2.1 路由交换基础

本文介绍了路由交换的基础知识,包括关键术语如路由、路由表和路由器,详细阐述了IP路由过程、路由选路以及路由表的解析,特别是最长匹配原则。同时,解释了路由表的各个字段,以及直连路由、静态路由和动态路由的来源。最后,讨论了等价路由的概念,即相同度量值的多条路由如何实现负载分担。

一、关键术语

  1. 路由:从源头到目标的路径,不同网络间的转发过程。
  2. 路由表:路由信息的集合,路由的依据。
  3. 路由器:具有路由功能的设备。
  4. 默认网关:通常是路由设备的接口IP地址。

二、IP路由过程

  • 当路由器(或其他三层设备)收到一个IP数据包时,会查看数据包的IP头部中的目的地址,并在路由表中进行查找,在匹配到最优路由后将数据包扔给路由所指的出接口或下一跳。
  • 路由器需要知道下一跳或出接口才能将数据转发出去。

三、路由选路

  • 路由器负责为数据包选择一条最优路径,并进行转发。

四、路由表解析

  • 查看路由表信息:
display ip routing-table

在这里插入图片描述

  1. 路由表中包含了路由器信息可以到达的目的网络。
  2. 目的网络在路由表中不存在的,数据包会被丢弃。

路由表字段

  • Destination——目标,用来标识IP包的目标地址或目标网络。
  • Mask——掩码,选择最佳路由的重要判断依据(最长匹配原则)。
  • NextHop——下一跳,指明IP包所经由的下一跳路由器的接口地址。
  • Interface——出接口,指明IP包将从该路由器的哪个接口转发出去。
  • Protocol——协议,路由的来源,学习方式。
  • Preference——优先级,比较不同路由来源到达相同目标网络的优先级,越低越优先。
  • Cost——度量值,比较相同路由来源到达相同目标网络的不同路径的优先级,越低越优先。

路由类型及管理距离:

  • Direct——0,OSPF——10,Static——60,RIP——100

路由表的形成,路由来源

  1. 直连路由——路由器接口上的网络(配置了IP地址并且开启)。
  2. 静态路由——管理员手动添加的网络。
  3. 动态路由——路由器之间动态学习到的网络。

