HCNA Routing&Switching之路由基础

2023-11-16 17:46:22

　　在开始聊路由之前，我们首先要明白在网络通讯里，什么是路由？什么是路由表、路由器以及网关的相关术语；路由简单讲就是指网络数据包从源头到目标的路径，主要用来为不同网络间通讯提供数据包转发依据；路由表就是多条路由信息的集合，主要作用就是用来存储路由信息，以及为路由器提供路由的依据；路由器就是指具有路由功能和维护路由表的网络设备；所谓网关是指路由器上的接口ip地址（一台路由器一个接口对应一个广播域，所以路由器天生就是用来隔离广播域的）；

　　路由器的工作原理

　　当路由器（或其他三层设备）收到一个ip数据包时，首先会查看该包的ip头部中的目标ip地址，并在路由表中进行查找和匹配，在匹配到最优路由后，将数据包扔给对应路由所指的出接口或下一跳，从而完成数据包的转发；当收到的ip数据包在路由表中没有匹配的路由时，路由器会自动丢弃对应的ip数据包；简单讲就是路由器收到报文，然后查找路由表，如果有对应匹配的路由，就把对应报文从对应路由所指定的出接口或下一条所在同网段ip地址所在接口发出去；如果没有匹配的路由信息则自动丢弃该数据报文；从上述描述我们不难理解，一个数据报文要想从路由器通过，必须满足对应路由器上要有匹配的路由；有了匹配的路由，对应路由器就知道把对应数据报文从那个接口转发出去；

　　ip路由过程

HCNA Routing&Switching之路由基础

　　提示：当一个报文从10.3.1.0发出，首先会被RA收到，RA收到报文后，一看该报文是到10.4.1.0网络，然后就查看自己的路由表，看看有没有到达10.4.1.0路由；如果有就从对应路由所指定的出接口转发出去；如果没有就丢弃；同样的原理，当数据包从RA的E0口发送出去以后，对应与RA的E0口直连的RB的E0口就会收到对应的数据报文；当RB收到RA转发出来的报文以后，也会先看对应报文的目标网络，然后和自己的路由表中的路由进行匹配；匹配到就从对应的接口发出去；依次类推，最终数据包会到达RC，RC收到报文以后，查看路由表发现对应报文的目标网络是和自己E1口直连，然后RC会把对应报文从E1口发送出去；到此路由器的工作就完成了；后续就是通过目标ip地址，arp广播拿到对应目标ip地址mac，然后进行二层以太网封装，最终将数据报文送达到对应主机或设备的网卡上，由对应目标ip地址所在设备进行处理；

　　查看路由表

<Huawei>display ip routing-table 
Route Flags: R - relay, D - download to fib
------------------------------------------------------------------------------
Routing Tables: Public
         Destinations : 4        Routes : 4        

Destination/Mask    Proto   Pre  Cost      Flags NextHop         Interface

      127.0.0.0/8   Direct  0    0           D   127.0.0.1       InLoopBack0
      127.0.0.1/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       InLoopBack0
127.255.255.255/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       InLoopBack0
255.255.255.255/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       InLoopBack0

<Huawei>

　　提示：Destination/Mask字段用来描述目标网络和掩码；Proto用来描述路由的来源，常见的路由来源有Direct（直连），static（静态），ospf（动态路由学习中的一种），RIP等等；pre用来描述对应路由的优先级，如果有多条不同的路由到达相同目标网络，优先级越低对应路由就越优先匹配；cost是用来描述对应路由的开销，多条相同路由来源到达相同目标网络，开销越低，对应路由就越优先匹配；NextHop用来描述下一跳地址，所谓下一跳就是指ip报文所经由的下一个路由器的接口地址；interface用来描述出接口（ip报文从哪个接口转发出去）；

　　路由器转发原则

　　1、被转发到路由必须存在（如果不存在该路由条目，路由器收到此类报文会直接丢弃不做任何处理）；

　　2、根据最长匹配原则进行匹配，也就是掩码越长越优先转发；

HCNA Routing&Switching之路由基础

HCNA Routing&Switching之路由基础

　　提示：如图所示，R1上有两条静态路由，分别都能到达3.3.3.3，其中一条是出接口为g0/0/0掩码为24，一条是g0/0/1掩码为32，现在我们看看数据报文到底会走哪一边呢？

　　验证：用tracert 3.3.3.3来查看对应数据包会走的那一条路？

[R1]tracert 3.3.3.3     
 traceroute to  3.3.3.3(3.3.3.3), max hops: 30 ,packet length: 40,press CTRL_C to break 
 1 4.4.4.4 30 ms  10 ms  10 ms 
 2 5.5.5.3 20 ms  30 ms  30 ms 
[R1]

