路由器主要功能是确定发送数据包的最佳路径以及将数据包从一个网络传送到另一个网络。路由是所有数据网络的核心所在，它通过搜索存储在路由表中的路由信息将数据包从源传送到目的地，所以说路由表是路由器工作的核心。路由器构建路由表的方式通常有3种:直连路由、静态路由和动态路由协议。静态路由通过网络管理员手工配置路由信息来填充路由表。在许多情况下，动态路由协议和静态路由结合使用。本章主要介绍静态路由的特点、用途、分类及配置。
5.1 静态路由概述
5.1.1 静态路由特征
路由器在转发数据包时，要先在路由表中查找相应的路由条目及其对应的出接口，才能知道数据包应该从哪个接口转发出去。作为构建路由表最简单的方式，静态路由的优点、缺点和使用场合如下所述。
1、静态路由的用途
1，在不会显著增长的小型网络中，使用静态路由便于维护路由表。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，对末节网络进行路由。末节网络是只能通过单条路由访问的网络，因此路由器只有一个邻居，所以没必要在此链路间使用动态路由协议。
3，使用单一默认路由。如果某个网络在路由表中找不到更匹配的路由条目，则可使用默认路由作为通往该网络的路径。
2、静态路由的优点
1，占用的CPU 和内存资源较少。
2，可控性强，也便于管理员了解整个网络路由信息。
3，不需要动态更新路由，可以减少对带宽的占用，提高网络安全性。
4，简单和易于配置。
3、静态路由的缺点
1，初始配置和维护耗费管理员大量时间。
2，配置时容易出错，尤其对于大型网络。
3，当网络拓扑发生变化时，需要管理员手动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。
5.1.2 默认路由
所谓默认路由是指路由器在路由表中,当找不到到达目的网络的明细路由或者总结路由时最后会采用的路由，默认路由与所有数据包都匹配。通常连接到ISP网络的边缘路由器上往往会配置默认静态路由。需要注意的是路由器是否使用默认路由转发数据包，还取决于无类路由行为（IP Classless）是否开启。
5.1.3 静态路由分类
静态路由最常用于连接特定网络，或为末节网络提供最后选用网关。只有一个出口的网络被称为末节网络（(Stub Network)。静态路由类型如下所述。
1，标准静态路由：用于连接到特定远程网络的静态路由。
2，默认静态路由：是将0.0.0.0/0作为目的IPv4地址或者将::/0作为目的IPv6地址的静态路由。需要注意的是明细路由优先于默认路由。
3，总结静态路由：为了节省内存空间、有效保护内部网络、提高路由表查找效率，将多条静态路由可以总结成一条静态路由来减少路由表条目的数量。
4，浮动静态路由：是为主静态路由或动态路由提供备份路径的静态路由。浮动静态路由仅在主路由不可用时使用。实现方法是配置浮动静态路由的管理距离大于主路由的管理距离。
配置静态路由
5.2.1 实验1：配置IPv4静态路由
1、实验目的
通过本实验可以掌握：
配置带下一跳地址的IPv4静态路由的方法。
配置带送出接口的IPv4静态路由的方法。
配置总结IPv4静态路由的方法。
配置浮动IPv4静态路由的方法。
代理 ARP的作用。
路由表的含义。
扩展ping命令的使用方法。
2、实验拓扑
配置IPv4静态路由的实验拓扑如图5-1所示。
3、实验拓扑
（1）配置路由器R1
R1(config)#interface gigabitEthernet 0/0
R1(config-if)#ip address 172.16.21.1 255.255.255.0
R1(config-if)#no shutdown
R1(config-if)#exit
R1(config)#interface gigabitEthernet 0/1
R1(config-if)#ip address 172.16.0.1 255.255.255.0
R1(config-if)#no shutdown
R1(config-if)#exit
R1(config)#interface gigabitEthernet 0/2
R1(config-if)#ip address 172.16.1.1 255.255.255.0
R1(config-if)#no shutdown
R1(config-if)#exit
R1(config)#interface serial 0/3/0
R1(config-if)#ip address 172.16.12.1 255.255.255.0
R1(config-if)#no shutdown
R1(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 serial 0/3/0 100
//配置带送出接口的静态默认路由，管理距离设置为100，默认为1，由于串行链路速率比以太网慢得多，所以，该路由作为备份路由，即浮动静态路由
R1(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 172.16.21.2
//配置带下一跳地址的静态默认路由，该路由作为主路由
【技术要点】
配置静态路由的命令是：
Router(config)#ip route prefix mask {address|interface[address]} [distance] [permanent]
命令参数含义如下所诉。
1，prefix：目的网络地址。
2，mask：目标网络的子网掩码。可对此子网掩码进行修改，以使汇总一组网络。
