静态路由和默认路由原理

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前言

路由表作用是跨网段的数据转发，通过查询路由表实现数据包转发（就是从源主机到目标主机的转发过程）。

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一、路由原理

 路由器工作在网络层，它的重要作用是为数据包选择最佳路径（最佳路径是指路由器的某个接口或下一跳路由器的地址），最终送达目的地。为了尽可能的提高网络访问速度，就需要一种方法来判断从源主机到达目标主机所经过的最佳路径，从而进行数据转发，这就是路由技术。

1.1 路由器的工作原理

 路由器是根据路由表进行转发的。

 如下图所述，主机1.1要发送数据包给主机4.1，工作步骤如下：

1） 主机1.1 要发送数据包给主机4.1 ，因为IP地址不在同一网段，所以主机会将数据包发送给本网段的网关 路由器A。

2） 路由器A 接收到数据包，先查看数据包IP首部中的目标IP地址，再查找自己的路由表。数据包的目标IP地址是4.1，属于4.0网段，路由器A在路由表中查到4.0 网段转发的接口是S0接口。于是，路由器A 将数据包从S0 接口转发出去。

3） 网络中的每个路由器都是按这样的步骤转发数据的，直到到达路由器B, 再用同样的转发方法从E0接口转发出去，最后主机4.1 接收到这个数据包。

 在转发数据包的过程中，如果在路由表中没有找到数据包的目的地址，则根据路由器的配置转发到默认接口或者给用户返回 “目标地址不可达” 的信息。

注：PC上所设置的默认网关就是路由器以太口的IP地址。

1.2 路由表的形成

 路由表是：

• 在路由器中维护路由条目的集合
• 路由器根据路由表做路径选择
  （路由表格式见上图）

路由表的网段又分为直联网段和非直连网段两种：

• 直连网段： 网关接口是在路由器的两边，配置IP地址，端口UP状态。当启动路由器时，会自动配置路由表，形成直连路由；
• 非直连网段：跨网段的，需要手动配置路由表

二、静态路由和默认路由

2.1 静态路由

 静态路由（Static routing），一种路由的方式，路由项由网络管理员手动配置加入路由表。

 与动态路由不同，静态路由是固定的，不会改变，即使网络状况已经改变或是重新被组态。

 是单向的，要是想要ping通，就要通信双方的路由表都要配置。

2.2 默认路由

 默认路由是一种特殊的静态路由，使用时有条件的，一般用于末梢网络。
两个相邻路由最好只将一个设置默认路由，因为默认路由只配置了上一跳。

 出现默认路由的原因：路由得查看路由表而决定怎么转发数据包，用静态路由一个个的配置，繁琐易错。如果路由器有个邻居知道怎么前往所有的目的地，可以把路由表匹配的任务交给它，省了很多事。

2.3 浮动路由（备份路由）

 原理：静态路由默认优先级是 60，只要另一条路优先级比60大（优先级比60低）即可。 即路由选择首先根据优先级来选走哪条路，浮动路由其实就是把一条路径的优先级设置大于60，使其优先级比60小就行。

 浮动路由指的是配置两条静态路由，默认选取链路质量优（带宽大）的作为主路径，当主路径出现故障时，由带宽较小的备份路由顶替，保持网络的不中断。

优先级参照：
优先级参照表：

路由协议或路由种类	优先级
Direct	0
OSPF	10
IS-IS	15
Static	60
RIP	100
OSPF ASE	150
BGP	255

2.4 路由器转发数据包的封装过程

Host A向Host B发送数据，路由器对数据包的封装过程如下图所示：

1）Host A在网络层将来自上层的报文封装成IP数据包，其首部包含了源地址和目的地址。源地址即本机IP地址192.168.1.2,目的地址为HostB的IP地址 192.168.2.2。Host A会用本机配置的24位掩码与目的地址进行“与”运算，得出目的地址:与本机地址不在同一网段，因此发往HostB的数据包需要经过网关路由器A转发。

