一代IP网络中的路由技术研究

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一代 IP 网络中的路由技术研究

　　摘要：IP 网络已经成为飞速发展的信息网络的代表性成果，覆盖了全球的网络。路由器

技术作为新一代 IP 网络的关键技术，具有极大的研究价值与意义。随着网络的全球性覆盖、

互联网用户急剧增长，网络带宽的迅速增加、数据业务呈爆炸性增长，随着网络的普及，用

户对服务质量需求精益求精，网络的规模、速度、种类和应用等都要进行适应性的改变，网

络体系本身的变化导致作为网络核心的路由体系结构也将发生巨大变化。本文旨在对新一代 IP

网络中的路由技术进行探索性研究。

　　关键词：TCP/IP 网络；距离向量路由算法； RIP 协议；触发更新；

　　一、Introduction

从应用角度来讲，随着计算机技术的发展，人类已经步入了网络时代，而互联网技术的快速

发展，已经渗透到人们生活的每个角落，彻底改变了人类使用及获取信息的方式和生活习

惯，是人类历史发展中的一个伟大的里程碑。互联网是一个巨大的信息和服务资源提供者，

它提供了各种各样简单而又快捷的通信与信息检索手段。通过互联网，全世界范围内的人们既

可以即时通信，交流思想，又可以获得各个方面的知识，开阔眼界，提升自我价值和社会价

值。由于通信以及消息传播的速度之快，使得全世界范围内的思想交流变成了瞬时完成的事，

人们交流的频繁了，互相之间的感觉就近了，使世界真正的变成了一个"地球村".

从技术角度来讲，互联网之间的通信依托网络协议，网络协议就是网络之间沟通、交流的桥

梁，只有遵循达成共识的规范才能正常、顺利地进行交流。

在网络发展的初期，国际标准化机构提出了最为著名的网络体系结构 OSI-RM.它将网络分为七

层结构，每一层都会有不同的功能，从最底层开始，分别是物理层、数据链路层、网络层、

传输层、会话层、表示层、传输层和应用层[1].Internet 中端系统之间的通信通过每一层实现不

同的功能以及为计算机网络数据交换建立规则的网络协议实现。但由于过于繁琐不适合商用所

以逐渐被简洁的TCP/IP 逐渐取代。

TCP/IP 协议为 Internet 的标准连接协议，可分为应用层、运输层、网络层、会话层四层，其中

网络层发挥着至关重要的作用，不同于数据链路层在两个相邻端点之间进行数据帧的传送，

网络层在此基础上进一步管理网络中的数据通信，完成将数据从源端传送到目的端的任务，

这其中可能经过若干节点甚至更复杂的网络结构。至此，网络层向运输层提供最基本的端到端

的数据传送服务。路由器就在网络层工作。

事实上，网络层中的一些协议主要是解决异构网络的互联问题。网络层负责在源结点和目的结

点之间建立他们所使用的路由。路由器有数据通道功能和控制功能两大典型功能，能把许多计

算机连接成一个区域网，可以在其任何接口上接收数据包，并把数据包转发出去，将其发送

到目的地[2].

通过了解计算机网络技术，生活中计算机的传输过程不再神秘。本篇论文主要介绍有关网络层

的路由技术以及其依托的路由协议算法性能的对比。

　　二、网络中的路由器

2.1 路由功能

路由把信息从源端穿过网络传递到目的端的行为，是网络互联中的一个重要问题，也是网络

通信中的关键一环。

路由器是一种连接多个网络或网段的网络设备，数据信息到达路由后，经过路由内部机制的

处理，能将不同网络或网段进行互联，从而构成一个更大的网络。

网络层从传输层接收数据，将其组装成IP 数据报，通过对权值的比较选择最佳的路由路径，

之后IP 数据报经过最佳路径路由发送到达目的地。在由多个路由器连接起来的互联网中存在

着不同的路径供传输选择。甚至互联网上的每个路由都有可能被用到。那么如何选择最佳的数

据传输路径并消耗尽可能少的网络资源，一直是学术界以及商业界最关注的部分，一些通信

中用于路径选择的算法也逐渐被优化使用于实际网络中的数据传输。

路由包含两个基本动作：确定最佳路径和通过网络传输信息。在路由的过程中，后者也称为

（数据）交换。

路由器的主要工作就是为经过路由器的每个数据帧寻找一条最佳传输路径，并将该数据有效地

传送到目的站点，实现数据转发的功能[3]:

（1 ）选路策略：当分组从互联的网络到达路由器时，路由器能根据分组的目的地址按某种路

由策略，选择最佳路由，将分组转发出去，并能随网络拓扑的变化，自动调整路由表。

（2 ）选路机制：路由器查找路由表，找到目的对应的出接口，并决定向哪个接口转发数据，

执行相应的操作。

选路策略由静态路由协议和动态路由协议实现，选路机制又包含在不同的路由算法中。

静态路由一般由管理员手动输入路由表，当网络结构改变时需要管理员重新修改路由表。动态

路由表则根据协议自助填写路由表，并且及时更改。在需要时自动计算最佳路由。

计算最佳路由时则需要根据路由算法选择从源到目的地最小代价的路径。路由算法使用最小代

价权值确定最佳路径。通常的代价权值有跳数、传输时延、带宽、时间等。

2.2 路由算法

路由算法通常具有优化、简单、低耗、健壮、稳定、快速聚合、灵活性等设计目标的一个或多

个。目前计算机网络通常使用动态路由算法，因为这类算法能够适应网络的拓扑和流量变化，

其中最常用的两种动态路由算法是"距离矢量路由算法"和"链路状态路由算法".

（1 ）距离向量路由算法

其关键思路是基于距离矢量算法的，通过判断路径查找到最佳路由，相邻的路由器之间周期

性地交换各自路由表备份。每个路由器维护一张路由表，以网络中的每个路由器为索引，表

中列出了当前已知的路由器到每个目标路由器的最佳距离，以及所使用的线路。通过在邻居之

间相互交换信息，路由器不断地更新他们的内部路由表。最为常见的最短路径算法有 F算法和

D 算法两种。其中， F算法的典型应用就是距离向量路由算法。

图1 网络抽象的无向图

如图 1 所示，F算法的过程可以简述为：假设 A到B的权值是 1, B 到C的权值是 3, A 到E的

权值是 4, A 到D的权值是 2, C 到F的权值是 3, C 到E的权值是 5.当A想要向 C 传送数据时，

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摘要：

一代IP网络中的路由技术研究　　摘要：IP网络已经成为飞速发展的信息网络的代表性成果，覆盖了全球的网络。路由器技术作为新一代IP网络的关键技术，具有极大的研究价值与意义。随着网络的全球性覆盖、互联网用户急剧增长，网络带宽的迅速增加、数据业务呈爆炸性增长，随着网络的普及，用户对服务质量需求精益求精，网络的规模、速度、种类和应用等都要进行适应性的改变，网络体系本身的变化导致作为网络核心的路由体系结构也将发生巨大变化。本文旨在对新一代IP网络中的路由技术进行探索性研究。　　关键词：TCP/IP网络；距离向量路由算法；RIP协议；触发更新；　　一、Introduction从应用角度来讲，随着计算机技术...

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