　　提示：可以看到当目标地址相同时，相同协议，优先级，开销的情况下掩码越长越优先匹配上；

　　3、当掩码长度一样，会比较优先级，优先级数字越小越优先转发；

　　示例：还是上述实验top，修改下静态路由，把g0/0/1上的优先级改调大一点，看看对应数据包是否还会选择下面的路呢？

HCNA Routing&Switching之路由基础

HCNA Routing&Switching之路由基础

　　提示：当我们把原来的32位掩码路由删除以后，重新添加24为掩码的优先级为80的路由以后，对应路由表中反而就只有一条优先级为60的路路由；说明相同目标网络，相同掩码以及相同协议和开销的情况下，优先级越低的路由优先匹配（因为路由表中只存在最优路由）；此时我们在R1*问3.3.3.3时，数据报文会从g0/0/0发出，因为路由表中就只有一条路由；

　　验证：用R1 tracert 3.3.3.3，看看数据包是否走R2到达R3？

[R1]tracert 3.3.3.3
 traceroute to  3.3.3.3(3.3.3.3), max hops: 30 ,packet length: 40,press CTRL_C to break 
 1 1.1.1.2 20 ms  20 ms  10 ms 
 2 2.2.2.3 30 ms  30 ms  30 ms 
[R1]

　　提示：可以看到数据包走g0/0/0到达1.1.1.2，然后在到达R3的2.2.2.2；

　　常用路由协议默认优先级

HCNA Routing&Switching之路由基础

　　4、当掩码和优先级一样，会比较开销（cost值），开销越小越优先转发；

　　示例：还是上述的top，全网运行ospf，然后修改g0/0/0上的开销为50，看看对应的路由表中会存放那条路由？

[R1]dis ip routing-table 
Route Flags: R - relay, D - download to fib
------------------------------------------------------------------------------
Routing Tables: Public
         Destinations : 13       Routes : 14       

Destination/Mask    Proto   Pre  Cost      Flags NextHop         Interface

        1.1.1.0/24  Direct  0    0           D   1.1.1.1         GigabitEthernet0/0/0
        1.1.1.1/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       GigabitEthernet0/0/0
      1.1.1.255/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       GigabitEthernet0/0/0
        2.2.2.0/24  OSPF    10   2           D   1.1.1.2         GigabitEthernet0/0/0
        3.3.3.3/32  OSPF    10   2           D   4.4.4.4         GigabitEthernet0/0/1
                    OSPF    10   2           D   1.1.1.2         GigabitEthernet0/0/0
        4.4.4.0/24  Direct  0    0           D   4.4.4.1         GigabitEthernet0/0/1
        4.4.4.1/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       GigabitEthernet0/0/1
      4.4.4.255/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       GigabitEthernet0/0/1
        5.5.5.0/24  OSPF    10   2           D   4.4.4.4         GigabitEthernet0/0/1
      127.0.0.0/8   Direct  0    0           D   127.0.0.1       InLoopBack0
      127.0.0.1/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       InLoopBack0
127.255.255.255/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       InLoopBack0
255.255.255.255/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       InLoopBack0

[R1]int g0/0/0
[R1-GigabitEthernet0/0/0]ospf cost 50
[R1-GigabitEthernet0/0/0]q
[R1]dis ip routing-table
Route Flags: R - relay, D - download to fib
------------------------------------------------------------------------------
Routing Tables: Public
         Destinations : 13       Routes : 13       

Destination/Mask    Proto   Pre  Cost      Flags NextHop         Interface

        1.1.1.0/24  Direct  0    0           D   1.1.1.1         GigabitEthernet0/0/0
        1.1.1.1/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       GigabitEthernet0/0/0
      1.1.1.255/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       GigabitEthernet0/0/0
        2.2.2.0/24  OSPF    10   3           D   4.4.4.4         GigabitEthernet0/0/1
        3.3.3.3/32  OSPF    10   2           D   4.4.4.4         GigabitEthernet0/0/1
        4.4.4.0/24  Direct  0    0           D   4.4.4.1         GigabitEthernet0/0/1
        4.4.4.1/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       GigabitEthernet0/0/1
      4.4.4.255/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       GigabitEthernet0/0/1
        5.5.5.0/24  OSPF    10   2           D   4.4.4.4         GigabitEthernet0/0/1
      127.0.0.0/8   Direct  0    0           D   127.0.0.1       InLoopBack0
      127.0.0.1/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       InLoopBack0
127.255.255.255/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       InLoopBack0
255.255.255.255/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       InLoopBack0

[R1]

　　提示：可以看到在没有改g0/0/0接口开销时，在路由表中存在两条到达3.3.3.3的路由，而更改了g0/0/0接口开销以后，对应路由表中只有一条开销为2的路由；说明当去往同一目标ip地址时，掩码优先级一样时，开销越低越优先被匹配；

　　5、当掩码、优先级、开销都一样，则负载分担;

