所谓网络互联，是指将两个以上的计算机网络，通过一定的方法， 用一种或多种通信处理设备(即中间设备)相互连接起来，以构成更大的网络系统。中间设备又称中间系统或中继系统。根据所在的层次，中继系统分为以下4种： 1)物理层中继系统：中继器，集线器(Hub)。 2)数据链路层中继系统：网桥或交换机。 3)网络层中继系统：路由器。 4)网络层以上的中继系统：网关。 使用物理层或数据链路层的中继系统时，只是把一个网络扩大了，而从网络层的角度看，它仍然是同一个网络，一般并不称之为网络互联。因此网络互联通常是指用路由器进行网络互联和路由选择。路由器是一台专用计算机，用于在互联网中进行路由选择。 TCP/IP体系在网络互联上采用的做法是在网络层(即IP层)采用标准化协议，但相互连接的网络可以是异构的。图(a)显示了许多计算机网络通过一些路由器进行的互联。由于参加互联的计算机网络都使用相同的网际协议( Internet Protocol, IP)， 因此可以把互联后的计算机网络视为如图(b)所示的一个虚拟IP网络。 虚拟互联网络也就是逻辑互联网络，即互联起来的各种物理网络的异构性本来是客观存在的，但是通过使用IP就可以使这些性能各异的网络在网络层上看起来好像是一个统一的网络。这种使用IP的虚拟互联网络可简称为IP网络。 使用虚拟互联网络的好处是：当互联网上的主机进行通信时，就好像在一个网络上通信一样，而看不见互联的具体的网络异构细节(如具体的编址方案、路由选择协议等)。
路由器主要完成两个功能：一是路由选择 (确定哪一条路径)， 二是分组转发(当一个分组到达时所采取的动作)。 前者是根据特定的路由选择协议构造出路由表，同时经常或定期地和相邻路由器交换路由信息而不断地更新和维护路由表。后者处理通过路由器的数据流，关键操作是转发表查询、转发及相关的队列管理和任务调度等。 1)路由选择。指按照复杂的分布式算法，根据从各相邻路由器所得到的关于整个网络拓扑的变化情况，动态地改变所选择的路由。 2)分组转发。指路由器根据转发表将用户的IP数据报从合适的端口转发出去。
路由表是根据路由选择算法得出的，而转发表是从路由表得出的。转发表的结构应当使查找过程最优化，路由表则需要对网络拓扑变化的计算最优化。
在通信子网中，因出现过量的分组而引起网络性能下降的现象称为拥塞。例如，某个路由器所在链路的带宽为R B/s，如果IP分组只从它的某个端口进入，那么其速率为rmB/s。当rm=R时， 可能看起来是件“好事”，因为链路带宽被充分利用。但是，如下图所示，当分组到达路由器的速率接近R时，平均时延急剧增加，并且会有大量的分组被丢弃(路由器端口的缓冲区是有限的)，整个网络的吞吐量会骤降，源与目的地之间的平均时延也会变得近乎无穷大。 判断网络是否进入拥塞状态的方法是，观察网络的吞吐量与网络负载的关系：如果随着网络负载的增加，网络的吞吐量明显小于正常的吞吐量，那么网络就可能已进入“轻度拥塞”状态;如果网络的吞吐量随着网络负载的增大而下降，那么网络就可能已进入拥塞状态;如果网络的负载继续增大，而网络的吞吐量下降到零，那么网络就可能已进入死锁状态。 为避免拥塞现象的出现，要采用能防止拥塞的一系列方法对子网进行拥塞控制。拥塞控制主要解决的问题是如何获取网络中发生拥塞的信息，从而利用这些信息进行控制，以避免由于拥塞而出现分组的丢失，以及严重拥塞而产生网络死锁的现象。 拥塞控制的作用是确保子网能够承载所达到的流量，这是一个全局性的过程，涉及各方面的行为：主机、路由器及路由器内部的转发处理过程等。单一的增加资源并不能解决拥塞。
