‘壹’ 6,路由选择有哪些算法
关于路由器如何收集网络的结构信息以及对之进行分析来确定最佳路由，有两种主要的路由算法：
总体式路由算法和分散式路由算法。采用分散式路由算法时，每个路由器只有与它直接相连的路由器的信息——而没有网络中的每个路由器的信息。这些算法也被称为dv（距离向量）算法。采用总体式路由算法时，每个路由器都拥有网络中所有其他路由器的全部信息以及网络的流量状态。这些算法也被称为ls（链路状态）算法。
‘贰’ 计算机网络-4-6-互联网的路由选择协议
路由选择协议的核心是 路由算法 。即 需要一种算法来获取路表中的各项 ，一个比较好的路由选择算法应该有以下特点[BELL86]:
一个实际的路由选择算法，应该尽可能的接近于理想的算法，在不同的应用条件下，可以对上面提出的六个方面有不同的侧重。
倘若从路由算法能否随网络的通信量或拓扑自适应的进行调整变化来划分，则只有两大类： 静态路由选择策略 和 动态路由选择策略 。静态路由选择策略也叫做 非自适应路由选择 ，其特点是简单和开销较小，但不能即使适应网络状态的变化。对于很简单的小网络，完全可以采用静态路由选择，用人工配置每一条路由。动态路由选择也叫做 自适应路由选择 ，其特点是能够较好的适应网络状态的变化，但实现起来较为复杂，开销也比较大，因此动态路由选择适用于较复杂的大网络。
互联网采用的路由选择协议主要是自适应的(动态的)，分布式路由选择协议。由于以下两种原因，互联网采用分层次的路由选择协议：
为此，可以把整个互联网划分为许多较小的 自治系统AS(autonomous system) ,自治系统AS是在单一技术管理下的一组路由器，而这些路由器使用一种自治系统内部的路由选择协议和共同的度量，一个AS对其他AS表现的出是 一个单一的和一致的路由选择策略 。
在目前的互联网中，一个大的ISP就是一个自治系统。这样，互联网就把路由选择协议划分为两大类：
自治系统之间的路由选择协议也叫做 域间路由选择(interdomain routing) ，而在自治系统内部的路由选择叫做 域内路由选择(intradomain routing) 。如图4-31
RIP（routing information protocol）是内部网关协议IGP中最先得到广泛使用的协议[RFC1058],也叫 路由信息协议 ，RIP是一种分布式的 基于距离向量的路由选择协议 。最大的优点就是简单。
RIP协议要求网络中的每一个路由器都要维护从它自己到其他每一个目的网络的距离记录（因此这是一组距离，叫做距离向量），RIP将距离定义如下：
从一路由器到直接连接的网络的距离为1，从路由器到非之间的网络的距离定义为所经过的路由器数+1。
RIP协议的距离也称之为 跳数 ，但是一条跳数最多只能包含15个路由器，因此，当距离=16时，就相当于不可达。因此RIP只能适用于小型互联网。
注意的是，到直接连接的网络也定义为0(采用这种定义的理由是：路由器在和直接连接在该网络上的主机进行通信并不需要经过另外的路由器，既然经过每一个路由器都要将距离增加1，那么不经过路由器就不需要+1，就是0)。
RIP不能在两个网络之间同时使用多条路由。RIP选择一条具有最少路由器的路由（最短路由），哪怕还存在另一条高速低延时的但是路由器较多的路由。
路由器在刚开始工作的时候，其内部路由表是空的。然后路由器就可以和直接相连的几个网络的距离(这些距离为1)，接着，每个路由器和与自己相连的路由器不断交换路由表信息，经过若干次更新后，所有的路由器最终就可以知道本自治系统中任何一个网络地址和最短下一跳路由器的地址。
路由器最主要的信息是：到某个网路的距离（最短距离），以及下一跳的地址，路由表更新的原则是找出到每个网络的 最短距离 ，这种算法又称之为 距离向量算法 。
对 每一个相邻的路由器 发送过来的RIP报文，进行以下步骤：
算法描述：其实就是求一个路由器到另一个路由器的最短距离。
例题：
已知路由器R6有表4-9(a)所表示的路由表，现在收到相邻路由器路由表R4发过来的路由更新信息，如图4-9(b)所示。试更新路由器R6的路由表。
解：首先把R4发过来的路由表中的距离都+1：
把这个表和R6的路由表进行比较：
RIP协议让每一个自治系统中的所有路由都和自己的相邻路由器定期交换路由表信息，并不断更新路由表，使得每从 每一个路由器到每一个目的网络的路由都是最短距离（也就是跳数最小）。
现在比较新的RIP协议报文格式是1998年提出的RIP2。
RIP协议使用运输层的用户数据报（UDP端口为520）进行传输。
RIP报文由首部和路由部分组成。
RIP首部占4个字节，其中的命令字段指出报文的意义。
RIP2报文中的路由部分有若干路由信息组成，每个路由信息需要用20字节。 地址标识符(又称地址列别) 字段用来标识所用的地址协议。如果采用IP地址就为2。 路由标记填入自治系统号ASN（Autonomous System Number） ，这是考虑使用RIP有可能收到本自治系统以外的路由选择信息，再后面指出某个 网络地址 ， 下一跳路由器地址 以及 到此网络的距离 ，一个RIP报文最多可以包含25个路由，因而RIP报文的最大长度是4+20x25=504字节。如果超过，则必然再使用以恶搞RIP报文来传送。
