IP路由原理——技术详解

一. 路由工作原理:

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路由转发数据过程其实很简单，简单的总结就是：

路由接收数据包→查看目的地址→与路由表进行匹配找到转发端口→转发到该端口

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具体路由器工作过程：

1）、PC1要给PC2发送数据，因为地址不在同一个网段，PC1会将数据包发送给本网段的网关路由R1的G0/1接口，

2）、R1路由器接收到数据包，查看数据包IP头部中目的地址是2.100，再查询自己路由表，发现到达192.168.2.0/24网段需要从G0/0接口出去，于是R1路由器将数据包发送到G0/0接口，并由此接口将数据发出去到达R2路由器。

3）、R2路由器收到一个来自R1的数据包，同样查看IP首部包中的目的地址是2.100，再查询自己路由表。发现192.168.2.0/24网段在G0/1接口下，R2路由器将数据包再转发到G0/1接口，并由此接口发送到PC2设备上，到此路由工作过程结束。

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1、路由表

再来看一下概念的东西，通过工作过程基本上可以了解什么是路由表及其作用，总结如下：1）路由器中维护的路由条目的集合2）路由器根据路由表做路径选择：

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2、路由表分类

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1）直连(Direct)：本地接口、回环地址

2）静态(static)：需要手动指定

3）动态(dynamic)：距离矢量：rip

距离矢量(增强型)：BGP

链路状态：ospf、isis等

4）默认路由：0.0.0.0 0.0.0.0是一种特殊的静态路由，如果报文的目的地址无法匹配路由表中的任何一项，路由器将选择依照缺省路由来转发报文。

注：如果没有默认路由，那么目的地址在路由表中没有匹配表项的包将被丢弃。

3、路由表形成

路由形成主要分为几个部分，按大类主要就两类：1）直连网段：配置IP地址，并且状态UP形成直连路由。就像上图中R1直连网段就是G0/1和G0/0端口下的IP地址对应的地址段。2）非直连网段：非直连的网段就需要通过路由协议学习后，将学习到的网段写入路由表，就像上图中红色标出来的部分，路由协议会在后面讲解。

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4、路由及转发匹配原则

1）学习路由表：ip地址相同情况下，比协议优先级，优先级相同比cost(度量值)。

2）转发数据：数据转发时多条协议到相同目的地时，则匹配最长子网掩码，长的优先选择发送。

注：学习路由表=不同协议到相同目的地址只学习一条，比优先级和cost；

转发数据=多条协议发送相同目的地时，比子网长度；

转发数据路由没有条目则丢弃；

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5、路由协议优先级值

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6、路由注意事项

1）、网线连接：属于广播类型，必须配置下一跳地址,串口模式（点到点）可以不指定；

2）、路由发送数据包流程：确认目的地址--查缓存表--转发数据；

3）、静态路由一般情况下，收发数据双方需要都配置路由才可以正常通信；

7、路由转发数据封装过程

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1）PC1在网络层将来自上层的报文封装成IP数据包，其首部Header字段包含了源目IP地址。源地址即本机PC1的地址192.168.1.1，目的地址为PC2的地址192.168.2.1。PC1会用本机配置的子网掩码与目的地址进行与运算，得出目的地址与本机地址不属于同一网段，因此发往PC2的数据包需要经过RTA路由器进行转发。

2）PC1通过ARP请求获得默认网关RTA路由器的G0/1接口MAC地址00:11:98:70:22:22，在数据链路层PC1将IP数据包封装成以太网数据帧，在以太网数据帧首部的源MAC地址为00:11:98:70:11:11，目的MAC地址为网关G0/1口的MAC地址00:11:98:70:22:22。

3）RTA路由器从G0/1接口收到来自PC1的数据帧，去掉链路层的封装。RTA路由器认为这个IP数据包是要通过自己进行路由转发，所以RTA路由器会查询自己的路由表，寻找与目标IP地址192.168.2.1相匹配的路由表项，再根据路由表的下一跳地址将数据包转发到G0/0接口。

4）在G0/0接口RTA路由器重新封装以太网帧，此时源MAC地址为RTA路由器的G0/0口的MAC地址00:11:98:70:33:33，目的MAC地址为与之相连的RTB路由器的G0/0接口MAC地址00:11:98:70:44:44。

5）路由器B从G0/0接口收到来自RTA路由器的数据帧，同样去掉数据链路层封装。并查看目的IP地址与路由表进行匹配，再根据路由表的下一跳信息将数据包转发到G0/1接口。最后RTB路由器发现目的网段与自己G0/1接口直接相连，通过ARP广播，RTB路由器获取到PC2主机的MAC地址00:11:98:70:66:66，此时RTB路由器再将IP数据包封装成以太网帧，源MAC地址为RTB路由器G0/0接口的MAC地址00:11:98:70:55:55，目的MAC为：00:11:98:70:66:66，最终数据封装完成后，RTB将数据帧从G0/1接口发送给PC2主机。

