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日志

[图解] IP 路由基础

已有 12729 次阅读2011-5-20 19:57 |系统分类:网络技术| 路由

理解IP路由,是理解IP网络的关键,不了解路由,就无法了解IP网络的本质。这里我们使用类比的方法为初学者介绍一些关于IP路由的基本概念,希望能帮助初学者更好的理解IP网络。我个人认为现实生活中的邮政系统与由IP构建的网络系统最为类似,因此如果你了解邮政系统,那么理解IP的原理也不会太难。

首先,请问大家:我们写完信以后接下来需要做什么事情呢?对,是把信装进信封,然后在信封上面填写收件人的邮政编码和地址,当然还有寄信人的邮政编码和地址(但这不是必须的)。IP 的情况也是一样的,在IP数据包的头部,会由操作系统填写目的IP地址(收件人)和源IP地址(发件人)。因此IP包头就是我们的信封,IP包内部的数据就是我们写在信上面的内容或者叫信息。

信封填写好以后,接下来就是找一个距离发件人最近的邮筒投递我们的信件,那么这个邮筒就相当于我们平时经常提到的网关。你可以把它理解成每家每户上网用到的那个小路由器。当然也有一些用户使用光纤宽带上网,那么可以理解成他直接把信件投递给本地邮局了。

随后,邮筒会把信件投递到管理它的那个邮局(实际上是由邮递员完成的)。然后邮政系统会尽最大努力将信件送给信封上指定的收件人。注意,我们这里说的是尽最大努力,因为邮政系统在默认情况下是不会保证普通信件能保证送达。因为很多时候我们的信件会丢失。比如:投递过程中,邮件丢失了、被人误领了…等等。IP也是一样,数据包发出去以后,网络系统是无法保证这个数据包一定能安全送达,系统只是尽力在做。

下面我们假设有一封从广州的路人乙寄送给北京路人甲的信件,然后我们来看看这个系统具体是如何进行信件的投递的。
1、广州邮局先将邮件分类,即按照信封上收件人的邮政编码将信件分类;
2、广州邮局会按时将北京方向(注意:北京方向包括了去长沙、武汉的信件)的信件取走,交给一辆开往长沙(假设跨省信件只在省会间传递)的邮政汽车;
3、信件到达长沙后,长沙邮政局将把这些信件中省内的信件留下,剩下的信件则交给一辆开往武汉的邮政汽车;
4、如此继续下去,汽车载着北京的邮件经过武汉、郑州,最后才到达北京的邮政局;
5、北京邮政收到这批信件后,将留下目的地为北京的邮件,并根据信封上的收件人信息,安排邮递员将信件最终送达收件人。

IP的情况也类似,让我们按照上面的步骤走一遍。
1、广州路由器在接收到IP数据包以后,先是查询路由表;
2、广州路由器将所有北京方向的数据包发送给长沙的路由器;
3、长沙路由器收到数据包以后,继续查询路由表,本省的从去往地市的线路上发走,北京方向的从去往武汉的线路上发走;
4、如此继续下去,武汉发给郑州,郑州发给北京;
5、最后北京的路由器收到了这个IP数据包,在查询过路由表后,发现这是发送给本地网络的数据包,于是继续查询MAC地址表,并通过MAC地址将数据包发送给最终的收件人。

当然收件人可能会有回信,也就是回包。这很好办,无非就是上述过程的重复,而仅仅只是将收件人与发件人的信息对调了一下。至此,邮件的投递结束,IP包的投递也结束,两者是多么的相似呀。也许大家已经发现,以上IP转发的过程中有一个核心的操作就是“查路由表”。路由表是什么?在设备中启什么作用?请继续往下看…

路由这个词是英文 Route 的音译,做名词的时候表示“路线”“航线”等意思…做动词的时候表示“确定路线、选路”等含义。简单来说可以把路由理解成指示路径的指示牌,而路由表则是指示牌的集合,通过查询路由表来决定数据包的走向。

以陆路交通系统为例,从湖南出发,往东则是江西、往南则是广东、往西则是贵州,往北则是湖北。也就是说,若要从湖南去北京,则必须先从北站出发到达湖北,去上海则必须先从东站出发到达江西…而路由表则是用来描述这些信息的一个集合,我们根据以上信息构建的湖南省路由表如下:
目的地    下一站        车站
  北京    湖北南站      北站
  上海    江西西站      东站
  香港    广东北站      南站
  云南    贵州东站      西站

相应的其他所有的省都会有一张类似的,但仅属于自己的路由表,也就是说湖南的表只能在湖南用,湖北的表的只能在湖北用。比如:从湖南去北京,下一站是湖北,而从湖北去北京,下一站则是河南了…

现在让我们来类比一下:每个省代表网络中的一台路由器,每个省的车站则是路由器上的接口,连接各省之间的高速公路或者铁路就是路由器之间的网线…一个庞大的网络是不是就这样诞生了…然后每台路由器都维护着自己的一张路由表,当数据进入路由器后,只需简单的查表操作便能指导数据的转发了。

实战练习1:完成广东、湖南、湖北三省的路由表,要求数据能从广东发送到湖北,而且能从湖北返回广东。

实战练习2:完成各省路由器的路由表,要求数据能从广东发送到湖北,而且能从湖北返回广东。


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