IP網(wǎng)絡路由技術

IP地址

IP地址是IP網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊罁?jù)，它標識了IP網(wǎng)絡中的一個連接，一臺主機可以有多個IP地址。IP分組中的IP地址在網(wǎng)絡傳輸中是保持不變的。

基本地址格式

現(xiàn)在的IP網(wǎng)絡使用32位地址，以點分十進制表示，如172.16.0.0。地址格式為：IP地址=網(wǎng)絡地址 主機地址或 IP地址=主機地址 子網(wǎng)地址 主機地址。

網(wǎng)絡地址是由Internet權力機構（InterNIC）統(tǒng)一分配的，目的是為了保證網(wǎng)絡地址的全球唯一性。主機地址是由各個網(wǎng)絡的系統(tǒng)管理員分配。因此，網(wǎng)絡地址的唯一性與網(wǎng)絡內主機地址的唯一性確保了IP地址的全球唯一性。

保留地址的分配

根據(jù)用途和安全性級別的不同，IP地址還可以大致分為兩類：公共地址和私有地址。公用地址在Internet中使用，可以在Internet中隨意訪問。私有地址只能在內部網(wǎng)絡中使用，只有通過代理服務器才能與Internet通信。

一個機構或網(wǎng)絡要連入Internet，必須申請公用IP地址。但是考慮到網(wǎng)絡安全和內部實驗等特殊情況，在IP地址中專門保留了三個區(qū)域作為私有地址，其地址范圍如下：

10.0.0.0/8：10.0.0.0～10.255.255.255

172.16.0.0/12：172.16.0.0～172.31.255.255

192.168.0.0/16：192.168.0.0～192.168.255.255

使用保留地址的網(wǎng)絡只能在內部進行通信，而不能與其他網(wǎng)絡互連。因為本網(wǎng)絡中的保留地址同樣也可能被其他網(wǎng)絡使用，如果進行網(wǎng)絡互連，那么尋找路由時就會因為地址的不唯一而出現(xiàn)問題。但是這些使用保留地址的網(wǎng)絡可以通過將本網(wǎng)絡內的保留地址翻譯轉換成公共地址的方式實現(xiàn)與外部網(wǎng)絡的互連。這也是保證網(wǎng)絡安全的重要方法之一。

無類域間路由（CIDR）

由于每年連入Internet的主機數(shù)成倍增長，因此Internet面臨B類地址匱乏、路由表爆炸和整個地址耗盡等危機。無類域間路由（CIDR）就是為解決這些問題而開發(fā)的一種直接的解決方案，它使Internet得到足夠的時間來等待新一代IP協(xié)議的產生。

按CIDR策略，可采用申請幾個C類地址取代申請一個單獨的B類地址的方式來解決B類地址的匱乏問題。所分配的C類地址不是隨機的，而是連續(xù)的，它們的最高位相同，即具有相同的前綴，因此路由表就只需用一個表項來表示一組網(wǎng)絡地址，這種方法稱為“路由表聚類”。

另外，除了“路由表聚類”措施外，還可以由每個ISP從InterNIC獲得一段地址空間后，再將這些地址分配給用戶。

路由選擇技術

IP網(wǎng)絡中的路由選擇是由路由設備完成的。路由器通過執(zhí)行一定的路由協(xié)議，為IP數(shù)據(jù)報尋找一條到達目的主機或網(wǎng)絡的最佳路由，并轉發(fā)該數(shù)據(jù)報，實現(xiàn)路由選擇。

路由協(xié)議

路由協(xié)議分為兩大類：

路由選擇協(xié)議（Routing Protocol）

這類協(xié)議使用一定的路由算法找出到達目的主機或網(wǎng)絡的最佳路徑，如RIP（路由信息協(xié)議）等。

路由傳送協(xié)議（Routed Protocol）

這類協(xié)議沿已選好的路徑傳送數(shù)據(jù)報，如通過IP協(xié)議能將物理連接轉變成網(wǎng)絡連接，實現(xiàn)網(wǎng)絡層的主要功能——路由選擇。

直連路由與非直連路由

IP協(xié)議是根據(jù)路由來轉發(fā)數(shù)據(jù)的。路由器中的路由有兩種：直連路由和非直連路由。

路由器各網(wǎng)絡接口所直連的網(wǎng)絡之間使用直連路由進行通信。直連路由是在配置完路由器網(wǎng)絡接口的IP地址后自動生成的，因此，如果沒有對這些接口進行特殊的限制，這些接口所直連的網(wǎng)絡之間就可以直接通信。

由兩個或多個路由器互連的網(wǎng)絡之間的通信使用非直連路由。非直連路由是指人工配置的靜態(tài)路由或通過運行動態(tài)路由協(xié)議而獲得的動態(tài)路由。其中靜態(tài)路由比動態(tài)路由具有更高的可操作性和安全性。一般來說，靜態(tài)路由的轉發(fā)效率比動態(tài)路由高，因為靜態(tài)路由不需要生成新的路由表，但其適應性比動態(tài)路由差，當一個路徑失效時，它不能馬上發(fā)現(xiàn)并作出處理，而要由管理員去進行改動，而動態(tài)路由就會在幾十秒甚至幾秒內自動修改路徑。

