网络协议从入门到底层原理学习（三）—— 路由

1、简介

路由（routing）是指分组从源到目的地时，决定端到端路径的网络范围的进程

在不同网段之间转发数据，需要有路由器的支持

默认情况下，路由器只知道跟它直连的网段，非直连的网段需要通过静态路由、动态路由告诉它

• 静态路由

  管理员手动添加路由信息

  适用于小规模网络

• 动态路由

  路由器通过路由选择协议（比如RIP、OSPF）自动获取路由信息

  适用于大规模网络

2、网络、互联网、因特网

全世界最大的互联网是：因特网（ Internet）

• 将全世界所有的计算机都连接在一起

• 一般使用大写I开头的Internet特指因特网

• 日常生活中说的：你的电脑上不了网。其实就是指：你的电脑没有连接到因特网

3、ISP

ISP，Internet Service Provider，Internet服务提供商，比如移动、电信、网通、铁通等

• 我们平时拉的宽带都是通过ISP连接到Internet的

4、网络分类

按照网络的范围进行分类，可以分为：局域网、城域网、广域网等

◼ 局域网（Local Area Network, LAN）

• 一般是范围在几百米到十几公里内的计算机所构成的计算机网络

• 常用于公司、家庭、学校、医院、机关、一幢大楼等

• 局域网中使用最广泛的网络技术叫：以太网（ Ethernet）

• 在电脑、手机上经常见到的一个英文 （ Wireless LAN），意思是无线局域网

◼ 城域网（Metropolitan Area Network，MAN）

• 一般范围是数十公里到数百公里，可以覆盖一个城市

◼ 广域网（Wide Area Network，WAN）

• 一般范围是几百公里到几千公里，可以覆盖一个国家。通常都需要租用 ISP的线路

常见的几种接口

FastEthernet

• 快速以太网接口（100M）

GigabitEthernet

• 千兆以太网接口

Serial

• 串行接口

5、上网方式

上网方式——电话线入户

这就是平时说的：ADSL电话拨号上网（Asymmetric Digital Subscriber Line）

• 非对称数字用户线路，提供上、下行不对称的传输带宽

猫（ Modem），调制解调器，进行数字信号和模拟信号的转换

上网方式——光纤入户

光猫（ Optical Modem），光调制解调器，进行数字信号和光信号的转换

上网方式——网线入户

家用无线路由器的逻辑结构

6、路由器的作用

1、能够将数据包转发到正确的目的地

2、转发过程中选择最佳路径的设备

7、路由器转发数据包的封装过程

源目IP保持不变，源目MAC随着传输设备不同而不同

8、路由器和交换机的对比

9、选取最优路由时的标准

1、子网掩码长度最长的最优先匹配
2、选取路由协议中优先级最小的最优先匹配

3、相同路由协议的情况下，选取metric值最小的最优先匹配。

每种协议metric值定义的不相同，静态路由和路由优先级有关，这个是人为指定的，RIP协议和跳数有关，跳数越小越优；OSPF协议和带宽有关，带宽最大最优先；metric时用来判定链路质量优劣的

4、如果以上都没有路由可以匹配得上，就匹配默认路由

10、路由表的定义

路由器中维护的路由条目的集合

11、路由表的形成

1、直连网段：配置IP地址、端口UP状态、形成直连路由

2、非直连网段：对于非直连的网段，需要静态路由或动态路由，将网段添加到路由表中

12、路由表的主要作用

决定设备的三层数据包的转发关系。目标网络能匹配路由表，从相应接口转发；若不能匹配路由表，则drop（丢弃）掉该数据包，不会像交换机那样泛洪（广播）。

路由传递依据路由表

13、路由协议的分类

路由协议：

静态路由——管理员手工配置路由

动态路由——路由器间自动学习路由

1.局域网内——IGP（内部网关路由协议）

距离矢量路由协议——RIPV1、RIPV2、EIGRP（思科）

链路状态路由协议——OSPF、ISIS（LS）

2.互联网 ——EGP（外部网关路由协议）——BGPV4（版本4）

14、静态路由

优点：运行稳定，节省设备链路开销

缺点：对大型网络来说，工作量较大，拓扑一旦发生了改变，维护量变大。

建议：小型网络使用静态路由（总共配置少于十条路由），中大型网络使用动态路由。

15、默认路由-匹配的是所有网段

1、当路由器在路由表中找不到目标网络的路由条目时，路由器把请求转发到默认路由接口

2、默认路由时静态路由的一种特殊方式，它属于静态路由的一种，使用它是有条件的，只能在末梢网络中使用

16、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)作为主路经，当主路经出现故障时，由带宽较小的备份路由顶替，保持网络的不中断

17、动态路由

动态路由：不需要手工写路由，路由器之间能够自己互相学习（基于某种路由协议实现）

特点：

①减少了管理任务

②占用了网络带宽

动态路由协议的概述：邻居路由器之间路由协议应保持一致

度量值：跳数、带宽、负载、时延、可靠性、成本

收敛：所有运行同一种路由协议的路由器使所有路由表都达到一致状态的过程

按照路由执行的算法分类

1、距离矢量路由协议

依据从源网络到目标网络所经过的路由器的个数选择路由

RIP、IGRP

2、链路状态路由协议

综合考虑从源网络到目标网络的各条路径的情况选择路由

OSPF、IS-IS

18、RIP路由协议工作原理

1、RIP 是距离矢量路由协议

2、RIP的概述

①定期更新（30s）

②邻居

③广播更新、组播更新

④全路由表更新

19、RIP的度量值与更新时间

RIP度量值为跳数:最大跳数为15跳，16跳为不可达
RIP更新时间：每隔30s发送路由更新消息，UDP520端口
RIP路由更新消息：发送整个路由表消息

20、路由环路的原因

定期更新，更新周期长

执行水平分割可以阻止路由环路的发生

1、从一个接口学习到的路由消息，不再从这个接口发送出去

2、同时也能减少路由更新消息占用的链路带宽资源

21、RIPV1和RIPV2区别

RIPV1：

跨越主类网络边界：指的是两个不同的主类网络之间的路由网段，跨越主类网络边界的路由器会自动把路由汇总成主类显示

22、公网IP、私网IP

IP地址也分为：公网IP、私网IP

公网IP（Public）

• Internet上的路由器中只有到达公网的路由表，没有到达私网的路由表

• 公网IP由因特网信息中心（Internet Network Information Center，Inter NIC）统一分配和管理

• ISP需要向 Inter NIC 申请公网

私网IP（Private）

• 主要用于局域网。下面是保留的私网网段

  A类：10.0.0.0/8，1个A类网络

  B类：172.16.0.0/16 ~ 172.31.0.0/16，16个B类网络

  C类：192.168.0.0/24 ~ 192.168.255.0/24，256个C类网络

23、NAT

私网IP访问Internet 需要进行 NAT 转换为公网

• NAT（ Network Address Translation ）

• 这一步可以由路由器来完成

NAT 的特点

• 可以节约公网IP资源

• 会隐藏内部真实IP

NAT的分类

• 静态转换

  手动配置 NAT 映射表

  一对一转换

• 动态转换

  定义外部地址池，动态随机转换

  一对一转换

• PAT（ Port Address Translation ）

  多对一转换，最大程度节约公网IP资源

  采用端口多路复用方式，通过端口号标识不同的数据流

  目前应用最广泛的 NAT 实现方式