記得剛上第一節(jié)《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課的時(shí)候，下課時(shí)就記得網(wǎng)絡(luò)分為通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)，當(dāng)時(shí)覺(jué)得這是多么的教條，時(shí)隔多年以后，再來(lái)回味這個(gè)通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)的劃分，還真是能牽扯出來(lái)不少東西呢...
通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)的劃分是橫向的劃分，而縱向的劃分就是諸協(xié)議棧。
什么是通信子網(wǎng)呢？通信子網(wǎng)就是負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)交通的子網(wǎng)，它的任務(wù)就是路由尋址。什么是資源子網(wǎng)呢？資源子網(wǎng)中存儲(chǔ)資源數(shù)據(jù)。一般而言，處在末梢端的網(wǎng)絡(luò)都是資源子網(wǎng)，主干部分的則是通信子網(wǎng)。這么解釋還是太教條了，如果理解了IP地址的話，沖著這個(gè)資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)分類(lèi)，可以洋洋灑灑上千字了...
IP地址和IP尋址
IP地址
IP地址可以分為網(wǎng)絡(luò)位和主機(jī)位，其中網(wǎng)絡(luò)位標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)，用來(lái)執(zhí)行IP路由尋址，主機(jī)位用來(lái)標(biāo)識(shí)主機(jī)。那么很顯然，IP地址的網(wǎng)絡(luò)位就可以表示通信子網(wǎng)，而主機(jī)為則可以表示資源子網(wǎng)。
IP尋址
IP尋址的機(jī)制就是IP路由，IP理由的實(shí)質(zhì)就是“局部逐跳地沿著鏈路向前推進(jìn)”。根據(jù)目的地和當(dāng)前位置的關(guān)系，IP路由的路由項(xiàng)可以分為四類(lèi)，分別是：
1.Global路由：本機(jī)距離目的地之間需要跨越其它的路由器，其中包含路徑的下一個(gè)路由器的IP地址，需要下一跳解析協(xié)議解析其鏈路層地址。
2.Link路由：本機(jī)距離目的地之間不需要跨越其它路由器，目的地就在連接本機(jī)的鏈路的另一端，其中不包含下一個(gè)路由器的地址，因?yàn)橐呀?jīng)可以直接用下一跳解析協(xié)議直接解析目的地了。Link路由即直連路由。
3.Host路由：本機(jī)就是目的地，即數(shù)據(jù)包已經(jīng)到達(dá)。本機(jī)配置的所有IP地址都會(huì)是Host路由。
4.Blackhole路由：黑洞路由，即數(shù)據(jù)包永遠(yuǎn)都到達(dá)不了目的地。現(xiàn)在我們來(lái)看一下一個(gè)數(shù)據(jù)包從源頭到目的地的經(jīng)歷。不考慮遇到黑洞的情形，基本可以分為以下的過(guò)程：
1.數(shù)據(jù)包始發(fā)，通過(guò)查找路由表發(fā)現(xiàn)目的地路由是一條Global路由，于是將包傳遞到下一跳；
2.路徑上可能會(huì)持續(xù)命中Global路由多次，逐跳傳遞包；
3.數(shù)據(jù)包在某臺(tái)路由器上匹配到了一條Link路由，直接解析目的地的鏈路層地址，數(shù)據(jù)包繼續(xù)前進(jìn)；
4.數(shù)據(jù)包匹配到一條Host路由，終于到達(dá)了目的地，該設(shè)備的第四層接收例程開(kāi)始處理數(shù)據(jù)包。為了保證上述的過(guò)程，路由器需要確保：對(duì)于Global路由，下一跳一定是Link可達(dá)的。也就是說(shuō)在添加Global路由的時(shí)候，要執(zhí)行一次針對(duì)下一跳的路由查找，確保查找結(jié)果是一條Link路由。當(dāng)然，在支持路由遞歸查詢(xún)的路由器上，可以不必要求下一跳一定是Link的，然而在內(nèi)部，最終遞歸查找的結(jié)果還是Link上的下一跳。
主機(jī)標(biāo)識(shí)-最后一跳
數(shù)據(jù)包在到達(dá)目的地的過(guò)程中，對(duì)于目標(biāo)是逐步接近的，如果將Global路由，Link路由，Host路由來(lái)做一個(gè)排序的話，數(shù)據(jù)包在經(jīng)過(guò)更后面的路由類(lèi)型后，是絕對(duì)不可能在經(jīng)歷一次前面的路由類(lèi)型的，比如數(shù)據(jù)包的路徑上的路由類(lèi)型匹配序列不可能是：Global，Global，Link，Global。