3，address：将数据包转发到目的网络时使用的下一跳IP地址。
4，interface：将数据包转发到目的网络时使用的本地送出接口。
5，distance：静态路由条目的管理距离，默认为1。
6，permanent：正常情况下，如果和静态路由条目相关联的接口进入down状态，该静态路由会被从路由表中删除。permanent参数的含义是即使和静态路由条目相关联的接口进入down状态,路由条目也不会从路由表中消失。
（2）配置路由器R2
R2(config)#interface gigabitEthernet 0/0
R2(config-if)#ip address 172.16.21.2 255.255.255.0
R2(config-if)#no shutdown
R2(config-if)#exit
R2(config)#interface serial 0/3/0
R2(config-if)#ip address 172.16.12.2 255.255.255.0
R2(config-if)#no shutdown
R2(config-if)#exit
R2(config)#interface serial 0/3/1
R2(config-if)#ip address 172.16.23.2 255.255.255.0
R2(config-if)#no shutdown
R2(config-if)#exit
R2(config)#ip route 172.16.0.0 255.255.255.0 172.16.21.1
R2(config)#ip route 172.16.1.0 255.255.255.0 172.16.21.1
R2(config)#ip route 172.16.0.0 255.255.255.0 serial 0/3/0 100
R2(config)#ip route 172.16.1.0 255.255.255.0 serial 0/3/0 100
R2(config)#ip route 172.16.4.0 255.255.255.0 serial 0/3/1
R2(config)#ip route 172.16.34.0 255.255.255.0 serial 0/3/1
（3）配置路由器R3
R3(config)#interface gigabitEthernet 0/0
R3(config-if)#ip address 172.16.34.3 255.255.255.0
R3(config-if)#no shutdown
R3(config-if)#exit
R3(config)#interface serial 0/3/1
R3(config-if)#ip address 172.16.23.3 255.255.255.0
R3(config-if)#no shutdown
R3(config-if)#exit
R3(config)#ip route 172.16.0.0 255.255.254.0 serial 0/3/1
//将到172.16.0.0/24 和172.16.1.0/24 的静态路由手工总结为1条，掩码为/23
R3(config)#ip route 172.16.12.0 255.255.255.0 serial 0/3/1
R3(config)#ip route 172.16.21.0 255.255.255.0 serial 0/3/1
R3(config)#ip route 172.16.4.0 255.255.255.0 172.16.34.4
（4）配置路由器R4
R4(config)#interface gigabitEthernet 0/0
R4(config-if)#ip address 172.16.34.4 255.255.255.0
R4(config-if)#no shutdown
R4(config-if)#exit
R4(config)#interface gigabitEthernet 0/1
R4(config-if)#ip address 172.16.4.4 255.255.255.0
R4(config-if)#no shutdown
R4(config-if)#exit
R4(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 172.16.34.3
//由于R4到外部网络只有一个出口，配置默认静态路由比较适合
4、实验调试
（1）查看接口IP地址和状态，确保直连链路的连通性
R1#show ip interface brief | exclude unassigned
Interface IP-Address OK? Method Status Protocol
GigabitEthernet0/0 172.16.21.1 YES manual up up
GigabitEthernet0/1 172.16.0.1 YES manual up up
GigabitEthernet0/2 172.16.1.1 YES manual up up
Serial0/3/0 172.16.12.1 YES manual up up
（2）查看路由
1、查看路由器R1的路由表
R1#show ip route
Codes: L - local, C - connected, S - static, R - RIP, M - mobile, B - BGP
D - EIGRP, EX - EIGRP external, O - OSPF, IA - OSPF inter area
