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一、路由原理
1.概述
- 路由器工作在 OSI 参考模型的网络层，它的重要作用是为数据包选择最佳路径，最终送达目的地
- 在只有一个网段的网络中，数据包可以很容易地从源主机到达目的主机，但如果一台计算机要和非本网段的计算机通信，数据包可能就要经过很多路由器
- 这就要面临一个很重要的问题——如何选择到达目的地的路径？
- 数据包从一台主机到达另一台主机有很多条路径选择，但是显然，这些路径中在某一时刻总会有一条路径是最好（最快）的
- 因此，为了尽可能的提高网络访问速度（效率），就需要有一种方法来判断从源主机到达目的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
2.路由器的工作原理
- 首先来看一看路由器是如何工作的
- 通过在 PC 上设置默认网关就可以使得局域网的计算机与 Internet 通信，其实在 PC 上所设置的默认网关就是路由器以太口的 IP 地址
- 如果局域网中的计算机要和外面的计算机通信，只需把请求提交给路由器的以太网口即可，接下来的工作就由路由器来完成
- 因此可以说路由器就是互联网的中转站，网络中的数据包就是通过一个又一个的路由器转发到目的网络的
3.路由器如何转发数据包
- 路由器时如何进行数据包的转发呢？就像一个人要去某个地方旅游，首先得看看手机里的地图，好去攻略，这张地图就是路由表
- 在路由表里，包括该路由器掌握的所有目的网络地址，以及通过此路由器到达这些网络的最佳路径
- 这个最佳路径指路由器的某个接口或下一跳路由器的地址
补充（下一跳）：路由的下一个点，如果路由器没有直接连接到目的网络，它会有一个提供下一跳路由的邻居路由器，用来传递数据到目的地；简单的来说，可以从字面理解，下一跳就是指路由器路由选择的下面一次跳跃
- 正是由于路由表的存在，路由器可以高效地进行数据包的转发
4.路由器转发数据包的过程
- 主机1要发送数据包给主机2，因为IP不在同一网段，所以主机会将数据包发往本网段的网关路由器A
- 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；数据包中的目标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
- 网络中的每个路由器都是按照这样的步骤进行转发数据，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
- 在转发的过程中，如果在路由表中没有找到数据包的目的地址，则会根据路由器的配置转发到默认接口或给用户返回“目标地址不可达”的信息
- 上述只是对路由器工作过程的简单描述，却是路由表最基本的工作原理
5.路由表的形成
- 路由表是在路由器中维护的路由条目的集合，路由器根据路由表做路径选择
- 直连网段：
- 当在路由表上配置了接口的IP地址时且接口状态为“up”时，路由表中出现直连路由项
- 非直连网段：
- 对于不直接连接在路由器上的网段，需要使用静态路由或动态路由来将这些网段，以及如何转发一起写入路由表
二、静态路由与默认路由
1.静态路由概述
- 静态路由是由管理员在路由器中手动配置的固定路由，除非网络管理员干预，否则静态路由不会发生变化
- 由于静态路由需要管理员逐条写入，而且不能对网络的改变做出反应，所以一般来说，静态路由用于网络规模不大、拓扑结构相对固定的网络中
2.静态路由特点
- 允许对路由的行为进行精确的控制；由于静态路由是手动配置的，所以管理员可以通过静态路由来控制数据包在网络中的流动
- 静态路由是单向的，如果希望实现双向通信，必须在通信双方配置双向的静态路由
- 不足之处是缺乏灵活性，静态路由虽然能够对通过路由器的路径的数据包进行精准控制，但同时也限制了它的灵活性
- 由于它是静态配置的，不能根据网络的变化而改变，所以当网络拓扑更新时（例如链路故障），管理员就必须重新配置该静态路由才能修复故障
2.默认路由
- 默认路由是一种特殊的静态路由，是当路由表中与数据包的目的地址之间没有匹配表项时路由器做出的下一次选择
- 如果没有默认路由，那么目的地址值在路由表中没有匹配表项的数据包将被丢弃
- 默认路由在存在末梢网络时非常有效，能大大简化路由器配置，并减轻管理员的工作负担，提高网络性能
- 末梢网络，即只有唯一的一个路径能够到达其他网络的网络
- 假设该末梢网络中的主机需要访问其他网络时必须通过两个相邻的路由器A和B，没有第二条路径，那么可以在路由器A上配置一条默认路由，那么只要有主机访问其他网络，这样数据到达路由器A后，路由器A就会按照默认路由来转发，而不管该数据包的目的地址到底是哪个网络
- 另外，适当地使用默认路由还可以减小路由表的大小，网络管理员有时会这样配置路由表，即只在路由表中添加少数的静态路由，同时添加一条默认路由，那么当收到的数据包的目的网段没有包含在该路由表中时，就会按照默认路由来进行转发（当然默认路由可能不是最好的路由~了解即可）
3.路由器转发数据包的封装过程
- HostA向 HostB发送数据，路由器对数据包的封装过程如下图所示：
- HostA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；HostA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
- 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HostA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
- 路由器A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
- 在E1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
- 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HostB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HostB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
- ARP表用于建立连接
- 路由表用于路由之间转发
三、静态路由与默认路由的配置
环境：华为 eNSP
1.配置静态路由
ip route network mask {
address|interface}
- network:目的网络地址
- mask:子网掩码
- address:到达目的网络经过的下一跳路由器的接口地址
- interface:到达目的网络的本地接口地址
2.配置默认路由
ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 address
- "0.0.0.0"代表任何网络，也就是说发往任何网络的数据包都转发到命令指定的下一个路由器接口地址
- address：到达目的网段经过的下一跳路由器的接口地址
3.华为eNSP命令
- 默认路由
[Huawei]ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.12.1
- 静态路由
[Huawei]ip route-static 192.168.10.0 255.255.255.0 192.168.12.1
其中192.168.10.0是目的网段 255.255.255.0是子网掩码 192.168.12.1是下一跳地址
- 查看路由表
[Huawei]display ip routing-table
- 查看网络状态
[Huawei] display interface brief
四、静态路由配置实验
拓扑图
需求
- 配置静态路由使得PC1和PC2之间能正常通信
R4
<Huawei>sys
Enter system view, return user view with Ctrl+Z.
