12 IP 路由基础

在一个典型的数据通信网络中，往往存在多个不同的IP网段，数据在不同的IP网段之间交互是需要借助三层设备的，这些设备具备路由能力，能够实现数据的跨网段转发。路由是数据通信网络中最基本的要素。路由信息是指导报文转发的路径信息，路由过程就是报文转发的过程。

路由概述

路由初识

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。三层设备根据路由转发报文到目的网段的三层设备，常见的三层设备有路由器，路由器都维护着一张路由表，路由表里存放的就是各种路由信息

路由中包含以下信息：

目的网络：标识目的网段
掩码：与目的共同标识一个网段
出接口：数据包被路由后离开本地路由器的接口
下一跳：路由器转发到目的网段的数据包所使用的下一跳地址

路由表

路由器通过各种方式发现路由，将发现的路由放入路由表中，路由表中存放着”最优“的路由条目，路由器依据路由表进行转发报文，路由表指导设备对IP报文的转发

路由信息的获取方式

直连路由

直连接口所在网段的路由，由设备自动生成。

当匹配中直连路由进行转发时，此时路由器会查看ARP表项，将报文直接转到目的地址，此时该路由器为路由转发的最后一跳路由器。使用直连路由进行路由转发时，转发的动作不是交给下一跳，而是查询ARP表项，根据ARP表项封装报文，将报文发送到目的IP。

静态路由

由网络管理员手动配置的路由条目

动态路由

路由器通过动态路由协议（如OSPF,IS-IS,BGP）学习到的路由

IP路由表格式

Destination/Mask：表示此路由的目的网络地址与网络掩码。将目的地址和子网掩码“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1.1.1.1，掩码为255.255.255.0的主机或路由器所在网段的地址为1.1.1.0。

Proto（Protocol）：该路由的协议类型，也即路由器是通过什么协议获知该路由的。

Pre（Preference）：表示此路由的路由协议优先级。针对同一目的地，可能存在不同下一跳、出接口等多条路由，这些不同的路由可能是由不同的路由协议发现的，也可以是手工配置的静态路由。优先级最高（数值最小）者将成为当前的最优路由。

Cost：路由开销。当到达同一目的地的多条路由具有相同的路由优先级时，路由开销最小的将成为当前的最优路由。

NextHop：表示对于本路由器而言，到达该路由指向的目的网络的下一跳地址。该字段指明了数据转发的下一个设备。

Interface：表示此路由的出接口。指明数据将从本路由器的哪个接口转发出去。

路由条目优选比较准则

一.路由优先级比较

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（这些路由的目的网络地址及网络掩码均相同）时，路由器会比较这些路由的优先级，优选优先级值最小的路由。路由来源的优先级值（Preference）越小代表加入路由表的优先级越高,拥有最高优先级的路由将被添加进路由表。每一种路由协议都有相应的优先级。

路由优先级比较示例

路由优先级常见默认值

二.度量值

当路由器通过某种路由协议发现了多条到达同一个目的网络的路由时（拥有相同的路由优先级），度量值将作为路由优选的依据之一。路由度量值表示到达这条路由所指目的地址的代价,一些常用的度量值有：跳数、带宽、时延、代价、负载、可靠性等。度量值数值越小越优先，度量值最小路由将会被添加到路由表中。度量值很多时候被称为开销（Cost）。

度量值比较示例

路由选择匹配规则

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。

最长匹配示例一：

路由表转发流程

来自10.0.1.0/24网段的IP报文想要去往40.0.1.0/24网段，首先到达网关，网关查找路由表项，确定转发的下一跳、出接口，之后报文转发给R2。报文到达R2之后，R2通过查找路由表项转发给R3，R3收到后查找路由表项，发现IP报文目的IP属于本地接口所在网段，直接本地转发。

IP路由小结

路由优选规则

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（这些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。

路由转发规则

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）。

静态路由

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。

静态路由配置指令

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。

关联下一跳IP的方式

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

关联出接口的方式

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

关联出接口和下一跳IP方式

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

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

动态路由概述

当网络规模越来越大时，使用手动配置静态路由的方式获取路由条目将变得越发复杂，同时在拓扑发生变化时不能及时、灵活响应。动态路由协议能够自动发现和生成路由，并在拓扑变化时及时更新路由，可以有效减少管理人员工作量，更适用于大规模网络。

路由高级特性

路由递归

路由必须有直连的下一跳才能够指导转发，但是路由生成时下一跳可能不是直连的，因此需要计算出一个直连的下一跳和对应的出接口，这个过程就叫做路由递归。路由递归也被称为路由迭代。

举例：

去往30.1.2.0/24的路由，下一跳为20.1.1.3，非本地直连网络，如果路由表中没有去往20.1.1.3的路由，该静态路由将不会生效，无法作为有效路由条目，并不会出现在路由表。添加一条去往20.1.1.3的路由，下一跳为直连网络内的IP地址10.0.0.2。去往30.1.2.0/24的路由通过递归查询得到一个直连的下一跳，该路由因此生效。

等价路由

来源相同、开销相同的路由都会被加入路由表，形成的路由为等价路由（两个路由条目指向的目的网段相同，但是具有不同的下一跳地址），路由转发会将流量分布到多条路径上。

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。

CIDR（classless inter-domain routing，无类别域间路由)

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。

路由汇总

子网划分、VLSM解决了地址空间浪费的问题，但同时也带了新的问题：路由表中的路由条目数量增加。
为减少路由条目数量可以使用路由汇总。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。我们把汇聚之前的这组路由称为精细路由或明细路由，把汇聚之后的这条路由称为汇总路由或聚合路由。