网络基础协议教程—路由协议及静态路由
1.1、概述
对于整个路由器软件体系结构来说，寻找路由是其中相当主要的功能，针对不同的应用情况，现有很多种寻找路由的协议RIP、OSPF、BGP、DVMP IS-IS等等，而且随着计算机网络的发展，肯定还会出现很多新的寻找路由协议，每个寻径协议的核心功能是根据其所知道网络拓扑结构信息和网络的各种参数指标信息，一般而言，运行该寻径协议的路由器所获得的只是一些局部的信息，寻找出最优的路径，生成路由，改变IP的核心路由表，从而指导数据包的转发，只不过每种协议的交换网络信息的方式和内容判断最优的方法和标准不同罢了。
1.2、路由协议简介
目前的路由协议很多，都是建立在对网络拓扑及网络规模的不同假定前提下发展起来的，不同的协议适合不同的应用场合，这就需要网络管理员对路由协议有一个全面的了解，根据实际情况选择合适的路由协议
下面针对不同的分类依据，对各个路由协议分类
根据数据流的类型 可分成单播路由协议，Unicast Routing Protocol和多播路由协议，Multicast Routing Protocol 单播路由协议包括RIP OSPFIGRP BGP IS-IS等，多播路由协议包括DVMRP、PIM-SM、PIM-DM等根据网络规模大小，单播路由协议可分域内路由协议 IGP 和域外路由协议，EGP，其中IGP有RIP OSPF、IGRP、EIGRP、IS-IS、EGP目前只流行BGP根据寻径算法，单播路由协议可分成距离矢量协议，Distance-Vctor，和链接状态协议，Link-State 距离矢量协议包括RIP、IGRP、EIGRP、BGP，其中BGP是距离矢量协议变种，它是一种路径矢量协议，链接状态协议包括OSPF、IS-IS从IGP和EGP的定义，顾名思义EGP适用用与大型网络，自治区域与自治区域之间 IGP适用于小型网络，自治区域内部，在这强调一个概念，自治系统 Autonomous System，自治系统指在一个管理机构维护下的路由器集合，这些路由器之间使用一个IGP路由协议和统一的度量，用EGP路由协议来计算与其他自治系统的路由，随着协议的发展，自治系统内部并不局限与使用一个IGP，可以是几个不同的IGP，只要这个系统对外呈现出一种统一的路由机制。
同是IGP之间，也有区别，一般而言RIP适合于小型网络或网络拓扑结构简单网络，而OSPF由于引入了层次结构，适合于中型网络或网络拓扑复杂的网络，BGP适用骨干网络、ISP和大型企业网距离矢量协议和链接状态协议的主要区别在于它们传送的内容，距离矢量协议直接传送各自的路由表，各个路由器根据收到的路由表更新自己的路由表每个路由器对整个网络拓扑不了解，它们只知道邻近的情况，而链接状态协议传送路由器之间的连接状态，这样每个路由器都知道整个网络拓扑结构路由根据Open-Short-Path算法得出距离矢量协议无论是实现还是管理都比较简单，但是它的收敛速度慢，报文量大，占用较多网络开销，并且为避免路由环路得做各种特殊处理，链接状态协议则比较复杂，难管理，但是它收敛快 报文量少，占用较少网络开销不会出现路由环路
1.2、路由优先级（路由器中的路由来源各不相同）
直接相连的网段路由
优点：自动发现、开销小；
缺点：仅限于本网段和对端
配置的静态路由
优点：配置简单、无开销、适用于小规模网络；
缺点：不能动态反映网络的变化；
动态路由协议发现
优点：自动发现路由，并根据网络变化实时修改路由表，适用于大规模拓扑结构复杂的网络；
缺点：配置复杂，需额外的网络开销各个路由协议都有自己的标准来衡量路由的好坏，有的采用下一跳次数，有的采用带宽，有的采用时延，一般在路由数据中用度量Metric来量化，并且每个路由协议都把自己认为是最好的路由送到路由表中，这样对于到同一目的地址，可能有多条分别由不同寻径协议找回的路由。
尽管每个路由协议给出了度量值，但是由于各个协议所采用度量值的含意不同，它们之间没有可比性，这就需要有种策略来控制它 按照策略，判断最优的路由，我们才利用它来进行包的转发。
在实现中 对于路由选择机制 我们采用路由优先级Route Preference 的概念，每个路由根据路由策略设置一个优先级参数 一般对于到同一目的地址的若干路由，选择其中优先级参数最小的作为Active 路由，只由Active指导转发，其具体的规则如下：
