路由部分知识点（路由表、距离矢量路由、链路状态路由）

一、路由表的三种路由类型

路由表中的路由条目，根据其生成方式可分为三类：

直连路由 (Direct Routes)
- 来源：路由器接口上配置了IP地址并激活 后，自动生成。
- 特点：管理距离（AD）最小 （通常为0），优先级最高，不可更改。指向本接口直连的网络。
静态路由 (Static Routes)
- 来源：由网络管理员手动配置。
- 特点：路径固定，不占用网络带宽和CPU资源，但无法适应网络拓扑变化。适合简单、稳定的网络。
动态路由 (Dynamic Routes)
- 来源：路由器运行路由协议 （如RIP、OSPF、BGP），自动学习、计算并维护。
- 特点：可自动适应网络变化，但会消耗带宽和CPU资源。适合复杂、变化的网络。

一个典型的路由表 会同时包含这三种路由，路由器按照**"最长前缀匹配"** 原则选择最佳路径，当前缀长度相同时，则比较管理距离（来源优先级） 和度量值（路径开销）。

二、深入解析：静态路由与汇总路由

1. 静态路由有什么用？

静态路由虽然"笨"，但在特定场景下不可或缺：

网络出口/默认路由 ：指定去往互联网或未知网络的出口（ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 下一跳）。
连接末节网络：连接一个没有其他路由器的网络（如一个单独的服务器子网）。
强制流量走向：实现策略路由，让流量走特定路径（如经过防火墙）。
路由备份：作为动态路由的备份路径（浮动静态路由）。
简单环境：在小型、拓扑不变的网络中，配置简单，性能开销为零。

2. 汇总路由（路由聚合）有什么好？有什么不好？

汇总路由，即把多条连续的具体路由聚合成一条更宽泛的路由。

好处 (Pros)：
- 减少路由表规模 ：这是最大优点。在大网络中，成千上万条路由可被聚合成几十条，极大地节约了路由器内存和CPU资源 ，并加快查表速度。
- 增强网络稳定性 ：聚合后的路由像一个"保护罩"。当聚合范围内的某条具体路由发生抖动（频繁翻动）时，这种抖动不会传播到聚合点之外，从而隔离故障，增强全网稳定性。
坏处 (Cons)：
- 可能产生次优路径：汇总过于宽泛时，可能导致路由器选择一条并非最优的路径（如我们之前讨论的"路由环"背景）。
- 可能形成路由黑洞 ：如果聚合的网络范围中，存在一些实际并不分配使用的地址块 ，发往这些地址的流量会被匹配到汇总路由，但下一跳路由器可能没有更具体的路由，导致数据包被丢弃 （黑洞）。解决方法就是在源头为这些未使用的地址配置指向Null0的黑洞路由。

三、距离矢量 (DV) 路由与 RIP 协议

1. 距离矢量 (DV) 路由选择的基本工作原理

想象每个路由器都是一个"村庄"，它们只和"隔壁村庄"（直连邻居）交流。

"距离" ：通常指跳数（经过路由器的数量），也可以是带宽、延迟等综合度量。
"矢量" ：指方向，即"下一跳"是谁。

工作流程（类比"村里传谣"）：

初始：每个路由器只知道自己的直连网络（距离=0）。
定期广播 ：每个路由器周期性地将自己知道的全部路由表（目标网络+距离+方向）广播给所有邻居。
学习与计算 ：收到邻居的"情报"后，路由器相信邻居所说的距离，加上自己到邻居的成本（通常是1跳），作为通过该邻居到达目标的新距离。
选路：对同一个目标网络，比较从不同邻居学来的距离，选择距离最短的路径，写入自己的路由表。
循环往复：通过一次次周期性的广播，路由信息像"波浪"一样传遍整个网络。

核心特点 ："道听途说，只知远近，不知全貌"。每个路由器都没有全网的拓扑图，只知道自己到目标的"距离"和"下一跳"是谁。

2. RIP 是 DV 的一个实例，其运行有什么问题？

RIPv2/RIPng是DV协议的典型代表。其核心问题源于DV的工作原理：

收敛速度慢：依赖周期性广播（默认30秒），网络变化需要较长时间才能传遍全网。
计数到无穷 ：**最大跳数限制（15跳）** 是应对环路的主要手段。当路由失效时，错误信息会像"谣言"一样被不断放大（距离值递增），直到达到最大值16（不可达），这个过程很慢。
路由环路风险 ：虽然通过水平分割、毒性逆转、触发更新、抑制定时器等机制（我们之前详细讲过）来缓解，但环路风险是DV协议的固有缺陷。
以跳数为度量：仅以跳数衡量路径好坏，不考虑带宽、延迟、负载等因素，可能导致选择低带宽、高延迟的次优路径。

3. RIP 消失了吗？

没有完全消失，但应用范围已大幅缩小。

现状：在大型企业网、运营商网络的核心和汇聚层，RIP因其收敛慢、规模限制（15跳）和度量简单等缺点，已被OSPF、IS-IS、EIGRP等更先进协议取代。
存活场景 ：在一些小型网络、教学实验环境、或对兼容性有极高要求的传统设备 上仍有使用。其配置简单的优点在极简网络中依然有价值。
RIPng：在纯IPv6或双栈的简单网络中，RIPng作为为数不多的动态IGPv6协议，仍有一席之地。

