Linux系統(tǒng)IP路由基礎(chǔ)理論

也許你知道如何在Linux系統(tǒng)上用命令netstat或route來查找（甚至是增加/刪除）已經(jīng)存在的路由。但是在你做這些操作的時(shí)候你可能并不知道IP路由是如何工作的。本文將幫助你理解IP路由的原理，以及它是如何工作的。IP路由涉及到IP數(shù)據(jù)報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)。如果主機(jī)與目的主機(jī)直接相連，那么主機(jī)可以直接發(fā)送IP報(bào)文到目的主機(jī)，這個(gè)過程比較簡單。例如，通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的鏈接或通過網(wǎng)絡(luò)共享。如果主機(jī)與目的主機(jī)沒有直接相連，那么主機(jī)會(huì)將IP報(bào)文發(fā)送給默認(rèn)的路由器，然后由路由器來決定往哪發(fā)送IP報(bào)文。

IP路由涉及到IP數(shù)據(jù)報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)。如果主機(jī)與目的主機(jī)直接相連，那么主機(jī)可以直接發(fā)送IP報(bào)文到目的主機(jī)，這個(gè)過程比較簡單。例如，通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的鏈接或通過網(wǎng)絡(luò)共享。如果主機(jī)與目的主機(jī)沒有直接相連，那么主機(jī)會(huì)將IP報(bào)文發(fā)送給默認(rèn)的路由器，然后由路由器來決定往哪發(fā)送IP報(bào)文。

路由原理

一個(gè)普通的主機(jī)與路由器之間的根本區(qū)別在于，主機(jī)不會(huì)將一個(gè)報(bào)文從一個(gè)接口轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)接口，而路由器可以轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文。

如今，大多數(shù)的多用戶系統(tǒng)都可以被配置，從而被當(dāng)作路由器來用。因此，一個(gè)普通路由算法可以被用在路由器上，同樣也可以用在一臺(tái)普通主機(jī)上。當(dāng)一臺(tái)主機(jī)可以用作路由器時(shí)，我們通常說這臺(tái)主機(jī)嵌入了路由器的功能。這種具備嵌入路由器功能的主機(jī)平常不會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文，除非我們對(duì)它進(jìn)行了配置，使它開啟這種功能。

IP層維護(hù)著一張路由表，當(dāng)收到數(shù)據(jù)報(bào)文時(shí)，它用此表來決策接下來應(yīng)該做什么操作。當(dāng)從網(wǎng)絡(luò)側(cè)接收到數(shù)據(jù)報(bào)文時(shí)，IP層首先會(huì)檢查報(bào)文的IP地址是否是主機(jī)自身的地址相同。

如果數(shù)據(jù)報(bào)文中的IP地址是主機(jī)自身的地址，那么報(bào)文將被發(fā)送到傳輸層相應(yīng)的協(xié)議中去。如果報(bào)文中的IP地址不是主機(jī)自身的地址，并且主機(jī)配置了具備路由的功能，那么報(bào)文將被轉(zhuǎn)發(fā)；否則，報(bào)文就被丟棄。

路由表中的數(shù)據(jù)一般是以條目形式存在。一個(gè)典型的路由表?xiàng)l目包含以下主要的條目項(xiàng)：

● 目的IP地址：此字段表示目標(biāo)的IP地址。這個(gè)IP地址可以是某一臺(tái)主機(jī)的地址，也可以是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址。如果這個(gè)條目包含的是一個(gè)主機(jī)地址，那么它的主機(jī)ID標(biāo)記為非零；如果這個(gè)條目包含的是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址，那么它的主機(jī)ID被標(biāo)記為零。

● 下一個(gè)路由器的IP地址：為什么我們使用“下一個(gè)”的說法，是因?yàn)橄乱粋€(gè)路由器并不總是最后的目的路由器，但它很可能是一個(gè)中間路由器。條目給出下一個(gè)路由器的地址是用來轉(zhuǎn)發(fā)從相應(yīng)接口收到的IP數(shù)據(jù)報(bào)文。

