IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)原理. IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)原理及其在軌道交通信號(hào)系統(tǒng)中的運(yùn)用
ip就是網(wǎng)際互聯(lián)協(xié)議，支持的有4個(gè)協(xié)議：ARP,RARP,ICMP,IGMP
1.網(wǎng)絡(luò)互連
把自己的網(wǎng)絡(luò)同其它的網(wǎng)絡(luò)互連起來(lái)，從網(wǎng)絡(luò)中獲取更多的信息和向網(wǎng)絡(luò)發(fā)布自己的消息，是網(wǎng)絡(luò)互連的最主要的動(dòng)力。網(wǎng)絡(luò)的互連有多種方式，其中使用最多的是網(wǎng)橋互連和路由器互連。
1.1 網(wǎng)橋互連的網(wǎng)絡(luò)
網(wǎng)橋工作在OSI模型中的第二層，即鏈路層。完成數(shù)據(jù)幀(frame)的轉(zhuǎn)發(fā)，主要目的是在連接的網(wǎng)絡(luò)間提供透明的通信。網(wǎng)橋的轉(zhuǎn)發(fā)是依據(jù)數(shù)據(jù)幀中的源地址和目的地址來(lái)判斷一個(gè)幀是否應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)和轉(zhuǎn)發(fā)到哪個(gè)端口。幀中的地址稱為“MAC”地址或“硬件”地址，一般就是網(wǎng)卡所帶的地址。
網(wǎng)橋的作用是把兩個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)互連起來(lái)，提供透明的通信。網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備看不到網(wǎng)橋的存在，設(shè)備之間的通信就如同在一個(gè)網(wǎng)上一樣方便。由于網(wǎng)橋是在數(shù)據(jù)幀上進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的，因此只能連接相同或相似的網(wǎng)絡(luò)(相同或相似結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)幀)，如以太網(wǎng)之間、以太網(wǎng)與令牌環(huán)(token ring)之間的互連，對(duì)于不同類型的網(wǎng)絡(luò)(數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)不同)，如以太網(wǎng)與X.25之間，網(wǎng)橋就無(wú)能為力了。
網(wǎng)橋擴(kuò)大了網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模，提高了網(wǎng)絡(luò)的性能，給網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用帶來(lái)了方便，在以前的網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)橋的應(yīng)用較為廣泛。但網(wǎng)橋互連也帶來(lái)了不少問(wèn)題：一個(gè)是廣播風(fēng)暴，網(wǎng)橋不阻擋網(wǎng)絡(luò)中廣播消息，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模較大時(shí)(幾個(gè)網(wǎng)橋，多個(gè)以太網(wǎng)段)，有可能引起廣播風(fēng)暴(broadcasting storm)，導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)全被廣播信息充滿，直至完全癱瘓。第二個(gè)問(wèn)題是，當(dāng)與外部網(wǎng)絡(luò)互連時(shí)，網(wǎng)橋會(huì)把內(nèi)部和外部網(wǎng)絡(luò)合二為一，成為一個(gè)網(wǎng)，雙方都自動(dòng)向?qū)Ψ酵耆_(kāi)放自己的網(wǎng)絡(luò)資源。這種互連方式在與外部網(wǎng)絡(luò)互連時(shí)顯然是難以接受的。問(wèn)題的主要根源是網(wǎng)橋只是最大限度地把網(wǎng)絡(luò)溝通，而不管傳送的信息是什么。
1.2 路由器互連網(wǎng)絡(luò)
路由器互連與網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議有關(guān)，我們討論限于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的情況。
路由器工作在OSI模型中的第三層，即網(wǎng)絡(luò)層。路由器利用網(wǎng)絡(luò)層定義的“邏輯”上的網(wǎng)絡(luò)地址(即IP地址)來(lái)區(qū)別不同的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的互連和隔離，保持各個(gè)網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立性。路由器不轉(zhuǎn)發(fā)廣播消息，而把廣播消息限制在各自的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部。發(fā)送到其他網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)茵先被送到路由器，再由路由器轉(zhuǎn)發(fā)出去。
IP路由器只轉(zhuǎn)發(fā)IP分組，把其余的部分擋在網(wǎng)內(nèi)(包括廣播)，從而保持各個(gè)網(wǎng)絡(luò)具有相對(duì)的獨(dú)立性，這樣可以組成具有許多網(wǎng)絡(luò)(子網(wǎng))互連的大型的網(wǎng)絡(luò)。由于是在網(wǎng)絡(luò)層的互連，路由器可方便地連接不同類型的網(wǎng)絡(luò)，只要網(wǎng)絡(luò)層運(yùn)行的是IP協(xié)議，通過(guò)路由器就可互連起來(lái)。
網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備用它們的網(wǎng)絡(luò)地址(TCP/IP網(wǎng)絡(luò)中為IP地址)互相通信。IP地址是與硬件地址無(wú)關(guān)的“邏輯”地址。路由器只根據(jù)IP地址來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。IP地址的結(jié)構(gòu)有兩部分，一部分定義網(wǎng)絡(luò)號(hào)，另一部分定義網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的主機(jī)號(hào)。目前，在Internet網(wǎng)絡(luò)中采用子網(wǎng)掩碼來(lái)確定IP地址中網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址。子網(wǎng)掩碼與IP地址一樣也是32bit，并且兩者是一一對(duì)應(yīng)的，并規(guī)定，子網(wǎng)掩碼中數(shù)字為“1”所對(duì)應(yīng)的IP地址中的部分為網(wǎng)絡(luò)號(hào)，為“0”所對(duì)應(yīng)的則為主機(jī)號(hào)。網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)合起來(lái)，才構(gòu)成一個(gè)完整的IP地址。同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)IP地址，其網(wǎng)絡(luò)號(hào)必須是相同的，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)稱為IP子網(wǎng)。
通信只能在具有相同網(wǎng)絡(luò)號(hào)的IP地址之間進(jìn)行，要與其它IP子網(wǎng)的主機(jī)進(jìn)行通信，則必須經(jīng)過(guò)同一網(wǎng)絡(luò)上的某個(gè)路由器或網(wǎng)關(guān)(gateway)出去。不同網(wǎng)絡(luò)號(hào)的IP地址不能直接通信，即使它們接在一起，也不能通信。
路由器有多個(gè)端口，用于連接多個(gè)IP子網(wǎng)。每個(gè)端口的IP地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)要求與所連接的IP子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)號(hào)相同。不同的端口為不同的網(wǎng)絡(luò)號(hào)，對(duì)應(yīng)不同的IP子網(wǎng)，這樣才能使各子網(wǎng)中的主機(jī)通過(guò)自己子網(wǎng)的IP地址把要求出去的IP分組送到路由器上。
2.路由原理