RIP还具有简单的鉴别功能，若使用鉴别功能，则将原来写入第一个路由信息(20字节)的位置用作鉴别，这时应该将地址标识符置为全1(0xFFFF),而路由标记写入鉴别类别，剩下的16字节作为鉴别数据，在鉴别数据之后才能写入路由信息，但这时只能写入24个路由信息。
RIP存在的一个问题是 当网络出现故障的时候，要经过比较长的时间才能将信息传送到所有的路由器 ，RIP协议的这一特点是： 好消息传播的很快，而坏消息传播的很慢 ，网络出现故障的传播时间往往需要经过较长时间，这是RIP协议的一个主要缺点。
为了使坏消息传播的更快些，可以采用多种措施，例如，让路由器记录收到某特定路由信息的接口，而不是让同一个路由信息再通过此接口反方向传送。
总之，RIP协议最大的优点是 实现简单，开销较小 ，但RIP协议缺点也很明显，首先 限制了网络规模，因为路由器最大的跳数是15跳，一般中大型网络规模RIP协议就不适用了 。其次就是 路由器之间交换的路由信息是路由器中完整的路由表，因而随着网络规模变大，开销也就增加 。最后就是 好消息传播的很快，坏消息传播的很慢 。
‘叁’ 通常路由选择算法分为哪两大类一个理想的路由选择算法所应具有哪些特点啊
路由选择算法分为：自适应路由选择算法和非自适应路由选择算法。
要求：(1)正确性；(2)简单性；(3)可靠性，稳定性；(4)公平性，最优性；(5)实现简单.
‘肆’ 路由算法的类型有
路由算法有很多种，如果从路由表对网络拓扑和通信量变化的自适应能力的角度划分，可以分为静态路由算法和动态路由算法两大类，这两大类又可细分为几种小类型，比较典型常见的有以下几种：
一、静态路由算法
1.Dijkstra算法（最短路径算法）
Dijkstra(迪杰斯特拉)算法是典型的单源最短路径算法，用于计算一个节点到其他所有节点的最短路径。主要特点是以起始点为中心向外层层扩展，直到扩展到终点为止。Dijkstra算法是很有代表性的最短路径算法，在很多专业课程中都作为基本内容有详细的介绍，如数据结构，图论，运筹学等等。Dijkstra一般的表述通常有两种方式，一种用永久和临时标号方式，一种是用OPEN,CLOSE表的方式，这里均采用永久和临时标号的方式。注意该算法要求图中不存在负权回路。
Dijkstra算法执行步骤如下：
步骤一：路由器建立一张网络图，并且确定源节点和目的节点，在这个例子里我们设为V1和V2。然后路由器建立一个矩阵，称为“邻接矩阵”。在这个矩阵中，各矩阵元素表示权值。例如，[i,j]是节点Vi与Vj之间的链路权值。如果节点Vi与Vj之间没有链路直接相连，它们的权值设为“无穷大”。
步骤二：路由器为网路中的每一个节点建立一组状态记录。此记录包括三个字段：
前序字段———表示当前节点之前的节点。
长度字段———表示从源节点到当前节点的权值之和。
标号字段———表示节点的状态。每个节点都处于一个状态模式：“永久”或“暂时”。
步骤三：路由器初始化（所有节点的）状态记录集参数，将它们的长度设为“无穷大”，标号设为“暂时”。
步骤四：路由器设置一个T节点。例如，如果设V1是源T节点，路由器将V1的标号更改为“永久”。当一个标号更改为“永久”后，它将不再改变。一个T节点仅仅是一个代理而已。
步骤五：路由器更新与源T节点直接相连的所有暂时性节点的状态记录集。
步骤六：路由器在所有的暂时性节点中选择距离V1的权值最低的节点。这个节点将是新的T节点。
步骤七：如果这个节点不是V2（目的节点），路由器则返回到步骤5。
步骤八：如果节点是V2，路由器则向前回溯，将它的前序节点从状态记录集中提取出来，如此循环，直到提取到V1为止。这个节点列表便是从V1到V2的最佳路由。
2.扩散法
事先不需要任何网络信息；路由器把收到的每一个分组，向除了该分组到来的线路外的所有输出线路发送。将来会有多个分组的副本到达目的地端，最先到达的，可能是走了“最优”的路径常见的扩散法是选择性扩散算法。
3.LS算法
采用LS算法时，每个路由器必须遵循以下步骤：
步骤一：确认在物理上与之相连的路由器并获得它们的IP地址。当一个路由器开始工作后，它首先向整个网络发送一个“HELLO”分组数据包。每个接收到数据包的路由器都将返回一条消息，其中包含它自身的IP地址。
步骤二：测量相邻路由器的延时（或者其他重要的网络参数，比如平均流量）。为做到这一点，路由器向整个网络发送响应分组数据包。每个接收到数据包的路由器返回一个应答分组数据包。将路程往返时间除以2，路由器便可以计算出延时。（路程往返时间是网络当前延迟的量度，通过一个分组数据包从远程主机返回的时间来测量。）该时间包括了传输和处理两部分的时间——也就是将分组数据包发送到目的地的时间以及接收方处理分组数据包和应答的时间。
步骤三：向网络中的其他路由器广播自己的信息，同时也接收其他路由器的信息。
