IP网络路由技术

IP地址

IP地址是IP网络中数据传输的依据，它标识了IP网络中的一个连接，一台主机可以有多个IP地址。IP分组中的IP地址在网络传输中是保持不变的。

基本地址格式

现在的IP网络使用32位地址，以点分十进制表示，如172.16.0.0。地址格式为：IP地址=网络地址 主机地址或 IP地址=主机地址 子网地址 主机地址。

网络地址是由Internet权力机构（InterNIC）统一分配的，目的是为了保证网络地址的全球唯一性。主机地址是由各个网络的系统管理员分配。因此，网络地址的唯一性与网络内主机地址的唯一性确保了IP地址的全球唯一性。

保留地址的分配

根据用途和安全性级别的不同，IP地址还可以大致分为两类：公共地址和私有地址。公用地址在Internet中使用，可以在Internet中随意访问。私有地址只能在内部网络中使用，只有通过代理服务器才能与Internet通信。

一个机构或网络要连入Internet，必须申请公用IP地址。但是考虑到网络安全和内部实验等特殊情况，在IP地址中专门保留了三个区域作为私有地址，其地址范围如下：

10.0.0.0/8：10.0.0.0～10.255.255.255

172.16.0.0/12：172.16.0.0～172.31.255.255

192.168.0.0/16：192.168.0.0～192.168.255.255

使用保留地址的网络只能在内部进行通信，而不能与其他网络互连。因为本网络中的保留地址同样也可能被其他网络使用，如果进行网络互连，那么寻找路由时就会因为地址的不唯一而出现问题。但是这些使用保留地址的网络可以通过将本网络内的保留地址翻译转换成公共地址的方式实现与外部网络的互连。这也是保证网络安全的重要方法之一。

无类域间路由（CIDR）

由于每年连入Internet的主机数成倍增长，因此Internet面临B类地址匮乏、路由表爆炸和整个地址耗尽等危机。无类域间路由（CIDR）就是为解决这些问题而开发的一种直接的解决方案，它使Internet得到足够的时间来等待新一代IP协议的产生。

按CIDR策略，可采用申请几个C类地址取代申请一个单独的B类地址的方式来解决B类地址的匮乏问题。所分配的C类地址不是随机的，而是连续的，它们的最高位相同，即具有相同的前缀，因此路由表就只需用一个表项来表示一组网络地址，这种方法称为“路由表聚类”。

另外，除了“路由表聚类”措施外，还可以由每个ISP从InterNIC获得一段地址空间后，再将这些地址分配给用户。

路由选择技术

IP网络中的路由选择是由路由设备完成的。路由器通过执行一定的路由协议，为IP数据报寻找一条到达目的主机或网络的最佳路由，并转发该数据报，实现路由选择。

路由协议

路由协议分为两大类：

路由选择协议（Routing Protocol）

这类协议使用一定的路由算法找出到达目的主机或网络的最佳路径，如RIP（路由信息协议）等。

路由传送协议（Routed Protocol）

这类协议沿已选好的路径传送数据报，如通过IP协议能将物理连接转变成网络连接，实现网络层的主要功能——路由选择。

直连路由与非直连路由

IP协议是根据路由来转发数据的。路由器中的路由有两种：直连路由和非直连路由。

路由器各网络接口所直连的网络之间使用直连路由进行通信。直连路由是在配置完路由器网络接口的IP地址后自动生成的，因此，如果没有对这些接口进行特殊的限制，这些接口所直连的网络之间就可以直接通信。

由两个或多个路由器互连的网络之间的通信使用非直连路由。非直连路由是指人工配置的静态路由或通过运行动态路由协议而获得的动态路由。其中静态路由比动态路由具有更高的可操作性和安全性。一般来说，静态路由的转发效率比动态路由高，因为静态路由不需要生成新的路由表，但其适应性比动态路由差，当一个路径失效时，它不能马上发现并作出处理，而要由管理员去进行改动，而动态路由就会在几十秒甚至几秒内自动修改路径。