當(dāng)IP子網(wǎng)中的一臺(tái)主機(jī)發(fā)送IP分組給同一IP子網(wǎng)的另一臺(tái)主機(jī)時(shí)，它將直接把IP分組送到網(wǎng)絡(luò)上，對(duì)方就能收到。而要送給不同IP于網(wǎng)上的主機(jī)時(shí)，它要選擇一個(gè)能到達(dá)目的子網(wǎng)上的路由器，把IP分組送給該路由器，由路由器負(fù)責(zé)把IP分組送到目的地。如果沒(méi)有找到這樣的路由器，主機(jī)就把IP分組送給一個(gè)稱為“缺省網(wǎng)關(guān)(default gateway)”的路由器上。“缺省網(wǎng)關(guān)”是每臺(tái)主機(jī)上的一個(gè)配置參數(shù)，它是接在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的某個(gè)路由器端口的IP地址。
路由器轉(zhuǎn)發(fā)IP分組時(shí)，只根據(jù)IP分組目的IP地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)部分，選擇合適的端口，把IP分組送出去。同主機(jī)一樣，路由器也要判定端口所接的是否是目的子網(wǎng)，如果是，就直接把分組通過(guò)端口送到網(wǎng)絡(luò)上，否則，也要選擇下一個(gè)路由器來(lái)傳送分組。路由器也有它的缺省網(wǎng)關(guān)，用來(lái)傳送不知道往哪兒送的IP分組。這樣，通過(guò)路由器把知道如何傳送的IP分組正確轉(zhuǎn)發(fā)出去，不知道的IP分組送給“缺省網(wǎng)關(guān)”路由器，這樣一級(jí)級(jí)地傳送，IP分組最終將送到目的地，送不到目的地的IP分組則被網(wǎng)絡(luò)丟棄了。
目前TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，全部是通過(guò)路由器互連起來(lái)的，Internet就是成千上萬(wàn)個(gè)IP子網(wǎng)通過(guò)路由器互連起來(lái)的國(guó)際性網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)稱為以路由器為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)(router based network)，形成了以路由器為節(jié)點(diǎn)的“網(wǎng)間網(wǎng)”。在“網(wǎng)間網(wǎng)”中，路由器不僅負(fù)責(zé)對(duì)IP分組的轉(zhuǎn)發(fā)，還要負(fù)責(zé)與別的路由器進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，共同確定“網(wǎng)間網(wǎng)”的路由選擇和維護(hù)路由表。
路由動(dòng)作包括兩項(xiàng)基本內(nèi)容：尋徑和轉(zhuǎn)發(fā)。尋徑即判定到達(dá)目的地的最佳路徑，由路由選擇算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于涉及到不同的路由選擇協(xié)議和路由選擇算法，要相對(duì)復(fù)雜一些。為了判定最佳路徑，路由選擇算法必須啟動(dòng)并維護(hù)包含路由信息的路由表，其中路由信息依賴于所用的路由選擇算法而不盡相同。路由選擇算法將收集到的不同信息填入路由表中，根據(jù)路由表可將目的網(wǎng)絡(luò)與下一站(nexthop)的關(guān)系告訴路由器。路由器間互通信息進(jìn)行路由更新，更新維護(hù)路由表使之正確反映網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)渥兓⒂陕酚善鞲鶕?jù)量度來(lái)決定最佳路徑。這就是路由選擇協(xié)議(routing protocol)，例如路由信息協(xié)議(RIP)、開(kāi)放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議(OSPF)和邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議(BGP)等。
轉(zhuǎn)發(fā)即沿尋徑好的最佳路徑傳送信息分組。路由器首先在路由表中查找，判明是否知道如何將分組發(fā)送到下一個(gè)站點(diǎn)(路由器或主機(jī))，如果路由器不知道如何發(fā)送分組，通常將該分組丟棄;否則就根據(jù)路由表的相應(yīng)表項(xiàng)將分組發(fā)送到下一個(gè)站點(diǎn)，如果目的網(wǎng)絡(luò)直接與路由器相連，路由器就把分組直接送到相應(yīng)的端口上。這就是路由轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議(routed protocol)。
路由轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議和路由選擇協(xié)議是相互配合又相互獨(dú)立的概念，前者使用后者維護(hù)的路由表，同時(shí)后者要利用前者提供的功能來(lái)發(fā)布路由協(xié)議數(shù)據(jù)分組。下文中提到的路由協(xié)議，除非特別說(shuō)明，都是指路由選擇協(xié)議，這也是普遍的習(xí)慣。
3.路由協(xié)議
典型的路由選擇方式有兩種：靜態(tài)路由和動(dòng)態(tài)路由。
靜態(tài)路由是在路由器中設(shè)置的固定的路由表。除非網(wǎng)絡(luò)管理員干預(yù)，否則靜態(tài)路由不會(huì)發(fā)生變化。由于靜態(tài)路由不能對(duì)網(wǎng)絡(luò)的改變作出反映，一般用于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不大、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)固定的網(wǎng)絡(luò)中。靜態(tài)路由的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、高效、可靠。在所有的路由中，靜態(tài)路由優(yōu)先級(jí)最高。當(dāng)動(dòng)態(tài)路由與靜態(tài)路由發(fā)生沖突時(shí)，以靜態(tài)路由為準(zhǔn)。
動(dòng)態(tài)路由是網(wǎng)絡(luò)中的路由器之間相互通信，傳遞路由信息，利用收到的路由信息更新路由器表的過(guò)程。它能實(shí)時(shí)地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化。如果路由更新信息表明發(fā)生了網(wǎng)絡(luò)變化，路由選擇軟件就會(huì)重新計(jì)算路由，并發(fā)出新的路由更新信息。這些信息通過(guò)各個(gè)網(wǎng)絡(luò)，引起各路由器重新啟動(dòng)其路由算法，并更新各自的路由表以動(dòng)態(tài)地反映網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓?dòng)態(tài)路由適用于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋸?fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)然，各種動(dòng)態(tài)路由協(xié)議會(huì)不同程度地占用網(wǎng)絡(luò)帶寬和CPU資源。
靜態(tài)路由和動(dòng)態(tài)路由有各自的特點(diǎn)和適用范圍，因此在網(wǎng)絡(luò)中動(dòng)態(tài)路由通常作為靜態(tài)路由的補(bǔ)充。當(dāng)一個(gè)分組在路由器中進(jìn)行尋徑時(shí)，路由器首先查找靜態(tài)路由，如果查到則根據(jù)相應(yīng)的靜態(tài)路由轉(zhuǎn)發(fā)分組;否則再查找動(dòng)態(tài)路由。
根據(jù)是否在一個(gè)自治域內(nèi)部使用，動(dòng)態(tài)路由協(xié)議分為內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(IGP)和外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(EGP)。這里的自治域指一個(gè)具有統(tǒng)一管理機(jī)構(gòu)、統(tǒng)一路由策略的網(wǎng)絡(luò)。自治域內(nèi)部采用的路由選擇協(xié)議稱為內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，常用的有RIP、OSPF;外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議主要用于多個(gè)自治域之間的路由選擇，常用的是BGP和BGP-4。下面分別進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。
3.1 RIP路由協(xié)議
RIP協(xié)議最初是為Xerox網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的Xerox parc通用協(xié)議而設(shè)計(jì)的，是Internet中常用的路由協(xié)議。RIP采用距離向量算法，即路由器根據(jù)距離選擇路由，所以也稱為距離向量協(xié)議。路由器收集所有可到達(dá)目的地的不同路徑，并且保存有關(guān)到達(dá)每個(gè)目的地的最少站點(diǎn)數(shù)的路徑信息，除到達(dá)目的地的最佳路徑外，任何其它信息均予以丟棄。同時(shí)路由器也把所收集的路由信息用RIP協(xié)議通知相鄰的其它路由器。這樣，正確的路由信息逐漸擴(kuò)散到了全網(wǎng)。