N1 - OSPF NSSA external type 1, N2 - OSPF NSSA external type 2
E1 - OSPF external type 1, E2 - OSPF external type 2, E - EGP
i - IS-IS, L1 - IS-IS level-1, L2 - IS-IS level-2, ia - IS-IS inter area
* - candidate default, U - per-user static route, o - ODR
P - periodic downloaded static route
Gateway of last resort is 172.16.21.2 to network 0.0.0.0
172.16.0.0/16 is variably subnetted, 8 subnets, 2 masks
C 172.16.0.0/24 is directly connected, GigabitEthernet0/1
//直连网络路由，管理距离为0，度量值为0
L 172.16.0.1/32 is directly connected, GigabitEthernet0/1
//本地路田，管理距离为0，度量值为0，IOS版本15以后路由表中会出现以路由器本地活动的接口地址为目标网络的/32主机路由
C 172.16.1.0/24 is directly connected, GigabitEthernet0/2
L 172.16.1.1/32 is directly connected, GigabitEthernet0/2
C 172.16.12.0/24 is directly connected, Serial0/3/0
L 172.16.12.1/32 is directly connected, Serial0/3/0
C 172.16.21.0/24 is directly connected, GigabitEthernet0/0
L 172.16.21.1/32 is directly connected, GigabitEthernet0/0
S* 0.0.0.0/0 [1/0] via 172.16.21.2
//*表示默认，/0掩码表明只需要有零位匹配（即无须匹配)。只要不存在更加精确的匹配，则默认静态路由将与所有数据包匹配,此路由管理距离为1,度量值为0
以上输出表明，路由器R1的路由表中包含4条直连路由、4条本地路由和1条静态默认路由条目。输出表明路由表中并没有出现出接口为S0/0/0的静态默认路由，因为其管理距离为100，大于采用下一跳地址为172.16.21.2的静态默认路由的管理距离1，对于同一条路由,路由器会把管理距离小的路由条目填充到路由表中。而出接口为S0/0/0 的静态默认路由是浮动静态路由，起到备份作用。接下来看一下浮动静态路由是如何工作的?
首先模拟网络故障（在路由器R1的G0/0接口上执行 shutdown命令，关闭接口)，主链路中断，此时浮动静态路由会出现在R1路由表中,如下所示:
R1#show ip route static | include 0.0.0.0/0
S* 0.0.0.0/0 is directly connected, Serial0/3/0
//路由器R1选择出接口为S0/3/0的静态默认路由，以下命令可以查看路由条目的详细信息
R1#show ip route 0.0.0.0
Routing entry for 0.0.0.0/0, supernet
Known via "static", distance 100, metric 0 (connected), candidate default path
//路由条目管理距离为100
Routing Descriptor Blocks:
* directly connected, via Serial0/3/0 //路由条目送出接口
Route metric is 0, traffic share count is 1
接着模拟网络故障恢复(在路由器R1的G0/0接口上执行no shutdown命令,开启接口),，此时查看R1路由表：
R1#show ip route static | include 0.0.0.0/0
S* 0.0.0.0/0 [1/0] via 172.16.21.2
//路由器R1重新选择下一跳地址为172.16.21.2的静态默认路由，而出接口为S0/3/0的静态默认路由继续起到备份作用
2、查看路由器R2的路由表。
R2#show ip route
（此处路由代码部分省略）
172.16.0.0/16 is variably subnetted, 10 subnets, 2 masks
S 172.16.0.0/24 [1/0] via 172.16.21.1
S 172.16.1.0/24 [1/0] via 172.16.21.1
S 172.16.4.0/24 is directly connected, Serial0/3/1
C 172.16.12.0/24 is directly connected, Serial0/3/0
L 172.16.12.2/32 is directly connected, Serial0/3/0
C 172.16.21.0/24 is directly connected, GigabitEthernet0/0
L 172.16.21.2/32 is directly connected, GigabitEthernet0/0
