同一ネットワーク内での接続
ＭＡＣアドレス（Media Access Control address）
現在広く用いられているＬＡＮのプロトコルはイーサネット（Ethernet）です。パソコンをイーサーネットに接続するには，ネットワークインタフェースカードが必要ですが，ネットワークインタフェースカードには，ＭＡＣアドレスが付けられています。
ＭＡＣは，４８ビット（６オクテット＝６バイト）からなり，前半の２４ビット（厳密には，先頭の３ビット目からの２２ビット）がベンダ識別子（カード登録業者の番号でＩＥＥＥから与えられる），後半の２４ビットはベンダがつける製品番号で，世界中で一意になります。
ＬＡＮ内（正確には同一サブネットワーク内）では，ＭＡＣアドレスを指定することにより，相手のホストと接続することができます。
ＡＲＰ（Address Resolution Protocol）
ところが，インターネットでは相手のホストをＩＰアドレスで指定していますので，ＩＰアドレスをＭＡＣアドレスに変換する必要があります。最も単純には，その対応表を個々のパソコンあるいは制御用のサーバに作成しておけばよいのですが，それでは新しいパソコンを接続するたびに対応表を書換えなければなりません。
ＡＲＰでは，知りたいＩＰアドレスを含んだＡＲＰ要求パケットという電文をＬＡＮ内の全ホストにブロードキャストします。各ホストはそれを受けて自分のＩＰアドレスであれば，自分のＭＡＣアドレスをＡＲＰ応答パケットで返信します。それにより，互いに通信ができるようになります。なお，ＭＡＣアドレスからＩＰアドレスを知るには，ＲＡＲＰ（Reverse ARP）を用います。
ＬＡＮ内での経路制御
他ネットワーク間での接続にはルータが用いられます。ルータはＩＰアドレスを見て相手のホストを探し接続するのですが，それには，そのＩＰアドレスを持つホストを含むネットワークのルータを探して，ルータ同士を接続する必要があります。
単純には，すべてのネットワークＩＰアドレスとそのルータのＩＰアドレスの一覧表を持てばよいのですが，世界中には膨大なネットワークがあるので，そのようなことは不可能です。
ＩＰアドレスを割り振った順序を逆に，プロバイダ→指定事業者→ＪＰＮＩＣ→ＡＰＮＩＣ→ＩＣＡＮＮと遡っていけば，必ず相手のネットワークへ到達することができますが，毎回そうしたのでは，上位の機関への通信が殺到してしまいます。
そこで，ルータによく接続する相手，最近接続した相手については対応表（ルーティングテーブル，経路制御表）を作成しておき，それに合致したものはそれを利用し，そのリストにない場合には上位のルータに接続する（デフォルトルートという）ようにしています。
すなわち，ルータが自分が知らない相手の場合には，他のルータに聞き，そのルータも知らなければさらに他のルータに聞くというような「たらいまわし」あるいは「バケツリレー」をしながら目的の相手を見つけるのです。これは迂遠なように見えますが，一部のルータや回線が故障していても，他の経路を迂回することにより，相手と接続できる確率が高くなります。インターネットはこの方法により信頼性を高めているのです。
具体的な例
ホストＡのＩＰアドレスは 10.1.1.20 で，ネットワーク 10.1.1.0/24 に属しています。このネットワークのルータ１は 10.1.1.1 です。ホストＡのルーティングテーブルは，次のようになっています。
ホストＡのルーティングテーブル ネットワーク 接続ルータ 10.1.1.0/24 10.1.1.20 ア 自分のネットワークと自分のアドレス 0.0.0.0/0 10.1.1.1 （ルータ１）イ デフォルトルート
送信先がホストＢ 10.1.1.30 （同一ネットワーク内）のとき
自分のルーティングテーブルのアから，ホストＢは同一ネットワークにあることがわかるので，ＡＲＰによりホストＢのＭＡＣアドレスを得て，直接送ります。