RIP使用非常廣泛，它簡(jiǎn)單、可靠，便于配置。但是RIP只適用于小型的同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)樗试S的最大站點(diǎn)數(shù)為15，任何超過(guò)15個(gè)站點(diǎn)的目的地均被標(biāo)記為不可達(dá)。而且RIP每隔30s一次的路由信息廣播也是造成網(wǎng)絡(luò)的廣播風(fēng)暴的重要原因之一。
3.2 OSPF路由協(xié)議
80年代中期，RIP已不能適應(yīng)大規(guī)模異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互連，0SPF隨之產(chǎn)生。它是網(wǎng)間工程任務(wù)組織(1ETF)的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議工作組為IP網(wǎng)絡(luò)而開(kāi)發(fā)的一種路由協(xié)議。
0SPF是一種基于鏈路狀態(tài)的路由協(xié)議，需要每個(gè)路由器向其同一管理域的所有其它路由器發(fā)送鏈路狀態(tài)廣播信息。在OSPF的鏈路狀態(tài)廣播中包括所有接口信息、所有的量度和其它一些變量。利用0SPF的路由器首先必須收集有關(guān)的鏈路狀態(tài)信息，并根據(jù)一定的算法計(jì)算出到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的最短路徑。而基于距離向量的路由協(xié)議僅向其鄰接路由器發(fā)送有關(guān)路由更新信息。
與RIP不同，OSPF將一個(gè)自治域再劃分為區(qū)，相應(yīng)地即有兩種類型的路由選擇方式：當(dāng)源和目的地在同一區(qū)時(shí)，采用區(qū)內(nèi)路由選擇;當(dāng)源和目的地在不同區(qū)時(shí)，則采用區(qū)間路由選擇。這就大大減少了網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷，并增加了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。當(dāng)一個(gè)區(qū)內(nèi)的路由器出了故障時(shí)并不影響自治域內(nèi)其它區(qū)路由器的正常工作，這也給網(wǎng)絡(luò)的管理、維護(hù)帶來(lái)方便。
3.3 BGP和BGP-4路由協(xié)議
BGP是為TCP/IP互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，用于多個(gè)自治域之間。它既不是基于純粹的鏈路狀態(tài)算法，也不是基于純粹的距離向量算法。它的主要功能是與其它自治域的BGP交換網(wǎng)絡(luò)可達(dá)信息。各個(gè)自治域可以運(yùn)行不同的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議。BGP更新信息包括網(wǎng)絡(luò)號(hào)/自治域路徑的成對(duì)信息。自治域路徑包括到達(dá)某個(gè)特定網(wǎng)絡(luò)須經(jīng)過(guò)的自治域串，這些更新信息通過(guò)TCP傳送出去，以保證傳輸?shù)目煽啃浴?br />
為了滿足Internet日益擴(kuò)大的需要，BGP還在不斷地發(fā)展。在最新的BGp4中，還可以將相似路由合并為一條路由。
3.4 路由表項(xiàng)的優(yōu)先問(wèn)題
在一個(gè)路由器中，可同時(shí)配置靜態(tài)路由和一種或多種動(dòng)態(tài)路由。它們各自維護(hù)的路由表都提供給轉(zhuǎn)發(fā)程序，但這些路由表的表項(xiàng)間可能會(huì)發(fā)生沖突。這種沖突可通過(guò)配置各路由表的優(yōu)先級(jí)來(lái)解決。通常靜態(tài)路由具有默認(rèn)的最高優(yōu)先級(jí)，當(dāng)其它路由表表項(xiàng)與它矛盾時(shí)，均按靜態(tài)路由轉(zhuǎn)發(fā)。
4.路由算法
路由算法在路由協(xié)議中起著至關(guān)重要的作用，采用何種算法往往決定了最終的尋徑結(jié)果，因此選擇路由算法一定要仔細(xì)。通常需要綜合考慮以下幾個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)：
(1)最優(yōu)化：指路由算法選擇最佳路徑的能力。
(2)簡(jiǎn)潔性：算法設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，利用最少的軟件和開(kāi)銷，提供最有效的功能。
(3)堅(jiān)固性：路由算法處于非正常或不可預(yù)料的環(huán)境時(shí)，如硬件故障、負(fù)載過(guò)高或操作失誤時(shí)，都能正確運(yùn)行。由于路由器分布在網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接點(diǎn)上，所以在它們出故障時(shí)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果。最好的路由器算法通常能經(jīng)受時(shí)間的考驗(yàn)，并在各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下被證實(shí)是可靠的。
(4)快速收斂：收斂是在最佳路徑的判斷上所有路由器達(dá)到一致的過(guò)程。當(dāng)某個(gè)網(wǎng)絡(luò)事件引起路由可用或不可用時(shí)，路由器就發(fā)出更新信息。路由更新信息遍及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，引發(fā)重新計(jì)算最佳路徑，最終達(dá)到所有路由器一致公認(rèn)的最佳路徑。收斂慢的路由算法會(huì)造成路徑循環(huán)或網(wǎng)絡(luò)中斷。
(5)靈活性：路由算法可以快速、準(zhǔn)確地適應(yīng)各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。例如，某個(gè)網(wǎng)段發(fā)生故障，路由算法要能很快發(fā)現(xiàn)故障，并為使用該網(wǎng)段的所有路由選擇另一條最佳路徑。
路由算法按照種類可分為以下幾種：靜態(tài)和動(dòng)態(tài)、單路和多路、平等和分級(jí)、源路由和透明路由、域內(nèi)和域間、鏈路狀態(tài)和距離向量。前面幾種的特點(diǎn)與字面意思基本一致，下面著重介紹鏈路狀態(tài)和距離向量算法。
鏈路狀態(tài)算法(也稱最短路徑算法)發(fā)送路由信息到互聯(lián)網(wǎng)上所有的結(jié)點(diǎn)，然而對(duì)于每個(gè)路由器，僅發(fā)送它的路由表中描述了其自身鏈路狀態(tài)的那一部分。距離向量算法(也稱為Bellman-Ford算法)則要求每個(gè)路由器發(fā)送其路由表全部或部分信息，但僅發(fā)送到鄰近結(jié)點(diǎn)上。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，鏈路狀態(tài)算法將少量更新信息發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)各處，而距離向量算法發(fā)送大量更新信息至鄰接路由器。
由于鏈路狀態(tài)算法收斂更快，因此它在一定程度上比距離向量算法更不易產(chǎn)生路由循環(huán)。但另一方面，鏈路狀態(tài)算法要求比距離向量算法有更強(qiáng)的CPU能力和更多的內(nèi)存空間，因此鏈路狀態(tài)算法將會(huì)在實(shí)現(xiàn)時(shí)顯得更昂貴一些。除了這些區(qū)別，兩種算法在大多數(shù)環(huán)境下都能很好地運(yùn)行。
最后需要指出的是，路由算法使用了許多種不同的度量標(biāo)準(zhǔn)去決定最佳路徑。復(fù)雜的路由算法可能采用多種度量來(lái)選擇路由，通過(guò)一定的加權(quán)運(yùn)算，將它們合并為單個(gè)的復(fù)合度量、再填入路由表中，作為尋徑的標(biāo)準(zhǔn)。通常所使用的度量有：路徑長(zhǎng)度、可靠性、時(shí)延、帶寬、負(fù)載、通信成本等。
5.新一代路由器