在这一步中，所有的路由器共享它们的知识并且将自身的信息广播给其他每一个路由器。这样，每一个路由器都能够知道网络的结构以及状态。
步骤四：使用一个合适的算法，确定网络中两个节点之间的最佳路由。
路由算法有哪些类型？路由算法与路由协议的区别
在这一步中，路由器选择通往每一个节点的最佳路由。它们使用一个算法来实现这一点，如Dijkstra最短路径算法。在这个算法中，一个路由器通过收集到的其他路由器的信息，建立一个网络图。这个图描述网络中的路由器的位置以及它们之间的链接关系。每个链接都有一个数字标注，称为权值或成本。这个数字是延时和平均流量的函数，有时它仅仅表示节点间的跃点数。例如，如果一个节点与目的地之间有两条链路，路由器将选择权值最低的链路。
二、动态路由算法
1.距离向量路由算法
距离向量路由算法，也叫做最大流量算法，其被距离向量协议作为一个算法，如RIP、BGP、ISO IDRP、NOVELL IPX。使用这个算法的路由器必须掌握这个距离表(它是一个一维排列-“一个向量”)，它告诉在网络中每个节点的最远和最近距离。在距离表中的这个信息是根据临近接点信息的改变而时时更新的。表中数据的量和在网络中的所有的接点(除了它自己本身)是等同的。这个表中的列代表直接和它相连的邻居，行代表在网络中的所有目的地。每个数据包括传送数据包到每个在网上的目的地的路径和距离/或时间在那个路径上来传输(我们叫这个为“成本”)。这个在那个算法中的度量公式是跳跃的次数，等待时间，流出数据包的数量，等等。在距离向量路由算法中，相邻路由器之间周期性地相互交换各自的路由表备份。当网络拓扑结构发生变化时，路由器之间也将及时地相互通知有关变更信息。其优点是算法简单容易实现。缺点是慢收敛问题，路由器的路径变化需要像波浪一样从相邻路由器传播出去，过程缓慢。
每一个相邻路由器发送过来的路由表都要经过以下步骤：
步骤一：对地址为X的路由器发过来的路由表，先修改此路由表中的所有项目：把”下一跳”字段中的地址改为X，并把所有”距离”字段都加1。
步骤二：对修改后的路由表中的每一个项目，进行以下步骤：
（1）将X的路由表(修改过的)，与S的路由表的目的网络进行对比。若在X中出现，在S中没出现，则将X路由表中的这一条项目添加到S的路由表中。
（2）对于目的网络在S和X路由表中都有的项目进行下面步骤：
1）在S的路由表中，若下一跳地址是x，则直接用X路由表中这条项目替换S路由表中的项目。
2）在S的路由表中，若下一跳地址不是x，若X路由表项目中的距离d小于S路由表中的距离，则进行更新。
步骤三：若3分钟还没有收到相邻路由器的更新表，则把此相邻路由器记为不可到达路由器，即把距离设置为16。
2.链路状态最短路由优先算法SPF
1）发现邻居结点，并学习它们的网络地址；
2）测量到各邻居节点的延迟或者开销；
3）创建链路状态分组；
4）使用扩散法发布链路状态分组；
5）计算到每个其它路由器的最短路径。
‘伍’ 2、路由选择算法主要分哪几类分布式自适应算法的基本思想是什么
路由选择算法主要分两类：静态路由选择算法和动态路由选择算法
分布自适应路由选择算法的网络，所有节点定其地与其每个相邻节点交换路由选择信息。每个节点均存储一张以网络中其它每个节点为索引的路由选择表，网络中每个节点占用表中一项，每一项又分为两个部分，即所希望使用的到目的节点的输出线路和估计到目的节点所需要的延迟或距离。度量标准可以是毫秒或链路段数、等待的分组数、剩余的线路和容量等。对于延迟，节点可以直接发送一个特殊的称作“回声”（echo）的分组，接收该分组的节点将其加上时间标记后尽快送回，这样便可测出延迟。有了以上信息，节点可由此确定路由选择。
‘陆’ 常见的路由选择算法有哪些
链路状态算法（也称最短路径算法）发送路由信息到互联网上所有的结点，然而对于每个路由器，仅发送它的路由表中描述了其自身链路状态的那一部分。距离向量算法（也称为Bellman-Ford算法）则要求每个路由器发送其路由表全部或部分信息，但仅发送到邻近结点上。从本质上来说，链路状态算法将少量更新信息发送至网络各处，而距离向量算法发送大量更新信息至邻接路由器。 ——由于链路状态算法收敛更快，因此它在一定程度上比距离向量算法更不易产生路由循环。但另一方面，链路状态算法要求比距离向量算法有更强的CPU能力和更多的内存空间，因此链路状态算法将会在实现时显得更昂贵一些。除了这些区别，两种算法在大多数环境下都能很好地运行。
‘柒’ 有关计算机网络的填空题
我去 真够难的`` 一个都不会 我还学过一年网络工程呢 汗``
‘捌’ 《计算机网络-自顶向下方法》第四章-网络层 要点
网络层的作用：实现主机到主机的通信服务，将分组从一台发送主机移动到一台接收主机。
1、转发涉及分组在单一的路由器中从一条入链路到一条出链路的传送。
2、路由选择涉及一个网络的所有路由器，它们经路由选择协议共同交互，以决定分组从源到目的地结点所采用的路径。计算这些路径的算法称为路由选择算法。
每台路由器都有一张转发表，路由器通过检查到达分组首部字段的值来转发分组，然后使用该值在该路由器的转发表中索引查找。路由选择算法决定了插入路由器转发表中的值。