四、链路状态 (LS) 路由与 OSPF 协议

1. 链路状态 (LS) 路由选择的基本工作原理

LS协议的工作方式与DV完全不同，它像每个路由器都在绘制一张"网络地图"。

发现邻居，建立关系：路由器通过发送Hello报文，发现并确认与直连路由器的邻接关系。
泛洪链路状态 ：每个路由器将自己直连链路的状态信息 （如连接了谁、链路开销等）打包成一个LSA ，可靠地泛洪给区域内的所有其他路由器。
构建拓扑数据库 ：每个路由器收集全网所有的LSA，组合成一个完全一致的链路状态数据库 。每个路由器都拥有一张完全相同的、完整的网络拓扑图。
运行SPF算法 ：每个路由器以自己为根，在这张完整的拓扑图上独立运行最短路径优先算法，计算出一棵到达所有目标网络的最短路径树。
生成路由表：根据SPF树的结果，生成最终的路由表。

核心特点 ："绘制地图，独立计算，全局视野"。每个路由器都知道全网拓扑，能独立计算出无环的最优路径。

2. OSPF 是 LS 的一个实例，另外一个常用的实例是什么？

OSPF ：开放式最短路径优先协议 ，是应用最广泛的IGP链路状态协议。它划分区域，支持VLSM/CIDR，快速收敛，适合大型网络。
另一个常用实例 ：IS-IS。它和OSPF是"孪生兄弟"，同为链路状态协议，原理相似。区别在于：
- OSPF 运行在IP层之上，直接封装在IP报文中。
- IS-IS 运行在数据链路层，有自己的协议号。最初为OSI模型设计，后扩展支持IP。在大型运营商（特别是电信骨干网）中使用非常广泛。

3. OSPF 运行的最重要最基础的一步是什么？

最重要最基础的一步是建立邻接关系，并同步链路状态数据库。

只有成功建立了邻接关系的路由器之间，才会交换LSA，从而确保各自的LSDB完全同步。这是后续所有计算（SPF）和正确路由的基础。没有这步，就没有一致的"网络地图"。

4. OSPF 运行时用到的 Hello 报文有什么用？

Hello报文是OSPF的"心跳"和"信使"，主要有四大作用：

发现邻居：通过在接口上组播发送Hello报文，来发现同一网段上的其他OSPF路由器。
建立和维护邻居关系：通过周期性发送Hello报文，告知对方"我还活着"。
传递关键参数 ：Hello报文中携带Router ID、Area ID、认证信息、网络掩码、Hello/Dead间隔 等参数。只有这些参数匹配的两台路由器才能成为邻居。
在广播/NBMA网络中选举DR/BDR。

5. OSPF 运行时可能有 8 种状态，其中有三种稳态，分别是什么？

OSPF邻居关系建立需要经过一系列状态机变迁。三种关键的稳定状态是：

2-Way ：双向通信状态 。双方都收到了对方的Hello报文，看到了自己的Router ID在对方的邻居列表中。这是点到点链路和点到多点链路的最终稳定状态。
Full ：完全邻接状态 。双方已完全同步了链路状态数据库 。这是广播和NBMA网络中DR、BDR与其他路由器 的最终稳定状态，也是所有路由器之间交换路由信息的基础。这是最重要的稳定状态。
ExStart/Exchange/Loading 是达到Full状态前的过渡状态。Down, Init, Attempt 是建立前的状态。

简单记 ：2-Way（确认过眼神）和Full（交换过家底）是两种主要的稳定工作状态。

6. 为什么要选举 DR？

在广播型多路访问网络 （如以太网）中，如果所有路由器都两两建立全毗邻关系，会产生n*(n-1)/2个邻接关系，LSA泛洪会造成大量重复流量。

选举指定路由器 和备份指定路由器 是为了优化网络泛洪过程：

DR ：成为该网段的"中心发言人 "。所有其他路由器（DROther）只与DR和BDR建立Full邻接关系，彼此间只到2-Way状态。它们将LSA发送给DR，由DR负责泛洪给网段内所有路由器。
BDR：作为DR的备份，随时准备接替DR的工作。

好处：大幅减少邻接关系数量，减少协议流量，提高网络收敛速度和稳定性。

总结对比

特性	静态路由	距离矢量 (RIP)	链路状态 (OSPF/IS-IS)
工作原理	手动配置	听邻居说，只知下一跳和距离	收集全网地图，自己独立计算
度量依据	无	跳数	带宽、延迟等综合开销
收敛速度	瞬时（配置即生效）	慢（周期更新，计数到无穷）	快（触发更新，SPF重算）
环路避免	无环（人工保证）	易产生，靠机制缓解	算法保证（SPF树无环）
资源消耗	无	低（定期广播）	高（维护LSDB，运行SPF）
网络规模	任意	小（≤15跳）	大（分层设计）
配置复杂度	简单	简单	复杂