2）HostA通过ARP请求获得默认网关路由器A的EO接口MAC地址00-11- 12-21-22-22。在数据链路层Host A将IP数据包封装成以太网数据帧，在以太网帧首部的源MAC地址为00-11-12-21-11-11，目的MAC地址为网关E0接口的MAC地址00-11-12-21-22-22。

3）路由器人从E0接口接收到数据帧，把数据链路层的封装去掉。路由器A认为这个IP数据包是要通过自己进行路由转发，所以路由器A会查找自己的路由表， 寻找与目标IP地址192. 16.2.2相匹配的路由表项，然后根据路由表的下一跳地址将数据包转发到E1接口。

4）在EI接口路由器A重新封装以太网帧，此时源MAC地址为路由器A的E1接口MAC地址00-11-12-21-33-33，目的MAC地址为与之相连的路由器B的E1接口MAC地址00-11-12-21-44-44。

5）路由器B从E1接口接收到数据帧，同样会把数据链路层的封装去掉，对目的IP地址进行检查，并与路由表进行匹配，然后根据路由表的下一跳信息将数据包转发到E0接口。路由器B发现目的网段与自己的E0接口直接相连，通过ARP广播， 路由器B获得Host B以太口的MAC地址00-11-12-21-66-66。路由器B再将IP数据包封装成以太网帧，源MAC地址为路由器B的E0接口的MAC地址00-11-12-21-55-55，目的MAC地址为Host B的MAC地址00-11-12-21-66-66。封装完毕，将以太网帧从E0接口发往HostB。

第一次封装：主机A把上层数据封装成IP数据包，目的地址B，源地址A

第一次ARP解析：主机A通过ARP获得E0口的MAC地址

第一次解封装：路由A解封装

第二次封装：

第二次ARP解析：

第二次解封装：路由B解封装

第三次封装：

第三次ARP解析：

路由转发过程中IP不变 MAC一直在变

三、静态路由和默认路由实验

路由配置基本命令：

###默认路由             目的网段 子网掩码 下一跳网关接口IP
[Huawei]ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.12.1      
###静态路由             目的网段      子网掩码      下一跳网关接口IP
[Huawei]ip route-static 192.168.10.0 255.255.255.0 192.168.12.1    
###查看路由表
[Huawei]display ip routing-table 


//<主>优先级默认值60（越小越优先）
[R1]ip route-static 192.168.10.0 24 11.0.0.2      
//配置浮动路由用于备份
[R1]ip route-static 192.168.10.0 24 12.0.0.2 preference 70      

3.1 静态路由实验

使用静态路由使下图中PC之间通信。

实操：切换系统用户
执行 永不超时 命令
[Huawei]user-interface console 0
[Huawei-ui-console0]idle-timeout 0 0
不然会提示超时退出系统模式

【R1】
[R1]int g0/0/0
[R1-GigabitEthernet0/0/0]ip add 192.168.1.1 24
[R1-GigabitEthernet0/0/0]int g0/0/1
[R1-GigabitEthernet0/0/1]ip add 10.0.0.1 24
[R1-GigabitEthernet0/0/1]un sh
[R1-GigabitEthernet0/0/1]int g0/0/0
[R1-GigabitEthernet0/0/0]un sh
[R1-GigabitEthernet0/0/0]q
/添加静态路由
[R1]ip route-static 192.168.2.0 24 10.0.0.2

【R2】
[R2]int g0/0/0
[R2-GigabitEthernet0/0/0]ip add 10.0.0.2 24
[R2-GigabitEthernet0/0/0]un sh
[R2-GigabitEthernet0/0/0]int g0/0/1
[R2-GigabitEthernet0/0/1]ip add 192.168.2.2 24
[R2-GigabitEthernet0/0/1]un sh
[R2-GigabitEthernet0/0/1]q
/添加静态路由
[R2]ip route-static 192.168.1.0 24 10.0.0.1

