第十章 ip路由
    学习目标：
    1、 了解IP路由的基本概念
    2、 熟悉路由器的原理，以及路由器的核心-路由表。
    3、 熟悉路由表建立的方式。
    
    本章重点：
    l 什么是IP路由
    l IP路由的过程
    l 路由表
    l Windows 98路由表
    l 静态与动态路由
    l 
    本章难点：
    l IP路由的过程
    l 路由表
    讲授方式：
    l 面授,实验
    实验内容：实训五
    课时分配： 4 2
    思考题：习题集十
    讲授内容：
    
    IP最主要的功能便是负责在互联网上传递IP信息包。为了达成传递信息包的目的，IP必须涵盖以下两类规格：
    >  静态规格：包含IP信息包的格式、IP地址的规划等。
    >  动态规格：包含IP信息包在网络之间传送的方式。这部分统称为IP路由(IP Routing)
    10-1 什么是IP路由
    在网络之间将IP信息包传送到目的节点的过程，即称为IP路由。
    几个重要概念：
    > 节点(Node)：使用TCP／IP协议组合的网络设备。
    >  主机(Host)：不具有路由功能的节点。一般配备网卡的个人计算机，都
    可视为主机。
    >  路由器(Router)：具有路由功能的节点。
    一、路由器的特性
    路由器作为IP信息包的转送设备，具有以下特性：
    >  具有两个(或以上)的网络接口，可连接多个网络，或是直接连接到其他路由器。所谓网络接口，泛指所有可连接网络的设备，例如：个人计算机上的网卡。
    >  至少能解读信息包在OSI模型第3层(网络层)的信息。这是因为路由器必须知道信息包的目的IP地址，才能执行进一步的路由工作。
    >  具有路由表(Routing Table)。路由表记载了有关路由的重要信息，路由器必须根据路由表，才能判断要将IP信息包转送到哪一个网络，为IP信息包选择最佳的路径。    ‘
    注意：一般个人计算机只要符合上述特性，亦可视为路由器。因此，一台插了两张网卡并安装合适软件的计算机，便可成为一部路由器。
    二、路由器最主要的功能就是转送IP信息包。为了能正确地转送IP信息包，路由器必须根据信息包的目的IP地址，为它选择一条最佳的路径。所谓的路径，主要是指下列两种信息：
    >  要经过路由器的哪个网络接口。
    >  要再送到另一部路由器或是直接送到目的节点。如果目的节点位于与路由器直接连接的网络上，则不必再转送给其他路由器，直接将IP信息包送至目的节点即可。
    以图10-2为例，假设现在A1主机要传送IP信息包给F1主机。
    
    图10-2 A1主机传送IP信息包给F1主机所经路径
    三、IP路由的过程
    假设A网络的A1主机，要传送IP信息包给F网络的F1主机。通过每部主机与路由器的操作，说明IP信息包在路由器之间转送的过程：
    Ø A1主机
    A1主机在送出IP信息包前，必须先执行以下操作：
    1．将IP信息包的目的地址与本身的路由表对比，判断F1所在的位置。
    2．若F1位于A1主机所在的局域网，A1首先利用ARP取得F1的MAC地址，然后直接将IP信息包传送给F1。
    3．若F1不在A1主机所在的局域网，则A1根据路由表，判断需将IP信息包送至哪部路由器。局域网通常只有一部路由器，即默认网关，以本例而言，即是R1路由器。A1决定将IP信息包送至R1后，先利用ARP取得R1连接A网络的网络接口MAC地址，然后直接将IP信息包传送给R1。
    Ø R1路由器
    R1路由器收到IP信息包时，会执行以下的操作：
    1．解读IP信息包报头的信息。若存活时间等于1，停止转送此IP信息包，并发出ICMP的错误信息给A1；若存活时间大于1，则将存活时间减1后，继续以下步骤。
    2．读取IP信息包的目的地址。根据IP信息包的目的地址，以及R1路由器本身所拥有的路由表，为IP信息包选择一条路径。
    3．若F1主机位于R1所连接的网络中(例如：A、B、C网络)，则直接以ARP取得F1的MAC地址，然后将IP信息包传送给F1。
    4．若F1主机位于远端的网络(未与R1连接的网络，例如：D、E、F网络)，则必须从路由表判断应该将IP信息包转送给哪一部路由器处理。以此例而言，便是将IP信息包转送至R2路由器。决定将信息包转送给R2路由器后，R1便利用ARp取得R2路由器连接B网络的网络接口MAC地址，然后直接将IP信息包传送给R2路由器.
    Ø R2路由器
    R2路由器收到IP信息包时，所执行的操作与R1路由器相似，以下仅扼要叙述：
    1．判断IP信息包报头的存活时间。
    2．读取IP信息包的目的地址，并判断最佳路径。
    3．将IP信息包转送至R3路由器。
    Ø R3路由器
    R3路由器收到IP信息包时，所执行的操作如下：
    1．判断IP信息包报头的存活时间。
    2．读取IP信息包的目的地址，并判断最佳路径。
    3．因为F1位于R3所连接的网络中(F网络)，因此R3直接以ARP取得F1的MAC地址，然后将IP信息包传送给Fl。
    四、直接与间接传递
    在整个IP路由过程中，IP信息包的传递大致可分为“直接”与“间接’’两种形式。
    1. 直接传递
    直接传递是指IP信息包由某一节点传送至同一网络内的另一节点。
    2. 间接传递
    间接传递是指IP信息包由某一节点传送至不同网络中的另一节点。间接传递必须先将IP信息包转送给适当的路由器。  ‘
    1 O．2路由表简介
    路由表是一个小型的数据库，其中的每一条路由记录，记载了通往每个节点
    或网络的路径。当路由器收到IP信息包时，必须根据IP信息包的目的地址，选择一条合适的路由记录，即转送此IP信息包的最佳路径，然后按路径所指定的网络接口，将IP信息包转送出去.
    一、路由表的字段
    路由表的字段会因制造厂商及规格而有差异，但基本上都会有以下字段：
    >  网络地址(Network Destination)   
    >  网络掩码(Netmask)
    >  接口(Interface)
    >   网关(Gateway)
    >  跃点数
    1、路由记录利用网络地址与网络掩码两个字段来代表目的地IP地址的范围，也就
    是用来定义目的网络。
    2、接口：记录路由器本身网络接口的IP地址。由于路由器具有多个网络接口，而每个网络接口都会对应一个IP地址，当路由器决定以某条路由记录来转送IP信息包时，便会将IP信息包从该记录指定的接口转送出去。
    