对于到同一目的地址的路由，首选优先级最高，参数值最小的路由对于相同优先级的情况，先选择内部路由协议IGP找回的路由，再选择外部路由协议，EGP 找回的路由，最后再选择从外部路由协议这儿间接知道的内部路由协议路由自治系统路径信息，AS path information 也能辅助决策有自治系统路径信息的路由比没有的路由优先级高，如果自治系统路径信息和起源Origin 相同，低度量的路由优先级高，这所指的度量由实际的路由协议指定，可以是节点数，传输时间等等，起源表明了该路由在对端是通过内部协议或外部协议找到的，其数值可以是IGPEGP或Incomplete自治系统路径信息起源于IGP的路由比起源于EGP的优先级高，优先级最低的是不知道起源的路由自治系统路径短的路由优先级高利用路由的这种选择机制，可以实现路由的备份。
为了实现路由的备份，用户可根据实际情况，配置到同一目的地的多条路由，设置通过主路径的路由优先级最高，其余的备份路径依次递减，这样，正常情况下 路由器采用主路径发送数据，当线路发生故障时，该路由自动隐藏 路由器会选择余下的优先级最高的备份路由作为数据发送的途径，这样，也就实现了主口到备份口的切换 当主路径恢复正常时，路由器恢复相应的路由，并重新选择路由由于该路由的优先级最高，路由器选择主口路由来发送数据 上述过程是备份口到主口的自动切换。
1.3 静态路由
静态路由是一种特殊的路由，它由网络管理员采用手工方法在路由器中配置而成，通过静态路由的配置可建立一个完整的网络，这种方法的问题在于当一个网络故障发生后，静态路由不会自动发生改变，必须有网络管理员的介入，因此此方法对保证网络不间断运行存在一定的局限性因此我们会经常听到这样的劝告，不要使用静态路由。然而，对一个平滑操作的网络，静态路由在许多地方是必要的，实际上，仔细地设置和使用静态路由可以改进网络的性能，为重要的应用保存带宽。
我们推荐在下面两种情况下使用静态路由
在稳固的网络中使用静态路由，减少路由选择问题和路由选择数据流的过载，例如，在只有一条通路有效的stub网络中使用静态路由 某些时候，可以通过备份中心提供多条通路，这个时候，由备份中心来检测网络拓扑结构，以便当一条网络链路出现故障时，通过路由的切换来实现数据业务在不同通路间的切换。
静态路由有价值的另一个方面表现在构筑非常大型的网络中，各大区域通过一到两条主链路连接，静态路由的隔离特征能够有助于减少整个网络中路由选择协议的开销，限制路由选择发生改变和出现问题的范围。
1.4 静态路由的配置
一条静态路由有以下几个要素：
1、目的地址：用来标识IP包的目标地址或目标网络
2、网络掩码：和目标地址一起来标识目标网络，把目标地址和网络掩码逻辑与即可得到目标网络例如：目标地址为129.102.8.10 掩码为255.255.0.0，目标网络为129.102.0.0; 网络掩码必须是连续的, 掩码既可以用点分IP地址的方式表示, 也可以用掩码中连续的1的个数来表示。
3、接口：说明IP包从哪个接口出去
4、下一跳IP地址：说明IP包所经由的下一个IP地址
5、本条静态路由加入IP核心路由表的优先级，针对同一目的地，可能存在不同下一跳的若干条路由，这些不同的路由可能是由不同的路由协议发现的，也可以是配置静态路由时被指定的，优先级高 数值小的路由总是先被加入到核心路由表中去，在R2501路由器中 静态路由的缺省优先级是60RIP的优先级是100，OSPF的优先级是10，IP接口上直接相连的路由优先级最高，总是0，用户可以配置多条到同一目的地但优先级不同的路由，这些路由按照优先级的顺序选取唯一的一条被选择加入到核心路由表中去供IP分发报文决策用。
静态路由还可以有如下的属性：
1、静态路由是可达路由，正常的路由都属于这种情况，即IP报文按照目的地标示的路由被送往下一跳，这是静态路由最自然的用法
2、静态路由标示目的地不可达，当路由到某一目的地的参数具有 reject属性时，任何到达该目的地的IP报文被显示的通知目的地不可达
3、静态路由标示目的地为黑洞，当路由到某一目的地的参数具有
blackhole 属性时，任何到达该目的地的IP报文被丢弃属性2和属性3可以用来控制本路由器可达目的地的范围、辅助网络错误诊断
1.5、利用静态路由实现负载分担
Quidway系列路由器支持多路由模式，即允许配置到同一目标IP地址/目标IP地址掩码，并且优先级也相同的路由，我们把它们看成同一条路由，只不过有多个下一跳地址，这样，到同一目的地存在这不同的路径，而且它们的优先级也相同，在没有比这优先级更高的路由时，该路由被IP层采纳，在往该目的地发包时，由IP依次通过各条路径来发送，自动实现网络的负载分担
1.6 利用静态路由实现路由备份
Quidway系列路由器支持路由备份，当各个备份线路发生变化时 自动实现路由之间的切换，提高用户网络的可靠性。
