TCP/IP详解卷1:协议(七)【动态选路协议 , UDP：用户数据报协议】

静态选路

在配置接口时，以默认方式生成路由表项（对于直接连接的接口），并通过route命令增加表项（通常从系统自引导程序文件），或是通过ICMP重定向生成表项（通常是在默认方式出错的情况下）。

当相邻路由器之间进行通信，以告知对方每个路由器当前所连接的网络，这就出现了动态选路。

10.2 动态选路

路由器之间必须采用选路协议进行通信，路由器上有个进程为路由守护程序，它运行选路协议，与相邻路由进行通信。

动态选路并不改变内核在IP层的选路方式。这种选路方式称为选路机制（routingmechanism）。内核搜索路由表，查找主机路由、网络路由以及默认路由的方式并没有改变。仅仅是放置到路由表中的信息改变了—-当路由随时间变化时，路由是由路由守护程序动态地增加或删除，而不是来自于自引导程序文件中的route命令。

每个自治系统可以选择该自治系统中各个路由器之间的选路协议。这种协议我们称之为内部网关协议IGP(InteriorGateway Protocol），最常用的IGP是选路信息协议RIP。一种新的IGP是开放最短路径优先OSPF

外部网关协议EGP(Exterier GatewayProtocol）或域内选路协议的分隔选路协议用于不同自治系统之间的路由器。

10.3 UNIX选路守护程序

UNIX上运行名为routed的路由守护进程，它只是用RIP进行通信。

另一个程序是gated。IGP和EGP都支持它。大多数系统都可以运行routed，除非需要支持gated所支持的其他协议。

10.4 RIP：选路信息协议

让我们来看一下采用RIP协议的routed程序正常运行的结果。RIP常用的UDP端口号是520。

1. 初始化：在启动一个路由守护程序时，它先判断启动了哪些接口，并在每个接口上发送一个请求报文，要求其他路由器发送完整路由表。
2. 接收到请求。如果这个请求是刚才提到的特殊请求，那么路由器就将完整的路由表发送给请求者。否则，就处理请求中的每一个表项：如果有连接到指明地址的路由，则将度量设置成我们的值，否则将度量置为16（度量为16是一种称为“无穷大”的特殊值，它意味着没有到达目的的路由）。然后发回响应。
3. 接收到响应。使响应生效，可能会更新路由表。可能会增加新表项，对已有的表项进行修改，或是将已有表项删除。
4. 定期选路更新。每过30秒，所有或部分路由器会将其完整路由表发送给相邻路由器。发送路由表可以是广播形式的（如在以太网上），或是发送给点对点链路的其他终点的。
5. 触发更新。每当一条路由的度量发生变化时，就对它进行更新。不需要发送完整路由表，而只需要发送那些发生变化的表项。

每条路由都有与之相关的定时器。如果运行RIP的系统发现一条路由在 3分钟内未更新，就将该路由的度量设置成无穷大（16），并标注为删除。这意味着已经在 6个30秒更新时间里没收到通告该路由的路由器的更新了。再过60秒，将从本地路由表中删除该路由，以保证该路由的失效已被传播开。

RIP所使用的度量是以跳(hop)计算的。

10.6 OSPF：开放最短路径优先

与采用距离向量的RIP协议不同的是，OSPF是一个链路状态协议。距离向量的意思是，RIP发送的报文包含一个距离向量（跳数）。每个路由器都根据它所接收到邻站的这些距离向量来更新自己的路由表。

在一个链路状态协议中，路由器并不与其邻站交换距离信息。它采用的是每个路由器主动地测试与其邻站相连链路的状态，将这些信息发送给它的其他邻站，而邻站将这些信息在自治系统中传播出去。每个路由器接收这些链路状态信息，并建立起完整的路由表。

OSPF与 RIP（以及其他选路协议）的不同点在于， OSPF直接使用IP。也就是说，它并不使用UDP或TCP。对于ip首部的protocol字段，OSPF有其自己的值。

10.7 BGP：边界网关协议

BGP是一种不同自治系统的路由器之间进行通信的外部网关协议。

BGP系统与其他 BGP系统之间交换网络可到达信息。这些信息包括数据到达这些网络所必须经过的自治系统AS中的所有路径。这些信息足以构造一幅自治系统连接图。然后，可以根据连接图删除选路环，制订选路策略。

BGP允许使用基于策略的选路。由自治系统管理员制订策略，并通过配置文件将策略指定给 BGP。与RIP和OSPF不同的是，BGP采用TCP作为其传输层协议。两个运行BGP的系统之间建立一条TCP连接。

