Ip是互联网协议，支持ARP、rarp、icmp、igmp四种协议。
1.网络互连
将自己的网络与其他网络互联，从网络中获取更多的信息，将自己的新闻发布到网络中，是网络互联的主要驱动力。网络互连的方式有很多种，其中以网桥互连和路由器互连应用最为广泛。
1.1通过网桥互连的网络
网桥工作在OSI模型的第二层，即链路层。数据帧转发的主要目的是在连接的网络之间提供透明的通信。网桥转发是根据数据帧中的源地址和目的地址来决定一个帧是否应该转发以及转发到哪个端口。帧中的地址称为“MAC”地址或“硬件”地址，一般是网卡的地址。
网桥的功能是将两个或多个网络互连起来，并提供透明的通信。网络上的设备看不到桥的存在，设备之间的通信就像在网络中一样方便。由于网桥转发数据帧，只能连接相同或相似的网络(结构相同或相似的数据帧)，比如以太网和令牌环网的互联。对于不同类型的网络(不同结构的数据帧)，比如以太网和X.25之间，网桥无能为力。
网桥扩大了网络的规模，提高了网络的性能，给网络应用带来了方便。在以前的网络中，网桥被广泛使用。然而，网桥互联也带来了许多问题:一个是广播风暴。网桥不会阻止网络中的广播消息。当网络很大时(几个网桥，多个以太网段)，可能会引起广播风暴，导致整个网络完全被广播消息填满，直至完全瘫痪。第二个问题是，在与外网连接时，网桥会将内外网合二为一，双方会自动向对方开放自己的网络资源。这种互联方式在与外网连接时显然是不可接受的。问题的主要根源在于，网桥只最大限度地与网络通信，而不考虑传输的信息。
1.2路由器互连网络
路由器互连与网络的协议有关。我们的讨论仅限于TCP/IP网络。
路由器工作在OSI模型的第三层，即网络层。利用路由器网络层定义的“逻辑”网络地址(即IP地址)来区分不同的网络，实现网络的互联和隔离，保持各个网络的独立性。路由器不转发广播消息，而是将其限制在自己的网络内。发送到其他网络的数据首先发送到路由器，然后由路由器转发。
IP路由器只转发IP包，对网络中的其余部分(包括广播)进行屏蔽，从而保持了各个网络的相对独立性，从而形成了一个由许多互联网络(子网)组成的大网络。由于网络层的互连，路由器可以轻松连接不同类型的网络。只要网络层运行IP协议，它们就可以通过路由器互联。
网络中的设备使用它们的网络地址(TCP/IP网络中的IP地址)相互通信。IP地址是一个“逻辑”地址，与硬件地址无关。路由器只根据IP地址转发数据。IP地址的结构有两部分，一部分定义网络号，另一部分定义网络中的主机号。目前，在Internet网络中使用子网掩码来确定IP地址中的网络地址和主机地址。子网掩码和IP地址一样是32位，两者一一对应。规定IP地址对应子网掩码中数字“1”的部分为网络号，对应数字“0”的部分为主机号。网络号和主机号组合在一起形成一个完整的IP地址。同一网络中主机的IP地址必须具有相同的网络号。这个网络被称为IP子网。
只能在具有相同网络号的IP地址之间进行通信。要与其他IP子网中的主机通信，必须通过同一网络中的路由器或网关。具有不同网络号的IP地址不能直接通信，即使它们连接在一起。
路由器有多个端口，用于连接多个IP子网。要求每个端口的IP地址的网络号与所连接的IP子网的网络号相同。不同的端口是不同的网络号，对应不同的IP子网，这样每个子网中的主机就可以通过自己的子网IP地址将需要出去的IP包发送到路由器。
2.路由原则
当IP子网中的主机向同一IP子网中的另一台主机发送IP数据包时，它会直接将该IP数据包发送到网络，而另一台主机会收到该数据包。要将IP包发送到网络上具有不同IP的主机，它应该选择一个可以到达目的子网的路由器，并将IP包发送到路由器，路由器负责将IP包发送到目的地。如果找不到这样的路由器，主机会将IP数据包发送到称为“默认网关”的路由器。“默认网关”是每台主机上的配置参数，它是连接到同一网络的路由器端口的IP地址。
路由器转发IP包时，只根据IP包目的IP地址的网络号部分选择合适的端口，将IP包发送出去。就像主机一样，路由器必须确定端口是否连接到目的子网。如果是，它会直接通过端口将数据包发送到网络。否则，它将选择下一个路由器来发送数据包。路由器也有自己的默认网关，用来传输不知道往哪里发的IP包。这样，知道如何转发的IP包通过路由器被正确转发，不知道的IP包被发送到“默认网关”路由器。这样IP包最终会被送到目的地，不能到达目的地的IP包会被网络丢弃。
目前TCP/IP网络都是通过路由器互联的，而互联网是一个由成千上万个IP子网通过路由器互联的国际网络。这种网络被称为基于路由器的网络，它以路由器为节点形成一个“互联网络”。在“网间”中，路由器不仅负责转发IP包，还负责联系其他路由器，共同确定“网间”的路由，维护路由表。
