IP路由基础

1 路由概述

背景：同网段通信

  IP地址唯一标识了网络中的一个节点，每个IP地址都拥有自己的网段，各个网段可能分布在网络的不同区域。

  为实现IP寻址，分布在不同区域的网段之间要能够相互通信。

1.1 路由基本概念

  路由是指导报文转发的路径信息，通过路由可以确认转发IP报文的路径。

  路由设备是依据路由转发报文到目的网段的网络设备，最常见的路由设备：路由器。

  路由设备维护着一张路由表，保存着路由信息。

1.1.1 路由信息

  路由中包含以下信息:

   目的网络：标识目的网段

   掩码：与目的地址共同标识一个网段

   出接口：数据包被路由后离开本路由器的接口

   下一跳：路由器转发到达目的网段的数据包所使用的下一跳地址

  这些信息标识了目的网段、明确了转发IP报文的路径。

1.1.2 路由表

  路由器通过各种方式发现路由

  路由器选择最优的路由条目放入路由表中

  路由表指导设备对IP报文的转发

  路由器通过对路由表的管理实现对路径信息的管理

1.2 路由条目

1.2.1 路由信息获取

  路由器依据路由表进行路由转发，为实现路由转发，路由器需要发现路由，以下为常见的路由获取方式：

1.2.2 直连路由

  直连路由指向本地直连网络的路由，由设备自动生成。

  当路由器为路由转发的最后一跳路由器时，IP报文匹配直连路由，路由器转发IP抱报文到目的主机。

  使用直连路由进行路由转发时，报文的目的IP和路由器接口IP在一个网段之中。

  并不是所有接口生成的直连路由都会出现在路由表中，直连路由出现在路由表中的前提是该接口的物理状态、协议状态都为UP。

1.3 最优路由条目优先

  查看IP路由表：

1.3.1 路由优先级

  1.比较过程

   RTA通过动态路由协议OSPF和手动配置的方式都发现了到达10.0.0.0/30的路由，此时会比较这两条路由的优先级，优选优先级值最小的路由。

   每一种路由协议都有相应的优先级。

   OSPF拥有更优的优先级，因此通过OSPF学习到的路由被添加到路由表中。

  2.常见默认数值

   常见路由类型的默认优先级如下：

路由来源	路由类型	默认优先级
直连	直连路由	0
静态	静态路由	60
动态路由	OSPF内部路由 OSPF外部路由	10 150

1.3.2 度量值的比较

  RTA通过动态路由协议OSPF学习到了两条目的地为10.0.0.0/30的路由，学习自同一路由协议、优先级相同，因此需要继续比较度量值。

  两条路由拥有不同的度量值，下一跳为30.1.1.2的OSPF的路由条目拥有更小的度量值，因此被加入到路由表中。

1.4 路由转发

1.4.1 最长匹配原则

  当路由器收到一个IP数据包时，会将数据包的目的IP地址与自己本地路由表中的所有路由表项进行逐位(Bit-By-Bit)比对，直到找到匹配度最长的条目，这就是最长前缀匹配机制。

  最长匹配示例：

  1.最长匹配示例1

   根据最长匹配原则进行匹配，能够匹配192.168.2.2的路由存在两条，但是路由的掩码长度中，一个为16 bit，另一个为24 bit，掩码长度为24 bit的路由满足最长匹配原则，因此被选择来指导发往192.168.2.2的报文转发。

  2.最长匹配示例2

   根据最长匹配原则匹配，能够匹配到192.168.3.2的路由只有一条，此路由为最终转发依据。

1.4.2 路由转发流程

1.5 IP路由表总结

  当路由器从多种不同的途径获知到达同一个目的网段的路由(路由的目的网络地址及网络掩码均相同)时，会选择路由优先级值最小的路由；如果这些路由学习自相同的路由协议，则优选度量值最优的。总之，最优的路由加入路由表。

  当路由器收到一个数据包时，会在自己的路由表中查询数据包的目的IP地址。如果能够找到匹配的路由表项，则依据表项所指示的出接口及下一跳来转发数据;如果没有匹配的表项，则丢弃该数据包。