送信先がホストＣ 10.1.2.15 （隣のネットワークのとき）
ホストＡのルーティングテーブルには対象のネットワークがないので 0.0.0.0/0 のデフォルトルートによりルータ１に送ります。ルータは２つのネットワークに接続しているので，ネットワーク１側のＩＰアドレスとネットワーク２側のＩＰアドレスを持っています。ルータ１のルーティングテーブルは，次のようになっています。
ルータ１のルーティングテーブル ネットワーク 接続ルータ 10.1.1.0/24 10.1.1.1 ア ネットワーク１側 10.1.2.0/24 10.1.2.1 イ ネットワーク２側 10.1.3.0/24 10.1.2.2 ウ ルータ２ 0.0.0.0/0 10.1.2.3 エ デフォルトルート（ルータ３）
ルータ１は，ホストＡからの電文の送信先ＩＰアドレス 10.1.2.15 とルータ１のルーテイングテーブルのイにより，ホストＣがルータ１が属しているネットワーク２の中のホストであることを知り，ＡＲＰなどを用いて，ホストＣへ送ります。
送信先が 10.1.3.15 （複雑な経路）のとき
ホストＡではデフォルトルートなのでルータ１へ行き，ルータ１ではウによりルータ２へ行きます。ルータ２のルーティングテーブルは次のようになっています。
ルータ２のルーティングテーブル ネットワーク 接続ルータ 10.1.2.0/24 10.1.2.2 ア ネットワーク２側 10.1.3.0/24 10.1.3.1 イ ネットワーク３側 10.1.1.0/24 10.1.2.1 ウ ルータ１ 0.0.0.0/0 10.1.3.4 エ デフォルトルート（ルータ４）
ルータ２は，そのルーティングテーブルのイにより，ホストＤが自分の属するネットワーク３の中にあることを知ります。このようにして，いくつかのルータを経由してホストＤに送ることができるのです。
ルーティングプロトコル
上記のように，ＬＡＮやインターネットではルーティングテーブルが重要です。それに誤りがあると，通信ができなくなります。ルーティングテーブルの作成方法には，スタティックルーティングとダイナミックルーティングがあります。
スタティックルーティング（静的経路制御）では，手作業でルーティングテーブルを作成します。ネットワークの規模が大きくなると作業が困難になりますし，更新があったり，経路でのルータにトラブルがあったりすると，その対応が不十分になる危険があります。
ダイナミックルーティング（動的経路制御）は，ルータが自動的に情報を収集して，ルーティングテーブルを更新する方法です。次のようなルーティングプロトコルによるツールが利用されます。
区分（対象） プロトコル 下位 アルゴリズム ＩＧＰ（ＬＡＮ） ＲＩＰ ＵＤＰ 距離ベクトル（ホップ回数），クラスレス非対応 ＲＩＰ２ ＵＤＰ 距離ベクトル（ホップ回数） ＯＳＰＦ ＩＰ リンク状態（ループ検出），メトリック，エリア ＥＧＰ（外部接続） ＢＧＰ ＴＣＰ 経路ベクトル（ループ検出）
ルーティングプロトコルには，主として企業内ＬＡＮを対象にするＩＧＰ（Interior Gateway Protocol）と，主にインターネットを対象にするＥＧＰ（Exterior Gateway Protocol）に区分できます。そして，ＩＧＰには基本的なものにＲＩＰ／ＲＩＰ２，現在広く用いられるようになったＯＳＰＦがあり，ＥＧＰの代表的なものにＢＧＰがあります。
ＲＩＰ（Routing Information Protocol）
目的のＩＰアドレスに到着するまでのルータ経由回数をホップ回数といいますが，それを距離といいます。また，ルーティングテーブルでの「次のルータのＩＰアドレス」のことを方向といいます。そして，距離と方向を合わせて距離ベクトルといいます。ＲＩＰでは，距離が最小となる距離ベクトルを求めて，ルーティングテーブルを作成する方法です。
