小編給大家分享一下網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之路由協(xié)議是什么，相信大部分人都還不怎么了解，因此分享這篇文章給大家參考一下，希望大家閱讀完這篇文章后大有收獲，下面讓我們一起去了解一下吧！
前面例子中，我們都是在一個局域網(wǎng)內(nèi)折騰。今天就讓我們擴大范圍，在多個局域網(wǎng)甚至到廣闊的互聯(lián)網(wǎng)世界中遨游，看看這中間會發(fā)生什么。
這個過程中，跨網(wǎng)關(guān)訪問是我們要了解的第一個內(nèi)容。
跨網(wǎng)關(guān)訪問當我們要了解跨網(wǎng)關(guān)訪問時，就牽扯到 MAC 地址和 IP 地址的變化，因此，我們先來看下 MAC 頭和 IP 頭的細節(jié)。
MAC 頭和IP 頭的細節(jié)
如圖，在 MAC 頭里，先是目標 MAC 地址，然后是源 MAC 地址，最后是協(xié)議類型。
在 IP 頭里，最重要的就是源 IP 地址和目標 IP 地址。除此之外，還有版本號，也就是我們常說的 IPv4 和 IPv6、服務(wù)類型 TOS（表示數(shù)據(jù)包優(yōu)先級）、TTL（數(shù)據(jù)包生存周期）以及標識協(xié)議（TCP 和 UDP）
當我們訪問博客園時，經(jīng)過的第一個網(wǎng)關(guān)應(yīng)該就是我們配置的默認網(wǎng)關(guān)。當本機訪問默認網(wǎng)關(guān)時，還是走局域網(wǎng)內(nèi)部訪問的步驟：
將源地址和目標 IP 地址放入 IP 頭；
通過 ARP 協(xié)議獲得網(wǎng)關(guān)的 MAC 地址；
將源 MAC 地址和網(wǎng)關(guān)的 MAC 地址放入 MAC 頭中，發(fā)送給網(wǎng)關(guān)。
而我們的網(wǎng)關(guān)，一般就是指家里的路由器，是一個三層轉(zhuǎn)發(fā)的設(shè)備。它會把 MAC 頭和 IP 頭都取下來，然后根據(jù)里面的內(nèi)容，看看接下來把數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到哪里。
很多情況下，人們把網(wǎng)關(guān)叫做路由器。其實并不準備，用這個比喻應(yīng)該更為恰當些：
路由器是一臺設(shè)備，它有五個網(wǎng)口或者網(wǎng)卡，相當于有五只手，分別連著五個局域網(wǎng)。每只手的 IP 地址都和局域網(wǎng)的 IP 地址有著相同的網(wǎng)段，每只手都是它握住的那個局域網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)。
任何一個想發(fā)往其他局域網(wǎng)的包，都會到達其中一只手，被拿進來，拿下 MAC 頭和 IP 頭，然后根據(jù)自己的路由算法，選擇另一只手，加上 IP 頭和 MAC 頭，然后扔出去。
注意，在上面這個過程中，有出現(xiàn)路由算法。接下來，我們就來認識下它。
路由算法路由算法，又名選路算法，是提高路由協(xié)議功能，盡量減少路由時所帶來的開銷的算法。
路由算法可以根據(jù)多個特性來加以區(qū)分，找到到達目的地的最佳路由。
路由算法的區(qū)分點有很多，有
靜態(tài)與動態(tài)
單路徑與多路徑
平坦與分層
主機智能與路由器智能
域內(nèi)與域間
鏈接狀態(tài)與距離向量
????這里主要介紹靜態(tài)與動態(tài)路由算法。
靜態(tài)路由????靜態(tài)路由算法，實質(zhì)上是由網(wǎng)關(guān)配置好的映射表。
????我們家里的路由器，可能會有這樣的路由配置
訪問博客園，從 2 號口出去，下一跳是 IP2；
訪問百度，從 3 號口出去，下一跳是 IP3。
????類似上述這樣的規(guī)則就是靜態(tài)路由，按照一定的語法保存在路由器里。
????每當要選擇從哪個口拋出去的時候，就一條一條的匹配規(guī)則，找到符合的規(guī)則，就按規(guī)則辦事，從指定口拋出去，找下一跳 IP。
過網(wǎng)關(guān)的“變”與“不變”????之前我們了解到，MAC 地址是一個局域網(wǎng)內(nèi)才有效的地址。因此，MAC 地址只要過網(wǎng)關(guān)，就肯定會改變。而 IP 地址在過網(wǎng)關(guān)后 ，就不一定會改變了。
????經(jīng)過網(wǎng)關(guān) A 后，如果IP 地址沒有改變，那 A 就是轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)關(guān)，否則，就是NAT網(wǎng)關(guān)。
轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)關(guān)
????如上圖，服務(wù)器 A 要訪問服務(wù)器 B，要經(jīng)過過程：
1）服務(wù)器 A 到 網(wǎng)關(guān) A
檢查 B 的網(wǎng)段，發(fā)現(xiàn)不在同一個網(wǎng)段，因此發(fā)給網(wǎng)關(guān)