为了实现路由的备份，用户可根据实际情况。配置到同一目的地的多条路由，设置通过主路径的路由优先级最高，其余的备份路径依次递减，这样，正常情况下，路由器采用主路径发送数据，当线路发生故障时，该路由自动隐藏路由器会选择余下的优先级最高的备份路由作为数据发送的途径，这样，也就实现了主口到备份口的切换，当主路径恢复正常时，路由器恢复相应的路由，并重新选择路由，由于该路由的优先级最高，路由器选择主口路由来发送数据，上述过程是备份口到主口的自动切换
1.7、子网路由和主机路由
Quidway系列路由器采用CIDR无分类地址编码，对于给定IP地址 需要指定网络掩码或掩码长度来区分网络地址和主机地址，所以，掩码长度为32的路由都是主机路由，而其余的路由，其指定的目的地其实不是某个主机，而是某一个子网，我们称这些路由为子网路由
1.8、缺省路由
为了使本网的主机能访问网上所有的主机，一个普通的做法是配置缺省路由通过缺省路由把所有不能由其它路由转发的包，发送到缺省网关，缺省配置时采用上述配置静态路由一样的命令格式，但它的ip-address为0.0.0.0，mask为0.0.0.0
配置路由的方法：
1.9 配置静态路由的注意事项
Quidway系列路由器给用户提供了灵活的配置命令，在配置静态路由时，允许指定发送接口而不是下一跳地址，但是，并不是任何路由都是只指定发送接口就够了，为了有助读者了解，在这简单回顾一下TCP/IP协议栈的发包过程，IP在发包时，根据包的目的地址寻找路由表中与之匹配的路由，路由指定了包的下一跳，IP找到对应下一跳IP地址的链路层地址，在支持广播的接口，一般用ARP 对于点到点、点到多点、NBMA等类型的接口，由链路层提供从IP地址到链路地址映射的功能，其实也可把它理解成一种广义的ARP，然后把包往下送到链路层。
所以，实际上对于路由都得指定下一跳地址，只有在隐含地指定了下一跳的情况下，才能在配置路由的下一跳为某个接口，以配置命令ip route i1.i2.i3.i4，masklen interface...来举例，对于支持ARP的接口，Ethernet 只有目的地址i1.i2.i3.i4 和masklen指定了一个主机地址，且指定的目的地址就在该接口的直接连接网段上时，以上配置的路由才是正确的，对于点到点接口，由于能通过协商确定对端的地址，IP就认为该接口的对端地址是路由的下一跳，如对一个NBMA接口配置了多个子通道，诸如配置多个Dialer Map，对于这样的接口不能配置指定该接口的路由 由于NBMA接口不支持ARP，就算所配置路由的目的地址是与接口直接相连的子通道对端地址，当路由器往该目的地发包时，以目的地址为下一跳，也解析不出来链路层地址来。
查看路由表的方法：
Quidway(config)#ip route A.B.C.D Ma.Mb.Mc.Md E.F.G.H ¿
目的网络地址、掩码 、下一跳地址
主机1：上配缺省路由1.1.1.2 在TCP/IP属性中
router 1配置路由
Quidway(config)#ip route 1.1.3.0 255.255.255.0 1.1.2.2
Quidway(config)#ip route 1.1.4.0 255.255.255.0 1.1.2.2
Quidway(config)#ip route 1.1.5.0 255.255.255.0 1.1.2.2
或只配缺省路由
Quidway(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 1.1.2.2
router 2配置路由
Quidway(config)#ip route 1.1.1.0 255.255.255.0 1.1.2.1
Quidway(config)#ip route 1.1.4.0 255.255.255.0 1.1.3.2
router 3配置路由
Quidway(config)#ip route 1.1.2.0 255.255.255.0 1.1.3.1
Quidway(config)#ip route 1.1.5.0 255.255.255.0 1.1.3.1
Quidway(config)#ip route 1.1.1.0 255.255.255.0 1.1.3.1
或缺省路由
Quidway(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 1.1.3.1
主机2上配置缺省路由 1.1.4.1
主机3上配置缺省路由 1.1.5.2
且至此图中所有主机和路由器能两两互通
小结：
各个路由协议都有其优缺点，选择合适的路由协议是网络实践的关键。静态路由尽管存在不能自适应网络拓扑的变化的缺点，但是它在很多情况下能得到应用，尤其是Stub网络，利用静态路由还能实现负载分担和路由的备份。
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