路由基础

之前已经了解了IP地址的格式与类型，今天来学习下路由基础。网络中不可能只经过一个路由器就到达目的地，中间需要经过许许多多的设备，而路由器是进行路由转发的主要设备，那我们出口设备怎样知道下一个从哪个出口转发到下一个设备呢？
![背景](/media/202312/2023-12-22_111753_7189280.5060404965589924.png)

## 一、路由基础
路由是一种通过查找目标地址并通过适当的路径转发数据包的过程。在网络中，路由器是数据包转发和连接的核心设备。它工作在网络层，可以决定数据包从来源端到目的端所经过的路由路径，并将路由器输入端的数据包移送至适当的路由器输出端。这个过程称为路由和转发。

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。一般情况下，三层设备收到数据包查看自身路由表，根据路由表结果决定：

- 1、有明确路由且知道下一跳，按照该条目转发

- 2、无目标网段路由，直接丢弃

路由表：

![路由表](/media/202312/2023-12-22_111814_8522890.43779721015090367.png)

- Route flags: R-relay转发，D-下发到fib转发表
- routing tables:路由表，默认public 公共路由表
- destinations,目的网段
- routes:路由条目数量
- desination/mask:目的网段/掩码
- proto:协议，直连/静态/OSPF等
- pre:优先级，越小优先级越高
- cost:路由代价，开销
- flags:指示转发还是下载到路由表
- nexthop:下一跳
- interface:下一跳接口，出接口

![字段说明](/media/202312/2023-12-22_111954_6211230.9543527303958762.png)

简单说就是从一个接口收到数据包通过查看自己的地图从另外一个接口转发出去，如果地图没有信息则丢弃。

## 二、路由生成方式
要转发数据包需要先有路由，产生路由有几种方式：
- 1、直连接口生成
- 2、静态写入
- 3、动态学习

## 三、路由优先级
既然产生路由的方式有多种，那如果不同方式学习到相同目的地的路由走哪条路径呢，就需要根据路由优先级进行选路了，路由优先级越低越优先。

![不同路由优先级](/media/202312/2023-12-22_112016_8237720.22538362755746388.png)

![路由表项添加](/media/202312/2023-12-22_112259_2728020.484659768378807.png)

![路由协议比较](/media/202312/2023-12-22_112320_5641800.26650385686398903.png)

上面路由优先级比较的是不同类型产生的路由选路，如果是相同的方式产生的路由则需要根据其他度量值进行选择，比如都是静态路由，或者都是OSPF动态生成的路由等：
![度量值](/media/202312/2023-12-22_112436_7732910.35204918008524877.png)

## 四、最长匹配原则
路由最长匹配原则是指在路由器中，当有多个路由表项匹配到同一个目的地址时，选择最长匹配的路由表项进行转发。我们之前学习了IP地址和掩码，知道了192.168.1.0/24和192.168.1.0/25是不一样的，在路由匹配中也是，优先匹配掩码大的，或者说最具体的。

![最长匹配原则](/media/202312/2023-12-22_112457_6035080.8743051631646532.png)

![示例1](/media/202312/2023-12-22_112520_2281490.7688558093911418.png)

![路由转发过程](/media/202312/2023-12-22_112542_9186930.4917815923109512.png)

路由转发过程：

1. 终端先将报文发送到网关设备，
2. 路由器检查路由表，有路由条目泽转发，没有则丢弃，
3. 根据最长匹配原则选择最优路由进行出接口转发，
4. 下一跳同样匹配，找到最终目的网段。

下面详细学习下不同的路由产生方式。

## 五、不同的路由类型
![不同的路由类型](/media/202312/2023-12-22_112611_0228410.6657081991776683.png)

### 5.1、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。

简单来讲就是你接口配置了地址就会自动生成直连路由，直连优先级最高，因为它清楚知道地址和路由。
![直连路由](/media/202312/2023-12-22_112632_3391520.34729194844976796.png)

直连路由产生的前提是接口状态协议状态和物理状态为UP，且配置了接口地址。
![直连路由1](/media/202312/2023-12-22_112653_5023150.12801121173059693.png)

### 5.2、静态路由
由管理员手动配置的路由条目，配置方便，适用于简单结构稳定的小型网络。缺点是不能自动适应网络拓扑变化，需要人工干预。

简单讲就是管理员清除到达某个具体网段从哪个接口转发，用于指示隔离了一段链路的路由配置，因为直连默认生成。
![静态路由](/media/202312/2023-12-22_112758_5589640.8238119618438127.png)