    3、网关：记录要将IP信息包转送至哪一部路由器。若目的网络己直接连接在此一路由器，代表毋须再将IP信息包转送给其他路由器，因此网关字段填入网络接口的IP地址即可。
    4、跃点数
    用来表示路径的跃点数。如果有两条路由记录的网络地址与网络掩码相同，则路由器会挑选跃点数最小的路径来使用。跃点数通常设为到达目的网络所需经过的跃距(Hop)数目。
    跃距数目：IP信息包从来源端传送到目的端，途中所经过的路由器数目.
    二、决定路径的步骤
    当路由器收到IP信息包时，会为它选择一条最佳路径，以下为路由器选择路径的步骤
    1．将IP信息包的目的IP地址与路由记录的网络掩码做位AND运算。
    2．将上述结果与路由记录的网络地址比较，若两者相同，代表适合用这条路由记录来转送此IP信息包。
    3．对每一条路由记录重复第1、2步骤，若找不到任何适用的记录，则使用默认路由，亦即将信息包转送给默认的路由器来处理。
    4．若有多条符合的记录，则从中找出网络掩码字段中最多1的记录。
    5．找出跃点数最小的记录。
    1 O-3 Windows 98路由表
    进入MS-DOS方式，输入route print命令，查看路由表。见书P174查看结果及说明。
    10-4静态与动态路由
    本节说明如何建立路由表。路由表的建立方式有以下两种：
    >静态方式(static)：由网管人员以手动的方式，将路由记录逐一加入路由表。
    >动态方式(Dynamic)：由路由协议自动建立、维护路由表，毋须人为输入。
    一、静态路由
    1、 适用于小型且稳定的网络环境。本节将示范如何在小型网络环境中使用静态路由。见书p176. 
    2、如何在路由表中新增路由记录？
    如果是硬件路由器例如思科(CiSCO)制造的路由器，通常可用TELNET连上路由器，然后以ip route命令来添加路由记录。
    如果是以个人计算机作为路由器以Windows 2000 Server为例，
    从命令提示字符执行route命令，则操作系统或软件会提供相关的工具程序。
    二、动态路由
    1、动态路由选择是根据拓扑结构、通信量的变化来改变其路由选择。这有时也称作自适应算法
    向量距离路由选择算法和链路状态路由选择算法都是常用的动态路由选择算法。
    目前在企业网络中，使用最普遍的动态路由协议是RIP(Routing Information
    Protocol，路由信息协议)。RIP所使用的路由算法是距离向量算法fDistance Vector
    Algorithm)。以下仅介绍向量距离算法。
    2、向量距离（V-D）算法
    （1）向量距离算法的两个基本要素
    在向量距离算法中有两个基本的要素：一个向量，另一个为距离。这两个要素构成了动态路由表的基本元素结构。
    向量是指源路由器去目的网络的路径。这里的路径是指源路由器去目的网络途径中，首先应把包传递给它的那个相邻路由器，至于相邻路由器为达到目的网络接着把包再传给下面哪一个路由器，源路由器是不关心的。一个路由器经与所有相邻路由器的层层连接，构成了去所有目的网络的路径拓扑构图。
    距离是向量距离算法选择最佳路径的一种度量规划，即度规（metrics）。可把源站到目的站中间经过的路由器数（下跳数hop）为最小作为度量最佳路径的唯一权值。
    事实上，距离也可以用延迟来作权度量，也可以由网络延迟，带宽，可靠性，负载等多种权值综合来决定。
    （2）向量距离算法的路由表的形成
    向量距离算法路由表的形成和刷新的基本思想是：路由器启动时，首先从其各端口获取所连网络的网络号信息而形成初始路由表，然后定期向相邻路由器广播路由消息。某路由器收到的相邻路由器发来的路由表信息中，如果有一部分是记录了经相邻路由器能到达的网络而该路由器路由表中没有，则增加之；如果有去某个目的网络更佳的路径，则修改之；如果原有经相邻路由器可以到达目的网络而现在因故相邻路由器不能到达，则该路由器的路由表也要作相应修改。
    RIP协议就是采用的向量距离算法，它每30秒向相邻路由器广播一次。
    （3）向量距离算法的基本特点
    向量距离算法要求网络中每台路由器都定期的将其路由表信息向其相邻的路由器广播。随着信息经层层相邻路由器涌动式的传播，每台路由器最终能获得到达网络中其他所有目标网络的信息，并计算出所有的相应距离。
    由于每次刷新发生在相邻路由器之间，而再通过相邻路由器层层涌动式传播，所以过程非常缓慢，在大型的互连网环境中容易发生远近路由器路由表中的路径不一致的问题，并且互连网规模越大，每台路由器再广播的路由表信息就越多，而其中许多信息与真正要刷新的内容无关，因此在环境剧烈变化的互连网中开销会更大。
    向量距离算法的优点是易于实现，但它不适应环境剧烈变化或大型的网际环境。