IP路由概述

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浪漫与温柔 藏于一言一语中
距离矢量路由协议

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情深不知处

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前言

我欲随风去
在一个IP网络中,路由( Routing )是个非常非常基本的概念。网络的基本功能,是使得处于网络中的两个IP节点能够进行通信,而通信实际上就是数据交互的过程,数据交互则需要网络设备帮助我们来将数据在两个通信节点之间进行传输。当路由器(或者其他三层设备)收到一个IP数据包,路由器会找出IP包三层头中的目的IP地址,然后拿着目的IP地址到自己的路由表中进行查找，找到“最匹配”的条目后,将数据包根据路由条目所指示的出接口或下一跳IP 转发出去,这就是IP路由( IP routing )。而每台路由器都会在本地维护一个路由表( Routing Table ),路由表中装载着路由器获知的路由条目( Routes ),路由条目由路由前缀(路由所关联的目的地）、入路由信息来源、出接口或下一跳IP等元素构成。路由器通过静态的或者动态的方式获取路由条目并维护自己的路由表。

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南风知我意，吹梦到西州

IP路由表（IP Routing Table）

为了理解路由表中的信息种类，我们需要先考虑数据包到达路由器接口时会发生什么，这是非常有用的。首先，路由器会检查数据帧目标地址字段中的数据链路标识。如果它包含了路由器接口标识符或广播标识符，那么路由器:将从帧中剥离出数据包并传递给网络层。在网络层，路由器将检查数据包的目标地址。如果目标地址是路由器接口的IP地址或是所有主机的广播地址，那么需要进一步检查数据包的协议字段，然后再把被封装的数据发送给适当的内部进程。
除此之外，所有其他目标地址都需要进行路由选择。这里的目标地址可能是另一个网络上的主机地址，该网络或者与路由器相连(包括与那个网络相连接的路由器接口),或者不直接连接到路由器上。目标地址还可能是一一个定向的广播地址，这种地址有明确的网络地址或子网地址并且主机位全部为1.这些地址也是可以路由的。

每个路由表项最少必须包括下面三个项目：

• 目标地址（路由前缀）：这是路由条目所关联的目的的网络号。一条完整的路由前缀由：网络号+前缀长度构成，两种缺一不可，例如192.168.1.0/24与192.168.1.0/25，虽然两者的网络号相同，都是192.168.1.0，但是两者绝对是两条不同的路由、两个不同的路由前缀，因为他们的前缀长度不相同。
• 指向目标的指针：指针不是指向路由器的直连目标网络就是指向直连网络内的另一台路由器地址，或者是到这个链路的本地接口。更接近目标网络一跳的路由器叫下一跳（next hop）路由器。
• 路由信息的来源：本地路由是通过什么途径学习到的，例如是静态的，或者是通过OSPF、IS-IS、EIGRP、BGP等路由学习到的。
  路由器将会尽快地进行最精准的匹配：按精确程度递增的顺序，可选地址排列如下：
• 主机地址（主机路径）；
• 子网；
• 一组子网（一条汇总路由）；
• 主网号；
• 一组主网号（超网）；
• 缺省地址。

管理距离值（Administrative Distance，简称AD）

路由器可以通过多种途径获知路由条目:如静态手工配置、各种动态路由协议等等。当路由器从两种不用的途径获知去往同一个目的地的两条路由, 那么路由器会比较这两条路由的AD值,也就是管理距离,优选AD值小的路由。如果AD值相等,例如是同种路由协议,则进-步比较metric值,当然,这其中还牵涉到不同的路由协议内在的工作机制问题,这就要针对不同的路由协议具体讨论了。如下图，R3与R1运行的是RIP协议, R3又通过OSPF与R2建立邻接关系。于是R3同时RIP、OSPF学习到了去往目的地1.1.1.0/24的路由,这两条路由分别以R1和R2作为下一跳。那么R3最终选择OSPF的路由装载进路由表,也就是将R2作为实际去往1.1.1.0/24的下一跳,因为OSPF协议的AD值比RIP要小要更优。
针对不同的路由协议，对应的AD值见下表，这个众所周知的约定：

详见：“[管理距离值](http://t.csdn.cn/uTgTK)”

静态路由特征

静态路由的优点

1. 占用的CPU和RAM资源较少。
2. 可控性强，也便于管理员了解整个网络路由信息。
3. 不需要动态路由更新，可以减少带宽的占用。
4. 简单和易于配置。

静态路由的优点

1. 配置和维护耗费管理员大量时间。
2. 配置时容易出错，尤其对大型网络。
3. 当网络拓扑发生变化时，需要管理员维护变化的路由信息。
4. 随着网络规模的增长和配置的扩展，维护越来越麻烦。
5. 需要管理员对整个网络的情况完全了解后才能进行恰当的操作和配置。

静态路由使用场所

1. 网络中仅包含几台路由器。在这种情况下，使用动态路由协议可能会增加额外的管理负担。
2. 网络仅通过单个ISP接入Internet。因为该ISP就是唯一的Internet出口点，所以不需要在此链路间运行动态路由协议。
3. 路由器没有足够的CPU和内存来运行动态路由协议。
4. 可以通过浮动静态路由为动态路由提供备份。
5. 链路的带宽较低，因为动态路由更新和维护和带来额外的链路负担。

动态路由协议特征

动态路由是路由器之间通过路由协议(如RIP、EIGRP、OSPF、IS-IS 和BGP等)动态交换路由信息来构建路由表的。使用动态路由协议最大的好处是，当网络拓扑结构发生变化时，路由器会自动地相互交换路由信息，因此路由器不仅能够自动获知新增加的网络，还可以在当前网络连接失败时找出备用路径。