由于多媒體等應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)中的發(fā)展，以及ATM、快速以太網(wǎng)等新技術(shù)的不斷采用，網(wǎng)絡(luò)的帶寬與速率飛速提高，傳統(tǒng)的路由器已不能滿足人們對(duì)路由器的性能要求。因?yàn)閭鹘y(tǒng)路由器的分組轉(zhuǎn)發(fā)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)均基于軟件，在轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中對(duì)分組的處理要經(jīng)過(guò)許多環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程復(fù)雜，使得分組轉(zhuǎn)發(fā)的速率較慢。另外，由于路由器是網(wǎng)絡(luò)互連的關(guān)鍵設(shè)備，是網(wǎng)絡(luò)與其它網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的一個(gè)“關(guān)口”，對(duì)其安全性有很高的要求，因此路由器中各種附加的安全措施增加了CPU的負(fù)擔(dān)，這樣就使得路由器成為整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)上的“瓶頸”。
傳統(tǒng)的路由器在轉(zhuǎn)發(fā)每一個(gè)分組時(shí)，都要進(jìn)行一系列的復(fù)雜操作，包括路由查找、訪問(wèn)控制表匹配、地址解析、優(yōu)先級(jí)管理以及其它的附加操作。這一系列的操作大大影響了路由器的性能與效率，降低了分組轉(zhuǎn)發(fā)速率和轉(zhuǎn)發(fā)的吞吐量，增加了CPU的負(fù)擔(dān)。而經(jīng)過(guò)路由器的前后分組間的相關(guān)性很大，具有相同目的地址和源地址的分組往往連續(xù)到達(dá)，這為分組的快速轉(zhuǎn)發(fā)提供了實(shí)現(xiàn)的可能與依據(jù)。新一代路由器，如IP Switch、Tag Switch等，就是采用這一設(shè)計(jì)思想用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)發(fā)，大大提高了路由器的性能與效率。
新一代路由器使用轉(zhuǎn)發(fā)緩存來(lái)簡(jiǎn)化分組的轉(zhuǎn)發(fā)操作。在快速轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中，只需對(duì)一組具有相同目的地址和源地址的分組的前幾個(gè)分組進(jìn)行傳統(tǒng)的路由轉(zhuǎn)發(fā)處理，并把成功轉(zhuǎn)發(fā)的分組的目的地址、源地址和下一網(wǎng)關(guān)地址(下一路由器地址)放人轉(zhuǎn)發(fā)緩存中。當(dāng)其后的分組要進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，茵先查看轉(zhuǎn)發(fā)緩存，如果該分組的目的地址和源地址與轉(zhuǎn)發(fā)緩存中的匹配，則直接根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)緩存中的下一網(wǎng)關(guān)地址進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，而無(wú)須經(jīng)過(guò)傳統(tǒng)的復(fù)雜操作，大大減輕了路由器的負(fù)擔(dān)，達(dá)到了提高路由器吞吐量的目標(biāo)。
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1.網(wǎng)絡(luò)互連
把自己的網(wǎng)絡(luò)同其它的網(wǎng)絡(luò)互連起來(lái)，從網(wǎng)絡(luò)中獲取更多的信息和向網(wǎng)絡(luò)發(fā)布自己的消息，是網(wǎng)絡(luò)互連的最主要的動(dòng)力。網(wǎng)絡(luò)的互連有多種方式，其中使用最多的是網(wǎng)橋互連和路由器互連。
1.1 網(wǎng)橋互連的網(wǎng)絡(luò)
網(wǎng)橋工作在OSI模型中的第二層，即鏈路層。完成數(shù)據(jù)幀(frame)的轉(zhuǎn)發(fā)，主要目的是在連接的網(wǎng)絡(luò)間提供透明的通信。網(wǎng)橋的轉(zhuǎn)發(fā)是依據(jù)數(shù)據(jù)幀中的源地址和目的地址來(lái)判斷一個(gè)幀是否應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)和轉(zhuǎn)發(fā)到哪個(gè)端口。幀中的地址稱為“MAC”地址或“硬件”地址，一般就是網(wǎng)卡所帶的地址。
網(wǎng)橋的作用是把兩個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)互連起來(lái)，提供透明的通信。網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備看不到網(wǎng)橋的存在，設(shè)備之間的通信就如同在一個(gè)網(wǎng)上一樣方便。由于網(wǎng)橋是在數(shù)據(jù)幀上進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的，因此只能連接相同或相似的網(wǎng)絡(luò)(相同或相似結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)幀)，如以太網(wǎng)之間、以太網(wǎng)與令牌環(huán)(token ring)之間的互連，對(duì)于不同類型的網(wǎng)絡(luò)(數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)不同)，如以太網(wǎng)與X.25之間，網(wǎng)橋就無(wú)能為力了。
網(wǎng)橋擴(kuò)大了網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模，提高了網(wǎng)絡(luò)的性能，給網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用帶來(lái)了方便，在以前的網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)橋的應(yīng)用較為廣泛。但網(wǎng)橋互連也帶來(lái)了不少問(wèn)題：一個(gè)是廣播風(fēng)暴，網(wǎng)橋不阻擋網(wǎng)絡(luò)中廣播消息，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模較大時(shí)(幾個(gè)網(wǎng)橋，多個(gè)以太網(wǎng)段)，有可能引起廣播風(fēng)暴(broadcasting storm)，導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)全被廣播信息充滿，直至完全癱瘓。第二個(gè)問(wèn)題是，當(dāng)與外部網(wǎng)絡(luò)互連時(shí)，網(wǎng)橋會(huì)把內(nèi)部和外部網(wǎng)絡(luò)合二為一，成為一個(gè)網(wǎng)，雙方都自動(dòng)向?qū)Ψ酵耆_(kāi)放自己的網(wǎng)絡(luò)資源。這種互連方式在與外部網(wǎng)絡(luò)互連時(shí)顯然是難以接受的。問(wèn)題的主要根源是網(wǎng)橋只是最大限度地把網(wǎng)絡(luò)溝通，而不管傳送的信息是什么。
1.2 路由器互連網(wǎng)絡(luò)
路由器互連與網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議有關(guān)，我們討論限于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的情況。
路由器工作在OSI模型中的第三層，即網(wǎng)絡(luò)層。路由器利用網(wǎng)絡(luò)層定義的“邏輯”上的網(wǎng)絡(luò)地址(即IP地址)來(lái)區(qū)別不同的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的互連和隔離，保持各個(gè)網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立性。路由器不轉(zhuǎn)發(fā)廣播消息，而把廣播消息限制在各自的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部。發(fā)送到其他網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)茵先被送到路由器，再由路由器轉(zhuǎn)發(fā)出去。
IP路由器只轉(zhuǎn)發(fā)IP分組，把其余的部分擋在網(wǎng)內(nèi)(包括廣播)，從而保持各個(gè)網(wǎng)絡(luò)具有相對(duì)的獨(dú)立性，這樣可以組成具有許多網(wǎng)絡(luò)(子網(wǎng))互連的大型的網(wǎng)絡(luò)。由于是在網(wǎng)絡(luò)層的互連，路由器可方便地連接不同類型的網(wǎng)絡(luò)，只要網(wǎng)絡(luò)層運(yùn)行的是IP協(xié)議，通過(guò)路由器就可互連起來(lái)。
