收集协定6路由协定

    前面例子中，我们都是在一个局域网内折腾。本日就让我们扩大范围，在多个局域网以至到辽阔的互联网天下中游览，看看这中心会发作什么。

    这个历程当中，跨网关接见是我们要相识的第一个内容。

跨网关接见

    当我们要相识跨网关接见时，就牵扯到 MAC 地点和 IP 地点的变化，因此，我们先来看下 MAC 头和 IP 头的细节。

MAC 头和IP 头的细节

    如图，在 MAC 头里，先是目的 MAC 地点，然后是源 MAC 地点，末了是协定范例。

    在 IP 头里，最重要的就是源 IP 地点和目的 IP 地点。除此之外，另有版本号，也就是我们常说的 IPv4 和 IPv6、效劳范例 TOS（示意数据包优先级）、TTL（数据包生计周期）以及标识协定（TCP 和 UDP）

    当我们接见博客园时，经由的第一个网关应当就是我们设置的默许网关。当本机接见默许网关时，照样走局域网内部接见的步骤：

1. 将源地点和目的 IP 地点放入 IP 头；
2. 经由历程 ARP 协定取得网关的 MAC 地点；
3. 将源 MAC 地点和网关的 MAC 地点放入 MAC 头中，发送给网关。

    而我们的网关，平常就是指家里的路由器，是一个三层转发的装备。它会把 MAC 头和 IP 头都取下来，然后依据内里的内容，看看接下来把数据包转发到那里。

    许多状况下，人们把网关叫做路由器。实在并不预备，用这个比方应当更加适当些：

路由器是一台装备，它有五个网口或许网卡，相当于有五只手，离别连着五个局域网。每只手的 IP 地点都和局域网的 IP 地点有着雷同的网段，每只手都是它握住的谁人局域网的网关。

    任何一个想发往其他局域网的包，都邑抵达个中一只手，被拿进来，拿下 MAC 头和 IP 头，然后依据本身的路由算法，挑选另一只手，加上 IP 头和 MAC 头，然后扔出去。

    注重，在上面这个历程当中，有涌现路由算法。接下来，我们就来熟悉下它。

路由算法

    路由算法，别名选路算法，是进步路由协定功用，只管削减路由时所带来的开支的算法。

    路由算法可以依据多个特征来加以辨别，找到抵达目的地的最好路由。

路由算法的辨别点有许多，有

• 静态与动态
• 单途径与多途径
• 平整与分层
• 主机智能与路由器智能
• 域内与域间
• 链接状况与间隔向量

    这里重要引见静态与动态路由算法。

静态路由

    静态路由算法，实质上是由网关设置好的映射表。

    我们家里的路由器，可以会有如许的路由设置

接见博客园，从 2 号口出去，下一跳是 IP2；

接见百度，从 3 号口出去，下一跳是 IP3。

    相似上述如许的划定规矩就是静态路由，根据肯定的语法保留在路由器里。

    每当要挑选从哪一个口抛出去的时刻，就一条一条的婚配划定规矩，找到相符的划定规矩，就按划定规矩做事，从指定口抛出去，找下一跳 IP。

过网关的“变”与“稳定”

    之前我们相识到，MAC 地点是一个局域网内才有用的地点。因此，MAC 地点只需过网关，就肯定会转变。而 IP 地点在过网关后 ，就不肯定会转变了。

    经由网关 A 后，假如IP 地点没有转变，那 A 就是转发网关，不然，就是NAT网关。

转发网关

    如上图，效劳器 A 要接见效劳器 B，要经由历程：

1）效劳器 A 到 网关 A

1. 搜检 B 的网段，发明不在统一个网段，因此发给网关
2. 因为网关的 IP 地点是已设置好了，因此发送 ARP 猎取网关的 MAC 地点
3. 发送包

而末了发送包的内容重要有：

• 源 MAC：效劳器 A 的 MAC
• 模板 MAC：192.168.1.1 网关的 MAC
• 源 IP：192.168.1.101
• 目的 IP：192.168.4.101

