《图解TCP/IP》阅读笔记（第四章 4.4、4.5）

《图解TCP/IP》

4.4 路由控制

昨儿谈完了IP地址的一部分情况，今天就该聊聊路由控制了。

知道了各小区，每家每户的门牌号是怎么定义的，那接下来就要知道如何走到各家各户门前，再把邮件放入邮箱里了。

联系到现实，就有搬家和不搬家两种。

不搬家的情况，叫做静态路由控制，需要管理员手动设置。

而搬家的情况，则叫做动态路由控制，需要路由器具有与其他路由器相互交换信息、自动刷新的能力。

IP协议始终认为路由表是正确的，即我只负责寄邮件出去，路由表本身是由“路由协议”制作而成。

一个数据包转发的过程如下图所示。根据主机与路由器之间的IP地址，和路由器中路由表记录的下一个路由器的IP地址，最终将数据包发送到目标地址。

简而言之，路由表记录了网络标识（网络地址），和下一步应该发送到路由器的地址。发送数据包时，根据在IP首部中解析到的目标地址，与路由表中的网络地址进行匹配，匹配上了就发送给下一个路由器IP地址。如果存在多条相同网络地址，那么就选择匹配度最高的（指相同位数最多）。

路由表并不适合记录所有的网络和其子网的信息，这样一个是不利于匹配，二是将占据大量的路由器内存，造成无端的浪费（因为实际中根本不会用到那么多）。所以有个默认路由，使得所有的地址都可以与之匹配，就是一个不错的选择。默认了路由一般被记为0.0.0.0/0或者是default。

还有一个概念叫做主机路由，通常格式为IP地址/32，意思是32位全部参与路由，就意味着要基于主机网卡上配置的IP地址本身，而不是给予改地址的网络地址部分进行路由。主机路由多用于不希望通过网络地址路由的情况（如果主机路由用的多了，那么会导致路由表膨胀）。

接下来要说的一个概念，在搭建服务器的时候用的很多，那就是环回地址，我更觉得叫本地地址会更加合适一些。127.0.0.1这个地址，将伴随进行流媒体学习道路的我终生。在本地开启服务器状态时，这个具体的数值也可以用localhost来代替。使用这个IP时，数据包并不会流向网络，而是在本地进行环回。

刚刚谈了一些路由类型，那么接下来就要谈谈路由控制表，对于这些路由类型，是如何通过聚合，缩减路由表大小的。

这里有一个例子，红色的部分，原本一共有六条，聚合后就只有两条蓝色的网络地址。

此处再次谈及到为什么要控制路由表的大小。事实上，可以缩小，是路由表最大的优势（和谁比较？）。路由表越大，管理所需的内存和CPU也就越多，查找路由标的时间也会越长，导致转发数据包的性能下降。构筑大规模，高性能的网络，需要尽可能的减小路由表的大小。

不仅如此，路由聚合可以将一致的路由信息传送给周围其他的路由器，已达到控制路由信息的目的。

4.5 IP分割处理和再构成处理

之前讲过，网络层要应付数据链路层不同时，可传递的MTU大小不同的情况。

所以IP抽象化了底层的数据链路。

例如下图所示，4352字节的数据报无法一次性发送，所以路由器将该数据报划分成了3个分片进行发送。这种分片的处理，全权由路由器决定，如果有必要，就会周而复始的进行（以8字节的倍数为单位进行）。

而分片在重组时，只能有目标主机进行。路由器不会干这事儿。再者说了，啥都让路由器来干，有些欺负器的意思。

那么就必然要考虑一个问题，原本发送一个数据报，现在要发送三个，相当于路由器要给三段数据寻址。刚刚说了，最好别欺负器，因为随着时代的发展，计算机网络的传输速度不断提升，对路由器和网络的传输和数据处理能力要求更高。在安全方面上的处理，也越来越多。所以，如果允许，不希望路由器进行IP数据包的分片处理。

其次，如果一个片丢了，那么整个IP数据报就作废了。这是很不希望发生的。

为了应对以上问题，产生了一种新的技术，叫做“路径MTU发现”，指从发送端到接收端主机之间，不需要分片时，最大的MTU大小，也就是求路径中，所有数据链路中最小的MTU。主机就会按照这个最小值，进行数据发送。使用路径MTU发现，避免了在中途的路由器上进行分片处理，也可以在TCP中发送更大的包。

这个技术工作的原理是：

先将IP数据报分片禁止标志位设置为1.

这样即使遇到需要分片才能处理的大数据包，也不会分片，而是将包丢弃。随后，通过一个ICMP的不可达消息（应该说的是ICMP中消息的某一类吧），将数据链路上的MTU值发给主机。

下一回，由于上一次已经得到了MTU值，所以发送主机会根据这个数值进行分片处理，如此反复，直到数据包被发送到目标主机为止再也没有收到任何ICMP，就可以认为ICMP通知的MTU是一个合适的MTU。

由于网络传输路径不止一条，所以主机会缓存MTU的值，大概10分钟左右。过了缓存期之后，就要根据链路上的MTU再做一次路径MTU发现。

下图是UDP时的情况。

而当传输协议为TCP的时候，会根据收集到的路径MTU计算出来最大段长度（MSS），然后再根据这些信息进行数据报的发送，就不用再进行IP分片了。

下图为TCP时的情况。