IP选路与动态选路协议（一）

一、概述
  这一部分的主要内容有IP选路机制，包括CIDR（无类型域间选路）；路由表结构；另外介绍了两种ICMP差错：ICMP主机与网络不可达差错与ICMP重定向差错；动态选路协议：RIP（会重点介绍），OSPF，BGP。
二、IP选路机制
  图3－1很好的概括了IP层选路的工作流程：
  
                                       图3－1
由此可见路由表是其中重中之重，下面就来具体看一下路由表的结构（图3－2）：
     
                               图3－2
   查看路由表结构要使用netstat命令，-r选项表明列出路由表，-n选项表明以数字格式打印出IP地址，观察打印出的路由表的各列，Destination列为目标地址，Gateway表明下一跳的地址，以第一行举例说明，如果目的地是140.252.13.65，则该路由器将分组转发给140.252.13.35。
  Flags这一列非常重要，下面具体解释一下这五种不同的标志：
  U：该路由可以使用
  G：该路由是直接路由
  这里需要理解直接路由与间接路由的概念，看图3－3，这也是输出路由表的网络环境：
           
                                                图3－3
svr4(140.252.13.35)要发包给slip(140.252.13.65)，必须经过路由器bsdi的140.252.14.35接口，这也是svr4主机的路由表第一行的内容，因为目的地址slip与svr4并非直接相连，所以为间接路由，用间接路由转发数据包时（例如转发svr4到slip的包），IP数据包中的目的IP地址用的是slip的IP（即路由表第一项Destination列的内容），但其链路层目的地址使用的是IP值为140.252.13.35的硬件地址（即路由表第一项Gateway列对应的硬件地址），这两部分内容（目的IP地址与目的链路层地址）表示的是不同路由器的值。而若没有“G”标志，即该路由表项为直接路由，转发相应数据包时，这两部分内容表示的是相同路由器的值。
  H：路由表第一列（Destination列）是一个完整的主机地址
  D：该路由由重定向报文创建
  M：该路由由重定向报文修改
  参考记数Refcnt（Reference count）列给出的是正在使用路由的活动进程个数。
  “Use”列显示的是通过该路由发送的分组数。
  “Interface”列是本地接口的名字
列一下IP层选路机制的基本原理：
1）搜索匹配的主机地址（需要完全匹配）
2）搜索匹配的网络地址（用掩码与目标地址，然后进行匹配）
3）搜索默认表项
可以用route命令静态添加删除路由表，命令具体用法书上说得不是很详细，后面再补充。
三、无类型域间选路CIDR（Classless InterDomain Routing）
    无类型域间选路（CIDR）是一个防止Internet路由表膨胀的方法，也称为超网（supernetting）,CIDR涉及的内容主要有给定某个组织一个IP网络号，并给出地址分配要求（例如这个组织的每个部门各需多少IP地址，分配的先后顺序），给出分配方案；给定某个IP数据包，完成其匹配工作。
  为了说清楚这个概念，用Tanenbaum的《Computer Networks》这本书上的一个例子：假设一个地区分配了C类地址194.24.0.0，假设剑桥大学需要分配2048个IP地址，也就是说主机号应该是11位，这样子网掩码就应当是32－11 ＝ 21位，由于这是分配的第一个地址，故可以从194.24.0.0开始分配：
                  194.24.0.0：11000010  00011000  00000000  00000000
                Subnet Mask：11111111  11111111  11111000  00000000
则这一网段的地址范围应当是194.24.0.0~194.24.7.255，将这一网段的任何一个地址与掩码255.255.248.0相与，最后得出的都是该网段的网络号194.24.0.0，该网段的广播地址可以用网络号对应的IP地址主机位全部置1得到，即：194.24.0.0 + 0.0.7.255。
  如果这时牛津大学要求分配4096个地址，主机号应当是12位，由于现在剩下的地址是从194.24.8.0开始的，如果从这个地址分配，无法满足需要，我们算出子网掩码应是32－12 ＝20位，故从194.24.16.0处开始分配，可以得到网络号；如果这时爱丁堡大学再要求分配1024个字节，则可以从194.24.8.0处分配，具体分配方案可以看表3－1
        