各ルータ定期的（３０秒ごと）に経路情報をブロードキャストします。この経路情報が１８０秒（すなわち５回分）到着しなかったら，そのルータからの経路は接続が切れたものとして，ルーティングテーブルに通信不能のフラグをつけます。
ＲＩＰは，その情報により，各ネットワークに達するまでのルータを経由する回数（ホップ）を計算します。
- ネットワーク１
- ルータＡからネットワーク１へは，ルータＡを通るだけ（ホップ数は①）ですので，ルーティングテーブルでは，ネットワーク１への方向は，ルータＡのネットワーク１側のＩＰアドレス 10.1.1.1 となります。
- ネットワーク２
- 同様にネットワーク２への方向は，ルータＡのネットワーク２側のＩＰアドレス 10.1.2.1 になります。
- ネットワーク３
- ネットワーク３へは，ルータＡ→ルータＢの経路（ホップ数②）とルータＡ→ルータＣ→ルータＤの経路（ホップ数②）の２つがありますが，そのうち，ホップ数の小さいルータＡ→ルータＢの経路を採用して，ネットワーク３への方向は，ルータＡから見えるルータＢのＩＰアドレス 10.1.2.2 であるとします。
- ネットワーク４
- 練習問題とします。
ＲＩＰ２はＲＩＰに次のような改良をしたものです。
- 変更があるつど更新情報を配信することにより，変更の即時性を高めました。
- ブロードキャストではネットワークのすべてのホストに情報が流れますが，マルチキャストによりルータだけに流すようにします。
- サブネットマスク情報も含むことによりクラスレスに対応できるようにしました。
- パスワードを用いることにより，必要なＲＩＰ情報だけを受け取るようにしました。
経路故障での対応
下図で，ルータＡはルータＢに経路情報を通知し，ルータＢはルータＡとルータＣに，ルータＡからの情報に距離を１加えた情報を通知します。
ところが，ネットワーク１とルータＡの間が，何らかの原因で切断されたとします。ルータＡはルータＢに経路情報を流しませんが，ルータＢは過去の情報をルータＡに通知します。すると，ルータＡはルータＢ経由で距離２でネットワーク１に接続できると思い，ルータＡからネットワーク１へは距離３で接続できるとの経路情報を流します。それを受けてルータＢは，距離を４とした情報を・・・というように，無限カウントに陥ってしまいます。
無限カウントになるのを防ぐために，次のような対策がとられています。
- 距離が１６になったら不能として，それ以上の情報を流さない。
- ルータＡにはルータＡからの経路情報を戻さない（スプリットホライズン）
ＯＳＰＦ（Open Shortest Path First）
リンクとメトリック
上記のような無限カウントの対策をしても，次の赤線のようなループがあるときは，対処が困難になります。それに対処するには，ルータの接続関係をリンク状態といいますが，リンク状態を分析してループの検出する必要があります。
単純なループであれば，ブリッジやルータに装備されているスパニングツリー機能で対処できますが，ここではもっと複雑なループを対象とします。また，経路制御の観点からの考察にします。
定時間間隔（１０秒どと）にＨＥＬＬＯパケットを送信します。これが来なくなれば切断されたと判断します。切断あるいは回復になると，リンク状態更新パケットを送信して，他のルータに状態の変化を伝えます。
ＯＳＰＦでは，リンク状態（トポロジー）を経路情報として交換します。それにより，どのネットワークとどのルータと接続しているかを，バケツリレーで各ルータに通知されます。また，経路距離をホップ数だけでなく，各リンクにメトリックという重み付けをして，そのメトリックが最小になるように経路を選択します。その最適化のアルゴリズムにより，ループの検出を行い，それによる無限ループを防ぐことができるのです。
エリア分割
