摘 要:網(wǎng)際協(xié)議IP是TCP/IP體系中兩個(gè)最主要的協(xié)議之一，也是最重要的因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議之一。從IP層的協(xié)議開始，由淺入深、由概括到具體地介紹了IP數(shù)據(jù)報(bào)的傳輸機(jī)制，包括IP協(xié)議、IP地址、IP層轉(zhuǎn)發(fā)分組等內(nèi)容。此外，還涉及到了路由原理以及相關(guān)的路由協(xié)議。

關(guān)鍵詞:IP;路由;路由協(xié)議

中圖分類號(hào):TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):16723198(2009)21025702

1 網(wǎng)際IP協(xié)議

(1)IP協(xié)議概述。網(wǎng)際協(xié)議或互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(Internet Protocol，IP)是用于報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò)的一種面向數(shù)據(jù)的協(xié)議，是網(wǎng)絡(luò)層通信的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，它負(fù)責(zé)提供基本的數(shù)據(jù)封包傳送功能，讓每一塊數(shù)據(jù)包都能夠到達(dá)目的主機(jī)，但不檢查是否被正確接收。與IP協(xié)議配套使用的還有四個(gè)協(xié)議:地址解析協(xié)議ARP、逆地址解析協(xié)議RARP、網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議ICMP、網(wǎng)際組管理協(xié)議IGMP。

(2)虛擬互連網(wǎng)絡(luò)中IP數(shù)據(jù)報(bào)的傳輸。

如一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)中的源主機(jī)要把一個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送給目的主機(jī)。根據(jù)分組交換的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的概念，源主機(jī)先要查找自己的路由表，看目的主機(jī)是否就在本網(wǎng)絡(luò)上。如果是，則不需要經(jīng)過(guò)任何路由器而是直接交付，任務(wù)就完成了。如果不是，則必須把IP數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送給某個(gè)路由器A。A在查找了自己的路由表后，知道應(yīng)當(dāng)把數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)給路由器B進(jìn)行間接交付。這樣一直轉(zhuǎn)發(fā)下去，最后由路由器C知道自己是和目的主機(jī)連接在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上，不需要再使用別的路由器轉(zhuǎn)發(fā)了，于是就把數(shù)據(jù)報(bào)直接交付給目的主機(jī)。而各個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間可以是異構(gòu)的。

(3)IP地址。

IP地址是為每個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接(網(wǎng)卡)分配一個(gè)在全世界范圍內(nèi)惟一的標(biāo)識(shí)。報(bào)文頭中的源IP地址、宿IP地址分別表示源主機(jī)、目的主機(jī)的IP邏輯地址。

IP地址長(zhǎng)度為32比特，由網(wǎng)絡(luò)號(hào)、主機(jī)號(hào)組成，常用的IP地址有A類、B類、C類地址，路由器就根據(jù)IP地址進(jìn)行尋址。

現(xiàn)在的國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)普遍的采用了IP協(xié)議。而現(xiàn)在正在網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行的IP協(xié)議是IPv4;IPv6 為IPv4的后續(xù)的一個(gè)版本。互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)在正慢慢的耗盡IP地址，而IPv6的出現(xiàn)解決了這個(gè)問(wèn)題，與IPv4的32位的地址相比較而言，IPv6擁有128位的地址空間可以提供比前者多很多的地址。

(4)IP層轉(zhuǎn)發(fā)分組。

在TCP/IP系統(tǒng)中，選路是指在網(wǎng)絡(luò)中選擇一條用于傳送IP數(shù)據(jù)包路徑的過(guò)程。路由器是承擔(dān)選路任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。用于決策選路的信息稱為IP選路信息。路由器使用IP選路信息，對(duì)所傳輸?shù)腎P數(shù)據(jù)包進(jìn)行IP轉(zhuǎn)發(fā)。

由于Internet是由許多不同的物理網(wǎng)絡(luò)連接而成的，加入Internet的計(jì)算機(jī)在與其他入網(wǎng)計(jì)算機(jī)通信時(shí)，發(fā)送信息的源計(jì)算機(jī)可能與接收信息的目的計(jì)算機(jī)在同一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)中;也可能不在同一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)(如以太網(wǎng))中。IP數(shù)據(jù)包在從源計(jì)算機(jī)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上后，根據(jù)上述兩種不同情況，被傳遞到目的計(jì)算機(jī)時(shí)也有兩種方式:直接交付和間接交付。

