通信工程師交換技術(shù)IP層轉(zhuǎn)發(fā)分組的流程

7.1.5 IP層轉(zhuǎn)發(fā)分組的流程
在互聯(lián)網(wǎng)中路由器的作用和第5章分組網(wǎng)中的節(jié)點交換機(jī)非常相似，它們都要實現(xiàn)分組的存儲轉(zhuǎn)發(fā)，但路由器和節(jié)點交換機(jī)還是有區(qū)別的。這些區(qū)別是：
路由器用來連接不同的網(wǎng)絡(luò)，而節(jié)點交換機(jī)只在一個特定的網(wǎng)絡(luò)中工作；
路由器是專門用來轉(zhuǎn)發(fā)分組的，而節(jié)點交換機(jī)還可接上許多個主機(jī)；
路由器使用統(tǒng)一的IP,而節(jié)點交換機(jī)使用所在分組網(wǎng)的特定協(xié)議；
路由器根據(jù)目的網(wǎng)絡(luò)地址找出下一跳（即下一個路由器），而節(jié)點交換機(jī)則根據(jù)目的節(jié)點地址找出下一跳（即下一個節(jié)點）。
圖7-13(a)所示為一個路由表的簡單的例子。有4個A類網(wǎng)絡(luò)通過3個路由器連接在一起。每一個網(wǎng)絡(luò)上都可能有成千上萬個主機(jī)?？梢韵胂?，若按査找目的主機(jī)號來制作路由表，則所得出的路由表就會過于龐大。但若按主機(jī)所在的網(wǎng)絡(luò)地址來制作路由表，那么每一個路由器中的路由表就只包含4個項目。以路由器112的路由表為例，由于R2同時連接在網(wǎng)絡(luò)2和網(wǎng)絡(luò)3上，因此只要目的站在這兩個網(wǎng)絡(luò)上，都可通過接口0或1由路由器112直接交付（當(dāng)然還要利用地址解析協(xié)議（ARP)才能找到這些主機(jī)相應(yīng)的硬件地址）。若目的站在網(wǎng)絡(luò)1中，則下一跳路由器應(yīng)為R,，其1P地址為20.0.0.7。路由器R1和R2,由于同時連接在網(wǎng)絡(luò)2上，因此從路由器R2將分組轉(zhuǎn)發(fā)到路由器R,是很容易的。同理，若目的站在網(wǎng)絡(luò)4中，則路由器112應(yīng)將分組轉(zhuǎn)發(fā)給IP地址為30.0.0.1的路由器R3。

可以將整個的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜喕癁閳D7-13(b)所示的那樣6在簡化圖中，網(wǎng)絡(luò)變成了一條鏈路，但每一個路由器旁邊都注明其IP地址。使用這樣的簡化圖，可以使我們不用關(guān)心某個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的拓?fù)湟约斑B接在該網(wǎng)絡(luò)上有多少臺計算機(jī)，因為這些對于研究分組轉(zhuǎn)發(fā)問題并沒有什么關(guān)系。這樣的簡化圖強(qiáng)調(diào)了在互聯(lián)網(wǎng)上轉(zhuǎn)發(fā)分組時，是從一個路由器轉(zhuǎn)發(fā)到下一個路由器。
總之，在路由表中，對每一條路由最主要的是以下兩項：目的網(wǎng)絡(luò)地址，下一跳地址。
于是，我們就根據(jù)目的網(wǎng)絡(luò)地址來確定下一跳路由器，這樣做的結(jié)果是：
IP分組首先要設(shè)法找到目的主機(jī)所在目的網(wǎng)絡(luò)上的路由器（間接交付）；
只有到達(dá)最后一個路由器時，才試圖向目的主機(jī)進(jìn)行直接交付。
雖然互聯(lián)網(wǎng)所有的分組轉(zhuǎn)發(fā)都是基于目的主機(jī)所在的網(wǎng)絡(luò)，但在大多數(shù)情況下都允許有這樣的特例，即對特定的目的主機(jī)指明一個路由。這種路由叫做特定主機(jī)路由。采用特定主機(jī)路由可使網(wǎng)絡(luò)管理人員能更方便地控制網(wǎng)絡(luò)和測試網(wǎng)絡(luò)，同時也可在需要考慮某種安全問題時采用這種特定主初(路由。在對網(wǎng)絡(luò)的連接或路由表進(jìn)行排錯時，指明到某一個主機(jī)的特殊路由就十分有用。
與節(jié)點交換機(jī)路由表的情況相似，路由器也可采用馱認(rèn)路由以減少路由表所占用的空間和搜索路由表所用的時間。
根據(jù)以上所講的，在互聯(lián)網(wǎng)中某一個路由器的IP層所執(zhí)行的分組轉(zhuǎn)發(fā)算法如下。
從數(shù)據(jù)報的首部提取目的站D的IP地址，得出目的網(wǎng)絡(luò)地址為況。
若/V就是與此路由器直接相連的某個網(wǎng)絡(luò)地址，則這種交付為直接交付，即不需要再經(jīng)過其他的路由器。這時就直接通過該網(wǎng)絡(luò)將分組交付給目的站D(這里包括將目的主機(jī)地址D轉(zhuǎn)換為具體的硬件地址，將分組封裝為MAC幀，再發(fā)送此幀）；否則就是間接交付，執(zhí)行（3)。
若路由表中有目的地址為D的特定主機(jī)路由，則將分組傳送給路由表中所指明的下一跳路由器；否則，執(zhí)行（4)。
若路由表中有到達(dá)網(wǎng)絡(luò)W的路由，則將分組傳送給路由表中所指明的下一跳路由器；否則，執(zhí)行（5)。
若路由表中有一個默認(rèn)路由，則將分組傳送給路由表中所指明的默認(rèn)路由器；否則，執(zhí)行（6)。
報告轉(zhuǎn)發(fā)分組出錯。
這里再強(qiáng)調(diào)指出，在1P分組的首部中沒有地方可以用來指明“下一跳路由器的IP地址”。在IP分組的首部寫上的IP地址是源地址和目的地址，而沒有中間路由器的IP地址。既然如此，那么待轉(zhuǎn)發(fā)的IP分組又怎樣能夠找到下一跳路由器呢？
當(dāng)路由器收到一個待轉(zhuǎn)發(fā)的分組時，先從路由表得出下一跳路由器的IP地址，不是將下一跳路由器的IP地址填入IP分組，而是將下一跳路由器的IP地址轉(zhuǎn)換成硬件地址（使用ARP),并將此硬件地址放在鏈路層MAC幀的首部，然后根據(jù)這個硬件地址找到下一跳路由器。由此可見，當(dāng)發(fā)送一連串的分組時，上述的這種查找路由表、計算硬件地址、寫人MAC幀的首部等過程，將不斷地重復(fù)進(jìn)行，需要占用一定的時間。
上面所討論的是IP層怎樣根據(jù)路由表的內(nèi)容進(jìn)行分組轉(zhuǎn)發(fā)，而沒有涉及路由表一開始是如何建立的以及路由表中的內(nèi)容應(yīng)如何進(jìn)行更新。為了回答這個問題，就需要討論路由選擇協(xié)議，但是在進(jìn)一步討論路由選擇問題之前，我們還要先介紹無分類編址與最長前綴匹配這兩個非常重要的概念。

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