PC1 IP 192.168.1.10 网关 192.168.1.1
PC2 IP 192.168.2.20 网关 192.168.2.2

实验结果：
PC之间可以相互ping通。

可以执行 dis ip routing-table 命令查看路由器路由表，得到结果：

由proto是 static 知道是静态路由配置的。

3.2 默认静态路由实验

在3.1 静态路由试验的基础上，因为 R2路由上层就连接一个路由器，所以是末梢网络（R1也是，用R2来举例）。可以执行命令，对R2进行配置默认路由，使PC间能通信。

display current-configuration
[R2] un ip route-static 192.168.1.0 255.255.255.0 10.0.0.1
/添加默认静态路由
[R2]ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 10.0.0.1

dis ip routing-table 
//结果 0.0.0.0/0   Static  60

实验结果：
PC之间还能够ping通。

3.3 浮动路由实验

实验内容：实现下图中主机间的通信，R3做浮动路由。

分析：

 浮动路由用作备份路由，也用 ip route-static。连接了浮动路由的路由无法使用默认路由。

 优先级值越大，优先级越低，静态路由默认的优先级是60，浮动路由优先级配的比60大就行。

 只有R1和R2在走R3网段的时候需要配置浮动路由，R3只有一条路可走，直接配置静态路由即可。

命令如下：

【R1】

[R1]int g0/0/0
[R1-GigabitEthernet0/0/0]ip add 192.168.1.1 24
[R1-GigabitEthernet0/0/0]un sh
[R1-GigabitEthernet0/0/0]int g0/0/1
[R1-GigabitEthernet0/0/1]ip add 10.0.0.1 24
[R1-GigabitEthernet0/0/1]un sh
[R1-GigabitEthernet0/0/1]int g0/0/2
[R1-GigabitEthernet0/0/2]ip add 20.0.0.1 24
[R1-GigabitEthernet0/0/2]un sh
[R1-GigabitEthernet0/0/2]q

/配置静态路由 和 浮动路由
[R1]ip route-static 192.168.2.0 24 10.0.0.2
/R1到R2有两条路 20 网段是辅路
[R1]ip route-static 192.168.2.0 24 20.0.0.3 preference 70

【R2】

[R2]int g0/0/0
[R2-GigabitEthernet0/0/0]ip add 10.0.0.2 24
[R2-GigabitEthernet0/0/0]int g0/0/1
[R2-GigabitEthernet0/0/1]ip add 192.168.2.2 24
[R2-GigabitEthernet0/0/1]un sh
[R2-GigabitEthernet0/0/1]int g0/0/2
[R2-GigabitEthernet0/0/2]ip add 30.0.0.2 24
[R2-GigabitEthernet0/0/2]un sh
[R2-GigabitEthernet0/0/2]q

/配置静态路由 和 浮动路由
[R2]ip route-static 192.168.1.0 24 10.0.0.1
/R2到R1有两条路 30 网段是辅路
[R2]ip route-static 192.168.1.0 24 30.0.0.3 preference 70

【R3】
[R3]int g0/0/0
[R3-GigabitEthernet0/0/0]ip add 20.0.0.3 24
[R3-GigabitEthernet0/0/0]un sh
[R3-GigabitEthernet0/0/0]int g0/0/1
[R3-GigabitEthernet0/0/1]ip add 30.0.0.3 24
[R3-GigabitEthernet0/0/1]un sh
[R3-GigabitEthernet0/0/1]q

/配置静态路由
[R3]ip route-static 192.168.1.0 24 20.0.0.1
[R3]ip route-static 192.168.2.0 24 30.0.0.2

实验结果：
PC之间可以ping通。
这时候 R1 int g0/0/1 shutdown
使10网段断开，这时候继续ping，还是能通，因为走的R3备用线路。

执行命令 dis current-configuration 能看到浮动路由的配置过程。
dis ip routing-table 看不到浮动路由。