路由基础学习

一、路由：路由（Routing）指的是将数据包从源地址传输到目的地址的过程。在这个过程中，数据包会经过多个网络设备（如路由器、交换机等），每个设备根据路由表中的信息决定数据包的下一跳路径，最终将数据包送达目的地。

路由是网络通信的基础，确保数据能够在复杂的网络环境中高效、可靠地传输

二、路由协议

1.路由协议（Routing Protocol）是网络中用于动态发现和维护路由信息的通信协议。它允许路由器之间自动交换网络拓扑信息，从而动态计算出到达目的地的最佳路径。用于路由器选择路径和管理路由表；（传输层或者应用层）

2.被路由协议：被路由协议是指那些需要通过路由器进行转发的协议。这些协议定义了数据在网络中的传输方式，而路由器负责根据路由表转发这些协议的数据包。路由器选择了路径后，路由器将路由被路由协议。（网络层）

3.路由器路由的方式：

（1）静态路由（Static Routing），静态路由是由网络管理员手动配置的路由信息，不会自动更新或调整。

          优点：配置简单，安全性高，无协议开销，在路由器间没有带宽占用；

          缺点:扩展性差，对于大型网络工作量巨大，对于新添网络配置繁琐；

          应用场合：小型网络，安全性高。

（2）动态路由（Dynamic Routing），动态路由通过运行路由协议自动发现和维护路由信息。路由器之间会交换网络拓扑信息，并根据算法计算最优路径。

           优点：自动适应网络变化，扩展性强，故障恢复快；

           缺点：配置和管理复杂，有协议开销，路由震荡风险，需配置安全机制；

           应用场景：大型网络，拓补复杂，动态变化；

4.路由器如何进行选路

（1）依赖于路由表（Routing Table）中的信息以及各种路由协议的动态更新。

（2）路由表：路由表是路由器的核心数据结构，用于存储到达不同网络或主机的最佳路径信息。路由表中的每条记录通常包含以下关键信息：

• 目的网络地址：目标网络或主机的IP地址。

• 子网掩码：用于确定目标网络的范围。

• 下一跳地址：数据包到达目标网络的下一个路由器的IP地址。

• 出接口：数据包离开当前路由器的接口（如 Ethernet0、Serial1 等）。

• 路由来源：路由信息的来源（如静态配置、动态路由协议等）。

• 度量值（Metric）：用于衡量路径的“成本”或“距离”，帮助选择最优路径。

（3）路由选择的基本步骤

路由器在转发数据包时，会按照以下步骤进行选路：

步骤 1：查找路由表，当路由器收到一个数据包时，它首先会检查数据包的目的IP地址，并在路由表中查找匹配的路由条目。

步骤 2：最长前缀匹配（Longest Prefix Match, LPM），路由器会根据目的IP地址和子网掩码进行最长前缀匹配。例如：

• 如果路由表中有两条记录：

  • 192.168.1.0/24 → 下一跳为 10.0.0.1

  • 192.168.1.0/16 → 下一跳为 10.0.0.2

• 对于目的地址 192.168.1.100，路由器会选择更具体的 /24 条目，因为它的前缀更长。

步骤 3：选择最优路径，如果存在多条匹配的路由条目，路由器会根据以下规则选择最优路径：

1. 优先级：优先选择直连路由（Connected），其次是静态路由（Static），最后是动态路由协议（如 OSPF、EIGRP、RIP）。

2. 度量值（Metric）：对于动态路由协议，路由器会比较度量值，选择度量值最小的路径。

3. 管理距离（Administrative Distance）：主要用于不同路由协议之间的可信度（0-255之间，0最信任），用于区分不同路由协议的优先级。例如：

   • 直连路由：管理距离为 0

   • 静态路由：管理距离为 1

   • OSPF：管理距离为 110

   • EIGRP：管理距离为 90

   • RIP：管理距离为 120

步骤 4：转发数据包，一旦选择了最优路径，路由器会将数据包封装到适当的链路层协议（如以太网帧）中，并通过指定的出接口发送到下一跳地址。

5.动态路由协议：

（1）距离矢量（MV）协议：RIP,IGRP

（2）链路状态协议OSPF,IS-IS

6.距离矢量（Distance-Vector）是一种动态路由协议，通过计算到达目标网络的“距离”（通常以跳数或成本衡量）和方向（下一跳地址）来选择最优路径。它是最早出现的动态路由协议之一，广泛应用于小型到中型网络中。

 工作原理：

距离矢量协议的核心是贝尔曼-福特算法（Bellman-Ford Algorithm），其工作过程如下：

1. 初始化路由表：每个路由器初始化自己的路由表，记录到达直接相连网络的距离（通常是1跳）和下一跳地址。

2. 定期广播路由表：路由器定期向相邻路由器广播自己的路由表，告知其已知的最优路径。

3. 接收并更新路由表：

   （1）相邻路由器接收广播的路由表后，根据收到的信息更新自己的路由表。（2）如果收到的路径更优（即距离更短），则更新路由表中的相应条目。

4. 计算最优路径：路由器根据收到的路由信息，使用贝尔曼-福特算法计算到达每个目标网络的最优路径。

5. 动态调整：当网络拓扑发生变化（如链路故障或新链路加入）时，路由器会根据新的路由信息重新计算最优路径。