一、网络层基础介绍

在OSI参考模型中，网络层位于第三层。网络层为其上一层（传输层）提供端到端的数据包传递服务。为了实现从源网络到目的网络的数据包传递，需要使用到路由选择功能。

路由功能就是指选择一条从源网络到目的网络的路径，并进行数据包的转发。路由选择是实现高效通信的基础。在运行TCP/IP协议的网络中，每个数据包都记录了该数据包的源IP地址和目的IP地址。路由器通过检查数据包的目的IP地址，判断如何转发该数据包，以便对传输中的下一跳路由作出判断。如图1所示：数据包在经过路由器1、2、3的转发过程中，其所包含的目的IP地址不会发生变化，而沿途的每台路由器会将数据包内的目的物理地址改为下一跳（传输中的下一台路由器或是目的站点）的物理地址，并将该数据包发送到这个物理地址所在的物理链路上。整个路由寻址过程如图1所示。

图1 数据包通过网络时，其物理地址改变，而目的IP地址保持不变

二、被路由的协议和路由选择协议

在介绍路由技术时，很多学生经常把被路由的协议和路由选择协议搞混淆。

被路由的协议（Routed Protocols）：是指提供了网络层地址的协议。该协议由终端节点使用，以将数据和网络层地址信息一起封装在数据包中。由于数据包含有第三层的地址，所以路由器可以根据该地址，对数据包的转发进行判断。例如IP、IPX和AppleTalk等都属于被路由的协议。当一个协议不支持第三层的地址时，那么它就属于不可以被路由的协议，常见的有NETBEUI协议。

路由选择协议（Routing Protocols）：路由选择协议，它通过在路由器之间不断的转发路由更新，用来建立和维护路由表，路由器则根据该路由表转发数据包。路由选择协议可以使路由器全面的了解整个网络的运行。例如RIP、IGRP、EIGRP、OSPF和BGP等都是路由选择协议。

总之，计算机之间使用被路由的协议进行相互通信，而路由器使用路由选择协议进行路由信息的更新，用来维护和生成路由表。

三、内部网关路由选择协议和外部网关路由选择协议

大型网络如因特网，会被分解成为多个自治系统（Autonomous System）。每个自治系统被看做是一个进行自我管理的网络，一个自治系统只负责管理自己内部的路由。对于因特网来说，两个自治系统内部的路由选择信息是互不共享的。

大多数的路由选择协议是指运行在一个自治系统内部的，所以叫做内部网关路由协议(IGP)。常见的例子有RIP，OSPF 等。CiSCo公司还专门开发了IGRP和EIGRP路由选择协议。

而在自治系统之间的路由选择协议被称为外部网关路由协议(EGP)。例如BGP等。这些协议工作在自治系统之间，认为它们处在系统的边缘上，而且仅仅交换所必须的最少的信息，用以确保自治域系统之间的通信。

内部和外部路由选择协议的使用例子如图2所示。

图2 内部路由选择协议和外部路由选择协议

在图2中，路由器A和路由器B都使用内部网关路由选择协议，进行路由更新，生成路由表，以确保自治系统A内部主机之间的通信。而路由器1、路由器2和路由器3之间则需要运行外部网关路由协议，以保证如果有数据包需要跨越自治系统，在自治系统A,B,C之间传送。

四、静态路由和动态路由

静态路由是依靠手工输入的信息来配置路由表的方法。静态路由具有以下几个优点：

减小了路由器的日常开销。

在小型互联网上很容易配置。

可以控制路由选择的更新。

但是，静态路由在网络变化频繁出现的环境中并不会很好的工作。在大型的和经常变动的互联网，配置静态路由是不现实。

动态路由是指路由协议可以自动根据实际情况生成的路由表的方法。动态路由的主要优点是，如果存在到目的站点的多条路径，运行了路由选择协议（如RIP或IGRP）之后，而正在进行数据传输的一条路径发生了中断的情况下，路由器可以自动的选择另外一条路径传输数据。这对于建立一个大型的网络是一个优点。

大多数路由选择协议可分成两种基本路由选择协议：

距离矢量路由选择协议（也称Bellman-Ford协议），计算网络中链路的距离矢量，然后根据计算结果进行路由选择。典型的距离向量路由选择协议有IGRP、RIP等。路由器定期向邻居路由器发送消息，消息的内容就是自己的整个路由表，如：

1) 到达目的网络所经过的距离

2) 到达目的网络的下一跳地址

运行距离矢量的路由器会根据相邻路由器发送过来的信息，更改自己的路由表。

链路状态路由选择协议。典型的链路状态路由选择协议有OSPF等。链路状态路由选择协议的目的是得到整个网络的拓扑结构。运行链路状态路由协议的每个路由器都要提供链路状态的拓扑结构信息，信息的内容包括：

1) 路由器所连接的网段链路。

2) 以及该链路的物理状态。

根据返回的信息，路由器根据网络拓扑结构的变化及时修改路由配置，以适应新的路由选择。

六、结束语

全球因特网的迅猛增长不仅推动了因特网产品及商业工具的不断更新和网络技术的发展，而且还对原有的数据传输路由技术提出了更高的要求。新开发的路由技术不再仅仅是为数据传输找到一条通道就行，还需要考虑所选路径的传输容量和服务质量，即具有QoS能力的路由算法，并且还得要分析全网负荷，以平衡网络中各条通道的数据流量，此外，不论是对单播还是组播、域内还是域间路由，都要求路由算法具有快速收敛性和高效的路由表查询技术。具有QoS和流量均衡能力的路由算法探索及相应规范的制定将是未来的研究热点之一。总之，网络技术的发展日新月异，路由器技术特别是核心路由器技术正经历着巨大的变化。