计算机网络 - 路由

简述

当一个设备有多个路径可以到达一个目的地时，它总是通过优先选择一条路径而不是其他路径。这个选择过程称为路由。路由由称为路由器的特殊网络设备完成，也可以通过软件进程完成。基于软件的路由器功能有限，范围有限。

路由器总是配置有一些默认路由。如果没有找到特定目的地的路由，默认路由会告诉路由器将数据包转发到哪里。如果存在多条到达同一目的地的路径，路由器可以根据以下信息做出决策：

路由可以静态配置或动态学习。可以将一条路线配置为优先于其他路线。

Internet 和 Intranet 上的大多数流量（称为单播数据或单播流量）都是通过指定的目的地发送的。在 Internet 上路由单播数据称为单播路由。这是最简单的路由形式，因为目的地是已知的。因此，路由器只需查找路由表并将数据包转发到下一跳。

缺省情况下，广播报文不被任何网络中的路由器路由转发。路由器创建广播域。但它可以配置为在某些特殊情况下转发广播。广播消息发往所有网络设备。

广播路由可以通过两种方式（算法）完成：

路由器创建一个数据包，然后将其一一发送给每个主机。在这种情况下，路由器会创建具有不同目标地址的单个数据包的多个副本。所有数据包都作为单播发送，但因为它们发送给所有数据包，所以它模拟路由器正在广播。

这种方法消耗大量带宽，并且路由器必须每个节点的目标地址。
其次，当路由器接收到要广播的数据包时，它只是将这些数据包从所有接口中溢出。所有路由器都以相同的方式配置。

这种方法在路由器的 CPU 上很容易，但可能会导致从对等路由器接收到重复数据包的问题。

反向路径转发是一种技术，在该技术中路由器预先知道它的前身应该从哪里接收广播。该技术用于检测和丢弃重复项。

组播路由是广播路由的特例，具有显着性差异和挑战。在广播路由中，数据包被发送到所有节点，即使它们不想要它。但是在多播路由中，数据只发送到想要接收数据包的节点。

路由器必须知道有节点希望接收多播数据包（或流），然后只有它应该转发。组播路由使用生成树协议来避免循环。

组播路由还使用反向路径转发技术，以检测和丢弃重复和循环。

Anycast 数据包转发是一种机制，其中多个主机可以具有相同的逻辑地址。当接收到发往该逻辑地址的数据包时，将其发送到路由拓扑中最近的主机。

任播路由是在 DNS 服务器的帮助下完成的。每当接收到任播数据包时，都会通过 DNS 询问将其发送到何处。DNS 提供的 IP 地址是其上配置的最近 IP。

有两种路由协议可用于路由单播数据包：

距离矢量路由协议

距离向量是一个简单的路由协议，它根据源和目标之间的跳数进行路由决策。跳数较少的路由被认为是最佳路由。每个路由器都将其设置的最佳路由通告给其他路由器。最终，所有路由器都根据其对等路由器的通告建立自己的网络拓扑，

例如路由信息协议 (RIP)。
链路状态路由协议

链路状态协议是比距离向量稍微复杂的协议。它考虑了网络中所有路由器的链路状态。这种技术有助于路由构建整个网络的通用图。所有路由器然后为路由目的计算它们的最佳路径。例如，开放最短路径优先 (OSPF) 和中间系统到中间系统 (ISIS)。

单播路由协议使用图，而多播路由协议使用树，即生成树来避免循环。最优树称为最短路径生成树。

协议无关组播现在很常用。它有两种口味：

路由算法如下：

泛洪是最简单的方法包转发。收到数据包后，路由器会将其发送到除接收数据包的接口之外的所有接口。这给网络造成了太大的负担，并且大量重复的数据包在网络中徘徊。

生存时间 (TTL) 可用于避免数据包的无限循环。存在另一种泛洪方法，称为选择性泛洪，以减少网络上的开销。在这种方法中，路由器不会在所有接口上泛洪，而是在选择性的接口上泛洪。

网络中的路由决策，大多是基于源和目的地之间的成本。跳数在这里起着重要作用。最短路径是一种使用各种算法来确定跳数最少的路径的技术。

常见的最短路径算法有：