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《TCP/IP详解卷1：协议》之第九章：IP选路

news 来源：原创 2025/5/12 5:25:24

一、IP选路之IP层工作流程

二、选路原理

三、路由表中的五种不同的标志（flag）

四、路由表的初始化

1、静态路由表初始化

①、手动配置

②、默认网关配置

2、动态路由表初始化

①、路由协议的作用

②、直接连接网络的自动发现

五、没有到达目的地的路由

六、ICMP重定向差错

七、ICMP路由器发现报文

一、IP选路之IP层工作流程

IP层工作流程如下图所示：

1、当收到一个IP分组后，送到IP输入队列，在不考虑指定源站选路的情况下，会判断IP地址是不是为本机地址或者广播地址，如果是则送入本机的上层协议栈（如TCP、UDP）进行处理；如果不是则送入转发处理模块处理，根据路由决策判断是否进行相应的转发。

如果收到的是 ICMP IP重定向，则更新路由表中的路由策略。

二、选路原理

搜索路由表的基本操作为：

1、搜索匹配的主机地址；

2、搜索匹配的网络地址；

3、搜索默认表项；

值得一提的是，IP层进行的选路实际上是一种选路机制，它搜索路由表并决定向哪个网络接口发送分组。这区别于选路策略，它只是一组决定把哪些路由放入路由表的规则。

IP执行选路机制，而路由守护程序则一般提供选路策略。

三、路由表中的五种不同的标志（flag）

五种标志代表的含义：

U：该路由可以使用。
G：该路由是到一个网关（路由器）。如果没有设置该标志，说明目的地是直接相连的。
H：该路由是到一个主机，也就是说，目的地址是一个完整的主机地址。如果没有设置该标志，说明该路由是到一个网络，而目的地址是一个网络地址：一个网络号，或者网络号与子网号的组合。
D：该路由是由重定向报文创建的。
M：该路由已被重定向报文修改。

特别地对G、H这两种标志进行补充说明。

1、当设置了G标志时，说明这是一个间接路由。采用这一项路由的分组其IP地址是最终的目的，但是其链路层地址必须对应于路由器IP地址。

2、当设置了H标志时，表明目的地址是一个完整的主机地址。（而不是一个网络地址）

四、路由表的初始化

1、静态路由表初始化

①、手动配置

网络管理员根据网络拓扑结构和需求，手动输入路由信息到路由表中。这种方式适用于网络结构相对简单且稳定的情况。

②、默认网关配置

在计算机或一些简单的网络设备上，通常会配置一个默认网关地址。默认网关可以看作是一种特殊的静态路由。

例如，在一个家庭网络环境中，计算机的网络设置中会指定一个默认网关地址，通常是路由器的IP地址。当计算机要访问外部网络（如互联网）时，它会将数据包发送到默认网关。默认网关会根据自己的路由表来转发数据包。

在计算机的路由表中，会有一条默认路由（目标网络为0.0.0.0/0，下一跳为默认网关地址），指示所有未知目的地的数据包都发送到默认网关。

2、动态路由表初始化

①、路由协议的作用

动态路由表是通过运行路由协议自动构建的。常见的路由协议有RIP（Routing Information Protocol）、OSPF（Open Shortest Path First）、BGP（Border Gateway Protocol）等。这些协议可以让路由器之间自动交换路由信息，从而动态地更新路由表。

②、直接连接网络的自动发现

当路由器的接口被激活并且配置了IP地址后，路由器会自动将直接连接的网络添加到路由表中。
例如，路由器的一个接口被配置为192.168.1.1/24，那么这个路由器会自动在路由表中添加一条直连路由，目标网络为192.168.1.0/24，接口为该接口。这是因为路由器可以通过本地接口直接访问这个子网，无需通过其他路由器转发。

五、没有到达目的地的路由

当没有到达目的地的路由时，会返回一个ICMP差错报文。

1、当数据报是由本地主机产生的，那么就给发送该数据报的应用程序返回一个差错，或者是“主机不可达差错”或者是“网络不可达差错”。

2、如果是被转发的数据报，那么就给原始发送端发送一份ICMP主机不可达的差错报文。

六、ICMP重定向差错

ICMP重定向报文是ICMP的一种消息类型，用于优化网络路径。当一个路由器发现数据包可以通过另一条更优的路径到达目的地时，它会向发送数据包的主机发送ICMP重定向报文，提示主机更新其路由表，从而直接使用更优路径。

①、ICMP重定向报文格式如下

字段	长度（字节）	含义
类型（Type）	1	ICMP消息类型，值为5，表示重定向报文
代码（Code）	1	重定向的具体类型： 0 = 对网络重定向 1 = 对主机重定向 2 = 对服务类型和网络重定向 3 = 对服务类型和主机重定向
校验和（Checksum）	2	用于检验ICMP报文的完整性和正确性
网关地址（Gateway Internet Address）	4	新的下一跳地址，即建议主机使用的更优网关地址
原始IP头和数据部分前64比特（8字节）	可变	包含触发重定向的原始IP数据报的IP头和数据部分的前64比特，用于主机匹配和识别

类型（Type）：固定为5，表示这是一个ICMP重定向报文。
代码（Code）：根据重定向的范围和对象不同，分为对网络、对主机、对服务类型和网络、对服务类型和主机的重定向。
网关地址（Gateway Internet Address）：这是ICMP重定向报文的核心字段，告诉发送方主机一个新的、更优的下一跳地址。
原始IP头和数据部分前64比特：这部分信息用于帮助主机识别是哪个数据报触发了重定向，以便正确更新路由表。

注：ICMP重定向报文的接收者必须查看三个IP地址

1、从原始IP头获取得到的：源 IP 地址

2、从原始IP头获取得到的：目的 IP 地址

3、从网关地址获取得到的：新的下一跳 IP 地址

七、ICMP路由器发现报文

ICMP路由器发现（Router Discovery）报文是基于ICMP协议的一种机制，用于主机发现网络中的默认网关（路由器）。它有两种主要类型的报文：路由器通告（Router Advertisement）和路由器请求（Router Solicitation）。

IPv4路由器发现：虽然IPv4中定义了路由器发现机制，但在实际应用中，大多数主机通过静态配置或DHCP获取默认网关。
IPv6路由器发现：IPv6中，路由器发现是邻居发现协议的一部分，广泛应用于无状态地址自动配置（SLAAC）和默认网关发现。

一、IP选路之IP层工作流程

二、选路原理

三、路由表中的五种不同的标志（flag）

四、路由表的初始化

1、静态路由表初始化

①、手动配置

②、默认网关配置

2、动态路由表初始化

①、路由协议的作用

②、直接连接网络的自动发现

五、没有到达目的地的路由

六、ICMP重定向差错

七、ICMP路由器发现报文

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