    数据包抵达 192.168.1.1 这个网口后，网口发明 MAC 地点是它的，就将包收进来，然后最先“思索”往那里转发。

    这时候刻，路由器 A 中设置了划定规矩 A1：

要接见 192.168.4.0/24，就从 192.168.56.1 这个网口出去，下一跳是 192.168.56.2

2）网关 A 到 网关 B

    因此，路由器 A 婚配了 A1，要从 192.168.56.1 这个口发出去，发给 192.168.56.2。因此，又最先了这个历程：

1. 搜检 B 的网段，发明在统一个网段， ARP 猎取 MAC 地点
2. 发送包

数据包的内容是：

• 源 MAC：192.168.56.1 的 MAC
• 模板 MAC：192.168.56.2 的 MAC
• 源 IP：192.168.1.101
• 目的 IP：192.168.4.101

    数据包抵达 192 .168.56.2 网口，网口发明 MAC 地点是它的，就将包收进来，然后去搜检路由划定规矩。

    路由器 B 设置以下划定规矩 B1：

想接见 192.168.4.0/24，就从 192.168.4.1

    而路由器 B 发明，它的右网口就是目的地点网段的，因此就没有下一跳了。

3）网关 B 到 效劳器 B

路由器 B 婚配上 B1。从 192.168.4.1 出口，发给 192.168.4.101。数据包内容：

• 源 MAC：192.168.4.1 的 MAC
• 模板 MAC：192.168.4.101 的 MAC
• 源 IP：192.168.1.101
• 目的 IP：192.168.4.101

    效劳器 B 收到数据包，发明 MAC 地点是它的，就把包收进来。

    经由历程上面的历程可以看出，每到一个新的局域网， MAC 地点都是要变的，而 IP 地点则都稳定。在 IP 头内里，不会保留任何网关的 IP 地点。

    而我们说的下一跳，就是某个 IP 要将这个 IP 地点转换为 MAC 放入 MAC 头。

NAT 网关

    NAT 网关，也就是 Network Address Translation。

    因为各个局域网都有各自的网段，很轻易涌现 IP 争执的状况。如上图，美国效劳器 A 的 IP 地点和 法国效劳器 B 的 IP 地点都是 192.168.1.101/24，从 IP 上看，好像是本身接见本身，但实际上从美国的 192.168.1.101 接见法国的 192.168.1.101。

    怎样处理这个题目呢？既然局域网之间没有探讨好 IP 分派，各管各的，那到国际上，也就是中心的局域网内里，就须要运用别的的地点，就像出国后，我们要改用护照一样。

    起首，目的效劳器 B 在国际上要有一个国际的身份，我们给它一个 190.168.56.2.在网关 B 上，我们记下来，国际身份 192.168.56.2 对应国内身份 192.168.1.101.通常要接见 192.168.56.2 的，网关都要转成 192.168.1.101。

    因此，源效劳器 A 要接见目的效劳器 B，目的地点就变成国际 IP 地点 192.168.56.2。历程以下：

1）源效劳器 A 发数据包到网关 A

1. 搜检效劳器 B IP，不在统一网段
2. ARP 猎取网关 MAC 地点
3. 发送包

数据包的内容是如许的：

• 源 MAC：效劳器 A 的 MAC
• 目的 MAC：192.168.1.1 这个网口的 MAC
• 源 IP：192.168.1.101
• 目的 IP：192.168.56.2

    路由器 A 中 192.168.1.1 这个网口收到数据包后，搜检 MAC 地点一致，将包收进来。

    在路由器 A 中设置了划定规矩：

想接见 192.168.56.2/24，就从 192.168.56.1 网口发出去，发给 192.168.56.2，没有下一跳。

    因为路由器的右网口（192.168.56.1） IP 地点和目的 IP 地点在统一网段，因此没有下一跳。

2）网关 A 到网关 B
当收集包发送到中心的局域网时，效劳器 A 也须要有个国际身份。因此，源 IP 地点 192.168.1.101 要改成 192.168.56.1，所以数据包的内容是：

• 源 MAC：192.168.56.1 的 MAC
• 目的 MAC：192.168.56.2 的 MAC
• 源 IP：192.168.56.1
• 目的 IP：192.168.56.2

    包抵达 192.168.56.2 这个网口后，发明 MAC 一致，就将包收进来。

    而路由器 B 是 NAT 网关，它上面设置了，国际身份 192.168.56.2 对应国内的 192.168.1.101，因此目的地点改成 192.168.1.101。