網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備用它們的網(wǎng)絡(luò)地址(TCP/IP網(wǎng)絡(luò)中為IP地址)互相通信。IP地址是與硬件地址無(wú)關(guān)的“邏輯”地址。路由器只根據(jù)IP地址來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。IP地址的結(jié)構(gòu)有兩部分，一部分定義網(wǎng)絡(luò)號(hào)，另一部分定義網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的主機(jī)號(hào)。目前，在Internet網(wǎng)絡(luò)中采用子網(wǎng)掩碼來(lái)確定IP地址中網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址。子網(wǎng)掩碼與IP地址一樣也是32bit，并且兩者是一一對(duì)應(yīng)的，并規(guī)定，子網(wǎng)掩碼中數(shù)字為“1”所對(duì)應(yīng)的IP地址中的部分為網(wǎng)絡(luò)號(hào)，為“0”所對(duì)應(yīng)的則為主機(jī)號(hào)。網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)合起來(lái)，才構(gòu)成一個(gè)完整的IP地址。同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)IP地址，其網(wǎng)絡(luò)號(hào)必須是相同的，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)稱為IP子網(wǎng)。
通信只能在具有相同網(wǎng)絡(luò)號(hào)的IP地址之間進(jìn)行，要與其它IP子網(wǎng)的主機(jī)進(jìn)行通信，則必須經(jīng)過(guò)同一網(wǎng)絡(luò)上的某個(gè)路由器或網(wǎng)關(guān)(gateway)出去。不同網(wǎng)絡(luò)號(hào)的IP地址不能直接通信，即使它們接在一起，也不能通信。
路由器有多個(gè)端口，用于連接多個(gè)IP子網(wǎng)。每個(gè)端口的IP地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)要求與所連接的IP子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)號(hào)相同。不同的端口為不同的網(wǎng)絡(luò)號(hào)，對(duì)應(yīng)不同的IP子網(wǎng)，這樣才能使各子網(wǎng)中的主機(jī)通過(guò)自己子網(wǎng)的IP地址把要求出去的IP分組送到路由器上。
2.路由原理
當(dāng)IP子網(wǎng)中的一臺(tái)主機(jī)發(fā)送IP分組給同一IP子網(wǎng)的另一臺(tái)主機(jī)時(shí)，它將直接把IP分組送到網(wǎng)絡(luò)上，對(duì)方就能收到。而要送給不同IP于網(wǎng)上的主機(jī)時(shí)，它要選擇一個(gè)能到達(dá)目的子網(wǎng)上的路由器，把IP分組送給該路由器，由路由器負(fù)責(zé)把IP分組送到目的地。如果沒(méi)有找到這樣的路由器，主機(jī)就把IP分組送給一個(gè)稱為“缺省網(wǎng)關(guān)(default gateway)”的路由器上。“缺省網(wǎng)關(guān)”是每臺(tái)主機(jī)上的一個(gè)配置參數(shù)，它是接在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的某個(gè)路由器端口的IP地址。
路由器轉(zhuǎn)發(fā)IP分組時(shí)，只根據(jù)IP分組目的IP地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)部分，選擇合適的端口，把IP分組送出去。同主機(jī)一樣，路由器也要判定端口所接的是否是目的子網(wǎng)，如果是，就直接把分組通過(guò)端口送到網(wǎng)絡(luò)上，否則，也要選擇下一個(gè)路由器來(lái)傳送分組。路由器也有它的缺省網(wǎng)關(guān)，用來(lái)傳送不知道往哪兒送的IP分組。這樣，通過(guò)路由器把知道如何傳送的IP分組正確轉(zhuǎn)發(fā)出去，不知道的IP分組送給“缺省網(wǎng)關(guān)”路由器，這樣一級(jí)級(jí)地傳送，IP分組最終將送到目的地，送不到目的地的IP分組則被網(wǎng)絡(luò)丟棄了。
目前TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，全部是通過(guò)路由器互連起來(lái)的，Internet就是成千上萬(wàn)個(gè)IP子網(wǎng)通過(guò)路由器互連起來(lái)的國(guó)際性網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)稱為以路由器為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)(router based network)，形成了以路由器為節(jié)點(diǎn)的“網(wǎng)間網(wǎng)”。在“網(wǎng)間網(wǎng)”中，路由器不僅負(fù)責(zé)對(duì)IP分組的轉(zhuǎn)發(fā)，還要負(fù)責(zé)與別的路由器進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，共同確定“網(wǎng)間網(wǎng)”的路由選擇和維護(hù)路由表。
路由動(dòng)作包括兩項(xiàng)基本內(nèi)容：尋徑和轉(zhuǎn)發(fā)。尋徑即判定到達(dá)目的地的最佳路徑，由路由選擇算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于涉及到不同的路由選擇協(xié)議和路由選擇算法，要相對(duì)復(fù)雜一些。為了判定最佳路徑，路由選擇算法必須啟動(dòng)并維護(hù)包含路由信息的路由表，其中路由信息依賴于所用的路由選擇算法而不盡相同。路由選擇算法將收集到的不同信息填入路由表中，根據(jù)路由表可將目的網(wǎng)絡(luò)與下一站(nexthop)的關(guān)系告訴路由器。路由器間互通信息進(jìn)行路由更新，更新維護(hù)路由表使之正確反映網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)渥兓⒂陕酚善鞲鶕?jù)量度來(lái)決定最佳路徑。這就是路由選擇協(xié)議(routing protocol)，例如路由信息協(xié)議(RIP)、開(kāi)放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議(OSPF)和邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議(BGP)等。
轉(zhuǎn)發(fā)即沿尋徑好的最佳路徑傳送信息分組。路由器首先在路由表中查找，判明是否知道如何將分組發(fā)送到下一個(gè)站點(diǎn)(路由器或主機(jī))，如果路由器不知道如何發(fā)送分組，通常將該分組丟棄;否則就根據(jù)路由表的相應(yīng)表項(xiàng)將分組發(fā)送到下一個(gè)站點(diǎn)，如果目的網(wǎng)絡(luò)直接與路由器相連，路由器就把分組直接送到相應(yīng)的端口上。這就是路由轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議(routed protocol)。
路由轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議和路由選擇協(xié)議是相互配合又相互獨(dú)立的概念，前者使用后者維護(hù)的路由表，同時(shí)后者要利用前者提供的功能來(lái)發(fā)布路由協(xié)議數(shù)據(jù)分組。下文中提到的路由協(xié)議，除非特別說(shuō)明，都是指路由選擇協(xié)議，這也是普遍的習(xí)慣。
3.路由協(xié)議
典型的路由選擇方式有兩種：靜態(tài)路由和動(dòng)態(tài)路由。
靜態(tài)路由是在路由器中設(shè)置的固定的路由表。除非網(wǎng)絡(luò)管理員干預(yù)，否則靜態(tài)路由不會(huì)發(fā)生變化。由于靜態(tài)路由不能對(duì)網(wǎng)絡(luò)的改變作出反映，一般用于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不大、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)固定的網(wǎng)絡(luò)中。靜態(tài)路由的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、高效、可靠。在所有的路由中，靜態(tài)路由優(yōu)先級(jí)最高。當(dāng)動(dòng)態(tài)路由與靜態(tài)路由發(fā)生沖突時(shí)，以靜態(tài)路由為準(zhǔn)。
