IP和静态路由技术概述

1. IP地址的构成

IP地址：32比特的二进制数字，通常采用点分十进制方式表示。
IP地址由两部分组成。

• 网络号码字段（Net-id）用于区分不同的网络。网络号码字段的前几位成为类别字段（又称为类别比特），用来区分IP地址的类型。
• 主机号码字段（Host-id）：用于区分一个网络内的不同主机。

子网掩码：32比特的二进制数字，使用子网掩码可以确定IP地址中的网络号。

2. IP地址的分类及范围

(1) A类地址。
地址范围：0.0.0.0 ~ 127.255.255.255。
IP地址0.0.0.0仅用于主机在系统启动时进行临时通信，并且永远不是有效目的地址。
127.0.0.0网段的地址都保留做环回测试，发送到这个地址的报文不会输出到链路上，它们被当做输入报文在内部进行处理。
(2) B类地址。
地址范围：128.0.0.0 ~ 191.255.255.255。
全0的主机号码字段表示该IP地址就是网络的地址，用于网络路由；全1的主机号码字段表示广播地址，对该网络所有主机进行广播。
(3) C类地址。
地址范围：192.0.0.0 ~ 223。255.255.255。
全0的主机号码字段表示该IP地址就是网络的地址，用于网络路由；全1的主机号码字段表示广播地址，对该网络所有主机进行广播。
(4) D类地址。
地址范围：224.0.0.0 ~ 239.255.255.255。
D类地址为组播地址。
(5) E类地址。
地址范围：240.0.0.0 ~ 255.255.255.255。
E类地址中的255.255.255.255为广播地址，其他地址保留今后使用。
(6) 特殊的IP地址。
Net-id为全0的地址：表示网络内的主机。
Host-id为全0的地址：网络地址，用于标识一个网络。
Host-id为全1的地址：本网络内的广播地址。

3. IP地址的划分和分配方式

IP地址规划原则如下：

• 层次性
• 连续性
• 扩展性
• 高效性

IP地址分配主要有一下几种方式。

• 手工分配IP地址
• 通过PPP协商分配IP地址
• 使用DHCP分配IP地址

4. IP路由和路由器

路由是指数据报文在转发过程中的路径信息，用来指导数据报文的转发。
根据路由目的地的不同，路由可划分为以下几种。

• 网段路由：目的地为网段，子网掩码长度小于32位。
• 主机路由：目的地位主机，子网掩码长度为32位。

根据目的地与该路由器是否直接相连，路由可划分为以下几种。

• 直接路由：目的地所在网络与路由器直接相连。
• 间接路由：目的地所在网络与路由器非直接相连。

路由器是典型的网络连接设备，用来在网络中进行路由的选择和报文的转发。路由器根据收到报文的目的地址选择一条合适的路径，将报文传送到下一个路由器，路径目的终端的路由器负责将报文送交目的主机。路由器可以为数据传输选择最佳路径。

5. 路由表和路由的分类

路由器通过路由表选择路由，把优选路由下发到转发信息库（Forwarding Information Base, FIB），通过FIB表知道报文转发。每个路由器中都至少保存一张路由表和一张FIB表。
路由表中保存了各种路由协议发现的路由，根据来源不同，路由通常可以分为一下3类。

• 直连路由：由链路层协议发现的路由，也成为接口路由。
• 静态路由：由网络管理员手工配置的路由。静态路由配置方便，对系统要求低，适用于拓扑结构简单并且稳定的小型网络。其缺点是每当网络拓扑结构发生变化时，都需要手工重新配置，不能自动适应。
• 动态路由：由动态路由协议发现和维护的路由。

FIB表中每条转发项都指明了要到达某子网或某主机的报文应通过路由器的哪个物理接口发送，就可到达该路径的笑一个路由器，或者不需在经过别的路由器便可传送到直接相连的网络中的目的主机。

6. 动态路由协议的分类

路由协议根据其作用范围分为以下几种。

• 内部网关协议（Interior Gateway Protocol, IGP）在一个自治系统内部运行，常见的IGP协议包括RIP、OSPF和IS-IS。
• 外部网关协议（Exterior Gateway Protocol, EGP）运行于不同的自治系统之间，最常用的EGP协议为BGP。

路由协议根据所使用的算法分为以下几种。

• 距离矢量（Distance-Vector）协议，主要包括RIP和BGP等。
• 链路状态（Link-State）协议，主要包括OSPF和IS-IS等。

路由协议根据目的地址类型分为以下几种。

• 单播路由协议（Unicast Routing Protocol），包括RIP、OSPF、BGP和IS-IS等。
• 组播路由协议（Multicast Routing Protocol），包括PIM-SM、PIM-DM等。

7. 路由的优先级

除直连路由外，各路由协议的优先级都可由用户手工进行配置。

8. 负载分担

对于同一路由协议来说，允许配置多条目的地址相同且开销也相同的路由。当到同一目的地的路由中没有更高优先级的路由时，这几条路由将同时被采纳，在转发去往该目的地的报文时，依次通过各条路径发送，从而实现网络链路的负载分担。

9. 路由备份

使用路由备份可以提高网络的可靠性。用户可根据实际情况，配置到同一目的地的多条路由，其中优先级最高的一条路由作为主路由，其余优先级较低的路由作为备份路由。

10. 静态路由

静态路由时一种特殊的路由，由管理员手工配置。配置静态路由后，去往指定目的地的数据报文将按照管理员指定的路径进行转发。

11. 缺省路由

如果到达某个指定网络的数据报文在路由器的路由表里面没有找到对应的表项，则该报文将被路由器丢弃。缺省路由时在路由器没有找到精确匹配的路由表项时使用的路由，这样查找不到相应表项的数据报文将使用缺省路由来转发到下一跳点。
缺省路由的两种生成方式如下。

• 通过网络管理员在路由器上配置到网络0.0.0.0（掩码为0.0.0.0）的静态路由。
• 通过动态路由协议生成（如OSPF、IS-IS和RIP），由路有能力比较强的路由器将缺省路由发布给其他路由器，其他路由器在自己的表格里生成指向这台路由器的缺省路由。