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IP选路的原理

开始讨论IP选路之前,首先要理解内核是如何维护路由表的。路由表中包含的信息决定了IP层所做的所有决策。在3.3节中,我们列出了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

  首先来看一看一些典型的主机路由表。在主机svr4上,我们先执行带-r选项的netstat命令列出路由表,然后以-n选项再次执行该命令,以数字格式打印出IP地址(我们这样做是因为路由表中的一些表项是网络地址,而不是主机地址。如果没有-n选项,netstat命令将搜索文件/etc/networks并列出其中的网络名。这样会与另一种形式的名字—网络名加主机名相混淆)。


  第1行说明,如果目的地是140.252.13.65(slip主机),那么网关(路由器)将把分组转发给140.252.13.35(bsdi)。这正是我们所期望的,因为主机slip通过SLIP链路与bsdi相连接,而bsdi与该主机在同一个以太网上。

  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(9.5节)。M该路由已被重定向报文修改(9.5节)。标志G是非常重要的,因为由它区分了间接路由和直接路由(对于直接路由来说是不设置标志G的)。其区别在于,发往直接路由的分组中不但具有指明目的端的IP地址,还具有其链路层地址(见图3-3)。当分组被发往一个间接路由时,IP地址指明的是最终的目的地,但是链路层地址指明的是网关(即下一站路由器)。我们在图3-4已看到这样的例子。在这个路由表例子中,有一个间接路由(设置了标志G),因此采用这一项路由的分组其IP地址是最终的目的地(140.252.13.65),但是其链路层地址必须对应于路由器140.252.13.35。理解G和H标志之间的区别是很重要的。G标志区分了直接路由和间接路由,如上所述。但是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。另外,大多数版本的netstat命令首先打印出所有的主机路由表项,然后才是网络路由表项。

  参考记数Refcnt(Referencecount)列给出的是正在使用路由的活动进程个数。面向连接的协议如TCP在建立连接时要固定路由。如果在主机svr4和slip之间建立Telnet连接,可以看到参考记数值变为1。建立另一个Telnet连接时,它的值将增加为2,依此类推。

  下一列(“use”)显示的是通过该路由发送的分组数。如果我们是这个路由的唯一用户,那么运行ping程序发送5个分组后,它的值将变为5。最后一列(interface)是本地接口的名字。输出的第2行是环回接口(2.7节),它的名字始终为lo0。没有设置G标志,因为该路由不是一个网关。H标志说明目的地址(127.0.0.1)是一个主机地址,而不是一个网络地址。由于没有设置G标志,说明这是一个直接路由,网关列给出的是外出IP地址。

  输出的第3行是默认路由。每个主机都有一个或多个默认路由。这一项表明,如果在表中没有找到特定的路由,就把分组发送到路由器140.252.13.33(sun主机)。这说明当前主机(svr4)利用这一个路由表项就可以通过Internet经路由器sun(及其SLIP链路)访问其他的系统。建立默认路由是一个功能很强的概念。该路由标志(UG)表明它是一个网关,这是我们所期望的。这里,我们有意称sun为路由器而不是主机,因为它被当作默认路由器来使用,它发挥的是IP转发功能,而不是主机功能。

HostRequirementsRFC文档特别说明,IP层必须支持多个默认路由。但是,许多实现系统并不支持这一点。当存在多个默认路由时,一般的技术就成为它们周围的知更鸟了,例如,Solaris2.2就是这样做的。

  输出中的最后一行是所在的以太网。H标志没有设置,说明目的地址(140.252.13.32)是一个网络地址,其主机地址部分设为0。事实上,是它的低5位设为0。由于这是一个直接路由(G标志没有被设置),网关列指出的IP地址是外出地址。

netstat命令输出的最后一项还隐含了另一个信息,那就是目的地址(140.252.13.32)的子网掩码。如果要把该目的地址与140.252.13.33进行比较,那么在比较之前首先要把它与目的地址掩码(0xffffffe0,3.7节)进行逻辑与。由于内核知道每个路由表项对应的接口,而且每个接口都有一个对应的子网掩码,因此每个路由表项都有一个隐含的子网掩码。

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。

我们根据上述IP操作的步骤使用这个路由表为主机svr4上的一些分组例子选择路由。

1)假定目的地址是主机sun,140.252.13.33。首先进行主机地址的匹配。路由表中的两个主机地址表项(slip和localhost)均不匹配,接着进行网络地址匹配。这一次匹配成功,找到表项140.252.13.32(网络号和子网号都相同),因此使用emd0接口。这是一个直接路由,因此链路层地址将是目的端的地址。

2)假定目的地址是主机slip,140.252.13.65。首先在路由表搜索主机地址,并找到一个匹配地址。这是一个间接路由,因此目的端的IP地址仍然是140.252.13.65,但是链路层地址必须是网关140.252.13.65的链路层地址,其接口名为emd0。

3)这一次我们通过Internet给主机aw.com(192.207.117.2)发送一份数据报。首先在路由表中搜索主机地址,失败后进行网络地址匹配。最后成功地找到默认表项。该路由是一个间接路由,通过网关140.252.13.33,并使用接口名为emd0。

4)在我们最后一个例子中,我们给本机发送一份数据报。有四种方法可以完成这件事,如用主机名、主机IP地址、环回名或者环回IP地址:

ftpsvr4ftp140.252.13.34ftplocalhostftp127.0.0.1

在前两种情况下,对路由表的第2次搜索得到一个匹配的网络地址140.252.13.32,并把IP报文传送给以太网驱动程序。正如图2-4所示的那样,IP报文中的目的地址为本机IP地址,因此报文被送给环回驱动程序,然后由驱动程序把报文放入IP输出队列中。

在后两种情况下,由于指定了环回接口的名字或IP地址,第一次搜索就找到匹配的主机地址,因此报文直接被送给环回驱动程序,然后由驱动程序把报文放入IP输出队列中。

上述四种情况报文都要被送给环回驱动程序,但是采用的两种路由决策是不相同的。



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