可以肯定的是，數(shù)據(jù)包的最后一跳的依據(jù)是一條Link路由，接下來(lái)數(shù)據(jù)包就到達(dá)了目的地。但是并不能保證它能被上層接收，因?yàn)檫€需要匹配一條Host路由，也就是說(shuō)，目標(biāo)IP地址必須是本機(jī)的一個(gè)IP地址才可以。雖然有些實(shí)現(xiàn)中，在上一跳的“下一跳解析協(xié)議”執(zhí)行的時(shí)候，這一點(diǎn)就能保證了，但是標(biāo)準(zhǔn)的IP路由還是需要去匹配路由表的Host路由項(xiàng)。在Linux中，arp_process中，對(duì)于REQUEST，目標(biāo)IP地址一定要是Local表中的Host路由項(xiàng)才會(huì)回復(fù)REPLY。
關(guān)于直連路由
直連路由是內(nèi)核自動(dòng)生成的?；旧蠘I(yè)內(nèi)沒(méi)有人不知道這句話，然而關(guān)于直連路由的認(rèn)識(shí)，很多人附加了一些內(nèi)容，即直連路由不能手工配置。不能手工配置和不需要手工配置是完全不同的兩回事。其實(shí)直連路由也是可以手工配置的。這也就是說(shuō)，我們可以配置32位掩碼的IP地址，這樣就不會(huì)生成直連路由，然后我們手工配置一條直連路由即可。實(shí)質(zhì)上，所謂的直連路由，就是指出到達(dá)某IP網(wǎng)段的數(shù)據(jù)包可以在路由指出的網(wǎng)卡上解析目標(biāo)IP地址。
直連路由即Link路由，上文提到過(guò)，在添加Global路由的時(shí)候，要確保下一跳是Link可達(dá)的，這一點(diǎn)就是通過(guò)針對(duì)下一跳地址做路由查找來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如果返回的路由不是Link路由，則添加不成功。現(xiàn)在我們來(lái)看一下Link路由的生成。有三種生成方式：
第一種：自動(dòng)生成
當(dāng)你添加了一個(gè)IP地址在網(wǎng)卡上，協(xié)議棧就會(huì)根據(jù)你的IP地址掩碼解析出其網(wǎng)絡(luò)ID，根據(jù)IP地址以及其路由原則，屬于同一網(wǎng)絡(luò)的所有主機(jī)必須處在同一鏈路內(nèi)，系統(tǒng)會(huì)生成一條鏈路層路由，即直連路由。
第二種：手工添加
如果信息所擁有的信息不足以讓它生成一條直連路由，但是管理員站在人的角度可以確定該直連路由的話，就可以手工添加一條，比如管理員知道線纜另一端的網(wǎng)卡的IP地址是1.1.1.1/24，那么他就可以在本端配置一條直連路由，雖然他并不定將本端網(wǎng)卡的IP地址也配置成1.1.1.0/24網(wǎng)段的。
第三種：強(qiáng)制添加導(dǎo)致的隱Link路由
如果你能確保Global路由的下一跳IP地址真的不會(huì)跨越路由器，即它真的就在本鏈路，然而本地又沒(méi)有和它同一網(wǎng)段的IP，這就說(shuō)明本端不會(huì)有到達(dá)下一跳IP地址的Link路由，那么如何來(lái)將該Global添加入系統(tǒng)路由表呢？可以強(qiáng)制添加，一旦強(qiáng)制添加，系統(tǒng)會(huì)認(rèn)為該下一跳在Link上，到達(dá)下一跳的路由是一條Link路由，但是該路由不會(huì)顯示出來(lái)。
配置32位掩碼的IP地址
IP地址使用其網(wǎng)絡(luò)位標(biāo)識(shí)其通信子網(wǎng)ID，使用主機(jī)位標(biāo)識(shí)其資源子網(wǎng)ID，二者統(tǒng)一于子網(wǎng)掩碼，即前綴(不考慮有類(lèi)編址)，因此這個(gè)通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)的分類(lèi)界限就可以平滑移動(dòng)了，因此我們可以將32位掩碼的IP地址看作是一個(gè)“退化的通信子網(wǎng)ID”，即一個(gè)資源子網(wǎng)ID。有了子網(wǎng)掩碼，分類(lèi)便不需要了。