①直接交付:IP數(shù)據(jù)包被直接交付時(shí)不需要經(jīng)過(guò)路由器。因?yàn)樵谶\(yùn)行TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)中，入網(wǎng)的計(jì)算機(jī)TCP/IP協(xié)議族的ARP協(xié)議軟件，會(huì)幫助查詢到本物理網(wǎng)絡(luò)中其他計(jì)算機(jī)的MAC地址，使IP數(shù)據(jù)包可以直接從源計(jì)算機(jī)傳遞到目的計(jì)算機(jī)。

②間接交付:當(dāng)送出IP數(shù)據(jù)包的源計(jì)算機(jī)與接收數(shù)據(jù)包的目的計(jì)算機(jī)不在同一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)時(shí)，就需要借助跨接不同物理網(wǎng)絡(luò)的路由器實(shí)現(xiàn)間接交付。特別是當(dāng)源計(jì)算機(jī)與目的計(jì)算機(jī)被多個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)隔開，且它們之間可能有多條信息傳輸路徑時(shí)，IP數(shù)據(jù)包的間接交付不但需要借助多臺(tái)路由器，還有一個(gè)選擇最佳路徑的問(wèn)題。

2 路由選擇協(xié)議

2.1 路由原理

當(dāng)IP子網(wǎng)中的一臺(tái)主機(jī)發(fā)送IP分組給同一IP子網(wǎng)的另一臺(tái)主機(jī)時(shí)，它將直接把IP分組送到網(wǎng)絡(luò)上，對(duì)方就能收到。而要送給不同IP于網(wǎng)上的主機(jī)時(shí)，它要選擇一個(gè)能到達(dá)目的子網(wǎng)上的路由器，把IP分組送給該路由器，由路由器負(fù)責(zé)把IP分組送到目的地。

路由動(dòng)作包括兩項(xiàng)基本內(nèi)容:尋徑和轉(zhuǎn)發(fā)。尋徑即判定到達(dá)目的地的最佳路徑，由路由選擇算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。路由選擇算法將收集到的不同信息填入路由表中，根據(jù)路由表可將目的網(wǎng)絡(luò)與下一站(nexthop)的關(guān)系告訴路由器。路由器間互通信息進(jìn)行路由更新，更新維護(hù)路由表使之正確反映網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)渥兓⒂陕酚善鞲鶕?jù)量度來(lái)決定最佳路徑。這就是路由選擇協(xié)議(routing protocol)，例如路由信息協(xié)議(RIP)、開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議(OSPF)和邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議(BGP)等。

轉(zhuǎn)發(fā)即沿尋徑好的最佳路徑傳送信息分組。路由器首先在路由表中查找，判明是否知道如何將分組發(fā)送到下一個(gè)站點(diǎn)，如果路由器不知道如何發(fā)送分組，通常將該分組丟棄;否則就根據(jù)路由表的相應(yīng)表項(xiàng)將分組發(fā)送到下一個(gè)站點(diǎn)，如果目的網(wǎng)絡(luò)直接與路由器相連，路由器就把分組直接送到相應(yīng)的端口上。這就是路由轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議(routed protocol)。

2.2 路由協(xié)議

典型的路由選擇協(xié)議有靜態(tài)路由選擇策略與動(dòng)態(tài)路由選擇策略。靜態(tài)路由選擇的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單和開銷小，但不能及時(shí)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化。對(duì)于很簡(jiǎn)單的小網(wǎng)絡(luò)，完全可以采用靜態(tài)路由選擇，用人工配置每一條路由。動(dòng)態(tài)路由選擇的特點(diǎn)是能較好地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為復(fù)雜，開銷也比較大，因此，動(dòng)態(tài)路由選擇適用于較復(fù)雜的大網(wǎng)絡(luò)。

根據(jù)是否在一個(gè)自治域內(nèi)部使用，動(dòng)態(tài)路由協(xié)議分為內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(IGP)和外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(EGP)。自治域內(nèi)部采用的路由選擇協(xié)議稱為內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，常用的有RIP、OSPF;外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議主要用于多個(gè)自治域之間的路由選擇，常用的是BGP和BGP-4。

