IP路由选择

IP协议提供了一种不可靠、无连接的数据传输服务：

1、不可靠（unreliable）：不能保证IP数据报能成功到达目的地；如果发生某种错误，比如路由器的缓冲区已满，会直接丢弃该数据报，然后发送ICMP消息给信源端；

2、无连接（connectionless）：每个数据报的处理是相互独立的，IP数据报可以不按发送顺序接收；每个数据报都是独立地进行路由选择，可能选择不同的线路；

IP数据报格式

IP的目的就是要提供一个可以包含多个物理网络的虚拟网络，并提供无连接的数据报交付服务。

当一个主机A要向另一个主机B发送数据报时，先要检查目的主机B是否与源主机A连接在同一个网络上：

如果是，就将数据报直接交付给目的主机B而不需要通过路由器；

如果不是，则应该将数据报发送给本网络上的某个路由器，由该路由器按照转发表指出的路由将数据报转发给下一个路由器，这叫做间接交付。

综上：

1、连接在同一个网络上的两台服务器（具有相同的网络地址）之间的IP数据报传输不涉及路由器，发送方把数据报封装在物理帧中，把目的IP地址和一个物理地址绑定在一起，把产生的帧直接发送到目的站。

2、间接交付比直接交付要困难一些，因为发送方必须标识数据报要发送到的一个路由器，这个路由器必须把数据报转发到它的目的网络。

下面将重点讨论间接交付，也就是IP数据报的路由选择问题。

TCP/IP互联网中的路由器形成了一个协作的互连结构，数据报从一个路由器传输到下一个路由器，直到到达某个可以直接交付数据报的路由。

下面是一个典型的路由器结构：

路由器工作在网络层，数据链路层剥去帧首部和尾部后，将数据报送到网络层的队列中排队等待处理（会产生一定的延时）

通常的IP选路算法是利用每台机器中的一个IP选路表，该表存放着有关可能的目的站以及怎样到达目的站的信息；
在进行分组投递时，路由器分两个阶段：1、如何到达目标主机的网络；2、分组到了目标网络后，由终端路由器将分组送到目标主机。
一般来说，第一个阶段是路由的实质阶段，它关系到分组穿越不同网络间的路径。所以，在网络上路由是以目标IP地址中的网络号为依据的，这样可以只关心目标网络的信息，而不用关心目标主机的信息，从而简化路由表，提高路由效率。

典型地，路由表包含许多(N,R)向量，其中N是目的网络的IP地址，R是为了到达相应目的网络要经过的下一个路由器（next hop）的IP地址。

如上图，IP层在内存中有一个路由表，它包含

1、目的IP地址，可以是一个完整的主机地址（有非0 的主机号），也可是一个网络地址（即网段，主机号为0）；

2、next-hop router的IP地址，或者有直接连接的网络IP地址；

3、标志，指明下一站路由是路由器，还是一个直接相连的接口；

4、网络接口（网卡）；

注意：在路由表中，一般还有默认路由（网络号为0.0.0.0）。当表中没有到达目标网络的下一跳时，分组将送到默认路由器。使用默认路由器有助于保持选路表较小，特别是对于那些只能访问到一个路由器的主机。

转发数据报时，搜索路由表，寻找能与目的IP地址匹配的表目，优先级：主机地址匹配-->网络地址匹配-->默认表目（default）；

如果上述匹配都不成功，那么该数据报就不能被传送，此时一般会向生成数据报的应用程序返回一个“主机不可达”或“网络不可达”的错误；

IP选路只会修改IP报文中的ttl字段（每经过一跳，ttl减1，值为0时抛弃该分组），但不改变报文其它内容。

当路由器收到待转发的数据报，不是将下一跳路由器的IP填入IP数据报，而是送交下层的网络接口；

网络接口根据ARP负责将下一跳路由器的IP地址转换成MAC地址，并将此MAC地址放在链路层的MAC帧的首部，然后根据这个MAC地址找到下一跳路由器。