動(dòng)態(tài)路由是網(wǎng)絡(luò)中的路由器之間相互通信，傳遞路由信息，利用收到的路由信息更新路由器表的過(guò)程。它能實(shí)時(shí)地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化。如果路由更新信息表明發(fā)生了網(wǎng)絡(luò)變化，路由選擇軟件就會(huì)重新計(jì)算路由，并發(fā)出新的路由更新信息。這些信息通過(guò)各個(gè)網(wǎng)絡(luò)，引起各路由器重新啟動(dòng)其路由算法，并更新各自的路由表以動(dòng)態(tài)地反映網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓?dòng)態(tài)路由適用于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋸?fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)然，各種動(dòng)態(tài)路由協(xié)議會(huì)不同程度地占用網(wǎng)絡(luò)帶寬和CPU資源。
靜態(tài)路由和動(dòng)態(tài)路由有各自的特點(diǎn)和適用范圍，因此在網(wǎng)絡(luò)中動(dòng)態(tài)路由通常作為靜態(tài)路由的補(bǔ)充。當(dāng)一個(gè)分組在路由器中進(jìn)行尋徑時(shí)，路由器首先查找靜態(tài)路由，如果查到則根據(jù)相應(yīng)的靜態(tài)路由轉(zhuǎn)發(fā)分組;否則再查找動(dòng)態(tài)路由。
根據(jù)是否在一個(gè)自治域內(nèi)部使用，動(dòng)態(tài)路由協(xié)議分為內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(IGP)和外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(EGP)。這里的自治域指一個(gè)具有統(tǒng)一管理機(jī)構(gòu)、統(tǒng)一路由策略的網(wǎng)絡(luò)。自治域內(nèi)部采用的路由選擇協(xié)議稱為內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，常用的有RIP、OSPF;外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議主要用于多個(gè)自治域之間的路由選擇，常用的是BGP和BGP-4。下面分別進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。
3.1 RIP路由協(xié)議
RIP協(xié)議最初是為Xerox網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的Xerox parc通用協(xié)議而設(shè)計(jì)的，是Internet中常用的路由協(xié)議。RIP采用距離向量算法，即路由器根據(jù)距離選擇路由，所以也稱為距離向量協(xié)議。路由器收集所有可到達(dá)目的地的不同路徑，并且保存有關(guān)到達(dá)每個(gè)目的地的最少站點(diǎn)數(shù)的路徑信息，除到達(dá)目的地的最佳路徑外，任何其它信息均予以丟棄。同時(shí)路由器也把所收集的路由信息用RIP協(xié)議通知相鄰的其它路由器。這樣，正確的路由信息逐漸擴(kuò)散到了全網(wǎng)。
RIP使用非常廣泛，它簡(jiǎn)單、可靠，便于配置。但是RIP只適用于小型的同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)樗试S的最大站點(diǎn)數(shù)為15，任何超過(guò)15個(gè)站點(diǎn)的目的地均被標(biāo)記為不可達(dá)。而且RIP每隔30s一次的路由信息廣播也是造成網(wǎng)絡(luò)的廣播風(fēng)暴的重要原因之一。
3.2 OSPF路由協(xié)議
80年代中期，RIP已不能適應(yīng)大規(guī)模異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互連，0SPF隨之產(chǎn)生。它是網(wǎng)間工程任務(wù)組織(1ETF)的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議工作組為IP網(wǎng)絡(luò)而開(kāi)發(fā)的一種路由協(xié)議。
0SPF是一種基于鏈路狀態(tài)的路由協(xié)議，需要每個(gè)路由器向其同一管理域的所有其它路由器發(fā)送鏈路狀態(tài)廣播信息。在OSPF的鏈路狀態(tài)廣播中包括所有接口信息、所有的量度和其它一些變量。利用0SPF的路由器首先必須收集有關(guān)的鏈路狀態(tài)信息，并根據(jù)一定的算法計(jì)算出到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的最短路徑。而基于距離向量的路由協(xié)議僅向其鄰接路由器發(fā)送有關(guān)路由更新信息。
與RIP不同，OSPF將一個(gè)自治域再劃分為區(qū)，相應(yīng)地即有兩種類型的路由選擇方式：當(dāng)源和目的地在同一區(qū)時(shí)，采用區(qū)內(nèi)路由選擇;當(dāng)源和目的地在不同區(qū)時(shí)，則采用區(qū)間路由選擇。這就大大減少了網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷，并增加了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。當(dāng)一個(gè)區(qū)內(nèi)的路由器出了故障時(shí)并不影響自治域內(nèi)其它區(qū)路由器的正常工作，這也給網(wǎng)絡(luò)的管理、維護(hù)帶來(lái)方便。
3.3 BGP和BGP-4路由協(xié)議
BGP是為TCP/IP互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，用于多個(gè)自治域之間。它既不是基于純粹的鏈路狀態(tài)算法，也不是基于純粹的距離向量算法。它的主要功能是與其它自治域的BGP交換網(wǎng)絡(luò)可達(dá)信息。各個(gè)自治域可以運(yùn)行不同的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議。BGP更新信息包括網(wǎng)絡(luò)號(hào)/自治域路徑的成對(duì)信息。自治域路徑包括到達(dá)某個(gè)特定網(wǎng)絡(luò)須經(jīng)過(guò)的自治域串，這些更新信息通過(guò)TCP傳送出去，以保證傳輸?shù)目煽啃浴?br />
為了滿足Internet日益擴(kuò)大的需要，BGP還在不斷地發(fā)展。在最新的BGp4中，還可以將相似路由合并為一條路由。
3.4 路由表項(xiàng)的優(yōu)先問(wèn)題
在一個(gè)路由器中，可同時(shí)配置靜態(tài)路由和一種或多種動(dòng)態(tài)路由。它們各自維護(hù)的路由表都提供給轉(zhuǎn)發(fā)程序，但這些路由表的表項(xiàng)間可能會(huì)發(fā)生沖突。這種沖突可通過(guò)配置各路由表的優(yōu)先級(jí)來(lái)解決。通常靜態(tài)路由具有默認(rèn)的最高優(yōu)先級(jí)，當(dāng)其它路由表表項(xiàng)與它矛盾時(shí)，均按靜態(tài)路由轉(zhuǎn)發(fā)。
4.路由算法
路由算法在路由協(xié)議中起著至關(guān)重要的作用，采用何種算法往往決定了最終的尋徑結(jié)果，因此選擇路由算法一定要仔細(xì)。通常需要綜合考慮以下幾個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)：
(1)最優(yōu)化：指路由算法選擇最佳路徑的能力。
(2)簡(jiǎn)潔性：算法設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，利用最少的軟件和開(kāi)銷，提供最有效的功能。
(3)堅(jiān)固性：路由算法處于非正常或不可預(yù)料的環(huán)境時(shí)，如硬件故障、負(fù)載過(guò)高或操作失誤時(shí)，都能正確運(yùn)行。由于路由器分布在網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接點(diǎn)上，所以在它們出故障時(shí)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果。最好的路由器算法通常能經(jīng)受時(shí)間的考驗(yàn)，并在各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下被證實(shí)是可靠的。
(4)快速收斂：收斂是在最佳路徑的判斷上所有路由器達(dá)到一致的過(guò)程。當(dāng)某個(gè)網(wǎng)絡(luò)事件引起路由可用或不可用時(shí)，路由器就發(fā)出更新信息。路由更新信息遍及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，引發(fā)重新計(jì)算最佳路徑，最終達(dá)到所有路由器一致公認(rèn)的最佳路徑。收斂慢的路由算法會(huì)造成路徑循環(huán)或網(wǎng)絡(luò)中斷。
(5)靈活性：路由算法可以快速、準(zhǔn)確地適應(yīng)各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。例如，某個(gè)網(wǎng)段發(fā)生故障，路由算法要能很快發(fā)現(xiàn)故障，并為使用該網(wǎng)段的所有路由選擇另一條最佳路徑。