C 172.16.23.0/24 is directly connected, Serial0/3/1
L 172.16.23.2/32 is directly connected, Serial0/3/1
S 172.16.34.0/24 is directly connected, Serial0/3/1
【技术要点】
在路由器R2上，当有去往PC2 ( 172.16.1.100）的数据包到达时，它是怎样查找路由表的呢?首先R2通过路由条目S 172.16.1.0/24 [1/0] via 172.16.21.1确定到达目的地的下一跳的IP地址是172.16.21.1,这只是第一步查找，然后它将第二次搜索路由表,以查找与172.16.21.1匹配的路由对应的出接口，IP地址172.16.21.1与直连网络172.16.21.0/24 的路由条目(C 172.16.21.0 is directly connected, GigabitEthernet0/0）相匹配，送出接口为G0/0，第二次查找获知数据包将从该接口转发出去，上述查找过程称为递归查找。
请注意虽然带送出接口的静态路由显示为直连（ directly connected )，但是管理距离默认情况下是1，可以通过如下命令来验证:
R2#show ip route 172.16.4.0
Routing entry for 172.16.4.0/24
Known via "static", distance 1, metric 0 (connected) //静态路由条目管理距离为1
Routing Descriptor Blocks:
* directly connected, via Serial0/3/1
Route metric is 0, traffic share count is 1
3、查看路由器R3的路由表。
R3#show ip route static //参数static表示只查看路由表中的静态路由条目
(此处路由代码部分省略)
172.16.0.0/16 is variably subnetted, 8 subnets, 3 masks
S 172.16.0.0/23 is directly connected, Serial0/3/1 //总结静态路由
S 172.16.4.0/24 [1/0] via 172.16.34.4
S 172.16.12.0/24 is directly connected, Serial0/3/1
S 172.16.21.0/24 is directly connected, Serial0/3/1
【技术要点】
将多条静态路由可以总结成一条静态路由必须同时满足下面的条件：
- 目的网络地址可以总结成一个网络地址，最好精确总结，避免路由黑洞；
- 多条静态路由都使用相同的送出接口或下一跳IP地址。
4、查看路由器R4的路由表
R4#show ip route static
S* 0.0.0.0/0 [1/0] via 172.16.34.3
【技术要点】
带送出接口的静态路由条目后面直接跟着送出接口，路由器只需要查找路由表一次，便能将数据包转发到送出接口。从这点来讲，查找路由表效率比查找带下一跳地址路由条目要高。因此使用送出接口配置的静态路由是大多数串行点对点网络（如 HDLC和 PPP封装)的理想选择。
修改路由器R4 的静态默认路由的配置为送出接口方式配置，说明为什么以太网中配置静态路由条目要选择下一跳地址方式,配置如下:
R4(config)#no ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 172.16.34.3
R4(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 gigabitEthernet 0/0
%Default route without gateway, if not a point-to-point interface, may impact performance
//告警信息的意思是静态默认路由没有网关，如果不是点到点接口，可能会影响性能。
对于以太网，如果要成功封装以太网帧，必须通过ARP协议完成二层的MAC地址和三层的P地址的映射。如果采用带下一跳地址配置静态路由，ARP请求广播数据包的内容是询问下一跳地址的MAC地址，因此下一跳路由器会用自己以太网接口的 MAC地址应答ARP。但是在以太网中，如果采用的是带送出接口的静态路由的配置，如果在R4的ARP表中没有相应的ARP条目，而发出的ARP广播数据包没有设备回复，则将不能成功封装以太网帧。但是在默认情况下，路由器的以太网接口都启用了ARP的代理功能，所以当R4发出 ARP查询时，R3收到ARP查询后，会查看自己的路由表，如果路由表中有目的地址的路由条目，则用自己的以太网接口G0/0的MAC地址进行响应，使得R4可以成功封装以太网帧。假如关闭路由器R3的以太网接口G0/0的ARP代理功能,并打开debug,将看到封装失败的信息，操作如下:
R3上的配置
R3(config)#interface gigabitEthernet 0/0
R3(config-if)#no ip proxy-arp //关闭ARP代理功能
R4上的配置
R4#debug ip packet //打开debug功能
R4#clear arp //清空arp表
R4#ping 172.16.1.1
Type escape sequence to abort.
Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 172.16.1.1, timeout is 2 seconds:
IP: tableid=0, s=172.16.34.4 (local), d=172.16.1.1 (GigabitEthernet0/0), routed via RIB
IP: s=172.16.34.4 (local), d=172.16.1.1 (GigabitEthernet0/0), len 128, sending
IP: s=172.16.34.4 (local), d=172.16.1.1 (GigabitEthernet0/0), len 128, encapsulation failed
//数据包封装失败
【提示】
对于带送出接口的静态路由配置，如果出接口为以太网接口，建议同时使用下一跳地!和送出接口来配置,如下所示：
R4(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 gigabitEthernet 0/0 172.16.34.3
（3）动态查看路由表的添加或删除过程
以下是通过在路由器R1上将G0/0接口关闭，然后再开启，查看路由器Rl路由表的动态添加和删除过程。
R1#debug ip routing //开启debug命令
1、关闭接口,查看路由删除过程。
R1(config)#interface gigabitEthernet 0/0
R1(config-if)#shutdown
RT: interface GigabitEthernet0/0 removed from routing table
RT: del 172.16.21.0 via 0.0.0.0, connected metric [0/0]
RT: delete network route to 172.16.21.0
RT: NET-RED 172.16.21.0/24
RT: del 0.0.0.0 via 172.16.21.2, static metric [1/0]
RT: delete network route to 0.0.0.0
RT: NET-RED 0.0.0.0/0
RT: SET_LAST_RDB for 0.0.0.0/0
NEW rdb: is directly connected
RT: add 0.0.0.0/0 via 0.0.0.0, static metric [100/0]
RT: NET-RED 0.0.0.0/0
RT: del 172.16.21.1 via 0.0.0.0, metric [0/0]
RT: delete network route to 172.16.21.1
RT: NET-RED 172.16.21.1/32
RT: del 0.0.0.0 via 172.16.21.2, static metric [1/0]
RT: NET-RED 0.0.0.0/0
2、开启接口，查看路由添加过程
R1(config)#interface gigabitEthernet 0/0
R1(config-if)#no shutdown
RT: interface GigabitEthernet0/0 added to routing table
RT: SET_LAST_RDB for 172.16.21.0/24
NEW rdb: is directly connected
RT: add 172.16.21.0/24 via 0.0.0.0, connected metric [0/0]
RT: NET-RED 172.16.21.0/24
RT: SET_LAST_RDB for 0.0.0.0/0
NEW rdb: via 172.16.21.2
RT: add 0.0.0.0/0 via 172.16.21.2, static metric [1/0]
RT: NET-RED 0.0.0.0/0
RT: SET_LAST_RDB for 172.16.21.1/32
NEW rdb: is directly connected
RT: add 172.16.21.1/32 via 0.0.0.0, metric [0/0]
RT: NET-RED 172.16.21.1/32
（4）使用扩展 ping 命令测试连通性
标准 ping命令使用的都是默认参数，而扩展ping命令允许设置具体的参数，功能更加强大。注意在命令执行过程中，[]内的值即为 ping命令的默认值，如果选择默认值，直接回车即可。
R1#ping
Protocol [ip]:
Target IP address: 172.16.4.100
Repeat count [5]:
Datagram size [100]:
Timeout in seconds [2]:
Extended commands [n]: y
Source address or interface: 172.16.1.1
Type of service [0]:
Set DF bit in IP header? [no]:
Validate reply data? [no]:
Data pattern [0xABCD]:
Loose, Strict, Record, Timestamp, Verbose[none]:
Sweep range of sizes [n]:
Type escape sequence to abort.
Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 172.16.4.100, timeout is 2 seconds:
Packet sent with a source address of 172.16.1.1
...!.
Success rate is 20 percent (1/5), round-trip min/avg/max = 3/3/3 ms
R1#