配置：

```ssh
# 关联下一跳IP
ip route-static ip-address {mask/mask-length} nexthop-address

# 关联出接口
ip route-static ip-address {mask/mask-length} interface-type interface-number

# 关联出接口和下一跳
ip route-static ip-address {mask/mask-length} interface-type interface-number[nexthop-address]
```

注意：P2P网络必须指定出接口，MA(广播型网络)必须指定下一跳或同时指定下一跳和出接口。

配置静态路由也分几种情况，有具体目的地址和比较宽泛匹配的路由，因为查找路由是根据bit位匹配，可以通过配置一些额外选项实现负载均衡和默认路由出口。

类型：

1、静态路由(详细的目的地址)

2、负载均衡静态路由(两条一模一样的路由),pre一样

3、浮动静态路由(两条一样的路由形成一主一备)，pre不一样

4、默认静态路由(0.0.0.0/0)，缺省路由，当没有匹配到具体路由时写目的地址为0.0.0.0/0的路由。

### 5.3、动态路由

静态路由的缺点是不能自动适应网络拓扑的变化，需要人工干预。因此产生了动态路由，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](/media/202312/2023-12-22_112825_5824040.2897379367080851.png)

动态路由分类：
![分类](/media/202312/2023-12-22_112845_8825130.8505741405555002.png)

按工作区域划分：

IGP(Interior Gateway Protocols内部网关路由协议)

- RIP(最大16跳)
	- OSPF
	- IS-IS

EGP(Exterior Gateway Protocols外部网关路由协议)

- BGP(边界网关协议)

按工作机制及算法划分：

距离矢量路由协议DV:

- RIP

链路状态路由协议LS:

- OSPF
	- IS-IS

### 5.4、路由高级特性：

**路由迭代：**
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。

![路由迭代](/media/202312/2023-12-22_112907_4450410.22559073641671323.png)

![路由迭代1](/media/202312/2023-12-22_112924_4801570.38417966492060884.png)

简单来讲就是配置静态路由需要配置下一跳，但是下一跳没有路由需要先找到下一跳的路由，再通过下一跳找到目的路由，类似于子查询一样。

**等价路由：**两条目的网络和优先级都一样的路由条目。

![等价路由](/media/202312/2023-12-22_113020_0377130.7392957083395679.png)

就是到目的路由有两个出口出去，形成备份路由。

**浮动路由：**两条一样的路由设置不同的pre，当其中一条失效时另外一条才生效的路由。

![浮动路由](/media/202312/2023-12-22_113040_9095090.07884804029924908.png)

上面等价路由的修改版，把优先级调低一点，等到主路由失效了，备份路由生效。

**CIDR：无类别域间路由**，

现在所有设备基本都是支持无类别域间路由，可以灵活配置掩码。
![无类域间路由](/media/202312/2023-12-22_113102_6546550.2536290593012559.png)

比特位相同的汇总，后面置0.

**路由汇总：**将多条路由汇总成一条，减少内存使用。

路由汇总（Route Summarization）是一种将一组有规律的路由汇聚成一条路由的技术，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。具体来说，将一组精细路由（明细路由）汇聚成一条汇总路由，可以使路由器的路由表更加简洁，减少路由器的内存消耗和CPU负载，提高网络性能和稳定性。

![路由汇总1](/media/202312/2023-12-22_113126_1577870.5648414267760689.png)

![路由汇总2](/media/202312/2023-12-22_113147_6613480.7521761865822821.png)

![路由汇总3](/media/202312/2023-12-22_113206_6969290.604439968937366.png)

将有特定规律的路由条目汇总，这涉及到网络和掩码的计算。

路由汇总的优点包括：

- 减少路由表规模：通过将多个精细路由汇聚成一条汇总路由，可以大大减少路由器的路由表规模，降低路由器的内存消耗和CPU负载。
- 提高网络性能：由于路由表规模的减小，路由器在查找路由表时所需的时间也会减少，从而提高网络性能。
- 增强网络稳定性：通过路由汇总，可以减少路由器之间的通信量，降低网络拥塞的可能性，提高网络的稳定性。

路由汇总也有一些缺点，例如可能会增加路由器的处理复杂性和配置难度。

因此，在实际应用中，需要根据网络的实际情况和需求来选择是否使用路由汇总。

好了，今天简单学习了路由的产生与应用，路由的分类，不同路由的匹配方式，到这里结束。