总结：数据发送的原目IP地址不变，而源目MAC地址会随着设备端口不断转发变更而变化。

8、路由与交换机制区别

我们知道交换机是工作在OSI模型的第二层，即数据链路层，路由器工作在OSI模型的第三层，网络层，那么这两者具有区别和作用我们来总结一下：

1）交换机：交换机工作在OSI模型第二层数据链路层，数据链路层只能识别物理地址也就是MAC地址信息，当交换机的某个接口收到一个数据帧时，交换机首先会读取数据帧中相应的目标地址的MAC地址，然后再自己的MAC地址表中查找是否有目标MAC地址的端口信息。如果有，则把数据帧转发到相应的端口。如果没有，则向除源端口外的所有端口转发数据帧。这就是交换机的数据交换过程。

总结：交换机根据自己的MAC地址表在交换机的不同端口之间进行数据交换，即交换机的一个端口交换到另一个端口。

2）路由器：在网络层可以识别逻辑地址。当路由器的某个接口收到一个数据包时，路由器首先会读取包中相应目标的逻辑地址网络部分，然后再路由表中查找。如果在路由表中找到了目标地址的路由条目，则把数据包转发到路由器的相应接口，如果在路由表中没有找到目标地址的路由条目，且路由器配置了默认路由，就根据默认路由的配置转发到路由器的相应接口，如果在路由表中没有找到目标地址的路由条目，且路由器中没有配置默认路由，则将该数据包丢弃，并返回不可达信息。这就是数据路由的过程。

总结：路由器是根据自己的路由表进行转发，期间经过了路由选择和路由器转发的过程，从路由器的一个接口路由到另一个接口。

资源不存在

二. 查询命令:

1、路由表查询指令

[Huawei] display ip routing-table #查看路由表信息

[Huawei] display ip routing-table protocol static #查看路由表，protocol字段可以筛选指定协议，static代表静态协议。

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2、查询转发地址表

[Huawei] display fib #查看转发地址表，一般用于递归查询

三. 静态路由与动态路由:

路由器不仅支持静态路由，同时也支持RIP（Routing Information Protocol）、OSPF（Open Shortest Path First）、IS-IS（Intermedia System-Intermedia System）和BGP（Border Gateway Protocol）等动态路由协议。

静态路由与动态路由的区别

路由协议是路由器之间维护路由表的规则，用于发现路由，生成路由表，并指导报文转发。依据来源的不同，路由可以分为三类：

通过链路层协议发现的路由称为直连路由。

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通过网络管理员手动配置的路由称为静态路由。

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通过动态路由协议发现的路由称为动态路由。

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静态路由配置方便，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。

动态路由协议有自己的路由算法，能够自动适应网络拓扑的变化，适用于具有一定数量三层设备的网络。缺点是配置对用户要求比较高，对系统的要求高于静态路由，并将占用一定的网络资源和系统资源。

动态路由的分类

对动态路由协议的分类可以采用以下不同标准：

根据作用范围不同，路由协议可分为：

内部网关协议IGP（Interior Gateway Protocol）：在一个自治系统内部运行。常见的IGP协议包括RIP、OSPF和IS-IS。

外部网关协议EGP（Exterior Gateway Protocol）：运行于不同自治系统之间。BGP是目前最常用的EGP协议。

根据使用算法不同，路由协议可分为：

距离矢量协议（Distance-Vector Protocol）：包括RIP和BGP。其中，BGP也被称为路径矢量协议（Path-Vector Protocol）。

链路状态协议（Link-State Protocol）：包括OSPF和IS-IS。

以上两种算法的主要区别在于发现路由和计算路由的方法不同。

四. 路由表和FIB表：

路由器转发数据包的关键是路由表和FIB表，每个路由器都至少保存着一张路由表和一张FIB（Forwarding Information Base）表。路由器通过路由表选择路由，通过FIB表指导报文进行转发。

路由表：每台路由器中都保存着一张本地核心路由表（即设备的IP路由表），同时各个路由协议也维护着自己的路由表。

本地核心路由表：路由器使用本地核心路由表用来保存决策优选路由，并负责把优选路由下发到FIB表，通过FIB表指导报文进行转发。这张路由表依据各种路由协议的优先级和度量值来选取路由。

对于支持L3VPN（Layer 3 Virtual Private Network）的路由器，每一个VPN-Instance拥有一个自己的管理路由表（本地核心路由表）。

协议路由表：协议路由表中存放着该协议发现的路由信息。路由协议可以引入并发布其他协议生成的路由。例如，在路由器上运行OSPF协议，需要使用OSPF协议通告直连路由、静态路由或者IS-IS路由时，要将这些路由引入到OSPF协议的路由表中。