リンク状態のデータを解析するための計算は複雑なので，ネットワークの規模が大きくなると，負荷が大きくなってしまいます。それを低減するために，ＯＳＰＦではエリアという概念を取り入れます。ネットワーク同士やホスト同士をまとめてエリアとすることにより，ネットワーク全体を階層構造化し，そのエリアでの最適化を図ります。それをリンクステートアルゴリズムといいます。
経路ＭＴＵ探索
ＭＴＵ（Maximum Transmission Unit）とは，データリンクで送信できるパケットの最大長です。イーサーネットでは１,５００オクテット，ＦＤＤＩでは４,３５２オクテットというように，データリンクの種類によってＭＴＵが異なるので，経路によってはルータがＭＴＵ分割をします。経路ＭＴＵ探索では，その負荷を回避するために，宛先までの経路でＭＴＵが最大な経路を探します。最初のデータの分割禁止フラグをオンにして送信すると，途中のルータで分割が必要になるとＩＣＭＰの到達不可能メッセージにより，そのルータでのＭＴＵが戻されます。その値を参照して最適経路を見出すのです。
インターネットでの経路制御
ここまではルータ間がＬＡＮ接続している場合でした。社内ＬＡＮならば大規模とはいっても，たいしたことはありませんが，インターネットでは，ネットワーク数もルータの数も無限に近いのです。インターネットへの接続では，通常はＩＳＰを介した接続になります。社内ネットワークをまとめたルータとＩＳＰのルータを，公衆回線や専用回線で接続するだけのことですが，ＩＳＰ以降はどのようになっているのでしょうか。
インターネットの構成
企業のＬＡＮや家庭のパソコンからプロバイダを通してインターネットへつながる仕組み，インターネットがネットワークのネットワークである仕組みを簡単に説明します。
企業や個人がインターネットを利用するには，ＩＳＰ（Internet Service Provider：プロバイダ）と契約します。ＩＳＰは，多数のアクセスポイントといくつかのＮＯＣ（Network Operation Center）を持っています。利用者のＬＡＮのルータやモデムは，なんらかの通信回線により，近くのアクセスポイントに接続しています。
アクセスポイントは，単純にいえば専用線，ダイアルアップ，ブロードバンドなどに対応したルータです。そこに到着した電文は，高速回線でＮＯＣに集められます。ＮＯＣも単純にはルータですので，アクセスポイントとＮＯＣは同じようなものだといえます。小さなＩＳＰは，大きなＩＳＰと契約しており，そこのＮＯＣと接続しています。そのようにして，ＡＳ（Autonomous System）という地域的にまとまったネットワークが構成されます。
ＡＳを代表するＮＯＣは，他のＡＳを代表するＮＯＣと接続しています。そのとき，個々のＡＳ間で個別に接続する形態もありますが，多数のＡＳとの接続を容易にするために，ＩＸ（Inernet eXchange）という設備を中心にして接続しています。このようなＡＳ間を結ぶ通信回線のことをバックボーン回線と呼ばれ，数十Ｇbpsの超高速回線が用いられます（ＮＯＣ間の通信回線も含めてバックボーン回線ということもあります）。また，ＡＳやＩＸを通して海外と接続されています。このような構成により，ネットワークのネットワークであるインターネットが構成されているのです。
ＢＧＰ（Border Gateway Protocol）
ＩＧＰではＩＰのサブネットワークを対象にしますが，ＥＧＰではインターネット全体を対象にする必要があります。とはいえ，インターネット全体を対象とするのは事実上不可能です。それでＩＧＰではＩＳＰや地域ネットワークなど，ある範囲をＡＳ(Autonomous System）という単位でまとめてＡＳ番号をつけています。
ＢＧＰでは，相手のＡＳに通信が到達するまでに通過するＡＳ番号をすべて収集してＡＳリストを作り，その経路が最小のものを採用します。これを経路ベクトルといいますが，それによって経路を選択するのです。