  路由器的行为是逐跳的，数据包从源到目的地沿路径每个路由器都必须有关于目标网段的路由，否则就会造成丢包。

  数据通信往往是双向的，因此要关注流量的往返(往返路由)。

2 静态路由

2.1 静态路由应用

  静态路由由网络管理员手动配置，配置方便，对系统要求低，适用于拓扑结构简单并且稳定的小型网络。

  缺点是不能自动适应网络拓扑的变化，需要人工干预。

  RTA上转发目的地址属于20.1.1.0/24的报文，在只有直连路由的情况下没有路由匹配。此时可以通过手动配置静态路由，使RTA发送前往20.1.1.0/24网段的报文交给下一跳10.0.0.2转发。

2.2 静态路由配置

1.关联下一跳IP的方式

[Huawei] ip route-static ip-address { mask | mask-length } nexthop-address

2.关联出接口的方式

[Huawei] ip route-static ip-address { mask | mask-length } interface-type interface-number

3.关联出接口和下一跳IP方式

# 在创建静态路由时，可以同时指定出接口和下一跳。对于不同的出接口类型，也可以只指定出接口或只指定下一跳。
# 对于点到点接口(如串口)，只需指定出接口。
# 对于广播接口(如以太网接口)和VT(Virtual-template)接口,必须指定下一跳。
[Huawei] ip route-static ip-address { mask | mask-length } interface-type interface-number [nexthop-address]

2.3 静态路由配置示例

  RTA与RTC上配置静态路由，实现10.0.0.0/24与20.1.1.0/24的互通。

  报文是逐跳转发的，所以每一跳路由设备上都需要配置到达相应目的地址的路由。

  通信是双向的，针对通信过程中的往返流量，都需关注途径设备上的路由配置。

RTA配置如下：

[RTA] ip route-static 20.1.1.0 255.255.255.0 10.0.0.2

RTC配置如下：

[RTC] ip route-static 10.0.0.0 255.255.255.0 S1/0/0

3 缺省路由

  缺省路由是一种特殊的路由，当报文没有在路由表中找到匹配的具体路由表项时才使用的路由。如果报文的目的地址不能与路由表的任何目的地址相匹配，那么该报文将选取缺省路由进行转发。

  缺省路由在路由表中的形式为0.0.0.0/0，缺省路由也被叫做默认路由。

缺省路由的应用：

  缺省路由一般用于企业网络出口，配置一条缺省路由让出口设备能够转发前往Internet上任意地址的IP报文。

4 路由高级特性

4.1 等价路由

  路由表中存在等价路由之后，前往该目的网段的IP报文路由器会通过所有有效的接口、下一跳转发，这种转发行为被称为负载分担。

4.2 浮动路由

  静态路由支持配置时手动指定优先级，可以通过配置目的地址/掩码相同、优先级不同、下一跳不同的静态路由，实现转发路径的备份。

  浮动路由是主用路由的备份，保证链路故障时提供备份路由。主用路由下一跳可达时该备份路由不会出现在路由表。

浮动路由示例：

4.3 CIDR

  CIDR(classless inter-domain routing，无类别域间路由)采用Ip地址加掩码长度来标识网络和子网，而不是按照传统A、B、C等类型对网络地址进行划分。

  CIDR容许任意长度的掩码长度，将IP地址看成连续的地址空间，可以使用任意长度的前缀分配，多个连续的前缀可以聚合成一个网络，该特性可以有效减少路由表条目数量。

4.4 路由汇总需求

  子网划分、VLSM解决了地址空间浪费的问题，同时也带了新的问题：路由表中的路由条目数量增加。

  减少路由条目数量可以使用路由汇总。

4.5 路由汇总简介

  路由汇总将一组具有相同前缀的路由汇聚成一条路由，从而达到减小路由表规模以及优化设备资源利用率的目的。

  路由汇总采用了CIDR的思想：将相同前缀的地址聚合成一个。

  汇聚之前的这组路由称为精细路由或明细路由，汇聚之后的这条路由称为汇总路由或聚合路由。

4.6 汇总计算

  基于一系列连续的、有规律的IP网段，如果需计算相应的汇总路由，且确保得出的汇总路由刚好”囊括”上述IP网段，则需保证汇总路由的掩码长度尽可能长。

  诀窍在于：将明细路由的目的网络地址都换算成二进制，然后排列起来，找出所有目的网络地址中”相同的比特位”。