由于網(wǎng)關(guān)的 IP 地址是已經(jīng)配置好了，因此發(fā)送 ARP 獲取網(wǎng)關(guān)的 MAC 地址
發(fā)送包
而最后發(fā)送包的內(nèi)容主要有：
源 MAC：服務(wù)器 A 的 MAC
模板 MAC：192.168.1.1 網(wǎng)關(guān)的 MAC
源 IP：192.168.1.101
目標 IP：192.168.4.101
????數(shù)據(jù)包到達 192.168.1.1 這個網(wǎng)口后，網(wǎng)口發(fā)現(xiàn) MAC 地址是它的，就將包收進來，然后開始“思考”往哪里轉(zhuǎn)發(fā)。
????這時候，路由器 A 中配置了規(guī)則 A1：
要訪問 192.168.4.0/24，就從 192.168.56.1 這個網(wǎng)口出去，下一跳是 192.168.56.2
2）網(wǎng)關(guān) A 到 網(wǎng)關(guān) B
????于是，路由器 A 匹配了 A1，要從 192.168.56.1 這個口發(fā)出去，發(fā)給 192.168.56.2。于是，又開始了這個過程：
檢查 B 的網(wǎng)段，發(fā)現(xiàn)在同一個網(wǎng)段， ARP 獲取 MAC 地址
發(fā)送包
數(shù)據(jù)包的內(nèi)容是：
源 MAC：192.168.56.1 的 MAC
模板 MAC：192.168.56.2 的 MAC
源 IP：192.168.1.101
目標 IP：192.168.4.101
????數(shù)據(jù)包到達 192 .168.56.2 網(wǎng)口，網(wǎng)口發(fā)現(xiàn) MAC 地址是它的，就將包收進來，然后去檢查路由規(guī)則。
????路由器 B 配置以下規(guī)則 B1：
想訪問 192.168.4.0/24，就從 192.168.4.1
????而路由器 B 發(fā)現(xiàn)，它的右網(wǎng)口就是目標地址網(wǎng)段的，因此就沒有下一跳了。
3）網(wǎng)關(guān) B 到 服務(wù)器 B
路由器 B 匹配上 B1。從 192.168.4.1 出口，發(fā)給 192.168.4.101。數(shù)據(jù)包內(nèi)容：
源 MAC：192.168.4.1 的 MAC
模板 MAC：192.168.4.101 的 MAC
源 IP：192.168.1.101
目標 IP：192.168.4.101
????服務(wù)器 B 收到數(shù)據(jù)包，發(fā)現(xiàn) MAC 地址是它的，就把包收進來。
????通過上面的過程可以看出，每到一個新的局域網(wǎng)， MAC 地址都是要變的，而 IP 地址則都不變。在 IP 頭里面，不會保存任何網(wǎng)關(guān)的 IP 地址。
????而我們說的下一跳，就是某個 IP 要將這個 IP 地址轉(zhuǎn)換為 MAC 放入 MAC 頭。
NAT 網(wǎng)關(guān)????NAT 網(wǎng)關(guān)，也就是 Network Address Translation。
????由于各個局域網(wǎng)都有各自的網(wǎng)段，很容易出現(xiàn) IP 沖突的情況。如上圖，美國服務(wù)器 A 的 IP 地址和 法國服務(wù)器 B 的 IP 地址都是 192.168.1.101/24，從 IP 上看，好像是自己訪問自己，但實際上從美國的 192.168.1.101 訪問法國的 192.168.1.101。
????如何解決這個問題呢？既然局域網(wǎng)之間沒有商量好 IP 分配，各管各的，那到國際上，也就是中間的局域網(wǎng)里面，就需要使用另外的地址，就像出國后，我們要改用護照一樣。
????首先，目標服務(wù)器 B 在國際上要有一個國際的身份，我們給它一個 190.168.56.2.在網(wǎng)關(guān) B 上，我們記下來，國際身份 192.168.56.2 對應(yīng)國內(nèi)身份 192.168.1.101.凡是要訪問 192.168.56.2 的，網(wǎng)關(guān)都要轉(zhuǎn)成 192.168.1.101。
????于是，源服務(wù)器 A 要訪問目標服務(wù)器 B，目標地址就變成國際 IP 地址 192.168.56.2。過程如下：
1）源服務(wù)器 A 發(fā)數(shù)據(jù)包到網(wǎng)關(guān) A
檢查服務(wù)器 B IP，不在同一網(wǎng)段
ARP 獲取網(wǎng)關(guān) MAC 地址
發(fā)送包
數(shù)據(jù)包的內(nèi)容是這樣的：
源 MAC：服務(wù)器 A 的 MAC
目標 MAC：192.168.1.1 這個網(wǎng)口的 MAC
源 IP：192.168.1.101
目標 IP：192.168.56.2
????路由器 A 中 192.168.1.1 這個網(wǎng)口收到數(shù)據(jù)包后，檢查 MAC 地址一致，將包收進來。
????在路由器 A 中配置了規(guī)則：
想訪問 192.168.56.2/24，就從 192.168.56.1 網(wǎng)口發(fā)出去，發(fā)給 192.168.56.2，沒有下一跳。
