路由及路由表

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7.1  路由及路由表
7.1.1  什么是路由

路由器提供了将异构网互联的机制，实现将一个数据包从一个网络发送到另一个网络。路由就是指导IP 数据包发送的路径信息。
在互连网中进行路由选择要使用路由器，路由器只是根据所收到的数据报头的目的地址选择一个合适的路径（通过某一个网络），将数据包传送到下一个路由器，路径上最后的路由器负责将数据包送交目的主机。数据包在网络上的传输就好像是体育运动中的接力赛一样，每一个路由器只负责自己本站数据包通过最优的路径转发，通过多个路由器一站一站的接力将数据包通过最优最佳路径转发到目的地，当然有时候由于实施一些路由策略数据包通过的路径并不一定是最佳路由。
根据路由的目的地不同，可以划分为：
        子网路由：目的地为子网
        主机路由：目的地为主机
另外，根据目的地与该路由器是否直接相连，又可分为：
        直接路由：目的地所在网络与路由器直接相连
        间接路由：目的地所在网络与路由器不是直接相连


7.1.2  通过路由表进行选路

路由器转发数据包的关键是路由表。每个路由器中都保存着一张路由表，表中每条路由项都指明数据包到某子网或某主机应通过路由器的哪个物理端口发送，然后就可到达该路径的下一个路由器，或者不再经过别的路由器而传送到直接相连的网络中的目的主机。
路由表中包含了下列关键项：
        目的地址（Destination）：用来标识IP包的目的地址或目的网络。
        网络掩码（Mask）：与目的地址一起来标识目的主机或路由器所在的网段的地址。将目的地址和网络掩码“逻辑与”后可得到目的主机或路由器所在网段的地址。例如：目的地址为8.0.0.0，掩码为255.0.0.0的主机或路由器所在网段的地址为8.0.0.0。掩码由若干个连续“1”构成，既可以用点分十进制表示，也可以用掩码中连续“1”的个数来表示。
        输出接口（Interface）：说明IP包将从该路由器哪个接口转发。
        下一跳IP地址（Nexthop）：说明IP包所经由的下一个路由器的接口地址。

7.1.3  路由表中路由的来源

在路由表中有一个Protocol字段：指明了路由的来源，即路由是如何生成的。路由的来源主要有3 种：
        链路层协议发现的路由（Direct）
开销小，配置简单，无需人工维护，只能发现本接口所属网段拓扑的路由。
        手工配置的静态路由（Static）   
静态路由是一种特殊的路由，它由管理员手工配置而成。通过静态路由的配置可建立一个互通的网络，但这种配置问题在于：当一个网络故障发生后，静态路由不会自动修正，必须有管理员的介入。静态路由无开销，配置简单，适合简单拓扑结构的网络。
        动态路由协议发现的路由（RIP、OSPF     ……）  
当网络拓扑结构十分复杂时，手工配置静态路由工作量大而且容易出现错误，这时就可用动态路由协议，让其自动发现和修改路由，无需人工维护，但动态路由协议开销大，配置复杂。


7.1.4  路由优先级

到相同的目的地，不同的路由协议（包括静态路由）可能会发现不同的路由，但并非这些路由都是最优的。事实上，在某一时刻，到某一目的地的当前路由仅能由唯一的路由协议来决定。这样，各路由协议（包括静态路由）都被赋予了一个优先级，这样，当存在多个路由信息源时，具有较高优先级（数值越小表明优先级越高）的路由协议发现的路由将成为最优路由，并被加入路由表中。
不同厂家的路由器对于各种路由协议优先级的规定各不相同。华为 Quidway 路由器的缺省优先级如下表所示。其中：0表示直接连接的路由，255 表示任何来自不可信源端的路由。
路由协议或路由种类        相应路由的优先级
DIRECT        0
OSPF        10
STATIC        60
RIP        100
IBGP        130
OSPF ASE        150
EBGP        170
UNKNOWN        255
除了直接路由（DIRECT）外，各动态路由协议的优先级都可根据用户需求，手工进行配置。另外，每条静态路由的优先级都可以不相同。

7.1.5  路由的花费

路由的花费（metric）标识出了到达这条路由所指的目的地址的代价，通常路由的花费值会受到线路延迟、带宽、线路占有率、线路可信度、跳数、最大传输单元等因素的影响，不同的动态路由协议会选择其中的一种或几种因素来计算花费值（如RIP用跳数来计算花费值）。该花费值只在同一种路由协议内有比较意义，不同的路由协议之间的路由花费值没有可比性，也不存在换算关系。静态路由的花费值为0。


