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[图解] IP 路由基础

已有 19421 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。