Il Routing

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In un sistema packets switching quale il TCP/IP, il routing rappresenta il processo di scelta del percorso su cui inoltrare i pacchetti ed il router è un computer che effettua tale instradamento.
Da sottolineare che il routing IP avviene in ambiente software, mentre in realtà il routing fisico è a livello di MAC. Idealmente il routing IP dovrebbe esaminare la connessione alla rete, la lunghezza del datagramma e quando selezionare il percorso migliore.
Quando un programma applicativo su un host tenta di instaurare una comunicazione con un host remoto, sia l'host locale che i routers partecipano all'instradamento dei datagrammi IP fino alla loro destinazione.

Si può parlare di due tipi di routing:

Diretto: se l'host locale ed il remoto appartengono alla stessa rete fisica (es. una singola Ethernet); in questo caso non sarà necessario l'impiego di routers.

Indiretto: se l'utente destinazione è connesso ad una rete fisica diversa ed è necessario instradare il datagramma sorgente attraverso un router.

Per sapere se una destinazione appartiene alla propria rete, l'utente sorgente estrae dall'indirizzo IP di destinazione la parte relativa alla rete, la cosiddetta netid, e la confronta con la propria: se differisce, evidentemente la destinazione del datagramma è esterna.

Nel primo caso, il Network Interface Layer dell'utente sorgente incapsula il datagramma IP in un frame fisico, associa l'indirizzo IP al relativo fisico ed usa l'hardware della rete (il cavo) per trasferirlo. Un possibile meccanismo per conoscere l'indirizzo fisico corrispondente è quello di utilizzare il protocollo ARP.

Il caso del routing indiretto è più difficoltoso, perché l'utente sorgente deve identificare il router a cui inviare il datagramma; se nella rete locale c'è un solo router che permette la connessione con altre reti, il routing diventa più semplice in quanto, appena l'host locale ha capito che la destinazione non appartiene alla propria rete, indirizza il datagramma direttamente al router; in generale, se è connesso a più routers, lo indirizzerà al più vicino.

Una volta che il frame contenente il datagramma ha raggiunto il router, il software del Network Interface Layer estrae il datagramma incapsulato e le routine di routing, e sulla base degli indirizzi internet, il software IP seleziona il prossimo router a cui inviare il datagramma, incapsulato in un nuovo frame.
I routers in Internet formano una struttura interconnessa in continuo contatto fra loro nella quale il datagramma scorre finché non raggiunge quel particolare router che gli permette di giungere direttamente a destinazione.
L'algoritmo che svolge queste funzioni (IP routing algorithm) utilizza su ogni macchina una tabella di routing (IP routing table), che contiene informazioni circa alcune possibili destinazioni e su come raggiungerle. Se comprendesse tutte le destinazioni possibili diventerebbe troppo ingombrante e sarebbe impossibile tenerla aggiornata.
Allora di solito ci si limita a mantenere le informazioni degli utenti sulla stessa rete o quelle più frequentemente usate lasciando un indirizzo di default per tutti gli altri.

Poiché i router operano in base solo alla parte di indirizzo IP relativo alla rete di destinazione l'instradamento è molto efficiente e le tabelle necessarie abbastanza piccole: tipicamente una tabella di routing contiene una coppia N-R, dove N è l'indirizzo IP della rete di destinazione ed R (next-hop) è quello del successivo router che permette di raggiungere la rete N. Chiaramente tutte le R presenti nella tabella di un router indicheranno al più i routers connessi direttamente ad esso, come mostrato nell'esempio in figura, che presenta quattro reti e tre routers (Q, R, S):

Nella seguente tabella è riportata la tabella di routing di R:

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