????由于路由器的右網(wǎng)口（192.168.56.1） IP 地址和目標 IP 地址在同一網(wǎng)段，因此沒有下一跳。
2）網(wǎng)關(guān) A 到網(wǎng)關(guān) B
當網(wǎng)絡(luò)包發(fā)送到中間的局域網(wǎng)時，服務(wù)器 A 也需要有個國際身份。因此，源 IP 地址 192.168.1.101 要改成 192.168.56.1，所以數(shù)據(jù)包的內(nèi)容是：
源 MAC：192.168.56.1 的 MAC
目標 MAC：192.168.56.2 的 MAC
源 IP：192.168.56.1
目標 IP：192.168.56.2
????包到達 192.168.56.2 這個網(wǎng)口后，發(fā)現(xiàn) MAC 一致，就將包收進來。
????而路由器 B 是 NAT 網(wǎng)關(guān)，它上面配置了，國際身份 192.168.56.2 對應(yīng)國內(nèi)的 192.168.1.101，于是目標地址改為 192.168.1.101。
????同樣的，路由器 B 中配置了規(guī)則：
想訪問 192.168.1.101，就從 192.168.1.1 網(wǎng)口出去，沒有下一跳。
????于是，數(shù)據(jù)包就從 192.168.1.1 這個網(wǎng)口發(fā)給 192.168.1.101。
3）網(wǎng)關(guān) B 到服務(wù)器 B
數(shù)據(jù)包從 192.168.1.1 網(wǎng)口發(fā)出后，同樣經(jīng)過這些步驟：
檢查服務(wù)器 B 的 IP，在同一網(wǎng)段
ARP 獲取服務(wù)器 B 的 MAC 地址
發(fā)送包
這時的數(shù)據(jù)包就變成了：
源 MAC：192.168.1.1 的 MAC
目標 MAC：192.168.1.101 的 MAC
源 IP：192.168.56.1
目標 IP：192.168.1.101
????服務(wù)器收到包后，檢查 MAC 地址一致，就將數(shù)據(jù)包收進來。
????從服務(wù)器 B 接收的數(shù)據(jù)包可以看出，源 IP 為 服務(wù)器 A 的國際身份，因而發(fā)送返回包的時候，也發(fā)給這個國際身份，由路由器 A 做 NAT，轉(zhuǎn)換為國內(nèi)身份。
動態(tài)路由動態(tài)路由算法1）基本思路
基于Bellman-Ford 算法。每個路由器都保存一個路由表，包含多行，每行對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中的一個路由器，每一行包含兩部分信息，一個是要到目標路由器，從哪條線出去，另一個是到目標路由器的距離
2）存在問題
a.好消息傳得塊，壞消息傳的慢。
新加入的路由器能夠很快的新路由器信息廣播出去。但是如果一個路由器掛了，掛的消息沒有廣播。每個經(jīng)過這個宕機節(jié)點的路由器，無法得知該節(jié)點一宕機，而是試圖通過其他的路徑訪問，直到試過了所有的路徑，才發(fā)現(xiàn)這個路由器已經(jīng)宕機了。
示例：
b.每次發(fā)送消息，要發(fā)送整個全局路由表
????上面的兩個問題，限制了距離矢量路由的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，僅適用于小型網(wǎng)絡(luò)（小于 15 跳）。
1）基本思路
基于Dijkstra 算法。當一個路由器加入網(wǎng)絡(luò)是，首先是發(fā)現(xiàn)鄰居，給鄰居說 hello，鄰居都回復。然后計算和鄰居的距離，發(fā)送一個 echo，要求馬上返回，除以 2 就是距離。接著將自己和鄰居之間的鏈路狀態(tài)包廣播出去，發(fā)送到整個網(wǎng)絡(luò)的每個路由器。
????這種算法中，每個路由器都能在自己本地構(gòu)建一個完整的圖，然后針對這個圖使用 Dijkstra 算法，找到兩點之間的最短路徑。
????不像距離矢量路由協(xié)議那樣，更新時發(fā)送整個路由表。鏈路狀態(tài)路由協(xié)議只廣播更新的或改變的網(wǎng)絡(luò)拓撲，這使得更新信息更小，節(jié)省了寬帶和 CPU 利用率。而且一旦一個路由器掛了，它的鄰居都會廣播這個消息，可以使得壞消息迅速收斂。
動態(tài)路由協(xié)議OSPF（Open Shortest Path First, 開放式最短路徑優(yōu)先）協(xié)議，廣泛應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心的協(xié)議。由于主要用在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部，用于路由決策，因此稱為內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（Interior Gateway Protocol，簡稱 IGP）
重慶分公司
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