[Huawei]sys R4
[R4]un in en
Info: Information center is disabled.
[R4]int g0/0/0
[R4-GigabitEthernet0/0/0]ip add 192.168.1.1 24
[R4-GigabitEthernet0/0/0]un sh
Info: Interface GigabitEthernet0/0/0 is not shutdown.
[R4-GigabitEthernet0/0/0]int g0/0/1
[R4-GigabitEthernet0/0/1]ip add 20.0.0.1 24
[R4-GigabitEthernet0/0/1]un sh
Info: Interface GigabitEthernet0/0/1 is not shutdown.
[R4-GigabitEthernet0/0/1]q
[R4]ip route-static 10.0.0.0 255.255.255.0 20.0.0.2 ##配置非直连网段，20.0.0.2为下一跳网关
[R4]ip route-static 30.0.0.0 24 20.0.0.2
[R4]display ip routing-table ##查看路由表详细信息
Route Flags: R - relay, D - download to fib
------------------------------------------------------------------------------
Routing Tables: Public
Destinations : 12 Routes : 12
Destination/Mask Proto Pre Cost Flags NextHop Interface
10.0.0.0/24 Static 60 0 RD 20.0.0.2 GigabitEthernet
0/0/1
20.0.0.0/24 Direct 0 0 D 20.0.0.1 GigabitEthernet
0/0/1
20.0.0.1/32 Direct 0 0 D 127.0.0.1 GigabitEthernet
0/0/1
20.0.0.255/32 Direct 0 0 D 127.0.0.1 GigabitEthernet
0/0/1
30.0.0.0/24 Static 60 0 RD 20.0.0.2 GigabitEthernet
0/0/1
127.0.0.0/8 Direct 0 0 D 127.0.0.1 InLoopBack0
127.0.0.1/32 Direct 0 0 D 127.0.0.1 InLoopBack0
127.255.255.255/32 Direct 0 0 D 127.0.0.1 InLoopBack0
192.168.1.0/24 Direct 0 0 D 192.168.1.1 GigabitEthernet
0/0/0
192.168.1.1/32 Direct 0 0 D 127.0.0.1 GigabitEthernet
0/0/0
192.168.1.255/32 Direct 0 0 D 127.0.0.1 GigabitEthernet
0/0/0
255.255.255.255/32 Direct 0 0 D 127.0.0.1 InLoopBack0
[R4]
<R4>
R5
<Huawei>sys
Enter system view, return user view with Ctrl+Z.
[Huawei]sys R5
[R5]un in en
Info: Information center is disabled.
[R5]int g0/0/0
[R5-GigabitEthernet0/0/0]ip add 20.0.0.2 24
[R5-GigabitEthernet0/0/0]un sh
Info: Interface GigabitEthernet0/0/0 is not shutdown.
[R5-GigabitEthernet0/0/0]int g0/0/1
[R5-GigabitEthernet0/0/1]ip add 30.0.0.2 24
[R5-GigabitEthernet0/0/1]un sh
Info: Interface GigabitEthernet0/0/1 is not shutdown.
[R5-GigabitEthernet0/0/1]q
[R5]ip route-static 10.0.0.0 24 30.0.0.1
[R5]ip route-static 192.168.1.0 24 20.0.0.1
R6
<Huawei>sys
Enter system view, return user view with Ctrl+Z.
[Huawei]sys R6
[R6]un in en
Info: Information center is disabled.
[R6]int g0/0/0
[R6-GigabitEthernet0/0/0]ip add 30.0.0.1 24
[R6-GigabitEthernet0/0/0]un sh
Info: Interface GigabitEthernet0/0/0 is not shutdown.
[R6-GigabitEthernet0/0/0]int g0/0/1
[R6-GigabitEthernet0/0/1]ip add 10.0.0.1 24
[R6-GigabitEthernet0/0/1]un sh
Info: Interface GigabitEthernet0/0/1 is not shutdown.
[R6-GigabitEthernet0/0/1]q
[R6]ip route-static 20.0.0.0 24 30.0.0.2
[R6]ip route-static 192.168.1.0 24 30.0.0.2
PC1和PC2
验证