动态路由协议功能

1. 发现远程协议功能。
2. 动态维护最新路由信息。
3. 自动计算并选择通往目的网络的最佳路径。
4. 当前路径无法使用时找出新的最佳路径。

动态路由协议的优点

1. 当增加或删除网络时，管理员维护路由配置的工作量较小。
2. 当网络拓扑结构发送变化时，路由协议可以自动进行调整来更新路由表。
3. 配置不容易出错。
4. 扩展性好，网络规模越大，越能体现出动态路由协议的优势。

动态路由协议的缺点

1. 需要占用额外的资源，如路由器CPU时间和RAM以及链路带宽等。
2. 需要掌握更多的网络知识才能进行配置、验证和故障排除等工作，特别是一些复杂的动态路由协议对管理员的要求较高。

常见的动态路由协议

路由IP时间包时常用的动态路由协议包括：

1. RIP(Routing Information Protocol)——路由信息协议。
2. EIGRP(Enhanced Interior Gateway)——增加型内部网关路由协议。
3. OSPF(Open Shortest Path First)——开放最短路径优先。
4. IS-IS(Intermediate System-to-Intermediate Sstem)——中间系统-中间系统。
5. BGP(Border Gatewa Protocol)——边界网关协议。

动态路由协议分类

IGP和EGP

动态路由协议按照作用的AS (Autonomous System,自治系统)来划分,分为IGP (InteriorGateway Protocol,内部网关协议)和EGP (Exterior Gateway Protocol,外部网关协议)。IGP用于自治系统内部，适用于IP协议的IGP包RIP、EIGRP、OSPF和IS-IS。 而EGP用于不同机构管控下的不同自治系统之间的路由。BGP是目前唯一使用的一种EGP协议，也是Internet所使用的主要路由协议。

距离矢量协议和链路状态路由协议

根据路由协议的工作原理，IGP还可以进一步分为距离矢量路由协议和链路状态路由协议。距离矢量路由协议主要有RIP和EIGRP，链路状态路由协议主要有OSPF和IS-IS。
距离矢量协议适用的场所：

1. 网络结构简单、扁平，不需要特殊的分层设计。
2. 管理员没有足够的知识来配置链路状态协议和排查故障。
3. 无关关注网络最差情况下的收敛时间。

链路状态协议适用的场合：

1. 网络进行了分层设计。
2. 管理员对于网络种采用的链路状态路由协议非常熟悉。
3. 网络管理员对于网络中采用的链路状态路由协议非常熟悉。

有类路由协议和无类路由协议

路由协议按照所支持的IP地址类别又划分为有类路由协议和无类路由协议。有类路由协议在路由信息更新过程中不发送子网掩码信息，RIPv1 属于有类路由协议。无类路由协议在路由信息更新中携带子网掩码，同时支持VLSM和CIDR等; RIPv2、 EIGRP、OSPF、IS-IS和BGP属于无类路由协议。

度量值（Metric）

2.度量值(Metric)
度量值是指路由协议用来分配到达远程网络的路由开销值。对于同- -种路由协议，当有多条路径通往同一目的网络时，路由协议使用度量值来确定最佳路径。度量值越低，路径越优先。每一种路由协议都有自己的度量方法，所以不同的路由协议选择出的最佳路径可能是不-样的。IP路由协议中经常使用的度量标准如下:

1. 跳数——数据包经过的路由器个数。
2. 带宽——链路的数据承载能力。
3. 复杂——链路的通信使用率。
4. 延迟——数据包从源到达目的需要的时间。
5. 可靠性——通过接口错误计数或以往的链路故障次数来估计出现链路故障的可能性。
6. 开销——链路上的费用，OSPF中的开销值是根据接口带宽计算的。

路由加入到路由表中遵循的原则

路由表是保存在RAM中的时间文件，存储了与直连网络以及远程网络相关的信息。路由表包含网络与下一跳的关联信息。这些关联告知路由器，要以最佳的方式到达某目的地，可以将数据包发送到特定路由器(即在到达最终目的地的途中的“下一跳”)。下一跳也可以关联到通向最终目的地的送出接口。路由器在查找路由表的过程中通常采用“递归查询”路由器通常用以下3种途径构建路由表。

1. 直连网络：直连到路由器某一接口的网络。当然，该接口处于活动状态，路由器自动将和自己直接连接的网络添加到路由表中。
2. 静态路由：通过网络管理员手工配置添加到路由表中。
3. 动态路由：由动态路由协议（如 RIP、EIGRP、OSPF和IS-IS等）通告，路由器通过自动学习来构建路由表。

路由表工作的原理如下：

1. 每台路由器根据其自身路由表中的信息独立做出转发决定。
2. 一台路由器的路由表中包含某些信息并不表示其他路由器也包含相同的信息。
3. 从一个网络能够到达另一个网络并不意味着数据包一定可以返回，也就是说路由信息必须双向可达，才能确保网络可以双向通信，所以静态路由一般都需要双向配置。

总结

随牧鸳鸯修与梦
为了实现数据的转发，路由器、路由表和路由协议是必不可少的。路由协议用于发现路由，生成路由表，路由表中保存了各种路由协议发现的路由，路由器用来选择路由，实现数据转发。本文主要总结了IP路由表（IP Routing Table）
管理距离值（Administrative Distance，简称AD）
静态路由特征
静态路由的优点
静态路由的优点
静态路由使用场所
动态路由协议特征
动态路由协议功能
动态路由协议的优点
动态路由协议的缺点
常见的动态路由协议
动态路由协议分类
IGP和EGP
距离矢量协议和链路状态路由协议
有类路由协议和无类路由协议
度量值（Metric）
路由加入到路由表中遵循的原则
恳恳勤勤如梦凉