tcp/ip ---IP路由选择

从概念上说， I P路由选择是简单的，特别对于主机来说。如果目的主机与源主机直接相
连（如点对点链路）或都在一个共享网络上（以太网或令牌环网），那么I P数据报就直接送到
目的主机上。否则，主机把数据报发往一默认的路由器上，由路由器来转发该数据报。大多
数的主机都是采用这种简单机制。

I P层既可以配置成路由器的功能，也可
以配置成主机的功能。当今的大多数多用户系统，包括几乎所有的U n i x系统，都可以配置成
一个路由器。我们可以为它指定主机和路由器都可以使用的简单路由算法。本质上的区别在
于主机从不把数据报从一个接口转发到另一个接口，而路由器则要转发数据报。内含路由器
功能的主机应该从不转发数据报，除非它被设置成那样。

在一般的体制中，I P可以从T C P、U D P、I C M P和I G M P接收数据报（即在本地生成的数据
报）并进行发送，或者从一个网络接口接收数据报（待转发的数据报）并进行发送。I P层在
内存中有一个路由表。当收到一份数据报并进行发送时，它都要对该表搜索一次。当数据报
来自某个网络接口时， I P首先检查目的I P地址是否为本机的I P地址之一或者I P广播地址。如果
确实是这样，数据报就被送到由I P首部协议字段所指定的协议模块进行处理。如果数据报的

目的不是这些地址，那么（ 1）如果I P层被设置为路由器的功能，那么就对数据报进行转发
（也就是说，像下面对待发出的数据报一样处理）；否则（ 2）数据报被丢弃。

路由表中的每一项都包含下面这些信息：
• 目的I P地址。它既可以是一个完整的主机地址，也可以是一个网络地址，由该表目中的标
志字段来指定（如下所述）。主机地址有一个非0的主机号，以指定某一特定的
主机，而网络地址中的主机号为0，以指定网络中的所有主机（如以太网，令牌环网）。
• 下一站（或下一跳）路由器（ next-hop router）的I P地址，或者有直接连接的网络I P地
址。下一站路由器是指一个在直接相连网络上的路由器，通过它可以转发数据报。下
一站路由器不是最终的目的，但是它可以把传送给它的数据报转发到最终目的。
• 标志。其中一个标志指明目的I P地址是网络地址还是主机地址，另一个标志指明下一
站路由器是否为真正的下一站路由器，还是一个直接相连的接口
• 为数据报的传输指定一个网络接口。

I P路由选择是逐跳地（ h o p - b y - h o p）进行的。从这个路由表信息可以看出， I P并不知道到
达任何目的的完整路径（当然，除了那些与主机直接相连的目的）。所有的I P路由选择只为数
据报传输提供下一站路由器的I P地址。它假定下一站路由器比发送数据报的主机更接近目的，
而且下一站路由器与该主机是直接相连的。

I P路由选择主要完成以下这些功能：
1) 搜索路由表，寻找能与目的I P地址完全匹配的表目（网络号和主机号都要匹配）。如果
找到，则把报文发送给该表目指定的下一站路由器或直接连接的网络接口（取决于标
志字段的值）。
2) 搜索路由表，寻找能与目的网络号相匹配的表目。如果找到，则把报文发送给该表目
指定的下一站路由器或直接连接的网络接口（取决于标志字段的值）。目的网络上的所
有主机都可以通过这个表目来处置。例如，一个以太网上的所有主机都是通过这种表
目进行寻径的。
这种搜索网络的匹配方法必须考虑可能的子网掩码。
3) 搜索路由表，寻找标为“默认（ d e f a u l t）”的表目。如果找到，则把报文发送给该表目
指定的下一站路由器。

如果上面这些步骤都没有成功，那么该数据报就不能被传送。如果不能传送的数据报来自
本机，那么一般会向生成数据报的应用程序返回一个“主机不可达”或“网络不可达”的错误。

完整主机地址匹配在网络号匹配之前执行。只有当它们都失败后才选择默认路由。默认
路由，以及下一站路由器发送的I C M P间接报文

为一个网络指定一个路由器，而不必为每个主机指定一个路由器，这是I P路由选择机制
的另一个基本特性。这样做可以极大地缩小路由表的规模，比如I n t e r n e t上的路由器有只有几
千个表目，而不会是超过1 0 0万个表目。