　　示例：还是上述top，我们把g0/0/0接口上的开销删除，看看对应路由会有什么变化？

[R1]dis ip routing-table 
Route Flags: R - relay, D - download to fib
------------------------------------------------------------------------------
Routing Tables: Public
         Destinations : 13       Routes : 13       

Destination/Mask    Proto   Pre  Cost      Flags NextHop         Interface

        1.1.1.0/24  Direct  0    0           D   1.1.1.1         GigabitEthernet0/0/0
        1.1.1.1/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       GigabitEthernet0/0/0
      1.1.1.255/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       GigabitEthernet0/0/0
        2.2.2.0/24  OSPF    10   3           D   4.4.4.4         GigabitEthernet0/0/1
        3.3.3.3/32  OSPF    10   2           D   4.4.4.4         GigabitEthernet0/0/1
        4.4.4.0/24  Direct  0    0           D   4.4.4.1         GigabitEthernet0/0/1
        4.4.4.1/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       GigabitEthernet0/0/1
      4.4.4.255/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       GigabitEthernet0/0/1
        5.5.5.0/24  OSPF    10   2           D   4.4.4.4         GigabitEthernet0/0/1
      127.0.0.0/8   Direct  0    0           D   127.0.0.1       InLoopBack0
      127.0.0.1/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       InLoopBack0
127.255.255.255/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       InLoopBack0
255.255.255.255/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       InLoopBack0

[R1]int g0/0/0
[R1-GigabitEthernet0/0/0]d th
[V200R003C00]
#
interface GigabitEthernet0/0/0
 ip address 1.1.1.1 255.255.255.0 
 ospf cost 50
#
return
[R1-GigabitEthernet0/0/0]undo ospf cos
[R1-GigabitEthernet0/0/0]undo ospf cost 
[R1-GigabitEthernet0/0/0]d th
[V200R003C00]
#
interface GigabitEthernet0/0/0
 ip address 1.1.1.1 255.255.255.0 
#
return
[R1-GigabitEthernet0/0/0]q
[R1]dis ip routing-table 
Route Flags: R - relay, D - download to fib
------------------------------------------------------------------------------
Routing Tables: Public
         Destinations : 13       Routes : 14       

Destination/Mask    Proto   Pre  Cost      Flags NextHop         Interface

        1.1.1.0/24  Direct  0    0           D   1.1.1.1         GigabitEthernet0/0/0
        1.1.1.1/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       GigabitEthernet0/0/0
      1.1.1.255/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       GigabitEthernet0/0/0
        2.2.2.0/24  OSPF    10   2           D   1.1.1.2         GigabitEthernet0/0/0
        3.3.3.3/32  OSPF    10   2           D   4.4.4.4         GigabitEthernet0/0/1
                    OSPF    10   2           D   1.1.1.2         GigabitEthernet0/0/0
        4.4.4.0/24  Direct  0    0           D   4.4.4.1         GigabitEthernet0/0/1
        4.4.4.1/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       GigabitEthernet0/0/1
      4.4.4.255/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       GigabitEthernet0/0/1
        5.5.5.0/24  OSPF    10   2           D   4.4.4.4         GigabitEthernet0/0/1
      127.0.0.0/8   Direct  0    0           D   127.0.0.1       InLoopBack0
      127.0.0.1/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       InLoopBack0
127.255.255.255/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       InLoopBack0
255.255.255.255/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       InLoopBack0

[R1]

　　提示：删除g0/0/0上的接口开销以后，对应路由表中就有两条去往3.3.3.3的路由，他们掩码优先级开销都一样，此时当r1收到一个去往3.3.3.3的报文后，有可能数据包走g0/0/0，也有可能走g0/0/1；

　　等价路由（ECMP, Equal Cost Multi-Path）

　　类似上一个示例，同一个路由来源，当达到同一个目标网络有几条相同度量值的路由时，这些路由都会被加入到路由表中， 数据包会在这几个链路上进行负载分担。所谓负载分担不是负载均衡，负载分担是指多条链路上都会有流量，不一定是平均分配的；而负载均衡是指多条链路上的流量是平均负载的；

　　路由表的形成以及路由的来源

　　路由表的形成就是一条条路由信息的集合，路由的来源主要由三个，第一个是直连路由，所谓直连路由是路由a连接路由B，中间没有任何设备，这个就叫做直连；直连路由的形成必须满足两个条件，首先对应直接接口都正确配置了地址，其次对应接口都接线了，并且接口物理状态是up状态，这两个条件必须同时满足，直连路就会生成；一般在模拟器上我们连好线，配置上地址，对应直连路由就会自动生成； 路由信息除了来自直连路由，还来自静态路由和动态路由；静态路由就是管理员人工手动添加到路由；动态路由是指路由器之间通过动态路由协议学习到的路由；常用的动态路由协议有rip，ospf，bgp，isis；

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