《TCP/IP协议详解 卷1》--- IP选路

IP搜索路由表的几个步骤:
1) 搜索匹配的主机地址;
2) 搜索匹配的网络地址;
3) 搜索默认表项(默认表项一般在路由表中被指定为一个网络表项,其网络号为 0)。
匹配主机地址步骤始终发生在匹配网络地址步骤之前。

IP层进行的选路实际上是一种选路机制,它搜索路由表并决定向哪个网络接口发送分组。这区别于选路策略,它只是一组决定把哪些路由放入路由表的规则。 IP执行选路机制,而路由守护程序则一般提供选路策略。

简单路由表

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对于一个给定的路由器,可以打印出五种不同的标志( flag):
U 该路由可以使用。
G 该路由是到一个网关(路由器)。如果没有设置该标志,说明目的地是直接相连的。
H 该路由是到一个主机,也就是说,目的地址是一个完整的主机地址。如果没有设置该标志,说明该路由是到一个网络,而目的地址是一个网络地址:一个网络号,或者网络号与子网号的组合。
D 该路由是由重定向报文创建的。
M 该路由已被重定向报文修改。

G标志区分了直接路由和间接路由。
H标志表明,目的地址(netstat命令输出第一行)是一个完整的主机地址。没有设置H标志说明目的地址是一个网络地址(主机号部分为 0)。
当为某个目的IP地址搜索路由表时,主机地址项必须与目的地址完全匹配,而网络地址项只需要匹配目的地址的网络号和子网号就可以了。

主机路由表的复杂性取决于主机所在网络的拓扑结构。
1) 最简单的(也是最不令人感兴趣的)情况是主机根本没有与任何网络相连。TCP/IP协议仍然能用于这样的主机,但是只能与自己本身通信!这种情况下的路由表只包含环回接口一项。
2) 接下来的情况是主机连在一个局域网上,只能访问局域网上的主机。这时路由表包含两项:一项是环回接口,另一项是局域网(如以太网)。
3) 如果主机能够通过单个路由器访问其他网络(如Internet)时,那么就要进行下一步。一般情况下增加一个默认表项指向该路由器。
4) 如果要新增其他的特定主机或网络路由,那么就要进行最后一步。在我们的例子中,到主机slip的路由要通过路由器bsdi就是这样的例子。

初始化路由表
每当初始化一个接口时(通常是用ifconfig命令设置接口地址),就为接口自动创建一个直接路由。对于点对点链路和环回接口来说,路由是到达主机(例如,设置 H标志)。对于广播接口来说,如以太网,路由是到达网络。
到达主机或网络的路由如果不是直接相连的,那么就必须加入路由表。如采用命令:

route add default sun 1
route add slip bsdi 1

第3个参数(default和slip)代表目的端,第4个参数代表网关(路由器),最后一个参数代表路由的度量( metric )。route命令在度量值大于0时要为该路由设置G标志,否则,当耗费值为0时就不设置G标志。

初始化路由表的其他方法是运行路由守护程序或者用较新的路由器发现协议。

没有到达目的地的路由
如果路由表中没有默认项,而又没有找到匹配项,结果取决于该IP数据报是由主机产生的还是被转发的(例如,我们就充当一个路由器)。如果数据报是由本地主机产生的,那么就给发送该数据报的应用程序返回一个差错,或者是“主机不可达差错”或者是“网络不可达差错”。如果是被转发的数据报,那么就给原始发送端发送一份ICMP主机不可达的差错报文。

ICMP主机与网络不可达差错
当路由器收到一份IP数据报但又不能转发时,就要发送一份ICMP“主机不可达”差错报文。
但是通过tcpdump没有看到ICMP报文?

转发或不转发
一般都假定主机不转发 I P数据报,除非对它们进行特殊配置而作为路由器使用。大多数伯克利派生出来的系统都有一个内核变量ipforwarding,或其他类似的名字。一些系统(如BSD/386和SVR4)只有在该变量值不为0的情况下才转发数据报。

ICMP重定向差错
当IP数据报应该被发送到另一个路由器时,收到数据报的路由器就要发送ICMP重定向差错报文给IP数据报的发送端。
1) 我们假定主机发送一份IP数据报给R1。这种选路决策经常发生,因为 R1是该主机的默认路由。
2) R1收到数据报并且检查它的路由表,发现 R 2是发送该数据报的下一站。当它把数据报发送给R2时,R1检测到它正在发送的接口与数据报到达接口是相同的(即主机和两个路由器所在的LAN)。这样就给路由器发送重定向报文给原始发送端提供了线索。
3) R1发送一份ICMP重定向报文给主机,告诉它以后把数据报发送给R2而不是R1。
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关于ICMP重定向报文有很多规则。首先,重定向报文只能由路由器生成,而不能由主机生成。另外,重定向报文是为主机而不是为路由器使用的。假定路由器和其他一些路由器共同参与某一种选路协议,则该协议就能消除重定向的需要。

ICMP路由器发现报文
初始化路由表的方法,一种是再配置文件中定静态路由,种方法经常用来设置默认路由。另一种新的方法是利用ICMP路由器通告和请求报文。
一般认为,主机在引导以后要广播或多播传送一份路由器请求报文。一台或更多台路由器响应一份路由器通告报文。另外,路由器定期地广播或多播传送它们的路由器通告报文,允许每个正在监听的主机相应地更新它们的路由表。
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路由器操作:当路由器启动时,它定期在所有广播或多播传送接口上发送通告报文。这些通告报文是随机传送的,以减小与子网上其他路由器发生冲突的概率。一般每两次通告间隔450秒和600秒。一份给定的通告报文默认生命周期是30分钟。
路由器还要监听来自主机的请求报文,并发送路由器通告报文以响应这些请求报文。
如果子网上有多台路由器,由系统管理员为每个路由器设置优先等级。

主机操作:主机在引导期间一般发送三份路由器请求报文,每三秒钟发送一次。一旦接收到一个有效的通告报文,就停止发送请求报文。
主机也监听来自相邻路由器的请求报文。这些通告报文可以改变主机的默认路由器。另外,如果没有接收到来自当前默认路由器的通告报文,那么默认路由器会超时。
只要有一般的默认路由器,该路由器就会每隔10分钟发送通告报文,报文的生命周期是30分钟。这说明主机的默认表项是不会超时的,即使错过一份或两份通告报文。

实现:路由器发现报文一般由用户进程(守护程序)创建和处理。

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