第五章 IP路由基础
5.1 背景
随着网络规模的扩大，需要通过3层设备来隔离不同的广播域，一般一个广播域一个网段，因此出现了访问远程设备会经过不同的网段，可以到达的路径也多种。因此需要进行路径选择。
5.2路由信息
5.2.1路由6元组
路由器依据路由表进行报文的转发，路由表中包含多个路由条目，每个路由条目都有6元组：
- 目的网络和掩码：表示数据报文可以通过该路由条目去往的目的网络。
- 路由协议：表示该路由条目是从何种途径学习到的。
- 优先级：可以通过优先级控制，当路由器学习到多条去往相同目的网络的路由条目，优先选择优先级最高（值越小越优）的条目，加入到IP路由表中。
- 开销：可以通过控制开销，当路由器学习到多条去往相同目的网络的路由条目，且优先级也相同，则比较开销值，将开销值小的路由条目加入到IP路由表中。
- 下一跳：是指报文匹配路由条目转发到目的需要先交给的下一个设备IP地址。
- 出接口：报文要转发到目的网络，依据该路由条目，应该从设备的哪个接口发出。
5.2.2 路由的学习方式
六元组中Protocol用来表示路由的学习方式：
1、直连路由：路由设备配置了IP地址之后，根据IP地址自动生成的路由条目。表示该目的网络直接连接在路由器上的。
2、静态路由：通过手工配置的路由条目，手工指定目的网络和掩码、出接口、下一跳。
3、动态路由：通过路由协议动态学习路由条目，比如OSPF（开放式最短路径优先）。
5.2.3 优先级和开销（度量值）
常见协议的路由优先级：直连默认0，静态默认60，OSPF域内默认10，OSPF域外路由默认150。
路由器学习到不同的目的网络的多条路由：直接加入路由表，不比较优先级
路由器学习到相同的目的网络的多条路由：
- 比较路由条目优先级，值越小越优，将最优的路由条目加入到路由表中，
- 如果优先级相等，则比较开销，开销值越小越优，将最优的路由条目加入到路由表中。
- 如果开销也相同，则两条路由都加入到路由表中，形成等价路由。
5.2.4 路由的匹配方式（最长掩码匹配原则）
路由条目中的目的地址及掩码与数据报文中的目的IP地址进行比较，路由条目按照掩码的长度要求目的IP地址的前多个比特位与路由条目的目的网络必须要相同，如果相同，则匹配该条路由条目，如果不同，则不匹配。
例如：数据报文的目地IP地址192.168.10.1。
路由表中存在三条路由条目，均已生效：
192.168.0.0/16 G0/0/0 10.0.12.1 //该条目要求目的IP前16位与自己相同
192.168.10.0/24 G0/0/1 10.0.12.2 //该条目要求目的IP前24位与自己相同
192.168.10.128/25 G0/0/2 10.0.12.3 //该条目要求目的IP前25要与自己相同。
只有第一条和第二条可以匹配，选择最长掩码的第二条指导报文转发。
优先级和最长掩码匹配原则的区别：
- 优先级是选择最优的路由加入到路由表中（学习到多条相同网段的路由才比较优先级，不同网段的直接加表，不比较优先级）
- 最长掩码匹配原则：转发报文的时候，已存在在路由表中的路由同时多条路由匹配目的IP地址，此时选择最长掩码的路由条目转发报文。
5.3 路由
5.3.1 缺省路由
缺省路由0.0.0.0/0 又叫做默认路由，可以是静态的，也可以是动态的。主要用于园区网出口设备，匹配互联网中的所有目的地址。
5.3.2 动态路由分类
- 按照工作区域分类：AS（自治系统）：一系列的路由设备由同一个组织使用相同的路由策略进行管理的设备范围。
- 内部网关路由协议（IGP）：
- OSPF（开放式最短路径优先），路由默认优先级内部10，外部150
- IS-IS（中间系统到中间系统），路由默认优先级L1级15,L2级18
- RIP（路由信息协议，淘汰了），路由默认优先级是100
- 外部网关路由协议（EGP）：
- BGP（边界网关路由协议），路由默认的优先级是255
- 内部网关路由协议（IGP）：
- 按照工作算法分类：
- 距离矢量路由协议：RIP，逐跳传递路由条目。
- 链路状态路由协议：OSPF，ISIS，传递的链路状态信息，根据链路状态信息计算路由条目。
5.4 路由特性
5.4.1 路由递归
路由条目的下一跳必须可达，如果不可达，在路由不会生效：
- 路由条目的下一跳可以是直连的，可以是不直连的
- 通过重新配置一条路由使得不直连的路由下一跳可达，从而使得不直连路由生效。
5.4.2 等价路由
从同一个路由协议（静态，直连，动态）学习相同目的地的多条路由，优先级相同，开销相同，则多条路由同时生效，形成等价路由。
5.4.3 浮动路由
从不同的路由协议，或者是相同的路由协议学习到多条路由，最终比较优先级和开销，仅将最优的加入到路由表中，次优的路由作为备份路由，当主路由失效，备份路由就生效，用于指导报文转发。
5.4.4 CIDR
无类域间路由：将代表小范围的多条路由汇总成一条范围更大的路由，用于指导报文转发。例如：
192.168.00000000.0/24 //192.168.0.0/24
192.168.00000001.0/24 //192.168.1.0/24
192.168.00000010.0/24 //192.168.2.0/24
192.168.00000011.0/24 //192.168.3.0/24
192.168.00000100.0/24 //192.168.4.0/24
192.168.00000000.0/21 //汇总路由
汇总时仅需要将掩码向前推三位，并将主机位修改为0，得到汇总路由192.168.0.0/21
汇总路由不仅包含以上5条路由，还包含了以下路由，访问以下目的地址将按照汇总路由转发。
192.168.00000101.0/24 //192.168.5.0/24
192.168.00000110.0/24 //192.168.6.0/24
192.168.00000111.0/24 //192.168.7.0/24
路由汇总引发的问题：环路问题
解决方法：通过黑洞路由实现防环，在明细路由设备上配置与汇总路由相同的目的网络和掩码的路由条目，下一跳指向Null 0接口。
注意：路由黑洞，是指转发报文的路径上的设备缺少对应的路由，造成报文丢失的现象。