每一個(gè)非32位掩碼的IP地址都指示了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)-一個(gè)通信子網(wǎng)ID，該網(wǎng)絡(luò)有一個(gè)全0的主機(jī)位表示的IP地址和一個(gè)全1的主機(jī)位表示的IP地址，前者是該網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)識(shí)，后者是該網(wǎng)絡(luò)上所有主機(jī)的標(biāo)識(shí)，因此在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，這兩個(gè)IP地址是不能使用的，不過(guò)有個(gè)例外，那就是31位掩碼的IP地址表示的網(wǎng)絡(luò)，RFC3021詳述了這種情況。只要掩碼非32位(RFC3021說(shuō)的31位掩碼也這樣)，IP地址在配置的時(shí)候，就會(huì)生成一條網(wǎng)絡(luò)路由和一條廣播路由以及一條直連路由。但是如果掩碼是32位的，將只生成一條Host路由(置于Local表)，此時(shí)不會(huì)有任何廣播路由和直連路由生成，也就是說(shuō)任何IP地址都不會(huì)被解釋成廣播或者網(wǎng)絡(luò)，節(jié)省了IP地址。
但是，既然沒(méi)有了直連路由，那么如何來(lái)執(zhí)行IP路由呢？要知道，IP路由的最后一跳必然是直連路由，而且由于IP報(bào)文是逐跳前行的，要求下一跳也必須在直連鏈路上。這些問(wèn)題其實(shí)都不是問(wèn)題，如果你明確知道下一跳或者目的地在線纜的另一端，你還發(fā)愁數(shù)據(jù)包無(wú)法到達(dá)它嗎？以Linux為例，有兩種解決方法，第一就是使用force-onlink路由，強(qiáng)制直接解析下一跳；第二就是手工添加一條直連路由。注意，手工添加的直連路由僅僅就是一條直連路由，它不會(huì)把和該直連路由相關(guān)的廣播路由也添加進(jìn)去。
關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)化-TCP/IP是如何贏的
TCP/IP成為事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)之前，一切都是雜亂無(wú)章的。標(biāo)準(zhǔn)化的過(guò)程總是一個(gè)爭(zhēng)吵和競(jìng)爭(zhēng)的過(guò)程。OSI模型是第一次的標(biāo)準(zhǔn)化嘗試，然而其內(nèi)容卻包含大量的廠商標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際上就是廠商們的混戰(zhàn)和妥協(xié)的過(guò)程，這種標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)程不可能產(chǎn)生一個(gè)自洽又簡(jiǎn)單的第三層協(xié)議，因?yàn)榫退闶侨〗患彩潜姀S商復(fù)雜標(biāo)準(zhǔn)的交集，事實(shí)上還真的就是一個(gè)取交集的過(guò)程而不是一個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程。
最終，OSI模型的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議也就變成了一個(gè)毫無(wú)操作性可言的抽象層，畢竟，即使是ISO也無(wú)法撼動(dòng)諸如X.25，F(xiàn)R，PSTN等協(xié)議背后的那個(gè)強(qiáng)者。因此，只要對(duì)這些協(xié)議進(jìn)行一些“符合OSI模型網(wǎng)絡(luò)層定義的”增強(qiáng)，它們就儼然成了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。事實(shí)上，它們成功的這種根基是不牢的，復(fù)雜，缺乏互操作性成了其硬傷。后來(lái)，OSI的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議有CLNP，(雖然Cisco等大佬級(jí)的公司主動(dòng)支持了OSI的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議)，但是由于大多數(shù)人此時(shí)或者趨勢(shì)中已經(jīng)倒向了TCP/IP，再多的努力也于事無(wú)補(bǔ)。目前，在OSI模型上唯一(如果其它的關(guān)于超大運(yùn)營(yíng)商的故事不計(jì)在內(nèi)的話)起重要作用的協(xié)議就是IS-IS了。我想這期間的PK，并不總是公平的。
CLNP提出時(shí)，如此的抽象，此時(shí)，X.25等網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)運(yùn)行多時(shí)，置它們于何地？新標(biāo)準(zhǔn)雖被提出，確實(shí)是想統(tǒng)一混亂的OSI網(wǎng)絡(luò)層，人們的選擇也是兩個(gè)，即CLNP和IP，會(huì)選擇一個(gè)新秀還是一個(gè)老牌？更何況，牌子雖老，但是行動(dòng)遲緩，X.25，F(xiàn)R，ATM等網(wǎng)絡(luò)層次不清，互操作導(dǎo)致的開(kāi)銷(xiāo)過(guò)大就已經(jīng)讓人們對(duì)這些廠商驅(qū)動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)化組織沒(méi)有耐性和信心了，人們更多的可能是想試一下IP的本領(lǐng)...更何況，IP此時(shí)已經(jīng)被提出了。我們看看對(duì)陣的雙方：