流量控制和拥塞控制的区别： 流量控制往往是指在发送端和接收端之间的点对点通信量的控制。流量控制所要做的是抑制发送端发送数据的速率，以便使接收端来得及接收。而拥塞控制必须确保通信子网能够传送待传送的数据，是一个全局性的问题，涉及网络中所有的主机、路由器及导致网络传输能力下降的所有因素。
拥塞控制两种方法： 1)开环控制。在设计网络时事先将有关发生拥塞的因素考虑周到，力求网络在工作时不产生拥塞。这是一种静态的预防方法。一旦整个系统启动并运行，中途就不再需要修改。开环控制手段包括确定何时可接收新流量、何时可丢弃分组及丢弃哪些分组、确定何种调度决策等。所有这些手段的共性是，在做决定时不考虑当前网络的状态。 2)闭环控制。事先不考虑有关发生拥塞的各种因素，采用监测网络系统去监视，及时检测哪里发生了拥塞，然后将拥塞信息传到合适的地方，以便调整网络系统的运行，并解决出现的问题。闭环控制是基于反馈环路的概念，是一种动态的方法。
路由器转发分组是通过路由表转发的，而路由表是通过各种算法得到的。从能否随网络的通信量或拓扑自适应地进行调整变化来划分，路由算法可分为如下两大类： 静态路由算法(非自适应路由算法)。指由网络管理员手工配置的路由信息。当网络的拓扑结构或链路的状态发生变化时，网络管理员需要手工去修改路由表中相关的静态路由信息。大型和复杂的网络环境通常不宜采用静态路由。一方面，网络管理员难以全面了解整个网络的拓扑结构；另一方面，当网络的拓扑结构和链路状态发生变化时，路由器中的静态路由信息需要大范围地调整，这一工作的难度和复杂程度非常高。 动态路由算法(自适应路由算法)。指路由器上的路由表项是通过相互连接的路由器之间彼此交换信息，然后按照- -定的算法优化出来的，而这些路由信息会在一定时间间隙里不断更新，以适应不断变化的网络，随时获得最优的寻路效果。
静态路由算法的优点是简便、可靠，在负荷稳定、拓扑变化不大的网络中运行效果很好，因此仍广泛用于高度安全的军事系统和较小的商业网络。 动态路由算法能改善网络的性能并有助于流量控制；但算法复杂，会增加网络的负担，有时因对动态变化的反应太快而引起振荡，或反应太慢而影响网络路由的一致性， 因此要仔细设计动态路由算法以发挥其优势。常用的动态路由算法可分为两类：距离-向量路由算法和链路状态路由算法。
在距离-向量路由算法中，所有结点都定期地将它们的整个路由选择表传送给所有与之直接相邻的结点。这种路由选择表包含：
每条路径的目的地(另一结点)。路径的代价(也称距离)。注意:这里的距离是一个抽象的概念，如RIP就将距离定义为“跳数”。跳数指从源端口到达目的端口所经过的路由个数，每经过一个路由器，跳数加1。
在这种算法中，所有结点都必须参与距离向量交换，以保证路由的有效性和一致性，也就是说，所有的结点都监听从其他结点传来的路由选择更新信息，并在下列情况下更新它们的路由选择表： 1)被通告一条新的路由，该路由在本结点的路由表中不存在，此时本地系统加入这条新的路由。 2)发来的路由信息中有–条到达某个目的地的路由，该路由与当前使用的路由相比，有较短的距离(较小的代价)。此种情况下，就用经过发送路由信息的结点的新路由替换路由表中到达那个目的地的现有路由。 距离-向量路由算法的实质是，迭代计算一条路由中的站段数或延迟时间，从而得到到达一个目标的最短(最小代价)通路。它要求每个结点在每次更新时都将它的全部路由表发送给所有相邻的结点。显然，更新报文的大小与通信子网的结点个数成正比，大的通信子网将导致很大的更新报文。由于更新报文发给直接邻接的结点，所以所有结点都将参加路由选择信息交换。基于这些原因，在通信子网上传送的路由选择信息的数量很容易变得非常大。 最常见的距离-向量路由算法是RIP算法，它采用*“跳数”*作为距离的度量。