(1)RIP協(xié)議。RIP協(xié)議最初是為Xerox網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的Xerox parc通用協(xié)議而設(shè)計(jì)的，是Internet中常用的路由協(xié)議。RIP采用距離向量算法，所以也稱為距離向量協(xié)議。路由器收集所有可到達(dá)目的地的不同路徑，并且保存有關(guān)到達(dá)每個(gè)目的地的最少站點(diǎn)數(shù)的路徑信息，除到達(dá)目的地的最佳路徑外，任何其它信息均予以丟棄。同時(shí)路由器也把所收集的路由信息用RIP協(xié)議通知相鄰的其它路由器。這樣，正確的路由信息逐漸擴(kuò)散到了全網(wǎng)。

RIP使用非常廣泛，它簡(jiǎn)單、可靠，便于配置。但是RIP只適用于小型的同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。而且RIP每隔30s一次的路由信息廣播也是造成網(wǎng)絡(luò)的廣播風(fēng)暴的重要原因之一。此外，它還有慢收斂的問(wèn)題，即好消息傳播快，壞消息傳播慢。

(2)OSPF協(xié)議。20世紀(jì)80年代中期，RIP已不能適應(yīng)大規(guī)模異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互連，OSPF隨之產(chǎn)生。它是網(wǎng)間工程任務(wù)組織(1ETF)的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議工作組為IP網(wǎng)絡(luò)而開發(fā)的一種路由協(xié)議。

OSPF是一種基于鏈路狀態(tài)的路由協(xié)議，需要每個(gè)路由器向其同一管理域的所有其它路由器發(fā)送鏈路狀態(tài)廣播信息。在OSPF的鏈路狀態(tài)廣播中包括所有接口信息、所有的量度和其它一些變量。利用OSPF的路由器首先必須收集有關(guān)的鏈路狀態(tài)信息，并根據(jù)一定的算法計(jì)算出到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的最短路徑。

(3)BGP協(xié)議。BGP是為TCP/IP互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，用于多個(gè)自治域之間。它既不是基于純粹的鏈路狀態(tài)算法，也不是基于純粹的距離向量算法。它的主要功能是與其它自治域的BGP交換網(wǎng)絡(luò)可達(dá)信息。各個(gè)自治域可以運(yùn)行不同的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議。BGP更新信息包括網(wǎng)絡(luò)號(hào)/自治域路徑的成對(duì)信息。自治域路徑包括到達(dá)某個(gè)特定網(wǎng)絡(luò)須經(jīng)過(guò)的自治域串，這些更新信息通過(guò)TCP傳送出去，以保證傳輸?shù)目煽啃?。?/p>

2.3 新一代路由器

由于多媒體等應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)中的發(fā)展，以及ATM、快速以太網(wǎng)等新技術(shù)的不斷采用，網(wǎng)絡(luò)的帶寬與速率飛速提高，傳統(tǒng)的路由器已不能滿足人們對(duì)路由器的性能要求。

新一代路由器使用轉(zhuǎn)發(fā)緩存來(lái)簡(jiǎn)化分組的轉(zhuǎn)發(fā)操作。在快速轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中，只需對(duì)一組具有相同目的地址和源地址的分組的前幾個(gè)分組進(jìn)行傳統(tǒng)的路由轉(zhuǎn)發(fā)處理，并把成功轉(zhuǎn)發(fā)的分組的目的地址、源地址和下一網(wǎng)關(guān)地址放入轉(zhuǎn)發(fā)緩存中。當(dāng)其后的分組要進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，應(yīng)先查看轉(zhuǎn)發(fā)緩存，如果該分組的目的地址和源地址與轉(zhuǎn)發(fā)緩存中的匹配，則直接根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)緩存中的下一網(wǎng)關(guān)地址進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，而無(wú)須經(jīng)過(guò)傳統(tǒng)的復(fù)雜操作，大大減輕了路由器的負(fù)擔(dān)，達(dá)到了提高路由器吞吐量的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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[2]黃智誠(chéng)，謝劍鋒.最新計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用基礎(chǔ)教程[M].北京:中國(guó)石化出版社，2000.