    一样的，路由器 B 中设置了划定规矩：

想接见 192.168.1.101，就从 192.168.1.1 网口出去，没有下一跳。

    因此，数据包就从 192.168.1.1 这个网口发给 192.168.1.101。

3）网关 B 到效劳器 B
数据包从 192.168.1.1 网口发出后，一样经由这些步骤：

1. 搜检效劳器 B 的 IP，在统一网段
2. ARP 猎取效劳器 B 的 MAC 地点
3. 发送包

这时候的数据包就变成了：

• 源 MAC：192.168.1.1 的 MAC
• 目的 MAC：192.168.1.101 的 MAC
• 源 IP：192.168.56.1
• 目的 IP：192.168.1.101

    效劳器收到包后，搜检 MAC 地点一致，就将数据包收进来。

    从效劳器 B 吸收的数据包可以看出，源 IP 为 效劳器 A 的国际身份，因此发送返回包的时刻，也发给这个国际身份，由路由器 A 做 NAT，转换为国内身份。

动态路由

动态路由算法

间隔矢量路由算法

1）基本思路

基于Bellman-Ford 算法。每一个路由器都保留一个路由表，包括多行，每行对应收集中的一个路由器，每一行包括两部分信息，一个是要到目的路由器，从哪条线出去，另一个是到目的路由器的间隔

2）存在题目

a. 好音讯传得块，坏音讯传的慢。

新到场的路由器可以很快的新路由器信息播送出去。然则假如一个路由器挂了，挂的音讯没有播送。每一个经由这个宕机节点的路由器，没法得知该节点一宕机，而是试图经由历程其他的途径接见，直到试过了一切的途径，才发明这个路由器已宕机了。

示例：

b. 每次发送音讯，要发送全部全局路由表

    上面的两个题目，限定了间隔矢量路由的收集范围，仅适用于小型收集（小于 15 跳）。

链路状况路由算法

1）基本思路

基于Dijkstra 算法。当一个路由器到场收集是，起首是发明邻人，给邻人说 hello，邻人都复兴。然后盘算和邻人的间隔，发送一个 echo，请求立时返回，除以 2 就是间隔。接着将本身和邻人之间的链路状况包播送出去，发送到全部收集的每一个路由器。

    这类算法中，每一个路由器都能在本身当地构建一个完全的图，然后针对这个图运用 Dijkstra 算法，找到两点之间的最短途径。

    不像间隔矢量路由协定那样，更新时发送全部路由表。链路状况路由协定只播送更新的或转变的收集拓扑，这使得更新信息更小，节省了宽带和 CPU 利用率。而且一旦一个路由器挂了，它的邻人都邑播送这个音讯，可以使得坏音讯敏捷收敛。

动态路由协定

基于链路状况路由算法的 OSPF

OSPF（Open Shortest Path First, 开放式最短途径优先）协定，普遍应用在
数据中心的协定。因为重要用在数据中心内部，用于路由决议计划，因此称为
内部网关协定（Interior Gateway Protocol，简称 IGP）

    内部网关协定的重点就是找到最短途径。当存在多个最短途径时，可以在这多个途径中举行负载平衡，这经常被称为等价路由。

    等价路由不仅可以用来分摊流量，还可以进步容错率，当一条途径不通时，还可以经由历程别的一条路抵达目的地。

基于间隔矢量路由算法的 BGP

针对收集之间的路由协定，称为
外网路由协定（Border Gateway Protocol，简称 BGP）

    每一个数据中心都有本身的路由设置。比方，哪些外部 IP 可以让内部晓得，哪些内部 IP 可以让外部晓得，哪些可以经由历程，哪些不能经由历程。

    因此，在各个数据中心举行交互时，须要一种协定，经由历程这类协定，可以晓得相邻数据中心的路由设置，从而找到数据中心之间最好的路由。

    BGP 协定就是如许的协定。它不着眼于发明和盘算路由，而在于掌握路由的流传和挑选最好的路由。

总结

• 数据包要脱离本局域网，就要经由网关，网关就是路由器的一个网口；
• 路由器是一个三层装备，来由有怎样寻觅下一跳的划定规矩；
• 经由路由器以后的 MAC 头肯定会变。假如 IP 稳定，就是 转发网关，不然就是 NAT网关；
• 路由分静态路由和动态路由，动态路由可以设置庞杂的战略路由，掌握转发战略；
• 动态路由主流算法有两种，间隔矢量算法和链路状况算法。基于两种算法发生两种协定，BGP 协定和 OSPF 协定。

参考：

1. 百度百科
2. 刘超-趣谈收集协定系列课；