链路状态路由算法要求每个参与该算法的结点都具有完全的网络拓扑信息，它们执行下述两项任务。第一，主动测试所有邻接结点的状态。两个共享一条链接的结点是相邻结点，它们连接到同一条链路，或者连接到同一广播型物理网络。第二，定期地将链路状态传播给所有其他结点(或称路由结点)。典型的链路状态算法是OSPF算法。
在一个链路状态路由选择中，一个结点检查所有直接链路的状态，并将所得的状态信息发送给网上的所有其他结点，而不是仅送给那些直接相连的结点。每个结点都用这种方式从网上所有其他的结点接收包含直接链路状态的路由选择信息。 每当链路状态报文到达时，路由结点便使用这些状态信息去更新自己的网络拓扑和状态“视野图”，一旦链路状态发生变化，结点就对更新的网络图利用Dijsktra最短路径算法重新计算路由，从单一的源出发计算到达所有目的结点的最短路径。
链路状态路由算法主要有三个特征： 1)向本自治系统中所有路由器发送信息，这里使用的方法是泛洪法，即路由器通过所有端口向所有相邻的路由器发送信息。而每个相邻路由器又将此信息发往其所有相邻路由器(但不再发送给刚刚发来信息的那个路由器)。 2)发送的信息是与路由器相邻的所有路由器的链路状态，但这只是路由器所知道的部分信息。所谓“链路状态”，是指说明本路由器与哪些路由器相邻及该链路的“度量”。对于OSPF算法，链路状态的“度量”主要用来表示费用、距离、时延、带宽等。 3)只有当链路状态发生变化时，路由器才向所有路由器发送此消息。
由于一个路由器的链路状态只涉及相邻路由器的连通状态，而与整个互联网的规模并无直接关系，因此链路状态路由算法可以用于大型的或路由信息变化聚敛的互联网环境。
链路状态路由算法的主要优点是，每个路由结点都使用同样的原始状态数据独立地计算路径，而不依赖中间结点的计算；链路状态报文不加改变地传播，因此采用该算法易于查找故障。当一个结点从所有其他结点接收到报文时，它可以在本地立即计算正确的通路，保证一步汇聚。最后，由于链路状态报文仅运载来自单个结点关于直接链路的信息，其大小与网络中的路由结点数目无关，因此链路状态算法比距离-向量算法有更好的规模可伸展性。
距离-向量路由算法与链路状态路由算法的比较： 在距离-向量路由算法中，每个结点仅与它的直接邻居交谈，它为它的邻居提供从自己到网络中所有其他结点的最低费用估计。在链路状态路由算法中，每个结点通过广播的方式与所有其他结点交谈，但它仅告诉它们与它直接相连的链路的费用。相较之下，距离-向量路由算法有可能遇到路由环路等问题。
当网络规模扩大时，路由器的路由表成比例地增大。这不仅会消耗越来越多的路由器缓冲区空间，而且需要用更多CPU时间来扫描路由表，用更多的带宽来交换路由状态信息。因此路由选择必须按照层次的方式进行。 因特网将整个互联网划分为许多较小的自治系统(一个自治系统中包含很多局域网)，每个自治系统有权自主地决定本系统内应采用何种路由选择协议。如果两个自治系统需要通信，那么就需要一种在两个自治系统之间的协议来屏蔽这些差异。 据此，因特网把路由选择协议划分为两大类： 1)一个自治系统内部所使用的路由选择协议称为内部网关协议(IGP)，也称域内路由选择，具体的协议有RIP和OSPF等。 2)自治系统之间所使用的路由选择协议称为外部网关协议(EGP)， 也称域间路由选择，用在不同自治系统的路由器之间交换路由信息，并负责为分组在不同自治系统之间选择最优的路径。具体的协议有BGP。
使用层次路由时，OSPF将一个自治系统再划分为若干区域(Area),每个路由器都知道在本区域内如何把分组路由到目的地的细节，但不用知道其他区域的内部结构。 采用分层次划分区域的方法虽然会使交换信息的种类增多，但也会使OSPF协议更加复杂。但这样做却能使每个区域内部交换路由信息的通信量大大减小，因而使OSPF协议能够用于规模很大的自治系统中。