路由算法按照種類可分為以下幾種：靜態(tài)和動(dòng)態(tài)、單路和多路、平等和分級(jí)、源路由和透明路由、域內(nèi)和域間、鏈路狀態(tài)和距離向量。前面幾種的特點(diǎn)與字面意思基本一致，下面著重介紹鏈路狀態(tài)和距離向量算法。
鏈路狀態(tài)算法(也稱最短路徑算法)發(fā)送路由信息到互聯(lián)網(wǎng)上所有的結(jié)點(diǎn)，然而對(duì)于每個(gè)路由器，僅發(fā)送它的路由表中描述了其自身鏈路狀態(tài)的那一部分。距離向量算法(也稱為Bellman-Ford算法)則要求每個(gè)路由器發(fā)送其路由表全部或部分信息，但僅發(fā)送到鄰近結(jié)點(diǎn)上。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，鏈路狀態(tài)算法將少量更新信息發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)各處，而距離向量算法發(fā)送大量更新信息至鄰接路由器。
由于鏈路狀態(tài)算法收斂更快，因此它在一定程度上比距離向量算法更不易產(chǎn)生路由循環(huán)。但另一方面，鏈路狀態(tài)算法要求比距離向量算法有更強(qiáng)的CPU能力和更多的內(nèi)存空間，因此鏈路狀態(tài)算法將會(huì)在實(shí)現(xiàn)時(shí)顯得更昂貴一些。除了這些區(qū)別，兩種算法在大多數(shù)環(huán)境下都能很好地運(yùn)行。
最后需要指出的是，路由算法使用了許多種不同的度量標(biāo)準(zhǔn)去決定最佳路徑。復(fù)雜的路由算法可能采用多種度量來(lái)選擇路由，通過(guò)一定的加權(quán)運(yùn)算，將它們合并為單個(gè)的復(fù)合度量、再填入路由表中，作為尋徑的標(biāo)準(zhǔn)。通常所使用的度量有：路徑長(zhǎng)度、可靠性、時(shí)延、帶寬、負(fù)載、通信成本等。
5.新一代路由器
由于多媒體等應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)中的發(fā)展，以及ATM、快速以太網(wǎng)等新技術(shù)的不斷采用，網(wǎng)絡(luò)的帶寬與速率飛速提高，傳統(tǒng)的路由器已不能滿足人們對(duì)路由器的性能要求。因?yàn)閭鹘y(tǒng)路由器的分組轉(zhuǎn)發(fā)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)均基于軟件，在轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中對(duì)分組的處理要經(jīng)過(guò)許多環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程復(fù)雜，使得分組轉(zhuǎn)發(fā)的速率較慢。另外，由于路由器是網(wǎng)絡(luò)互連的關(guān)鍵設(shè)備，是網(wǎng)絡(luò)與其它網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的一個(gè)“關(guān)口”，對(duì)其安全性有很高的要求，因此路由器中各種附加的安全措施增加了CPU的負(fù)擔(dān)，這樣就使得路由器成為整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)上的“瓶頸”。
傳統(tǒng)的路由器在轉(zhuǎn)發(fā)每一個(gè)分組時(shí)，都要進(jìn)行一系列的復(fù)雜操作，包括路由查找、訪問(wèn)控制表匹配、地址解析、優(yōu)先級(jí)管理以及其它的附加操作。這一系列的操作大大影響了路由器的性能與效率，降低了分組轉(zhuǎn)發(fā)速率和轉(zhuǎn)發(fā)的吞吐量，增加了CPU的負(fù)擔(dān)。而經(jīng)過(guò)路由器的前后分組間的相關(guān)性很大，具有相同目的地址和源地址的分組往往連續(xù)到達(dá)，這為分組的快速轉(zhuǎn)發(fā)提供了實(shí)現(xiàn)的可能與依據(jù)。新一代路由器，如IP Switch、Tag Switch等，就是采用這一設(shè)計(jì)思想用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)發(fā)，大大提高了路由器的性能與效率。
新一代路由器使用轉(zhuǎn)發(fā)緩存來(lái)簡(jiǎn)化分組的轉(zhuǎn)發(fā)操作。在快速轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中，只需對(duì)一組具有相同目的地址和源地址的分組的前幾個(gè)分組進(jìn)行傳統(tǒng)的路由轉(zhuǎn)發(fā)處理，并把成功轉(zhuǎn)發(fā)的分組的目的地址、源地址和下一網(wǎng)關(guān)地址(下一路由器地址)放人轉(zhuǎn)發(fā)緩存中。當(dāng)其后的分組要進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，茵先查看轉(zhuǎn)發(fā)緩存，如果該分組的目的地址和源地址與轉(zhuǎn)發(fā)緩存中的匹配，則直接根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)緩存中的下一網(wǎng)關(guān)地址進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，而無(wú)須經(jīng)過(guò)傳統(tǒng)的復(fù)雜操作，大大減輕了路由器的負(fù)擔(dān)，達(dá)到了提高路由器吞吐量的目標(biāo)。
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“p網(wǎng)”是什么網(wǎng)?
工作原理：公共交換電話網(wǎng)絡(luò)是一種全球語(yǔ)音通信電路交換網(wǎng)絡(luò)，包括商業(yè)的和政府擁有的。PSTN是一種以模擬技術(shù)為基礎(chǔ)的電路交換網(wǎng)絡(luò)。在眾多的廣域網(wǎng)互連技術(shù)中，通過(guò)PSTN進(jìn)行互連所要求的通信費(fèi)用最低，但其數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量及傳輸速度也最差，同時(shí)PSTN的網(wǎng)絡(luò)資源利用率也比較低。在和因特網(wǎng)的關(guān)系上，PSTN提供...
什么是P網(wǎng)?
P網(wǎng),即P2P網(wǎng)絡(luò),是一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)連接模式。P2P網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具備客戶端和服務(wù)器的功能,這意味著它們可以同時(shí)向其他節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求服務(wù)并為其他節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)。這種去中心化的結(jié)構(gòu)使得P2P網(wǎng)絡(luò)在文件分享、流媒體直播等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。例如,在文件分享領(lǐng)域,用戶可以通過(guò)P2P網(wǎng)絡(luò)直接與其他用戶交換文件,而無(wú)需經(jīng)過(guò)傳統(tǒng)...
p網(wǎng)是什么網(wǎng)
是一種全球語(yǔ)音通信電路交換網(wǎng)絡(luò)，包括商業(yè)的和政府擁有的。包括商業(yè)的和政府擁有的。它也指簡(jiǎn)單老式電話業(yè)務(wù)（POTS）。它是自Alexander Graham Bell發(fā)明電話以來(lái)所有的電路交換式電話網(wǎng)絡(luò)的集合。如今，除了使用者和本地電話總機(jī)之間的最后連接部分，公共交換電話網(wǎng)絡(luò)在技術(shù)上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了完全的數(shù)字化。
p是什么意思網(wǎng)絡(luò)?
"P"是代指“安全密碼”的網(wǎng)絡(luò)術(shù)語(yǔ)。在網(wǎng)絡(luò)中，"P"是“密碼”的縮寫(xiě)，它代表的是一個(gè)在數(shù)字密碼中構(gòu)成的不同種類的安全密碼。密碼被認(rèn)為是網(wǎng)絡(luò)安全的重要組成部分，因?yàn)樗鼈兛梢栽诟鞣N網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序、網(wǎng)站等平臺(tái)上幫助用戶提供有效的身份認(rèn)證。在網(wǎng)絡(luò)世界中，“P”是數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)安全的一個(gè)象征，其所代...
網(wǎng)絡(luò)p是什么意思?