路由选择算法可能是集中式的，或者是分布式的。但在这两种情况下，都是路由器接收路由选择协议报文，该信息被用于配置其转发表。
网络层也能在两台主机之间提供无连接服务或连接服务。同在运输层的面向连接服务和无连接服务类似，连接服务需要握手步骤，无连接服务不需要握手。但它们之间也有差异：
1、 在网络层中，这些服务是由网络层向运输层提供的主机到主机的服务。在运输层中，这些服务则是运输层向应用层提供的进程到进程的服务。
2、 在网络层提供无连接服务的计算机网络称为数据报网络；在网络层提供连接服务的计算机网络称为虚电路网络。
3、 在运输层实现面向连接的服务与在网络层实现连接服务是根本不同的。运输层面向连接服务是在位于网络边缘的端系统中实现的；网络层连接服务除了在端系统中，也在位于网络核心的路由器中实现。（原因很简单：端系统和路由器都有网络层）
虚电路网络和数据报网络是计算机网络的两种基本类型。在作出转发决定时，它们使用了非常不同的信息。
IP地址有32比特，如果路由器转发表采用“蛮力实现”将对每个可能的目的地址有一个表项。因为有超过40亿个可能的地址，这种选择完全不可能（即使用二分查找也十分慢）。
我们转发表的表项可以设计为几个表项，每个表项匹配一定范围的目的地址，比如有四个表项
（你可能也会考虑到，IP地址有32比特，如果每个路由器设计为只有2个表项，那么也只需要有32个路由器就可以唯一确定这40亿个地址中的一个。）
最长前缀匹配规则，是在转发表中寻找最长的匹配项，并向与最长前缀匹配相关联的链路接口转发分组。这种规则是为了与因特网的编址规则相适应。
1、输入端口
“使用转发表查找输出端口”是输入端口最重要的操作（当然还有其他一些操作）。输入端口执行完这些所需的操作后，就把该分组发送进入交换结构。如果来自其他输入端口的分组当前正在使用交换结构，一个分组可能会在进入交换结构时被暂时阻塞，在输入端口处排队，并等待稍后被及时调度以通过交换结构。
2、交换结构
交换结构的三种实现方式
3、输出端口
分组调度程序 处理在输出端口中排队的分组
4、路由选择处理器
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IP协议版本4，简称为IPv4；IP协议版本6，简称为IPv6。
如上图所示，网络层有三个主要的组件
1、IP协议
2、路由选择协议
3、ICMP协议 (Internet Control Message Protocol, 因特网控制报文协议)
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不是所有链路层协议都能承载相同长度的网络层分组。有的协议能承载大数据报，而有的协议只能承载小分组。例如，以太网帧能够承载不超过1500字节的数据，而某些广域网链路的帧可承载不超过576字节的数据。
一个链路层帧能承载的最大数据量叫做最大传送单元(Maximun Transmission Unit, MTU)
所以链路层协议的MTU严格限制着IP数据报的长度。这也还不是主要的问题，问题在于发送方与目的地路径上的每段链路可能使用不同的链路层协议，且每种协议可能具有不同的MTU。
举个例子：假定从某条链路收到一个IP数据报，通过检查转发表确定出链路，并且该出链路的MTU比该IP数据报的长度要小。那么如何将这个过大的IP分组压缩进链路层帧的有效载荷字段呢？
解决办法是，将IP数据报中的数据分片成两个或更多个较小的IP数据报，用单独的链路层帧封装这些较小的IP数据报；然后向输出链路上发送这些帧。每个这些较小的数据报都被称为片(fragment)。
路由器完成分片任务。同时，为了使得网络内核保持简单，IPv4设计者把数据报的重组工作放到端系统中，而非放到网络路由器中。
前提：一个4000字节的数据报(20字节IP首部加上3980字节IP有效载荷)到达一台路由器，且必须被转发到一条MTU为1500字节的链路上。假定初始数据报贴上的标识号为777。
这意味着初始数据报中3980字节数据必须被分配到3个独立的片(其中的每个片也是一个IP数据报)
IP分片：
IP地址有32比特，分为网络号和主机号。
IP地址的网络部分（即网络号）被限制为长度为8、16或24比特，这是一种称为分类编址的编址方案。具有8、16和24比特子网地址的子网分别被称为A、B和C类网络。
但是它在支持数量迅速增加的具有小规模或中等规模子网的组织方面出现了问题。一个C类(/24)子网仅能容纳多大2^8 - 2 = 254台主机(2^8 = 256, 其中的两个地址预留用于特殊用途)，这对许多组织来说太小了。然而一个B类(/16)子网可支持多达65534台主机，又太大了。这导致B类地址空间的迅速损耗以及所分配的地址空间的利用率低。
广播地址255.255.255.255。当一台主机发出一个目的地址为255.255.255.255的数据报时，该报文会交付给同一个网络中的所有主机。