路由包括两个基本内容:路由和转发。路径寻找就是确定到达目的地的最佳路径，通过路由算法来实现。因为涉及到不同的路由协议和路由算法，所以相对比较复杂。为了确定最佳路径，路由算法必须启动并维护包含路由信息的路由表，路由表根据所用的路由算法而有所不同。路由算法将收集到的不同信息填入路由表，根据路由表可以告诉路由器目的网络与下一站(nexthop)的关系。路由器相互交换信息以更新路由，更新和维护路由表以正确反映网络的拓扑变化，路由器根据度量决定最佳路径。这是路由协议，如路由信息协议(RIP)、开放最短路径优先协议(OSPF)和边界网关协议(BGP)。
也就是说，沿着具有良好路由的最佳路径转发信息包。首先，路由器查看路由表，确定它是否知道如何将数据包发送到下一个站点(路由器或主机)。如果路由器不知道如何发送数据包，它通常会丢弃该数据包。否则，数据包将根据路由表中的相应条目被发送到下一个站点。如果目的网络直接连接到路由器，路由器会直接将数据包发送到相应的端口。这是路由协议。
路由协议和路由协议是相互合作又相互独立的概念。前者使用后者维护的路由表，后者使用前者提供的功能发布路由协议数据包。除非特别说明，下面提到的路由协议都是指路由协议，这也是一个普遍的习惯。
3.路由协议
有两种典型的路由方法:静态路由和动态路由。
静态路由是路由器中设置的固定路由表。除非网络管理员介入，否则静态路由不会改变。因为静态路由不能反映网络的变化，所以一般用在网络规模小、拓扑固定的网络中。静态路由的优点是简单、高效和可靠。在所有路由中，静态路由的优先级最高。当动态路由与静态路由冲突时，以静态路由为准。
动态路由是网络中的路由器相互通信、传输路由信息并使用收到的路由信息更新路由表的过程。它能实时适应网络结构的变化。如果路由更新信息表明网络发生了变化，路由软件将重新计算路由并发送新的路由更新信息。这些信息通过每个网络，导致每个路由器重新启动其路由算法并更新其路由表，以动态反映网络拓扑的变化。动态路由适用于网络规模大、网络拓扑复杂的网络。当然，各种动态路由协议都会不同程度地占用网络带宽和CPU资源。
静态路由和动态路由各有特点和适用范围，所以在网络中动态路由通常作为静态路由的补充。当数据包在路由器中路由时，路由器首先寻找静态路由，如果是，则根据相应的静态路由转发数据包；否则，寻找动态路由。
根据是否用于自治域，动态路由协议分为内部网关协议(IGP)和外部网关协议(EGP)。这里的自治域是指具有统一管理组织和统一路由策略的网络。自治域中使用的路由协议称为内部网关协议，常用的有RIP和OSPF。外部网关协议主要用于多个自治域之间的路由，常用的有BGP和BGP-4。下面简单介绍一下。
3.1 RIP路由协议
RIP协议最初是为Xerox网络系统的通用Xerox parc协议而设计的，是互联网中常见的路由协议。RIP采用距离矢量算法，即路由器根据距离选择路由，所以也叫距离矢量协议。路由器收集可以到达目的地的所有不同路径，并保存关于到达每个目的地的最少停留次数的路径信息，并丢弃除到达目的地的最佳路径之外的任何其他信息。同时，路由器还通过RIP协议将收集到的路由信息通知其他邻居路由器。这样，正确的路由信息逐渐传播到整个网络。
RIP应用广泛。它简单、可靠且易于配置。但是，RIP只适用于小型同构网络，因为它允许的最大站点数量是15个，任何超过15个站点的目的地都被标记为不可达。而且RIP每30s一次的路由信息广播也是造成网络广播风暴的重要原因之一。
3.2 OSPF路由协议
80年代中期，RIP无法适应大规模异构网络的互联，0SPF应运而生。它是由互联网工程任务组(1ETF)的内部网关协议工作组为IP网络开发的路由协议。
0SPF 0是一种基于链路状态的路由协议，它要求每台路由器向其同一管理域中的所有其它路由器发送链路状态广播信息。OSPF的链路状态广播包括所有接口信息、所有度量和其它变量。使用0SPF的路由器首先要收集相关的链路状态信息，按照一定的算法计算出到各个节点的最短路径。然而，基于距离矢量的路由协议仅向其邻居路由器发送路由更新信息。
与RIP不同，OSPF将自治域划分为区域，相应地有两种类型的路由方法:当源和目的地在同一区域时，采用区域内路由；当源和目的地在不同区域时，采用区间路由。这大大降低了网络开销，增加了网络的稳定性。当一个区域的路由器出现故障时，并不影响自治域内其他区域路由器的正常工作，这也给网络的管理和维护带来了方便。
3.3 BGP和BGP-4路由协议