IP網(wǎng)絡已經逐漸成為現(xiàn)代網(wǎng)絡的標準，用IP協(xié)議組建網(wǎng)絡時，必須使用路由設備將各個IP子網(wǎng)互連起來，并且在IP子網(wǎng)間使用路由機制，通過IP網(wǎng)關互連形成層次性的網(wǎng)際網(wǎng)。

IP網(wǎng)絡是由通過路由設備互連起來的IP子網(wǎng)構成的，這些路由設備負責在IP子網(wǎng)間尋找路由，并將IP分組轉發(fā)到下一個IP子網(wǎng)。

IP協(xié)議的路由功能是由路由器實現(xiàn)的的，當路由器接收到一個報文，它抽出報文中的目的地址，然后，從目的地址中找出目的地的網(wǎng)絡號查找路由選擇表尋找與目的地址中網(wǎng)絡相匹配的項。每個路由選擇表項包含了用來轉發(fā)報文的接口信息，也就是到目的地路徑中的下一個路由器的地址。路由器的第二個工作，是維持路由選擇表。這些表是由網(wǎng)絡管理者創(chuàng)建的，或通過與其它路由器交換路由信息創(chuàng)建。當一個路由器初始引導時，它只知道與它直接相連的接口，如果網(wǎng)絡中的路由器正在運行路由選擇協(xié)議，當路由器知道與它相鄰接的路由器相連的網(wǎng)絡時，新的路由表表項將被創(chuàng)建每個路由選擇表表項都被標識一個字符，該字符表示路由信息的源端。

光網(wǎng)絡的路由協(xié)議是由IP路由協(xié)議擴展而來。IP網(wǎng)絡是基于分組交換的無連接網(wǎng)絡，而光網(wǎng)絡是面向連接的電路交換網(wǎng)絡，因此光網(wǎng)絡的路由功能具有不同于IP網(wǎng)絡路由的特點。IP路由協(xié)議包括控制平面和數(shù)據(jù)平面兩大部分，只有IP路由協(xié)議的控制平面才適用于光網(wǎng)絡，IP路由的數(shù)據(jù)包傳送功能和光網(wǎng)絡并不相關。IP網(wǎng)絡中，路由協(xié)議和數(shù)據(jù)平面的轉發(fā)過程關系密切，一旦出現(xiàn)故障，就必會有用戶受到影響；光網(wǎng)絡中的控制平面與數(shù)據(jù)平面是分開的，路由協(xié)議出現(xiàn)故障不會影響已經建立的連接，拓樸或資源狀態(tài)出現(xiàn)問題時，只會影響新連接的建立。IP網(wǎng)絡中所有節(jié)點都必須知道整個網(wǎng)絡的拓樸，而在光網(wǎng)絡中，路由的計算是由源節(jié)點完成的，只需要源節(jié)點擁有正確的網(wǎng)絡拓樸信息即可。

ASON路由協(xié)議使用擴展了的OSPF路由協(xié)議，它仍采用OSPF的擴散和同步機制，但提供了更豐富的鏈路狀態(tài)信息，如資源的可用性、物理層分離信息等；同時它也提供了對控制網(wǎng)和傳送網(wǎng)分離的支持，使得OSPF協(xié)議可以應用于非IP網(wǎng)絡中（ATM、SDH等）。IETF將OSPF協(xié)議擴展為GMPLS OSPF-TE協(xié)議，用于實現(xiàn)單域路由。擴展OSPF與傳統(tǒng)OSPF的比較見下表。

OSPF采用Dijkstra提出的“最短路徑算法”，用“洪泛法”向域內節(jié)點發(fā)送路由信息。成員鏈路具有以下屬性：最大帶寬、未預留帶寬、最大最小連接帶寬、鏈路保護類型、共享風險鏈路組（SRLG）信息和接口交換能力描述符。由于OSPF域有可擴展性，某個OSPF域可由多個域組成，單OSPF域路由應當向跨域擴展。一種方案是嚴格的層次配置，每個域（包括骨干域，骨干域由所在域的域邊界節(jié)點ABN構成）分配一個IP地址，除了經過骨干域以外，從某域中某節(jié)點到另一域中某節(jié)點的路徑不會穿過其他中間域。另一種方案是一條骨干域中的路徑可能包含有多條穿過中間域的路徑。在OSPF協(xié)議中，每個節(jié)點都會生成LSA，并將其泛洪到域內所有節(jié)點。ABN創(chuàng)建它所在域（非骨干域）的摘要信息，并把摘要信息泛洪到骨干域中。

路由器是互聯(lián)網(wǎng)的主要節(jié)點設備。路由器通過路由決定數(shù)據(jù)的轉發(fā)。轉發(fā)策略稱為路由選擇（routing），這也是路由器名稱的由來（router，轉發(fā)者）。作為不同網(wǎng)絡之間互相連接的樞紐，路由器系統(tǒng)構成了基于 TCP/IP 的國際互聯(lián)網(wǎng)絡 Internet 的主體脈絡，也可以說，路由器構成了 Internet 的骨架。它的處理速度是網(wǎng)絡通信的主要瓶頸之一，它的可靠性則直接影響著網(wǎng)絡互連的質量。