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一、路由器基本工作過程

       在路由器中可以支持多種協(xié)議棧數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。路由器在OSI的參考模型中，是一個(gè)第3層的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備。路由器連接的體系結(jié)構(gòu)如圖6所示。每臺路由器可以有多個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)接口。

       IP網(wǎng)采用無連接方式傳送IP數(shù)據(jù)分組或稱數(shù)據(jù)包，每一分組包含源站和目的站的IP地址，可以獨(dú)立地在網(wǎng)上傳送。IP數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)是根據(jù)IP協(xié)議由路由器完成的。

圖6    路由器連接體系結(jié)構(gòu)

       路由器在接收到數(shù)據(jù)時(shí)，要對其傳輸路徑進(jìn)行選擇，則需要維護(hù)一個(gè)稱為“路由表”的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。概括地講，路由表就是包含若干條目，供路由器選路時(shí)查詢數(shù)據(jù)包傳輸路徑的表項(xiàng)。路由表中的一個(gè)條目至少要包含數(shù)據(jù)報(bào)的目的IP地址（通常是目的主機(jī)所在網(wǎng)絡(luò)的地址）、下一跳路由器（即從本路由器出發(fā)按所給路徑到給定目的地所要通過的下一個(gè)路由器）的地址和相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口等幾項(xiàng)內(nèi)容。當(dāng)數(shù)據(jù)包達(dá)到路由器后，路由器就根據(jù)數(shù)據(jù)包的目的地址查詢路由表中的相應(yīng)條目，并按照其中的指示把數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的方向。因此,路由表要能夠正確的反映實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這樣才能保證路由器做出的路徑選擇是正確的。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化的時(shí)候，路由表也應(yīng)該做相應(yīng)的變動，即路由器必須能生成路由表并在必要的時(shí)候更新路由表。 

       路由器的基本工作過程如下。

       圖7(a)是一個(gè)簡單路由IP網(wǎng)的例子。有4個(gè)A類網(wǎng)絡(luò)通過3個(gè)路由器連接在一起。每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上都可能有成千上萬個(gè)主機(jī)，可以想象，若按這些主機(jī)的完整IP地址來制作路由表，則這樣的路由表顯然過于復(fù)雜和龐大。若按主機(jī)所在的網(wǎng)絡(luò)號Net-id來制作路由表，那么每一個(gè)路由器中的路由表就只包含4個(gè)要査找的網(wǎng)絡(luò)，路由表大大簡化。路由器是根據(jù)路由表查找路由的，它根據(jù)目的站所在的網(wǎng)絡(luò)找出下一跳(下一個(gè)路由器)。以路由器R2的路由表為例，由于R2同時(shí)連接在網(wǎng)絡(luò)2和網(wǎng)絡(luò)3上，因此只要目的站在這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)上.都可由路由器R2直接交付(當(dāng)然要通過地址轉(zhuǎn)換協(xié)議ARP才能找到這些主機(jī)相應(yīng)的物理地址)。若目的站在網(wǎng)絡(luò)1中，則下一站路由器應(yīng)為R1,根據(jù)路由表其1P地址為20.0.0.7.由于路由器R2和R1同時(shí)連接在網(wǎng)絡(luò)2上，因此從路由器R2轉(zhuǎn)發(fā)分組到路由器R1是很容易的。同理，若目的站在網(wǎng)絡(luò)4中，則路由器R2應(yīng)將分組轉(zhuǎn)發(fā)給IP地址為30.0.0.1的路由器R3。最后由路由器R3轉(zhuǎn)交給目的主機(jī)。

       既然在選擇路由時(shí)路由表只根據(jù)目的站的網(wǎng)絡(luò)號.那么就可以將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜喕癁閳D7.7(E)所示的那樣。在簡化圖中，網(wǎng)絡(luò)變成了一條鏈路，但每個(gè)路由器旁邊都注明其IP地址。使用這樣的簡化圖，可使我們不用關(guān)心某個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的拓?fù)湟约熬W(wǎng)絡(luò)包含有多少臺計(jì)算機(jī)，因?yàn)檫@些對研究路由選擇問題并沒什么關(guān)系。簡化圖強(qiáng)調(diào)了在互聯(lián)網(wǎng)中轉(zhuǎn)發(fā)分組時(shí)是從一個(gè)路由器轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)路由器。只有路由中最后一個(gè)路由器才將數(shù)據(jù)報(bào)交付給主機(jī)。

圖7     互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)分組的簡化圖

二、路由選擇算法及路由協(xié)議

       路由器要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的功能.至少需要完成兩個(gè)工作：

       ①選路策略。根據(jù)數(shù)據(jù)包的目的地和網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇一條最佳路徑.把對應(yīng)不同目的地的最佳路徑存放在路由表中，及如何建立并維護(hù)路由表。包括靜態(tài)路由選擇以及各種動態(tài)路由協(xié)議。

       ②選路機(jī)制。査路由表從而決定向哪個(gè)接口轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，并執(zhí)行相應(yīng)的操作。即如何根據(jù)路由表內(nèi)容轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。

       選路策略只影響路由表的內(nèi)容，比如對同一個(gè)目的IP地址來說.由于選路策略的不同，最佳路徑可能會不一樣，但這并不影響選路機(jī)制的執(zhí)行過程，只是會對其執(zhí)行的結(jié)果產(chǎn)生影響。 

1.路由選擇算法

       路由選擇的基本概念可參見6.1.2節(jié)的相關(guān)內(nèi)容，而互聯(lián)網(wǎng)中的路由選擇算法是指路由器獲得對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的認(rèn)知，并為數(shù)據(jù)包選擇正確傳輸路徑的方法或者策略。一個(gè)理想的路由算法至少應(yīng)該具備以下幾點(diǎn)特征：

       ①完整性和正確性：即每個(gè)路由器中的路由表都必須給出到所有可能目的節(jié)點(diǎn)的下一跳應(yīng)怎樣走，且給出的走法是正確的。

       ②簡單性：即路由選擇的計(jì)算不應(yīng)使網(wǎng)絡(luò)通信量增加太多的額外開銷。

       ③健壯性：主要指當(dāng)某些節(jié)點(diǎn)、鏈路出現(xiàn)故障不能工作，或故障恢復(fù)后投入運(yùn)行，算法能及時(shí)改變路由。

       ④公平性：即算法對所有用戶都平等的。

       ⑤最佳性：即以最低的成本來實(shí)現(xiàn)路由算法。