BGP是为TCP/IP互联网设计的外部网关协议，用于多个自治域之间。它不是基于纯链路状态算法，也不是基于纯距离矢量算法。它的主要功能是与其他自治域的BGP交换网络可达信息。每个自治域可以运行不同的内部网关协议。BGP的更新信息包括网络号/自治域路径的配对信息。自治域路径包括到达特定网络必须经过的自治域字符串，这些更新的信息通过TCP传输，以保证传输的可靠性。
为了满足互联网日益增长的需求，BGP还在发展中。在最新的BGp4中，相似的路由也可以合并成一条路由。
3.4路由表项的优先级问题
在路由器中，可以配置静态路由和一条或多条动态路由。它们各自维护的路由表被提供给转发程序，但是这些路由表的条目可能会冲突。这种冲突可以通过配置每个路由表的优先级来解决。通常，默认情况下，静态路由具有最高优先级，当其他路由表条目与之冲突时，它们都将作为静态路由转发。
4.路由算法
路由算法在路由协议中起着至关重要的作用，采用哪种算法往往决定了最终的路由结果，所以在选择路由算法时一定要慎重。通常，需要综合考虑以下设计目标:
(1)优化:指路由算法选择最佳路径的能力。
(2)简洁:算法设计简洁，用最少的软件和开销，提供最有效的功能。
(3)鲁棒性:当路由算法处于异常或不可预测的环境中，如硬件故障、负载过大或误操作时，能正确运行。由于路由器分布在网络连接点上，当它们发生故障时，将会产生严重的后果。最好的路由器算法通常能经受住时间的考验，在各种网络环境中被证明是可靠的。
(4)快速收敛:收敛是所有路由器对最佳路径的判断达成一致的过程。当网络事件导致路由可用或不可用时，路由器会发送更新的信息。更新后的路由信息遍布网络，引起最佳路径的重新计算，最终达到所有路由器一致认可的最佳路径。收敛速度慢的路由算法会造成路径环路或网络中断。
(5)灵活性:路由算法能够快速准确地适应各种网络环境。例如，如果某个网段出现故障，路由算法应该能够快速找到故障，并为使用该网段的所有路由选择另一条最佳路径。
路由算法可以分为静态和动态、单向和多向、平等和分层、源路由和透明路由、域内和域间、链路状态和距离向量。以上特征与字面意思基本一致。下面重点介绍链路状态和距离矢量算法。
链路状态算法(也称为最短路径算法)向互联网上的所有节点发送路由信息。但是，对于每台路由器，只发送路由表中描述自身链路状态的部分。距离矢量算法(也称为Bellman-Ford算法)要求每台路由器发送其路由表的全部或部分信息，但只能发送给邻居节点。实际上，链路状态算法向网络的所有部分发送少量更新信息，而距离矢量算法向邻居路由器发送大量更新信息。
因为链路状态算法收敛更快，所以在某种程度上比距离矢量算法更不容易产生路由环路。另一方面，与距离矢量算法相比，链路状态算法需要更多的CPU能力和更多的内存空，因此链路状态算法的实现成本会更高。除了这些差异，这两种算法在大多数环境下都能很好地运行。
最后，应该指出的是，路由算法使用许多不同的度量来确定最佳路径。复杂的路由算法可能会使用多个度量来选择路由，通过一定的加权运算，将它们组合成一个单一的复合度量，作为路由标准填入路由表。常用的度量指标有:路径长度、可靠性、延迟、带宽、负载、通信成本等。
5.新一代路由器
随着网络中多媒体等应用的发展，以及ATM、快速以太网等新技术的不断采用，网络的带宽和速度迅速提高，传统的路由器已经不能满足路由器的性能要求。由于传统路由器中数据包转发的设计和实现都是基于软件的，因此转发过程中的数据包处理要经过很多环节，转发过程复杂，使得数据包转发速率较慢。此外，由于路由器是网络互联的关键设备，是网络与其他网络通信的网关，因此对其安全性有很高的要求。因此，路由器中的各种附加安全措施增加了CPU的负担，从而使路由器成为整个互联网的“瓶颈”。
传统路由器在转发每个数据包时都要执行一系列复杂的操作，包括路由查找、访问控制列表匹配、地址解析、优先级管理等附加操作。这一系列操作极大地影响了路由器的性能和效率，降低了包转发速率和吞吐量，增加了CPU的负担。而路由器前后的数据包有很大的相关性，目的地址和源地址相同的数据包往往会不断到达，这就为数据包的快速转发提供了可能和基础。新一代路由器，如IP交换机、标签交换机等。，采用这种设计思想，用硬件实现快速转发，大大提高了路由器的性能和效率。
新一代路由器使用转发缓存来简化数据包转发。在快速转发的过程中，只有目的地址和源地址相同的一组包的前几个包需要按传统方式路由转发，转发成功的包的目的地址、源地址和下一个网关地址(下一个路由器地址)放入转发缓存。当后续分组要被转发时，尹首先检查转发缓存。如果数据包的目的地址和源地址与转发缓存匹配，则直接根据转发缓存中的下一个网关地址进行转发，无需传统的复杂操作，大大减轻了路由器的负担，达到了提高路由器吞吐量的目的。
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