举例
首先考虑一个简单的例子：我们的主机b s d i有一个I P数据报要发送给主机s u n。双方都在
同一个以太网上（参见扉页前图）。数据报的传输过程如图3 - 3所示。
当I P从某个上层收到这份数据报后，它搜索路由表，发现目的I P地址（1 4 0 . 2 5 2 . 1 3 . 3 3）在
一个直接相连的网络上（以太网1 4 0 . 2 5 2 . 1 3 . 0）。于是，在表中找到匹配网络地址（
数据报被送到以太网驱动程序，然后
作为一个以太网数据帧被送到s u n主机上
。I P数据报中的目的地址是
s u n的I P地址（ 1 4 0 . 2 5 2 . 1 3 . 3 3），而在链
路层首部中的目的地址是48 bit的s u n主
机的以太网接口地址。这个48 bit的以太
网地址是用A R P协议获得的。

现在来看另一个例子：主机b s d i有一份I P数据报要传到f t p . u u . n e t主机上，它的I P地
址是1 9 2 . 4 8 . 9 6 . 9。经过的前三个路由器如图3 - 4所示。首先，主机b s d i搜索路由表，但是没有
找到与主机地址或网络地址相匹配的表目，因此只能用默认的表目，把数据报传给下一站路
由器，即主机s u n。当数据报从b s d i被传到s u n主机上以后，目的I P地址是最终的信宿机地
址（1 9 2 . 4 8 . 9 6 . 9），但是链路层地址却是s u n主机的以太网接口地址。这与图3 - 3不同，在那里
数据报中的目的I P地址和目的链路层地址都指的是相同的主机（ s u n）。

当s u n收到数据报后，它发现数据报的目的I P地址并不是本机的任一地址，而s u n已被设
置成具有路由器的功能，因此它把数据报进行转发。经过搜索路由表，选用了默认表目。根
据s u n的默认表目，它把数据报转发到下一站路由器n e t b，该路由器的地址是1 4 0 . 2 5 2 . 1 . 1 8 3。
数据报是经过点对点S L I P链路被传送的，采用了图2 - 2所示的最小封装格式。这里，我们没有
给出像以太网链路层数据帧那样的首部，因为在S L I P链路中没有那样的首部。
当n e t b收到数据报后，它执行与s u n主机相同的步骤：数据报的目的地址不是本机地址，
而n e t b也被设置成具有路由器的功能，于是它也对该数据报进行转发。采用的也是默认路由
表目，把数据报送到下一站路由器g a t e w a y（1 4 0 . 2 5 2 . 1 . 4）。位于以太网1 4 0 . 2 5 2 . 1上的主机
n e t b用A R P获得对应于1 4 0 . 2 5 2 . 1 . 4的48 bit以太网地址。这个以太网地址就是链路层数据帧头
上的目的地址。
路由器g a t e w a y也执行与前面两个路由器相同的步骤。它的默认路由表目所指定的下一
站路由器I P地址是1 4 0 . 2 5 2 . 1 0 4 . 2
对于这个例子需要指出一些关键点：
1) 该例子中的所有主机和路由器都使用了默认路由。事实上，大多数主机和一些路由器
可以用默认路由来处理任何目的，除非它在本地局域网上。
2) 数据报中的目的I P地址始终不发生任何变化（在8 . 5节中，我们将看到，只有使用源路
由选项时，目的I P地址才有可能被修改，但这种情况很少出现）。所有的路由选择决策都是基
于这个目的I P地址。
3) 每个链路层可能具有不同的数据帧首部，而且链路层的目的地址（如果有的话）始终
指的是下一站的链路层地址。在例子中，两个以太网封装了含有下一站以太网地址的链路层
首部，但是S L I P链路没有这样做。以太网地址一般通过A R P获得。
在第9章，我们在描述了I C M P之后将再次讨论I P路由选择问题。我们将看到一些路由表
的例子，以及如何用它们来进行路由决策的。