HCNA Routing&Switching之路由基礎

　　在開始聊路由之前，我們首先要明白在網絡通訊里，什么是路由？什么是路由表、路由器以及網關的相關術語；路由簡單講就是指網絡數據包從源頭到目標的路徑，主要用來為不同網絡間通訊提供數據包轉發依據；路由表就是多條路由信息的集合，主要作用就是用來存儲路由信息，以及為路由器提供路由的依據；路由器就是指具有路由功能和維護路由表的網絡設備；所謂網關是指路由器上的接口ip地址（一台路由器一個接口對應一個廣播域，所以路由器天生就是用來隔離廣播域的）；

　　路由器工作原理

　　當路由器（或其他三層設備）收到一個ip數據包時，首先會查看該包的ip頭部中的目標ip地址，並在路由表中進行查找和匹配，在匹配到最優路由后，將數據包扔給對應路由所指的出接口或下一跳，從而完成數據包的轉發；當收到的ip數據包在路由表中沒有匹配的路由時，路由器會自動丟棄對應的ip數據包；簡單講就是路由器收到報文，然后查找路由表，如果有對應匹配的路由，就把對應報文從對應路由所指定的出接口或下一條所在同網段ip地址所在接口發出去；如果沒有匹配的路由信息則自動丟棄該數據報文；從上述描述我們不難理解，一個數據報文要想從路由器通過，必須滿足對應路由器上要有匹配的路由；有了匹配的路由，對應路由器就知道把對應數據報文從那個接口轉發出去；

　　ip路由過程

　　提示：當一個報文從10.3.1.0發出，首先會被RA收到，RA收到報文后，一看該報文是到10.4.1.0網絡，然后就查看自己的路由表，看看有沒有到達10.4.1.0路由；如果有就從對應路由所指定的出接口轉發出去；如果沒有就丟棄；同樣的原理，當數據包從RA的E0口發送出去以后，對應與RA的E0口直連的RB的E0口就會收到對應的數據報文；當RB收到RA轉發出來的報文以后，也會先看對應報文的目標網絡，然后和自己的路由表中的路由進行匹配；匹配到就從對應的接口發出去；依次類推，最終數據包會到達RC，RC收到報文以后，查看路由表發現對應報文的目標網絡是和自己E1口直連，然后RC會把對應報文從E1口發送出去；到此路由器的工作就完成了；后續就是通過目標ip地址，arp廣播拿到對應目標ip地址mac，然后進行二層以太網封裝，最終將數據報文送達到對應主機或設備的網卡上，由對應目標ip地址所在設備進行處理；

　　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字段用來描述目標網絡和掩碼；Proto用來描述路由的來源，常見的路由來源有Direct（直連），static（靜態），ospf（動態路由學習中的一種），RIP等等；pre用來描述對應路由的優先級，如果有多條不同的路由到達相同目標網絡，優先級越低對應路由就越優先匹配；cost是用來描述對應路由的開銷，多條相同路由來源到達相同目標網絡，開銷越低，對應路由就越優先匹配；NextHop用來描述下一跳地址，所謂下一跳就是指ip報文所經由的下一個路由器的接口地址；interface用來描述出接口（ip報文從哪個接口轉發出去）；

　　路由器轉的發原則

　　1、被轉發到路由必須存在（如果不存在該路由條目，路由器收到此類報文會直接丟棄不做任何處理）；

　　2、根據最長匹配原則進行匹配，也就是掩碼越長越優先轉發；

　　提示：如圖所示，R1上有兩條靜態路由，分別都能到達3.3.3.3，其中一條是出接口為g0/0/0掩碼為24，一條是g0/0/1掩碼為32，現在我們看看數據報文到底會走哪一邊呢？

　　驗證：用tracert 3.3.3.3來查看對應數據包會走的那一條路？

[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：可以看到當目標地址相同時，相同協議，優先級，開銷的情況下掩碼越長越優先匹配上；

　　3、當掩碼長度一樣，會比較優先級，優先級數字越小越優先轉發；

　　示例：還是上述實驗top，修改下靜態路由，把g0/0/1上的優先級改調大一點，看看對應數據包是否還會選擇下面的路呢？

　　提示：當我們把原來的32位掩碼路由刪除以后，重新添加24為掩碼的優先級為80的路由以后，對應路由表中反而就只有一條優先級為60的路路由；說明相同目標網絡，相同掩碼以及相同協議和開銷的情況下，優先級越低的路由優先匹配（因為路由表中只存在最優路由）；此時我們在R1上訪問3.3.3.3時，數據報文會從g0/0/0發出，因為路由表中就只有一條路由；

　　驗證：用R1 tracert 3.3.3.3，看看數據包是否走R2到達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：可以看到數據包走g0/0/0到達1.1.1.2，然后在到達R3的2.2.2.2；

　　常用路由協議默認優先級

　　4、當掩碼和優先級一樣，會比較開銷（cost值），開銷越小越優先轉發；

　　示例：還是上述的top，全網運行ospf，然后修改g0/0/0上的開銷為50，看看對應的路由表中會存放那條路由？

[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：可以看到在沒有改g0/0/0接口開銷時，在路由表中存在兩條到達3.3.3.3的路由，而更改了g0/0/0接口開銷以后，對應路由表中只有一條開銷為2的路由；說明當去往同一目標ip地址時，掩碼優先級一樣時，開銷越低越優先被匹配；

　　5、當掩碼、優先級、開銷都一樣，則負載分擔;

　　示例：還是上述top，我們把g0/0/0接口上的開銷刪除，看看對應路由會有什么變化？

[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：刪除g0/0/0上的接口開銷以后，對應路由表中就有兩條去往3.3.3.3的路由，他們掩碼優先級開銷都一樣，此時當r1收到一個去往3.3.3.3的報文后，有可能數據包走g0/0/0，也有可能走g0/0/1；

　　等價路由（ECMP, Equal Cost Multi-Path）

　　類似上一個示例，同一個路由來源，當達到同一個目標網絡有幾條相同度量值的路由時，這些路由都會被加入到路由表中， 數據包會在這幾個鏈路上進行負載分擔。所謂負載分擔不是負載均衡，負載分擔是指多條鏈路上都會有流量，不一定是平均分配的；而負載均衡是指多條鏈路上的流量是平均負載的；

　　路由表的形成以及路由的來源

　　路由表的形成就是一條條路由信息的集合，路由的來源主要由三個，第一個是直連路由，所謂直連路由是路由a連接路由B，中間沒有任何設備，這個就叫做直連；直連路由的形成必須滿足兩個條件，首先對應直接接口都正確配置了地址，其次對應接口都接線了，並且接口物理狀態是up狀態，這兩個條件必須同時滿足，直連路就會生成；一般在模擬器上我們連好線，配置上地址，對應直連路由就會自動生成； 路由信息除了來自直連路由，還來自靜態路由和動態路由；靜態路由就是管理員人工手動添加到路由；動態路由是指路由器之間通過動態路由協議學習到的路由；常用的動態路由協議有rip，ospf，bgp，isis；