某组织一旦获得了一块地址，它就可以为本组织内的主机与路由器接口逐个分配IP地址。既可手工配置IP地址，也可以使用动态主机配置协议(Dynamic Host Configuration Protocol, DHCP)自动配置。DHCP还允许一台主机得知其他信息，如它的子网掩码、它的第一跳路由器地址(常称为默认网关)与它的本地DNS服务器的地址。
由于DHCP具有能将主机连接进一个网络相关方面的自动能力，它又被称为即插即用协议。
DHCP是客户-服务器协议。客户通常是新达到的主机，它要活的包括自身使用的IP地址在内的网络配置信息。在最简单的场合下，每个子网将具有一台DHCP服务器。如果在某子网中没有服务器，则需要一个DHCP中继代理(通常是一台路由器)，这个代理知道用于该网络的DHCP服务器的地址。
DHCP协议工作的4个步骤：
网络地址转换(Network Address Translation, NAT)
ICMP通常被认为是IP的一部分，但从体系结构上将它是位于IP之上的，因为ICMP报文是承载在IP分组中的。即ICMP报文是作为IP有效载荷承载的，就像TCP与UDP报文段作为IP有效载荷被承载那样。
众所周知的ping程序发送一个ICMP类型8编码0的报文到指定主机。看到该回显请求，目的主机发回一个类型0编码0的ICMP回显回答。大多数TCP/IP实现直接在操作系统中支持ping服务器，即该服务器不是一个进程。
新型IPv6系统可做成向后兼容，即能发送、路由和接收IPv4数据报，要使得已部署的IPv4系统能够处理IPv6数据报，最直接的方式是采用一种双栈方法。
1、链路状态(Link State, LS)算法：属于全局式路由选择算法，这种算法必须知道网络中每条链路的费用。费用可理解为链路的物理长度、链路速度，或与该链路相关的金融上的费用。链路状态算法采用的是Dijkstra算法。
2、距离向量(Distance-Vector, DV)算法：属于迭代的、异步的和分布式的路由选择算法。
“迭代的”，是因为此过程一直要持续到邻居之间无更多信息要交换为止。
“异步的”，是因为它不要求所有结点相互之间步伐一致地操作。
“分布式的”，是因为每个结点都要从一个或多个直接相连邻居接收某些信息，执行计算，然后将其计算结果分发给邻居。
DV算法的方程：
其中，dx(y)表示从结点x到结点y的最低费用路径的费用，c(x, v)是结点x到结点v的费用，结点v指的是所有x的相连结点，所以x的所有相连结点都会用minv方程计算。
（N是结点（路由器）的集合，E是边（链路）的集合）
为了减少公共因特网的路由选择计算的复杂性以及方便企业管理网络，我们将路由器组织进自治系统。
在相同AS中的路由器全都运行同样的路由选择算法，且拥有彼此的信息。在一个自治系统内运行的路由选择算法叫做自治系统内部路由选择协议。
当然，将AS彼此互联是必需的，因此在一个AS内的一台或多台路由器将有另外的任务，即负责向在本AS之外的目的地转发分组。这些路由器被称为网关路由器。
分为自治系统内部的路由选择和自治系统间的路由选择
1、因特网中自治系统内部的路由选择：路由选择信息协议(Routing Information Protocol, RIP)
2、因特网中自治系统内部的路由选择：开放最短路优先(Open Shortest Path First, OSPF)
3、自治系统间的路由选择：边界网关协议(Broder Gateway Protocol, BGP)
为什么要使用不同的AS间和AS内部路由选择协议？
实现广播的方法
1、无控制洪泛。该方法要求源结点向它的所有邻居发送分组的副本。当某结点接收了一个广播分组时，它复制该分组并向它的所有邻居（除了从其接收该分组的那个邻居）转发之。
致命缺点： 广播风暴 ，如果图具有圈，那么每个广播分组的一个或多个分组副本将无休止地循环。
2、受控洪泛。用于避免广播风暴，关键在于正确选择何时洪泛分组，何时不洪泛分组。受控洪泛有两种方法：序号控制洪泛、反向路径转发(Reverse Path Forwarding, RPF)
3、生成树广播。虽然序号控制洪泛和RPF能避免广播风暴，但是它们不能完全避免冗余广播分组的传输。
多播：将分组从一个或多个发送方交付到一组接收方
每台主机有一个唯一的IP单播地址，该单播地址完全独立于它所参与的多播组的地址。
因特网网络层多播由两个互补组件组成：因特网组管理协议(Internet Group Management Protocol, IGMP)和多播路由选择协议
IGMP只有三种报文类型：membership_query报文，membership_report报文，leave_group报文。
与ICMP类似，IGMP报文也是承载在一个IP数据报中。
因特网中使用的多播路由选择
1、距离向量多播路由选择协议
2、协议无关的多播路由选择协议
‘玖’ 路由器原理和常用的路由协议及算法的介绍