● 標(biāo)志：這個(gè)字段提供了另一組重要信息，如目的IP地址（之前提到的）是一個(gè)主機(jī)地址還是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址。此外，從標(biāo)志中可以得知下一個(gè)路由器（之前提到的）真的是一個(gè)路由器還是一個(gè)直接相連的接口。

● 網(wǎng)絡(luò)接口規(guī)范：一些數(shù)據(jù)報(bào)文的網(wǎng)絡(luò)接口規(guī)范，這個(gè)規(guī)范跟隨報(bào)文一起傳播。

基本的路由是如何工作的？

因此，如果我們現(xiàn)在想簡單而形象地描述路由過程，我們將會(huì)看到：一旦主機(jī)（被配置成具備路由功能）的IP層接收到從網(wǎng)絡(luò)側(cè)來的數(shù)據(jù)報(bào)文，它將核實(shí)數(shù)據(jù)包中的目的IP地址，如果此IP不是主機(jī)的IP地址，那么包將通過路由表轉(zhuǎn)發(fā)。

如果任何條目的第一個(gè)字段完全匹配目的IP地址（主機(jī)）或部分匹配目的IP地址（網(wǎng)絡(luò)），那么它將指示下一個(gè)路由器的IP地址。這是一個(gè)重要的信息，因?yàn)檫@些信息直接告訴主機(jī)（具備路由功能的）數(shù)據(jù)包應(yīng)該轉(zhuǎn)發(fā)到哪一個(gè)“下一個(gè)路由器”去。而條目中所有其它的字段將提供更多輔助的信息來為路由轉(zhuǎn)發(fā)做決定。

在上一段中我們對(duì)路由轉(zhuǎn)發(fā)過程建立了基本的了解，但如果我們試圖深入了解更多的東西，就必須看看以下關(guān)于路由表算法的一些詳細(xì)信息。

● 首先，路由表會(huì)去搜索一個(gè)“目的IP地址”字段與數(shù)據(jù)報(bào)文中目的IP地址完全相同的條目。這就意味著IP地址的主機(jī)ID與網(wǎng)絡(luò)ID完全的匹配。如果找到，則數(shù)據(jù)包被發(fā)送到相應(yīng)接口或中間路由器。

● 如果沒有找到一個(gè)完全的匹配IP，那么就接著搜索相匹配的網(wǎng)絡(luò)ID。如果找到，那么該數(shù)據(jù)報(bào)文會(huì)被轉(zhuǎn)發(fā)到指定的路由器。所以我們看到，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的所有主機(jī)都通過這個(gè)路由表中的單個(gè)（這個(gè)）條目來管理。

● 如果上述兩個(gè)條件都不匹配，那么該數(shù)據(jù)報(bào)文將轉(zhuǎn)發(fā)到一個(gè)“默認(rèn)路由器”。

● 如果上述步驟失敗，即沒有默認(rèn)路由器，那么該數(shù)據(jù)報(bào)文最終無法被轉(zhuǎn)發(fā)。任何無法投遞的數(shù)據(jù)報(bào)文都將產(chǎn)生一個(gè)ICMP主機(jī)不可達(dá)或ICMP網(wǎng)絡(luò)不可達(dá)的錯(cuò)誤，并將此錯(cuò)誤返回給生成此數(shù)據(jù)報(bào)文的應(yīng)用程序。

有時(shí)人們會(huì)問，為什么路由表中會(huì)有兩種類型的條目？有了更精確的主機(jī)條目為什么還需要網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的條目？嗯…在路由表中包含與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的路由條目是一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)。其優(yōu)點(diǎn)在于，擁有一個(gè)與完整網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的條目，能夠避免包含此網(wǎng)絡(luò)中所有單獨(dú)的主機(jī)條目（這個(gè)數(shù)據(jù)量非常巨大）。這使得路由表的大小降到一個(gè)可收受的數(shù)量級(jí)，這樣就非常好。

查看路由表信息的命令，你可以使用netstat命令查看路由表信息。