BGP是一个距离向量协议，但是与（通告到目的地址跳数的） RIP不同的是，BGP 列举了到每个目的地址的路由。

10.8 CIDR：无类型域间选路

无类型域间选路（CIDR）是一个防止Internet路由表膨胀的方法，它也称为超网。

CIDR的基本观点是采用一种分配多个ip地址的方式，使其能够将路由表中的许多表项总和（summarization）成更少的数目。

“无类型”的意思是现在的选路决策是基于整个 32 bit IP地址的掩码操作，而不管其ip地址是A类、B类或是C类，都没有什么区别。

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UDP是一个简单的面向数据报的运输层协议

UDP不提供可靠性：它把应用程序传给IP层的数据发送出去，但是并不保证它们能到达目的地。

11.2 UDP首部

端口号表示发送进程和接收进程。UDP长度字段指的是UDP首部和UDP数据的字节长度。

11.3 UDP检验和

UDP检验和覆盖UDP首部和UDP数据。回想IP首部的检验和，它只覆盖IP的首部。

UDP的检验和是可选的，而TCP的检验和是必需的。

UDP检验和的基本计算方法与IP首部检验和计算方法相类似（16bit字的二进制反码和），但是它们之间存在不同的地方。首先，UDP数据报的长度可以为奇数字节，但是检验和算法是把若干个16bit字相加。解决方法是必要时在最后增加填充字节 0，这只是为了检验和的计算（也就是说，可能增加的填充字节不被传送）。

其次，UDP数据报和TCP段都包含一个12字节长的伪首部，它是为了计算检验和而设置的。伪首部包含 IP首部一些字段。其目的是让 UDP两次检查数据是否已经正确到达目的地。

11.5 IP分片

把一份IP数据报分片以后，只有到达目的地才进行重新组装。重新组装由目的端的IP层来完成，其目的是使分片和重新组装过程对运输层（TCP和UDP）是透明的，IP首部中包含的数据为分片和重新组装提供了足够的信息。

对于发送端发送的每份IP数据报来说，其标识字段都包含一个唯一值。该值在数据报分片时被复制到每个片中。标志字段用其中一个比特来表示“更多的片”。除了最后一片外，其他每个组成数据报的片都要把该比特置 1。片偏移字段指的是该片偏移原始数据报开始处的位置。

另外，当数据报被分片后，每个片的总长度值要改为该片的长度值。最后，标志字段中有一个比特称作“不分片”位。如果将这一比特置 1，IP将不对数据报进行分片。相反把数据报丢弃并发送一个ICMP差错报文给起始端。

当IP数据报分片后，每一片都成为一个分组，有自己的IP首部，并在选择路由器时与其他分组独立。固有可能在到达目的端时失序。

一片数据的丢失也要重传整个数据报。因为对数据报分片的是中间路由器，而不是起始端系统，后者根本不知道数据报是如何分片的。

PS.任何运输层的首部只出现在第一片数据中。

11.6 ICMP不可达差错（需要分片）

发送ICMP不可达差错的另一种情况是，当路由器收到一份需要分片的数据报，而在IP首部又设置了不分片（DF）的标志比特。如果某个程序需要判断到达目的端的路途中最小MTU是多少 — 称作路径MTU发现机制，那么这个差错就可以被该程序使用。

11.7 用Traceroute 确定路径MTU

修改traceroute程序确定路径MTU：发送分组，设置“不分片”标志比特。发送的第一个分组长度正好与出口MTU相等，每次收到ICMP“不能分片”差错是就减少分组的长度。

11.8 采用UDP的路径MTU发现

UDP应用可以关闭或开启该路径MTU发现，只要修改ip_path_mtu_discovery参数即可。

11.10 最大 UDP数据报长度

理论上，IP数据报的最大长度是65535字节，这是由IP首部16比特总长度字段所限制的。去除2 0字节的IP首部和8个字节的 UDP首部，UDP数据报中用户数据的最长长度为 65507字节。但是，大多数实现所提供的长度比这个最大值小。

我们会遇到两个限制因素：

1. 应用程序收到其程序接口的限制。比如socket API就可以设置接收和发送缓存的长度
2. 来自TCP/IP的内核实现。

11.11 ICMP源站抑制差错

当一个系统（路由器或主机）接收数据报的速度比其处理速度快时，可能产生这个差错。注意限定词“可能”。即使一个系统已经没有缓存并丢弃数据报，也不要求它一定要发送源站抑制报文。