近十年来，随着计算机网络规模的不断扩大，大型互联网络（如Internet）的迅猛发展，路由技术在网络技术中已逐渐成为关键部分，路由器也随之成为最重要的网络设备。用户的需求推动着路由技术的发展和路由器的普及，人们已经不满足于仅在本地网络上共享信息，而希望最大限度地利用全球各个地区、各种类型的网络资源。而在目前的情况下，任何一个有一定规模的计算机网络（如企业网、校园网、智能大厦等），无论采用的是快速以大网技术、FDDI技术，还是ATM技术，都离不开路由器，否则就无法正常运作和管理。
1、网络互连
把自己的网络同其它的网络互连起来，从网络中获取更多的信息和向网络发布自己的消息，是网络互连的最主要的动力。网络的互连有多种方式，其中使用最多的是网桥互连和路由器互连。
1.1 网桥互连的网络
网桥工作在OSI模型中的第二层，即链路层。完成数据帧（frame）的转发，主要目的是在连接的网络间提供透明的通信。网桥的转发是依据数据帧中的源地址和目的地址来判断一个帧是否应转发和转发到哪个端口。帧中的地址称为“MAC”地址或“硬件”地址，一般就是网卡所带的地址。
网桥的作用是把两个或多个网络互连起来，提供透明的通信。网络上的设备看不到网桥的存在，设备之间的通信就如同在一个网上一样方便。由于网桥是在数据帧上进行转发的，因此只能连接相同或相似的网络（相同或相似结构的数据帧），如以太网之间、以太网与令牌环（tokenring）之间的互连，对于不同类型的网络（数据帧结构不同），如以太网与X.25之间，网桥就无能为力了。
网桥扩大了网络的规模，提高了网络的性能，给网络应用带来了方便，在以前的网络中，网桥的应用较为广泛。但网桥互连也带来了不少问题：一个是广播风暴，网桥不阻挡网络中广播消息，当网络的规模较大时（几个网桥，多个以太网段），有可能引起广播风暴（broadcastingstorm），导致整个网络全被广播信息充满，直至完全瘫痪。第二个问题是，当与外部网络互连时，网桥会把内部和外部网络合二为一，成为一个网，双方都自动向对方完全开放自己的网络资源。这种互连方式在与外部网络互连时显然是难以接受的。问题的主要根源是网桥只是最大限度地把网络沟通，而不管传送的信息是什么。
1.2 路由器互连网络
路由器互连与网络的协议有关，我们讨论限于TCP／IP网络的情况。
路由器工作在OSI模型中的第三层，即网络层。路由器利用网络层定义的“逻辑”上的网络地址（即IP地址）来区别不同的网络，实现网络的互连和隔离，保持各个网络的独立性。路由器不转发广播消息，而把广播消息限制在各自的网络内部。发送到其他网络的数据茵先被送到路由器，再由路由器转发出去。
IP路由器只转发IP分组，把其余的部分挡在网内（包括广播），从而保持各个网络具有相对的独立性，这样可以组成具有许多网络（子网）互连的大型的网络。由于是在网络层的互连，路由器可方便地连接不同类型的网络，只要网络层运行的是IP协议，通过路由器就可互连起来。
网络中的设备用它们的网络地址（TCP／IP网络中为IP地址）互相通信。IP地址是与硬件地址无关的“逻辑”地址。路由器只根据IP地址来转发数据。IP地址的结构有两部分，一部分定义网络号，另一部分定义网络内的主机号。目前，在Internet网络中采用子网掩码来确定IP地址中网络地址和主机地址。子网掩码与IP地址一样也是32bit，并且两者是一一对应的，并规定，子网掩码中数字为“1”所对应的IP地址中的部分为网络号，为“0”所对应的则为主机号。网络号和主机号合起来，才构成一个完整的IP地址。同一个网络中的主机IP地址，其网络号必须是相同的，这个网络称为IP子网。
通信只能在具有相同网络号的IP地址之间进行，要与其它IP子网的主机进行通信，则必须经过同一网络上的某个路由器或网关（gateway）出去。不同网络号的IP地址不能直接通信，即使它们接在一起，也不能通信。
路由器有多个端口，用于连接多个IP子网。每个端口的IP地址的网络号要求与所连接的IP子网的网络号相同。不同的端口为不同的网络号，对应不同的IP子网，这样才能使各子网中的主机通过自己子网的IP地址把要求出去的IP分组送到路由器上。
2、路由原理
当IP子网中的一台主机发送IP分组给同一IP子网的另一台主机时，它将直接把IP分组送到网络上，对方就能收到。而要送给不同IP于网上的主机时，它要选择一个能到达目的子网上的路由器，把IP分组送给该路由器，由路由器负责把IP分组送到目的地。如果没有找到这样的路由器，主机就把IP分组送给一个称为“缺省网关（defaultgateway）”的路由器上。“缺省网关”是每台主机上的一个配置参数，它是接在同一个网络上的某个路由器端口的IP地址。
路由器转发IP分组时，只根据IP分组目的IP地址的网络号部分，选择合适的端口，把IP分组送出去。同主机一样，路由器也要判定端口所接的是否是目的子网，如果是，就直接把分组通过端口送到网络上，否则，也要选择下一个路由器来传送分组。路由器也有它的缺省网关，用来传送不知道往哪儿送的IP分组。这样，通过路由器把知道如何传送的IP分组正确转发出去，不知道的IP分组送给“缺省网关”路由器，这样一级级地传送，IP分组最终将送到目的地，送不到目的地的IP分组则被网络丢弃了。