IP网络已经逐渐成为现代网络的标准，用IP协议组建网络时，必须使用路由设备将各个IP子网互连起来，并且在IP子网间使用路由机制，通过IP网关互连形成层次性的网际网。

IP网络是由通过路由设备互连起来的IP子网构成的，这些路由设备负责在IP子网间寻找路由，并将IP分组转发到下一个IP子网。

IP协议的路由功能是由路由器实现的的，当路由器接收到一个报文，它抽出报文中的目的地址，然后，从目的地址中找出目的地的网络号查找路由选择表寻找与目的地址中网络相匹配的项。每个路由选择表项包含了用来转发报文的接口信息，也就是到目的地路径中的下一个路由器的地址。路由器的第二个工作，是维持路由选择表。这些表是由网络管理者创建的，或通过与其它路由器交换路由信息创建。当一个路由器初始引导时，它只知道与它直接相连的接口，如果网络中的路由器正在运行路由选择协议，当路由器知道与它相邻接的路由器相连的网络时，新的路由表表项将被创建每个路由选择表表项都被标识一个字符，该字符表示路由信息的源端。

光网络的路由协议是由IP路由协议扩展而来。IP网络是基于分组交换的无连接网络，而光网络是面向连接的电路交换网络，因此光网络的路由功能具有不同于IP网络路由的特点。IP路由协议包括控制平面和数据平面两大部分，只有IP路由协议的控制平面才适用于光网络，IP路由的数据包传送功能和光网络并不相关。IP网络中，路由协议和数据平面的转发过程关系密切，一旦出现故障，就必会有用户受到影响；光网络中的控制平面与数据平面是分开的，路由协议出现故障不会影响已经建立的连接，拓朴或资源状态出现问题时，只会影响新连接的建立。IP网络中所有节点都必须知道整个网络的拓朴，而在光网络中，路由的计算是由源节点完成的，只需要源节点拥有正确的网络拓朴信息即可。

ASON路由协议使用扩展了的OSPF路由协议，它仍采用OSPF的扩散和同步机制，但提供了更丰富的链路状态信息，如资源的可用性、物理层分离信息等；同时它也提供了对控制网和传送网分离的支持，使得OSPF协议可以应用于非IP网络中（ATM、SDH等）。IETF将OSPF协议扩展为GMPLS OSPF-TE协议，用于实现单域路由。扩展OSPF与传统OSPF的比较见下表。

OSPF采用Dijkstra提出的“最短路径算法”，用“洪泛法”向域内节点发送路由信息。成员链路具有以下属性：最大带宽、未预留带宽、最大最小连接带宽、链路保护类型、共享风险链路组（SRLG）信息和接口交换能力描述符。由于OSPF域有可扩展性，某个OSPF域可由多个域组成，单OSPF域路由应当向跨域扩展。一种方案是严格的层次配置，每个域（包括骨干域，骨干域由所在域的域边界节点ABN构成）分配一个IP地址，除了经过骨干域以外，从某域中某节点到另一域中某节点的路径不会穿过其他中间域。另一种方案是一条骨干域中的路径可能包含有多条穿过中间域的路径。在OSPF协议中，每个节点都会生成LSA，并将其泛洪到域内所有节点。ABN创建它所在域（非骨干域）的摘要信息，并把摘要信息泛洪到骨干域中。

路由器是互联网的主要节点设备。路由器通过路由决定数据的转发。转发策略称为路由选择（routing），这也是路由器名称的由来（router，转发者）。作为不同网络之间互相连接的枢纽，路由器系统构成了基于 TCP/IP 的国际互联网络 Internet 的主体脉络，也可以说，路由器构成了 Internet 的骨架。它的处理速度是网络通信的主要瓶颈之一，它的可靠性则直接影响着网络互连的质量。