網(wǎng)絡(luò)p的出現(xiàn)源于人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)媒體的擁護(hù)和依賴，同時(shí)也是人們需求信息和娛樂(lè)的反映。網(wǎng)絡(luò)p往往是利用網(wǎng)絡(luò)傳媒的特殊性質(zhì)，在大量的信息中通過(guò)各種手段和途徑脫穎而出。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)媒體的普及，出現(xiàn)了越來(lái)越多的網(wǎng)絡(luò)p，對(duì)于用戶而言，如何正確看待和認(rèn)識(shí)網(wǎng)絡(luò)p，對(duì)于維護(hù)網(wǎng)絡(luò)生態(tài)和社會(huì)文明具有重要...
p網(wǎng)怎么做成精英號(hào)
P網(wǎng)即PSTN(PublicSwitchedTelephoneNetwork)，公共交換電話網(wǎng)絡(luò)。一種常用舊式電話系統(tǒng)，即我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ玫碾娫捑W(wǎng)工作，原理公共交換電話網(wǎng)絡(luò)是一種全球語(yǔ)音，通信電路交換網(wǎng)絡(luò)，包括商業(yè)的和政府擁有的PSTN，是一種以模擬技術(shù)為基礎(chǔ)的電路交換網(wǎng)絡(luò)，在眾多的廣域網(wǎng)互連技術(shù)中。精英號(hào) 通過(guò)PSTN進(jìn)行互連，所...
p2p是什么意思p
一、定義 P2P是一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和協(xié)議，允許網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備之間直接進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)傳輸，而不需要通過(guò)中心服務(wù)器或其他中介。在這種模式下，每個(gè)參與者或節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中都有相同的權(quán)利和義務(wù)，可以共享資源、服務(wù)或信息。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，P2P技術(shù)使得計(jì)算機(jī)可以直接連接并交換數(shù)據(jù)，無(wú)需依賴中央服務(wù)器。二、工作原理 在P2P...
弱電中 P、 N、 D、 各指的什么線
在弱電領(lǐng)域，P、N、D分別代表不同類型的線纜。P線通常指的是電話線，它用于傳輸音頻信號(hào)，支持電話通信。P線的工作原理基于脈沖編碼調(diào)制技術(shù)，能夠高效地傳輸語(yǔ)音信息。N線則指的是網(wǎng)絡(luò)線，也就是我們常說(shuō)的以太網(wǎng)線。這類線纜主要用于數(shù)據(jù)傳輸，能夠支持高速網(wǎng)絡(luò)連接。網(wǎng)絡(luò)線通常采用雙絞線結(jié)構(gòu)，通過(guò)絞合...
p2p是什么意思p
點(diǎn)對(duì)點(diǎn)技術(shù)是一種網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)，它將計(jì)算機(jī)作為節(jié)點(diǎn)相互連接，形成一個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)。在這種網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有相同的權(quán)利和義務(wù)，可以共享資源、交換數(shù)據(jù)或提供服務(wù)等。與傳統(tǒng)的客戶端-服務(wù)器模式不同，P2P模式中不存在中心化的服務(wù)器，所有的交互和數(shù)據(jù)處理都在各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間直接進(jìn)行。P2P的工作原理 在P2P...
什么叫p2p技術(shù)?詳細(xì)一點(diǎn).
盡管大多數(shù)P2P網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用在技術(shù)上包含了或依賴非對(duì)等單元，如DNS。許多P2P系統(tǒng)使用超級(jí)對(duì)等點(diǎn)作為服務(wù)器，客戶端以星狀方式連接到這些服務(wù)器上。P2P系統(tǒng)和應(yīng)用已吸引了計(jì)算機(jī)科學(xué)研究的大量關(guān)注，包括Chord計(jì)劃、ARPANET、PAST存儲(chǔ)服務(wù)、P-Grid和CoopNet內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)等卓越的研究計(jì)劃。
相關(guān)評(píng)說(shuō)：
茅箭區(qū)微動(dòng)： ______ IP技術(shù)就是網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、原理與基本知識(shí),你具體了解,你可以登陸 http://wenku.baidu.com/view/4581be13f18583d0496459bd.html 這個(gè)網(wǎng)站,可以滿足你的疑問(wèn)...
茅箭區(qū)微動(dòng)： ______ ①:rip未啟動(dòng),路由表中只有一些直連路由,為了從鄰居盡快獲得rip路由,會(huì)以廣播(組播)向鄰居發(fā)送resquest請(qǐng)求報(bào)文. ②:鄰居收到后,會(huì)發(fā)送response回復(fù)報(bào)文,報(bào)文中包括路由表信息. ③:路由器收到response報(bào)文后,根據(jù)rip路由更新原則更新路由表. ④:以后每過(guò)30秒路由器會(huì)發(fā)送response報(bào)文以保持鄰居關(guān)系.
茅箭區(qū)微動(dòng)： ______ 網(wǎng)絡(luò)電話,也就是VOIP(Voice over IP) 1995年以色列VocalTec公司所推出的Internet Phone,不但是VoIP網(wǎng)絡(luò)電話的開(kāi)端,也揭開(kāi)了電信IP化的序幕.人們從此不但可以享...
茅箭區(qū)微動(dòng)： ______ 組播的地址 IP組播和單播的目的地址不同,IP組播的目的地址是組地址——D類地址. D類地址是從224.0.0.0到239.255.255.255之間的IP地址 其中224.0.0.0到224.0.0.255是被保留的地址 224.0.0.1表示子網(wǎng)中所有的組播組 224.0.0.2表示子網(wǎng)中的...
茅箭區(qū)微動(dòng)： ______ IP電話原理:網(wǎng)關(guān)將PSTN和Internet/Intranet連接起來(lái),網(wǎng)關(guān)一側(cè)連接Internet,另一側(cè)與PSTN相連.它能夠把來(lái)自Internet網(wǎng)的IP包經(jīng)過(guò)解包、解壓縮后,經(jīng)過(guò)數(shù)/模變換成模擬語(yǔ)音信號(hào)傳送給PSTN;也能夠把來(lái)自PSTN的電話語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)模/數(shù)...
茅箭區(qū)微動(dòng)： ______ 移動(dòng)IP技術(shù)如何讓人們能夠隨時(shí)、隨地訪問(wèn)Internet,是當(dāng)前Internet技術(shù)研究的一個(gè)熱點(diǎn),也是下一代真正的個(gè)人通信技術(shù)的目標(biāo).無(wú)線接入中的移動(dòng)IP技術(shù)使得人們一直夢(mèng)想的無(wú)處不在的...
茅箭區(qū)微動(dòng)： ______ 移動(dòng)IPv4 的工作原理編輯 通過(guò)周期地組播或廣播一個(gè)稱為代理廣播( AgentAdvertisements)的消息,家鄉(xiāng)代理( HA)和外地代理宣告它們與鏈路的連接關(guān)系;移動(dòng)節(jié)點(diǎn)( MN)收到這些代理廣播消息后,檢查其中的內(nèi)容以確定自己是連在家...
茅箭區(qū)微動(dòng)： ______ 多播是IPv6數(shù)據(jù)包的3種基本目的地址類型之一,多播是一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信, IPv6沒(méi)有采用IPv4中的組播術(shù)語(yǔ),而是將廣播看成是多播的一個(gè)特殊例子. IP多播(也稱多址廣播或組播)技術(shù),是一種允許一臺(tái)或...
茅箭區(qū)微動(dòng)： ______ IP電話是按國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)內(nèi)容開(kāi)通的電話業(yè)務(wù),中文翻譯為網(wǎng)絡(luò)電話或互聯(lián)網(wǎng)電話,簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是通過(guò)Internet網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的語(yǔ)音傳輸服務(wù).它是利用國(guó)際...
