《TCP/IP协议卷1》第9章 IP选路
🌍 思考：IP 选路是什么？路由表的作用是什么？路由表是如何初始化的？如何更新的 ？IP 如何根据路由表进行选路的？选路的方法有哪些？
IP 选路是什么？
IP选路，也称为路由选择或路由决策，是指在数据包传输过程中，确定从源主机到目标主机路径的过程。每个数据包都包含一个目的IP地址，路由器需要根据这个地址决定如何转发该数据包，以便其能够到达目的地。
路由表的作用是什么？
路由表是网络设备（如路由器和主机）中用于存储路由信息的数据结构。它包含了到达不同网络的路径信息，包括下一跳地址、接口信息以及可能的一些度量值（如距离、延迟等）。路由表的主要作用在于指导IP数据包的转发过程，确保数据包可以沿着正确的路径前进直至抵达目标网络。
路由表是如何初始化的？
路由表的初始化通常发生在设备启动时，并且可以通过以下几种方式完成：
- 静态配置：管理员手动添加静态路由到路由表。
- 直连网络识别：当设备接口激活并连接到网络后，会自动将这些直接连接的网络加入路由表。
- 动态路由协议：使用诸如RIP、OSPF、BGP等动态路由协议来学习和共享路由信息，从而自动填充路由表。
如何更新的？
路由表的更新主要依赖于以下机制：
- 静态路由：需要人工干预进行修改或更新。
- 动态路由协议：通过定期交换路由信息与邻居路由器保持同步，实现路由表的自动更新。例如，OSPF协议中的LSU（链路状态更新）消息。
- 直连网络变化：当接口状态发生变化（上线或下线），路由表也会相应地增加或删除相关路由条目。
IP 如何根据路由表进行选路的？
IP选路的基本流程如下：
匹配最长前缀：首先查找路由表中与目标IP地址最精确匹配的路由条目。如果存在多个匹配项，则选择具有最长子网掩码长度的那一条。
默认路由：如果没有找到具体的匹配项，则可能会有一条默认路由作为最后的选择，它通常指向互联网服务提供商(ISP)或其他外部网络的网关。
执行转发：一旦确定了下一跳地址或出口接口，就将数据包发送出去。
选路的方法有哪些？
常见的IP选路方法包括但不限于：
- 直接路由：如果目标位于本地网络内，则直接交付给目标主机而无需经过路由器。
- 间接路由：对于非本地网络的目标，必须通过一个或多个中间路由器转发才能到达。
- 基于策略的路由：允许根据特定条件（如源地址、协议类型等）制定不同的路由策略。
- 多路径路由：支持同时使用多条路径到达同一目的地以提高可靠性或负载均衡。
IP选路是一个复杂但有序的过程，涉及到了解网络拓扑、维护路由表以及做出最佳路径选择等多个方面。这不仅影响着单个数据包能否成功到达其目的地，也关系到整个网络的性能和稳定性。
🌍 思考：RIP ，OSPF 和 BGP 是什么？有什么用？和 IP 路由有什么关系？
RIP、OSPF和 BGP是三种不同的路由协议，它们在计算机网络中用于自动发现并维护路由信息。
RIP
用途：RIP是一种基于距离矢量算法的内部网关协议（IGP），主要用于小型网络中，通过周期性地交换整个路由表来更新邻居路由器上的路由信息。
工作原理：每个路由器都会维护一个距离向量（即到各个目标网络的距离），这个距离通常以跳数表示。路由器定期发送自己的路由表给直接相连的邻居，并根据收到的信息更新自己的路由表。
与IP路由的关系：RIP帮助路由器动态学习网络拓扑结构，自动调整路由表中的条目，使得IP数据包能够沿着最优路径传输。
OSPF
用途：OSPF是一种基于链路状态算法的内部网关协议，适用于较大规模的企业网络或ISP网络。它比RIP更高效，因为它只传播必要的链路状态变化而非整个路由表。
工作原理：路由器之间交换链路状态通告（LSA），构建出整个网络的拓扑图。然后使用Dijkstra算法计算到达所有目的地的最短路径树(SPT)。
与IP路由的关系：OSPF提供了更为精确的路由选择能力，可以支持VLSM（可变长子网掩码）和CIDR（无类别域间路由），并且能更好地适应网络的变化，确保IP数据包沿最佳路径传输。
BGP (Border Gateway Protocol)
- 用途：BGP是一种路径矢量协议，主要作为外部网关协议(EGP)用于互联网自治系统(AS)之间的路由选择。它允许不同AS之间共享路由信息，以便决定跨AS的数据流如何流动。
- 工作原理：BGP路由器通过TCP连接与其他BGP对等体交换路由信息。这些信息包括到达特定网络的完整路径以及一系列属性值，如本地优先级、多出口区分符(MED)等，用来做出路由决策。
- 与IP路由的关系：BGP负责管理全球范围内的大规模路由表，并决定了国际互联网上不同AS间的流量走向，对于保证IP数据包在全球范围内正确传输至关重要。
总结
这三种协议都是为了支持IP路由而设计的，但它们针对的应用场景不同：RIP适合于简单的小型网络环境；OSPF更适合于复杂且规模较大的企业级网络；BGP则是处理不同自治系统间通信的关键协议，在互联网架构中扮演着核心角色。