目前TCP／IP网络，全部是通过路由器互连起来的，Internet就是成千上万个IP子网通过路由器互连起来的国际性网络。这种网络称为以路由器为基础的网络（routerbasednetwork），形成了以路由器为节点的“网间网”。在“网间网”中，路由器不仅负责对IP分组的转发，还要负责与别的路由器进行联络，共同确定“网间网”的路由选择和维护路由表。
路由动作包括两项基本内容：寻径和转发。寻径即判定到达目的地的最佳路径，由路由选择算法来实现。由于涉及到不同的路由选择协议和路由选择算法，要相对复杂一些。为了判定最佳路径，路由选择算法必须启动并维护包含路由信息的路由表，其中路由信息依赖于所用的路由选择算法而不尽相同。路由选择算法将收集到的不同信息填入路由表中，根据路由表可将目的网络与下一站（nexthop）的关系告诉路由器。路由器间互通信息进行路由更新，更新维护路由表使之正确反映网络的拓扑变化，并由路由器根据量度来决定最佳路径。这就是路由选择协议（routingprotocol），例如路由信息协议（RIP）、开放式最短路径优先协议（OSPF）和边界网关协议（BGP）等。
转发即沿寻径好的最佳路径传送信息分组。路由器首先在路由表中查找，判明是否知道如何将分组发送到下一个站点（路由器或主机），如果路由器不知道如何发送分组，通常将该分组丢弃；否则就根据路由表的相应表项将分组发送到下一个站点，如果目的网络直接与路由器相连，路由器就把分组直接送到相应的端口上。这就是路由转发协议（routedprotocol）。
路由转发协议和路由选择协议是相互配合又相互独立的概念，前者使用后者维护的路由表，同时后者要利用前者提供的功能来发布路由协议数据分组。下文中提到的路由协议，除非特别说明，都是指路由选择协议，这也是普遍的习惯。
3、路由协议
典型的路由选择方式有两种：静态路由和动态路由。
静态路由是在路由器中设置的固定的路由表。除非网络管理员干预，否则静态路由不会发生变化。由于静态路由不能对网络的改变作出反映，一般用于网络规模不大、拓扑结构固定的网络中。静态路由的优点是简单、高效、可靠。在所有的路由中，静态路由优先级最高。当动态路由与静态路由发生冲突时，以静态路由为准。
动态路由是网络中的路由器之间相互通信，传递路由信息，利用收到的路由信息更新路由器表的过程。它能实时地适应网络结构的变化。如果路由更新信息表明发生了网络变化，路由选择软件就会重新计算路由，并发出新的路由更新信息。这些信息通过各个网络，引起各路由器重新启动其路由算法，并更新各自的路由表以动态地反映网络拓扑变化。动态路由适用于网络规模大、网络拓扑复杂的网络。当然，各种动态路由协议会不同程度地占用网络带宽和CPU资源。
静态路由和动态路由有各自的特点和适用范围，因此在网络中动态路由通常作为静态路由的补充。当一个分组在路由器中进行寻径时，路由器首先查找静态路由，如果查到则根据相应的静态路由转发分组；否则再查找动态路由。
根据是否在一个自治域内部使用，动态路由协议分为内部网关协议（IGP）和外部网关协议（EGP）。这里的自治域指一个具有统一管理机构、统一路由策略的网络。自治域内部采用的路由选择协议称为内部网关协议，常用的'有RIP、OSPF；外部网关协议主要用于多个自治域之间的路由选择，常用的是BGP和BGP-4。下面分别进行简要介绍。
3.1 RIP路由协议
RIP协议最初是为Xerox网络系统的Xeroxparc通用协议而设计的，是Internet中常用的路由协议。RIP采用距离向量算法，即路由器根据距离选择路由，所以也称为距离向量协议。路由器收集所有可到达目的地的不同路径，并且保存有关到达每个目的地的最少站点数的路径信息，除到达目的地的最佳路径外，任何其它信息均予以丢弃。同时路由器也把所收集的路由信息用RIP协议通知相邻的其它路由器。这样，正确的路由信息逐渐扩散到了全网。
RIP使用非常广泛，它简单、可靠，便于配置。但是RIP只适用于小型的同构网络，因为它允许的最大站点数为15，任何超过15个站点的目的地均被标记为不可达。而且RIP每隔30s一次的路由信息广播也是造成网络的广播风暴的重要原因之一。
3.2 OSPF路由协议
80年代中期，RIP已不能适应大规模异构网络的互连，0SPF随之产生。它是网间工程任务组织（1ETF）的内部网关协议工作组为IP网络而开发的一种路由协议。
0SPF是一种基于链路状态的路由协议，需要每个路由器向其同一管理域的所有其它路由器发送链路状态广播信息。在OSPF的链路状态广播中包括所有接口信息、所有的量度和其它一些变量。利用0SPF的路由器首先必须收集有关的链路状态信息，并根据一定的算法计算出到每个节点的最短路径。而基于距离向量的路由协议仅向其邻接路由器发送有关路由更新信息。
与RIP不同，OSPF将一个自治域再划分为区，相应地即有两种类型的路由选择方式：当源和目的地在同一区时，采用区内路由选择；当源和目的地在不同区时，则采用区间路由选择。这就大大减少了网络开销，并增加了网络的稳定性。当一个区内的路由器出了故障时并不影响自治域内其它区路由器的正常工作，这也给网络的管理、维护带来方便。