OSI：ISO/IEC 8208, X.25 (Packet-LaISO/IEC 8878, X.223, ISO/IEC 8473-1, CLNP X.233
TCP/IP：IP, IPsec, ICMP, IGMP, OSPF, RIP很明顯，這場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)和公元前凱撒和龐培之間的戰(zhàn)爭(zhēng)很類(lèi)似，龐培方，數(shù)倍于凱撒的兵力，然而士兵卻是拼湊的，有來(lái)自行省的，有附屬?lài)?guó)的，毫無(wú)忠誠(chéng)度可言，反觀凱撒方，全部都是跟了他多年的高盧老兵，個(gè)個(gè)精悍且忠誠(chéng)。我們看下OSI方的陣容，標(biāo)準(zhǔn)不一，和龐培方很類(lèi)似，再看看TCP/IP的陣容，其實(shí)它們都是圍繞IP的，沒(méi)有一個(gè)是IP之外的。勝負(fù)，還沒(méi)有對(duì)決就已經(jīng)確定了！關(guān)于古羅馬的那場(chǎng)著名的法薩盧戰(zhàn)役，即使凱撒不出奇兵，也能制勝，關(guān)鍵在于雙方陣容有沒(méi)有核心，以及是否圍繞核心。時(shí)隔2000年，同樣的法薩盧戰(zhàn)役在TCP/IP和OSI/RM之間重新進(jìn)行，千百年以來(lái)，一切又重頭。
關(guān)于TCP/IP，人們很長(zhǎng)一段時(shí)間都認(rèn)為它只是一個(gè)在OSI標(biāo)準(zhǔn)全部推出前的過(guò)渡，正如古羅馬的內(nèi)戰(zhàn)當(dāng)事當(dāng)時(shí)，元老院很看好龐培一樣(也許是為了給自己道德的背叛找個(gè)臺(tái)階下，畢竟是元老院先求龐培的)，人們一直以為定乾坤的是龐培，為他的一次次失利找各種理由，如果不是因?yàn)樗鼩尠＜埃ㄋ_盧戰(zhàn)役的失敗也會(huì)僅僅是一次失利...凱撒贏了，但是卻沒(méi)有對(duì)龐培派的人趕盡殺絕，甚至重用之。TCP/IP贏了，同樣也沒(méi)有推出新的標(biāo)準(zhǔn)，正如它的司職就是網(wǎng)絡(luò)層(傳輸層僅僅是提供一個(gè)有連接機(jī)制，嚴(yán)格說(shuō)，TCP/IP分層不是基于服務(wù)提供點(diǎn)的)，它并不過(guò)問(wèn)其它的OSI的layer，因此像X.25之類(lèi)的協(xié)議就填補(bǔ)了這個(gè)空白，變成了純粹的承載傳輸協(xié)議。甚至，在網(wǎng)絡(luò)層，IS-IS也是一樣重要的指路協(xié)議，我認(rèn)為這并不是因?yàn)镮TU，ISP們太強(qiáng)大，ISO在他們那上頭有人，而是TCP/IP太開(kāi)放，太包容。
TCP/IP最終的命運(yùn)如何，那要看TCP/IP是否能像凱撒一樣，一如既往地開(kāi)放，包容。
要完全按照標(biāo)準(zhǔn)做事嗎
完全按照標(biāo)準(zhǔn)做事是好的，規(guī)范化操作是為了互操作的方便，也是為了方便和外界接口。但是規(guī)范化操作卻不利于創(chuàng)新，任何標(biāo)準(zhǔn)，在最開(kāi)始的時(shí)候都是非規(guī)范的嘗試。另外，一樣?xùn)|西標(biāo)準(zhǔn)化的過(guò)程總是有著取交集的過(guò)程，即使像TCP/IP這樣的幾乎完全設(shè)計(jì)出來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)，也是吸取了很多已經(jīng)有的東西，那么交集之外的，曾經(jīng)被使用的但是卻沒(méi)有成為標(biāo)準(zhǔn)的一部分的那些內(nèi)容，反成了不標(biāo)準(zhǔn)的東西了，你不按標(biāo)準(zhǔn)做事，就會(huì)有人說(shuō)你術(shù)業(yè)不精，而實(shí)際上，并不總是那樣！
如果你理解事情的本質(zhì)，那就不必完全按照標(biāo)準(zhǔn)來(lái)，當(dāng)然前提是要么你不和別人接口，要么你能說(shuō)服別人。舉一個(gè)例子，我做了一個(gè)模塊，實(shí)現(xiàn)了IP地址沖突的情形下也能照樣通信。這個(gè)對(duì)于TCP/IP來(lái)講絕不是標(biāo)準(zhǔn)的，然而卻符合SDN。任何事情都不能因?yàn)樗皇菢?biāo)準(zhǔn)的東西就不敢去嘗試，要勇于嘗試，前提是你要知道違反標(biāo)準(zhǔn)操作的后果并且能承擔(dān)后果，我并不提倡盲目嘗試。