                                     表3－1
  假设一个数据包的IP地址是194.24.17.4，分别与这三个已分配地址段的子网掩码相与，它只与牛津大学的网络号相匹配，因此匹配目的地址是牛津大学的路由表项。
     仔细观察这三个已分配地址与掩码，写出其二进制形式：
              Address                                                             Mask
     C：11000010  00011000  00000000  00000000              11111111  11111111 11111000  00000000
     E：11000010  00011000  00001000  00000000              11111111  11111111 11111100  00000000
     O：11000010  00011000  00010000  00000000              11111111  11111111 11110000  00000000  
其IP地址的前19位是完全相同的，因此可以将这三段网络在路由表中合并为一项，194.24.0.0/19
  CIDR还使用最佳匹配原则，比如一个IP既可以匹配/22的掩码，也可以匹配/20的掩码，则选择/22掩码对应的项。
  CIDR最初是针对C类地址提出的，通过路由聚合，它可以使Internet路由表增长的速度缓慢下来（通过路由聚合），“无类型”的意思是选路决策是基于整个32bit IP地址的掩码操作，而不管其IP地址是A类，B类或是C类
三、ICMP主机与网络不可达差错
   对于某个IP数据报，如果路由表中找不到匹配项，而又没有默认(default)路由存在，则路由器会给原始发送端发送一份“ICMP主机不可达的差错报文”’，图3－3的网络，将SLIP链路断开，然后在svr4主机上ping gemini主机，就可模拟这个过程，图3－4是ping程序的输出及tcpdump的输出：
               
                
                         图3－4
    “ICMP主机与网络不可达差错报文”的具体格式与之前traceroute程序的端口不可达报文同，类型为3，代码为0（网络不可达）或1（主机不可达）
四、ICMP重定向差错
   下面这幅图（图3－5）很形象地说明了ICMP重定向的过程：
             
                                       图3－5
   ICMP重定向允许主机在进行选路时不需要具备智能特性，智能特性放在路由器端，在图3－5的例子中，主机启动时允许只有一个默认表项（R1），当主机将本应发往R2的IP数据报转发至R1时，R1路由器将该数据报转发给R2，然后R1发现它转发数据报至R2的接口与它从主机接收该数据报的接口相同，即该数据报可以由主机直接转发给R2路由器（这点在整个过程中非常重要），于是R1路由器向主机发送一条ICMP重定向报文，主机收到后将根据报文建立到R2的路由表项，这样主机就通过这种逐步学习的方式不断完善自己的路由表。 
   注意：1. 重定向报文只能由路由器生成; 2. 重定向报文是由主机使用的，路由器不使用重定向报文。
   下面通过一个更具体的例子来说明ICMP重定向过程，还是图3－3所示的网络，运行netstat查看solaris主机的路由表：
             
   可以发现如果solaries主机（140.252.1.32）想发送IP数据包给bsdi主机（140.252.13.35），只能通过default选项，将数据包先转发给gateway路由器，这时在solaries主机上运行ping程序，发送IP数据包给bsdi主机，指定-v选项可以看到主机接收到的任何ICMP报文：
                 
   看打红框的部分，可以看到gateway路由器已向solaris主机发出了ICMP主机重定向报文，重定向至netb(140.252.1.183),再检查一下solaris的路由表，会发现多了一行，用红框标注：
              
 多出来这行就是根据重定向报文生成的路由表项，可以看到Flags字段中有“D”
 ICMP重定向报文的格式如图3－6所示：
            
                                      3－6

代码字段的0－3表明有四种类型的重定向报文如图3－7所示：
           
                        3－7
 这里的IP地址关系较为复杂，容易混淆，这里整理一下，图3－6所示的只是ICMP报文，如果要在网络上发送出去，前面一定要有一个IP首部，IP首部的源IP地址，记作IP1，就是发送该ICMP重定向差错报文的路由器地址，回到上一个例子就是gateway路由器的地址（140.252.1.4）；ICMP报文8字节首部信息之后的数据部分，其中有IP首部信息，是引起该ICMP差错报文的IP数据报首部信息，其中源IP地址字段IP2，就是需学习路由的主机的IP地址，在我们的例子中是solaris的地址（140.252.1.32）；目的IP地址字段IP3，是该数据报的目标主机地址，在例子中是bsdi(140.252.13.35)，主机建立的新路由表项中应当填在Destination字段中；最重要的IP4，即ICMP报文中5~8字节的内容，就是新路由表项中Gateway字段应填入的地址（140.252.1.183）
五、ICMP路由器发现报文
  配置路由器，可以用前面所说的route add命令，也可以使用ICMP路由器通告与请求报文。
 当路由器启动时，它定期在所有广播或多播传送接口上随机发送ICMP路由器通告报文，报文的格式如下：
       
这个图已经非常清楚了，“优先级字段”说明一下，0x80000000说明对应的地址不能作为默认路由器地址使用，优先级的默认值一般是0。
  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，请求报文格式如下：
       
 这里还要说明一下，一份给定的通告报文其默认生命周期是30分种。

参考资料：

                 《TCP/IP详解卷1：协议》第9章
                 《Computer Network》 Andrew. S . Tanenbaum