3.3 BGP和BGP-4路由协议
BGP是为TCP／IP互联网设计的外部网关协议，用于多个自治域之间。它既不是基于纯粹的链路状态算法，也不是基于纯粹的距离向量算法。它的主要功能是与其它自治域的BGP交换网络可达信息。各个自治域可以运行不同的内部网关协议。BGP更新信息包括网络号／自治域路径的成对信息。自治域路径包括到达某个特定网络须经过的自治域串，这些更新信息通过TCP传送出去，以保证传输的可靠性。
为了满足Internet日益扩大的需要，BGP还在不断地发展。在最新的BGp4中，还可以将相似路由合并为一条路由。
3.4 路由表项的优先问题
在一个路由器中，可同时配置静态路由和一种或多种动态路由。它们各自维护的路由表都提供给转发程序，但这些路由表的表项间可能会发生冲突。这种冲突可通过配置各路由表的优先级来解决。通常静态路由具有默认的最高优先级，当其它路由表表项与它矛盾时，均按静态路由转发。
4、路由算法
路由算法在路由协议中起着至关重要的作用，采用何种算法往往决定了最终的寻径结果，因此选择路由算法一定要仔细。通常需要综合考虑以下几个设计目标：
——（1）最优化：指路由算法选择最佳路径的能力。
——（2）简洁性：算法设计简洁，利用最少的软件和开销，提供最有效的功能。
——（3）坚固性：路由算法处于非正常或不可预料的环境时，如硬件故障、负载过高或操作失误时，都能正确运行。由于路由器分布在网络联接点上，所以在它们出故障时会产生严重后果。最好的路由器算法通常能经受时间的考验，并在各种网络环境下被证实是可靠的。
——（4）快速收敛：收敛是在最佳路径的判断上所有路由器达到一致的过程。当某个网络事件引起路由可用或不可用时，路由器就发出更新信息。路由更新信息遍及整个网络，引发重新计算最佳路径，最终达到所有路由器一致公认的最佳路径。收敛慢的路由算法会造成路径循环或网络中断。
——（5）灵活性：路由算法可以快速、准确地适应各种网络环境。例如，某个网段发生故障，路由算法要能很快发现故障，并为使用该网段的所有路由选择另一条最佳路径。
路由算法按照种类可分为以下几种：静态和动态、单路和多路、平等和分级、源路由和透明路由、域内和域间、链路状态和距离向量。前面几种的特点与字面意思基本一致，下面着重介绍链路状态和距离向量算法。
链路状态算法（也称最短路径算法）发送路由信息到互联网上所有的结点，然而对于每个路由器，仅发送它的路由表中描述了其自身链路状态的那一部分。距离向量算法（也称为Bellman-Ford算法）则要求每个路由器发送其路由表全部或部分信息，但仅发送到邻近结点上。从本质上来说，链路状态算法将少量更新信息发送至网络各处，而距离向量算法发送大量更新信息至邻接路由器。
由于链路状态算法收敛更快，因此它在一定程度上比距离向量算法更不易产生路由循环。但另一方面，链路状态算法要求比距离向量算法有更强的CPU能力和更多的内存空间，因此链路状态算法将会在实现时显得更昂贵一些。除了这些区别，两种算法在大多数环境下都能很好地运行。
最后需要指出的是，路由算法使用了许多种不同的度量标准去决定最佳路径。复杂的路由算法可能采用多种度量来选择路由，通过一定的加权运算，将它们合并为单个的复合度量、再填入路由表中，作为寻径的标准。通常所使用的度量有：路径长度、可靠性、时延、带宽、负载、通信成本等。
5、新一代路由器
由于多媒体等应用在网络中的发展，以及ATM、快速以太网等新技术的不断采用，网络的带宽与速率飞速提高，传统的路由器已不能满足人们对路由器的性能要求。因为传统路由器的分组转发的设计与实现均基于软件，在转发过程中对分组的处理要经过许多环节，转发过程复杂，使得分组转发的速率较慢。另外，由于路由器是网络互连的关键设备，是网络与其它网络进行通信的一个“关口”，对其安全性有很高的要求，因此路由器中各种附加的安全措施增加了CPU的负担，这样就使得路由器成为整个互联网上的“瓶颈”。
传统的路由器在转发每一个分组时，都要进行一系列的复杂操作，包括路由查找、访问控制表匹配、地址解析、优先级管理以及其它的附加操作。这一系列的操作大大影响了路由器的性能与效率，降低了分组转发速率和转发的吞吐量，增加了CPU的负担。而经过路由器的前后分组间的相关性很大，具有相同目的地址和源地址的分组往往连续到达，这为分组的快速转发提供了实现的可能与依据。新一代路由器，如IPSwitch、TagSwitch等，就是采用这一设计思想用硬件来实现快速转发，大大提高了路由器的性能与效率。
新一代路由器使用转发缓存来简化分组的转发操作。在快速转发过程中，只需对一组具有相同目的地址和源地址的分组的前几个分组进行传统的路由转发处理，并把成功转发的分组的目的地址、源地址和下一网关地址（下一路由器地址）放人转发缓存中。当其后的分组要进行转发时，茵先查看转发缓存，如果该分组的目的地址和源地址与转发缓存中的匹配，则直接根据转发缓存中的下一网关地址进行转发，而无须经过传统的复杂操作，大大减轻了路由器的负担，达到了提高路由器吞吐量的目标。