最长匹配原则

  • 最终数据包匹配最佳路由算法,根据子网掩码的位数分别与路由表中的目的地址进行比较,首先要满足最少位数匹配,然后挑出“最长”匹配项。

五、等价路由

  • 对于同一个路由来源,当到达同一目标有几条相同度量值的路由时,这些路由都会被加到路由表中,数据包会在这几条链路上进行负载分担。
### 路由交换基础知识入门教程 #### 交换机与路由器基础 在计算机网络中,交换机和路由器是实现网络连接和数据传输的核心设备。交换机主要用于局域网(LAN)内部的数据转发,而路由器则负责不同网络之间的数据传输。交换机通过MAC地址表来决定数据帧的转发路径,而路由器则依赖路由表来进行决策。 交换机的工作原理基于MAC地址表,该表记录了每个端口所连接设备的MAC地址。当数据帧进入交换机时,交换机会检查数据帧的目的MAC地址,并根据MAC地址表将数据帧转发到正确的端口。如果目的MAC地址不在表中,交换机会将数据帧广播到所有端口,直到找到目标设备为止。 路由器的功能更为复杂,它不仅需要处理局域网内的数据传输,还需要处理跨网络的数据传输。路由器通过路由表来决定数据包的最佳转发路径。路由表中的条目可以是直连路由、静态路由或动态路由。直连路由是指路由器接口直接连接的网络;静态路由是由管理员手动配置的路由;动态路由则是通过路由协议(如RIP、OSPF等)自动学习得到的路由。 #### 路由类型及管理距离 在路由表中,不同的路由类型具有不同的优先级,这通常由管理距离(Administrative Distance, AD)来表示。管理距离是一个0到255之间的数值,数值越小表示路由的可信度越高。常见的路由类型及其管理距离如下: - 直连路由(Direct):管理距离为0 - OSPF路由:管理距离为10 - 静态路由(Static):管理距离为60 - RIP路由:管理距离为100 这些管理距离决定了当存在多条路由时,路由器会选择哪一条作为最优路由。例如,当一条直连路由和一条静态路由指向同一个目标网络时,由于直连路由的管理距离更小,因此会被优先选择。 #### 路由表的形成 路由表的形成可以通过多种方式实现,包括直连路由、静态路由和动态路由。直连路由是指路由器接口上配置了IP地址并且处于开启状态时自动形成的路由。静态路由是由网络管理员手动添加的路由条目,适用于小型网络或特定的网络需求。动态路由则是通过路由协议自动学习得到的路由,适用于大型网络或需要自动适应网络变化的情况。 动态路由协议可以根据网络拓扑的变化自动更新路由表,常见的动态路由协议包括RIP(Routing Information Protocol)、OSPF(Open Shortest Path First)和BGP(Border Gateway Protocol)。RIP是一种基于距离向量的路由协议,使用跳数作为度量值;OSPF是一种基于链路状态的路由协议,使用Dijkstra算法计算最短路径;BGP则用于互联网中的自治系统间路由。 #### 最长匹配原则 在路由选择过程中,最长匹配原则(Longest Match First)是一个重要的概念。该原则指出,当多个路由条目匹配同一个目标网络时,路由器会选择具有最长子网掩码的路由条目。这是因为较长的子网掩码意味着更具体的网络信息,从而提供了更精确的路由选择。 例如,假设路由表中有两条路由条目:192.168.0.0/24和192.168.0.0/28。当一个数据包的目标IP地址是192.168.0.5时,这两个路由条目都匹配该目标网络。但由于192.168.0.0/28的子网掩码更长,因此它会被选为最佳路由。 #### 等价路由 等价路由(Equal-Cost Multi-Path, ECMP)是指当存在多条到达同一目标网络的路由时,这些路由具有相同的度量值。在这种情况下,路由器可以将流量分布在这些路径上,以实现负载均衡。等价路由的应用可以提高网络的可靠性和带宽利用率。 例如,假设路由器有两个接口分别连接到两个不同的下一跳地址,且这两条路由的度量值相同。在这种情况下,路由器可以将流量均匀地分配到这两个接口上,从而避免单一路径的拥塞。 #### ARP协议与地址解析 ARP(Address Resolution Protocol)协议用于将IP地址解析为对应的MAC地址。在局域网中,主机通过广播发送ARP请求来获取目标IP地址对应的MAC地址。接收到ARP请求的主机如果确认目标IP地址属于自己,则会单播回应自己的MAC地址。发送方接收到ARP响应后,会将该IP地址和MAC地址的映射关系存储在本地ARP缓存表中,以便后续通信时直接使用。 ARP缓存表的有效期通常是有限的,以防止过时的地址映射导致通信问题。当缓存表中的条目过期后,主机需要重新发送ARP请求来获取最新的MAC地址信息。 #### TCP/IP协议与网络通信 TCP/IP协议是一组用于规范不同主机之间进行通信的协议,涵盖了数据的封装、传输、寻址等多个方面。IP(Internet Protocol)是TCP/IP体系中的网络层协议,负责数据包的寻址和路由。IP协议的主要功能包括: - **数据包的封装与解封装**:在发送端,IP协议将上层的数据封装成IP数据包,并添加IP头部信息;在接收端,IP协议解析IP头部,提取出上层数据。 - **路由选择**:IP协议根据路由表决定数据包的最佳转发路径。 - **寻址**:IP协议使用IP地址来标识网络中的主机和设备。 IP地址分为IPv4和IPv6两种版本。IPv4地址是一个32位的二进制数,通常以点分十进制形式表示(如192.168.0.1);IPv6地址是一个128位的二进制数,通常以冒号分隔的十六进制形式表示(如2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334)。 #### 示例代码:静态路由配置 以下是一个简单的静态路由配置示例,假设我们有一个路由器,其接口G0/0连接到网络192.168.1.0/24,接口G0/1连接到网络192.168.2.0/24。我们需要配置一条静态路由,使得路由器能够将数据包转发到网络192.168.3.0/24,下一跳地址为192.168.2.1。 ```bash Router(config)# ip route 192.168.3.0 255.255.255.0 192.168.2.1 ``` 上述命令中,`ip route`命令用于配置静态路由,`192.168.3.0`是目标网络,`255.255.255.0`是子网掩码,`192.168.2.1`是下一跳地址。 #### 示例代码:动态路由配置(RIP) 以下是一个简单的RIP动态路由配置示例,假设我们有两个路由器,分别连接到网络192.168.1.0/24和192.168.2.0/24。我们需要配置RIP协议,使得两个路由器能够自动学习彼此的路由信息。 ```bash Router1(config)# router rip Router1(config-router)# network 192.168.1.0 Router1(config-router)# network 192.168.2.0 ``` ```bash Router2(config)# router rip Router2(config-router)# network 192.168.2.0 Router2(config-router)# network 192.168.3.0 ``` 上述命令中,`router rip`命令用于启用RIP协议,`network`命令用于指定参与RIP协议的网络。 #### 示例代码:动态路由配置(OSPF) 以下是一个简单的OSPF动态路由配置示例,假设我们有两个路由器,分别连接到网络192.168.1.0/24和192.168.2.0/24。我们需要配置OSPF协议,使得两个路由器能够自动学习彼此的路由信息。 ```bash Router1(config)# router ospf 1 Router1(config-router)# network 192.168.1.0 0.0.0.255 area 0 Router1(config-router)# network 192.168.2.0 0.0.0.255 area 0 ``` ```bash Router2(config)# router ospf 1 Router2(config-router)# network 192.168.2.0 0.0.0.255 area 0 Router2(config-router)# network 192.168.3.0 0.0.0.255 area 0 ``` 上述命令中,`router ospf 1`命令用于启用OSPF协议,`network`命令用于指定参与OSPF协议的网络及其对应的区域。
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