9.1 引言
- 选路的重要性：选路是IP最重要功能之一 。需选路的数据报可由本地主机产生，也可来自其他主机。若主机接收非发往本机的数据报且未配置成路由器，该数据报将被丢弃。
- 路由守护程序：图9 - 1展示IP层处理简单流程，其中路由守护程序（daemon ） ，在Unix系统中多为用户进程，系统引导时启动，运行期间一直存在。它负责处理路由相关事务，如与相邻路由器交换选路信息、执行选路协议等，这些问题复杂，相关内容可参考[Perlman 1992] 。后续第10章将简单讨论动态选路和选路信息协议RIP 。
- 路由表相关：路由表常被IP访问（繁忙主机每秒可能访问几百次 ） ，但由路由守护程序更新的频率低很多（约30秒一次 ） 。收到ICMP重定向报文时路由表会更新，后续9.5节将介绍route命令用于显示路由表
9.4 转发或不转发
主机一般不转发IP数据报，特殊配置为路由器时才转发。多数伯克利派生系统通过内核变量ipforwarding控制转发 ，不同系统取值含义不同：如BSD/386和SVR4非0时转发 ；SunOS 4.1.x ，-1表示始终转发且不变，0表示默认不转发（打开多接口时设为1 ） ，1表示始终转发 ；Solaris 2.x ，0为始终不转发，2为打开两个或更多接口时转发 。早期4.2BSD主机默认转发带来问题，所以内核选项多设为默认不转发，除非管理员特殊配置。
9.5 ICMP重定向差错
当IP数据报应发往另一路由器时，收到数据报的路由器向发送端发送ICMP重定向差错报文 。原理如下：
- 主机选默认路由R1发送IP数据报 。
- R1收到数据报，查路由表发现R2是下一站，且R1发送接口与数据报到达接口相同（主机和两路由器在同一LAN ） 。
- R1向主机发送ICMP重定向报文，告知主机后续发往该目的地数据报应发给R2而非自己
- ICMP重定向报文格式：类型值为5 ，代码值有0 - 3 ，含检验和字段 ，还包括应该使用的路由器IP地址、IP首部（含选项 ）及原始IP数据报中数据前8字节 。
- 重定向报文类型：代码0为网络重定向；代码1为主机重定向；代码2为网络和服务类型重定向；代码3为服务类型和主机重定向 。
- 接收者检查要点：接收者需查看导致重定向的IP地址（发送重定向报文的路由器IP ） 、发送重定向报文的路由器IP地址（含重定向信息的IP数据报源地址 ） 、应采用的路由器IP地址（报文中4 - 7字节 ） 。
- 生成规则与检查机制
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- 生成规则：重定向报文只能由路由器生成 ，用于为主机消除路由使用低效问题，且新路由器须直接连网络 。
- 发送前检查（4.4BSD ）：生成重定向报文前，接口必须等于入接口；用于向外传送数据报的路由不能被ICMP重定向报文创建或修改且不能是默认路由；数据报不能用源站选路转发；内核须配置成可发送重定向报文 。多数系统默认设置相关内核变量（如ip_sendre directs ） 。
- 接收后检查（4.4BSD ）：收到重定向报文后，主机检查新路由器是否直接连网络；报文是否来自当前到目的地所选路由器；重定向报文不能由主机本身作为路由器发送；被修改的路由必须是间接路由 。一些主机在路由器发错类型重定向时，只处理对主机的重定向 。
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9.6 ICMP路由器发现报文
概述：除在配置文件指定静态路由（常用来设置默认路由 ）外，还可利用ICMP路由器通告和请求报文初始化路由表 。主机引导后广播或多播路由器请求报文，路由器响应通告报文，且路由器定期广播或多播通告报文，助主机更新路由。
路由器操作
通告发送：路由器启动时，在广播或多播接口随机发送通告报文(间隔450-600秒)，默认生命周期30分钟 。接口关闭时，可发最后一份通告报文并设生命周期为0。
响应请求：路由器监听主机请求报文并发送通告报文响应。多路由器子网中，系统管理员为其设置优先级，主默认路由器优先级高于备份路由器。
主机操作
请求发送：主机引导期一般发三份路由器请求报文(间隔3秒)，收到有效通告报文后停止发送 。
监听与更新：主机监听相邻路由器通告报文，可改变默认路由器 。若未收到当前默认路由器通告报文，默认路由器会超时 。有默认路由器时，其每隔10分钟发通告报文（生命周期30分钟 ），确保主机默认表项不超时。
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，用于修改路由表（增删默认表项 ） 。并非所有系统都支持，如网络中仅Solaris 2.x通过in.rdisc守护程序支持，虽RFC建议IP多播传送，但也可用广播报文实现。