最全的CS144学习指南（四）：IP路由

## 前言

在计算机网络中，路由是将数据包从源地址传输到目标地址的过程。路由器是负责执行路由功能的设备。路由器根据路由表中的信息来决定将数据包转发到哪个下一跳。

路由表是一张包含路由信息的表格。路由表中的每一条路由项都包含以下信息：

* 目标网络地址：要发送数据包的目标网络地址。
* 子网掩码：用于确定目标网络地址范围的掩码。
* 下一跳地址：数据包应转发到的下一跳路由器的地址。
* 管理距离：衡量到达目标网络所需的跳数或成本。
* 接口：用于将数据包转发到下一跳路由器的接口。

## 实现IP路由表

在本次实验中，我们将实现一个简单的IP路由表。我们的路由表将使用数组来存储路由项。路由项的格式如下：

struct route_entry {
uint32_t dest_addr; // 目标网络地址
uint32_t subnet_mask; // 子网掩码
uint32_t next_hop; // 下一跳地址
uint32_t metric; // 管理距离
uint32_t interface; // 接口
};

我们还需要实现以下两个函数：

* `add_route()`：将路由项添加到路由表中。
* `lookup_route()`：根据目标网络地址查找路由表中的路由项。

## 存储路由表

路由表通常存储在路由器的主内存中。路由表的大小取决于路由器需要支持的路由项数量。路由表中的路由项可以存储在数组、链表或哈希表中。

数组是最简单的数据结构，但它也是最慢的。链表比数组快，但它也更复杂。哈希表是最快的，但它也最复杂。

## 优化路由查找过程

路由查找过程是确定将数据包转发到哪个下一跳路由器。路由查找过程可以优化，以减少查找所需的时间。

一种优化方法是使用前缀匹配。前缀匹配是一种根据目标网络地址的前缀来查找路由项的技术。前缀匹配可以减少路由查找过程所需的时间，因为它只需要比较目标网络地址的前缀，而不需要比较整个目标网络地址。

另一种优化方法是使用路由聚合。路由聚合是一种将多个路由项合并为单个路由项的技术。路由聚合可以减少路由表的大小，从而减少路由查找过程所需的时间。

## 路由协议

路由协议是路由器之间交换路由信息的一种协议。路由协议可以分为两大类：静态路由协议和动态路由协议。

静态路由协议是手动配置的。静态路由协议的优点是简单易于配置，缺点是无法自动适应网络拓扑的变化。

动态路由协议是自动配置的。动态路由协议的优点是能够自动适应网络拓扑的变化，缺点是复杂且难以配置。

## 结语

在本次实验中，我们学习了如何实现IP路由表。我们探讨了如何添加路由表项和执行前缀匹配，还研究了如何存储路由表以及如何优化路由查找过程。最后，我们了解了路由协议的基础知识。