7.2  静态路由及配置
7.2.1  静态路由配置

在组网结构比较简单的网络中，只需配置静态路由就可以使路由器正常工作，仔细设置和使用静态路由可以改进网络的性能，并可为重要的应用保证带宽。
还有一种静态路由类型为称为接口静态路由，它用于表示那些直接连接到路由器接口上的目的网络。接口静态路由优先级是0，这意味着它是直接连接网络的路由。
静态路由还有如下的属性：
        可达路由：正常的路由都属于这种情况，即IP报文按照目的地标示的路由被送往下一跳，这是静态路由的一般用法。
        目的地不可达的路由：当到某一目的地的静态路由具有“reject”属性时，任何去往该目的地的IP报文都将被丢弃，并且通过ICMP 消息通知源主机目的地不可达。
        目的地为黑洞的路由：当到某一目的地的静态路由具有“blackhole”属性时，任何去往该目的地的IP报文都将被丢弃。同“reject”的区别是不向源主机发送任何消息。
其中各参数的解释如下：
（1）<ip_address>[<mask>|<masklen>]：目的IP地址和掩码
IP地址为点分十进制格式，掩码可以用点分十进制表示，也可用掩码长度（即掩码中‘1’的位数）表示。
（2）<interface_name>|<gateway_address>：发送接口或下一跳地址
在配置静态路由时，可指定发送接口interface-name，也可指定下一跳地址gateway-address，是指定发送接口还是指定下一跳地址要视具体情况而定。
实际上，所有的路由项都必需明确下一跳地址。IP在发送报文时，首先根据报文的目的地址寻找路由表中与之匹配的路由。只有路由指定了下一跳地址，链路层才能通过下一跳IP地址找到对应的链路层地址，然后按照该地址将报文转发。
在以下几种情况下可以指定发送接口：
        对于支持网络地址到链路层地址解析的接口（如以太网口支持ARP），当ip-address和mask（或mask-length）指定了一个主机地址，而且该目的地址就在该接口的直接连接网络中，这时可以指定发送接口。
        对于点到点接口，指定发送接口即隐含指定了下一跳地址，这时认为与该接口相连的对端接口地址就是路由的下一跳地址。如串口封装PPP协议，通过PPP协商获取对端的IP地址，这时可以不用指定下一跳地址，只需指定发送接口即可。
        对于NBMA接口（如封装X.25或帧中继的接口、拨号口等），支持点到多点，这时除了配置IP路由外，还需在链路层建立二次路由，即IP地址到链路层地址的映射（如dialer map ip、x.25 map ip或frame-relay map ip等）。这种情况下配置静态路由就不能指定发送接口，而应配置下一跳IP地址。
（3）<preference_value>：优先级
对优先级preference的不同配置，可以灵活应用路由管理策略。如在配置到达网络目的地的多条路由时，若指定相同优先级，可实现负载分担；若指定不同优先级，则可实现路由备份。在同一命令中优先级可以多次输入，但只有最后一个有效。
（4）其它参数
属性reject 和 blackhole 分别指明不可达路由和黑洞路由。


7.2.2  静态路由配置示例

在路由器QuidwayA上配置一条到目的网段129.1.0.0/16的静态路由，下一跳地址为路由器QuidwayB的S0接口的IP地址10.0.0.2。如果链路的封装是PPP或HDLC，也可以指定本路由器的转发接口。
静态路由配置命令：
[QuidwayA]ip route 129.1.0.0 16 s 0                或
[QuidwayA]ip route 129.1.0.0 16 10.0.0.2        或
[QuidwayA]ip route 129.1.0.0 255.255.0.0 10.0.0.2 。


7.2.3  缺省路由的配置

缺省路由也是一种静态路由。简单地说，缺省路由就是在没有找到匹配的路由表入口项时才使用的路由。即只有当没有合适的路由时，缺省路由才被使用。在路由表中，缺省路由以到网络0.0.0.0（掩码为0.0.0.0）的路由形式出现。可通过命令display ip route 的输出看它是否被设置。如果报文的目的地址不能与路由表的任何入口项相匹配，那么该报文将选取缺省路由。如果没有缺省路由且报文的目的地址不在路由表中，那么该报文被丢弃的同时，将返回源端一个ICMP报文指出该目的地址或网络不可达。
缺省路由在网络中是非常有用的。在一个包含上百个路由器的典型网络中，选择动态路由协议可能耗费较大量的带宽资源，使用缺省路由意味着采用适当带宽的链路来替代高带宽的链路以满足大量用户通信的需求。
Internet上大约99.99%的路由器上都存在一条缺省路由！
缺省路由并不一定都是手工配置的静态路由，有时也可以由动态路由协议产生。比如OSPF路由协议配置了Stub区域的路由器会动态产生一条缺省路由。


7.2.4  路由自环

“路由自环”是指某个报文从一台路由器发出，经过几次转发之后又回到初始的路由器。原因是其中部分路由器的路由表出现错误。产生的原因可能是配置静态路由有误，或者是动态路由协议错误地计算路由（虽然这种情况发生的几率很小）。当产生路由自环时，报文会在几个路由器之间循环转发，直至TTL=0 时才被丢弃，极大地浪费了网络资源，因此应该尽量避免“路由自环”的产生。