


前面的选路方法叫做静态选路,简要地说就是在配置接口的时候,以默认的方式生成路由表项。并通过 route 来增加表项,或者 通过 ICMP 报文来更新表项(通常在默认方式出错的情况下)。 而如果上诉三种方法都不能满足,那么我们就使用动态选路。

动态选路协议是用于动态选路的重要组成部分,但是他们只是使用在路由器之间,相邻路由器之间互相通信。系统(路有选择程 序)选择比较合适的路有放到 核心路由表中,然后系统就可以根据这个核心路有表找到最合适的网路。也就是说,动态选路是在系统 核心网络外部进行的,它只是用一些选路的策略影响路由表, 而不会影响到最后通过路由表选择路由的那一部分。选路协议有一大类 常用的叫做内部网关协议(IGP),而在 IGP 中,RIP 就是其中最重要的协议。一种新 的 IGP 协议叫做开放最短路经优先(OSPF)协议,其意在取代 RIP。另一种最早用在网路骨干网上的 IGP 协议--HELLO,现在已经不用了。如今,任何支持动态选路的路由器都必须同时支持 OSPF 和 RIP,还可以选择性的支持其他的 IGP 协议。

1Unix 选路程序


Unix 系统上面通常都有路由守护程序--routed。还有一个叫做 gate。gate 所支持的协议要比 routed 多,routed 只是支持 RIPv1
版本。而 gate 则支持 RIPv1、v2,BGPv1 等等。

2RIP:选路信息协议


它的定义可以在 RFC1058内找到,这种协议使用 UDP 作为载体(也就是 UDP 的上层协议)。我们最关心的就是 RIP 其中的一个段,叫做度量的 段,这是一个以 hop 作为计数器(就是以走过多少路由为计数器)的段(IP 协议里面也有一个 TTL 不是么)。这个度 量段将最终影响到路由表的建立。

参考图:

QQ20160321-1.png

一般说来 routed 要承担如下的工作:

  •  给每一个已知的路由器发送 rip 请求报文,要求其他路由器给出完整的路由表。这种报文的命令字段为1,地址字段为0,度量 地段为16(相当于无穷大)。
  •  接受请求,如果接收到刚才的那个请求,就把自己的完整的路由表交给请求者。如果没有,就处理 IP 请求表项,把表项中自 己有的部分添上跳数,没有的部分添上16。然后发给请求者。
  •  接受回应。更新自己的路由表。使用 hop 数小的规则。
  •  定期更新路由表,一般是30s(真频繁)给相邻的路有启发一次自己的路由表。这种形式可以使广播形式的。

这个协议看起来会工作的很好,但是,这里面其实有很多隐藏的忧患,比如说 RIP 没有子网的概念,比如说环路的危险。而且 hop数的上限也限制了网络的大小。因此,出现了很多 RIPv1的替代品,比如说 RIPv2,比如说 OSPF。他们都是通过某种策略来影响路由表,所以就不说了。

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标签:TCPIP详解
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