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09 IP 路由基础

IP路由的基础概念，包括路由表、路由协议、路由选择等。

当路由器（或者其他三层设备）收到一个 IP 数据包时，会查看数据包的 IP 头部中的目标 IP 地址，并在路由表中查找，在匹配到最优的路由后，将数据包扔给该路由器所指出的接口或下一跳。

路由表

查看路由表：

[HUAWEI]display ip routing-table 
Route Flags: R - relay, D - download to fib
------------------------------------------------------------------------------
Routing Tables: Public
         Destinations : 11       Routes : 11       

Destination/Mask    Proto   Pre  Cost      Flags NextHop         Interface

        0.0.0.0/0   Static  60   0          RD   192.168.88.1    Vlanif88
     10.10.10.0/24  Direct  0    0           D   10.10.10.1      Vlanif10
     10.10.10.1/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       Vlanif10
     10.10.20.0/24  Direct  0    0           D   10.10.20.1      Vlanif20
     10.10.20.1/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       Vlanif20
     10.10.30.0/24  Direct  0    0           D   10.10.30.1      Vlanif30
     10.10.30.1/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       Vlanif30
      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
路由表字段备注
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 包所经过的下一个路由器的接口地址
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

路由优先级

图中展示了同一个目的网段（例如 10.1.1.0/30）可能同时被不同路由协议/来源学习到（OSPF、RIP、Static 等）。当同一个前缀出现多条不同来源的路由时，会优先比较路由表里的 Pre/Preference（管理距离/协议优先级），数值越小越优先。

因此，当 RTA 同时从 OSPF 和 RIP 学到 10.1.1.0/30 时，会优先选择 OSPF（Pre=10），而不是 RIP（Pre=100）；也就是说：协议优先级（Pre）决定了不同协议之间谁的路由更“可信/更优先”进入路由表。

路由度量

这张图说明的是 Cost（度量值）的作用：当路由来源相同（例如都是 OSPF，Pre 也相同）但存在多条到达同一目的网段的路径时，路由器会选择 Cost 更小的路径作为最优路由。

以图中到达 10.1.1.0/30 的两条 OSPF 路径为例：

  • 上方路径的链路代价分别为 10 和 10，端到端总代价 10+10=20。
  • 下方路径的链路代价分别为 1 和 1，端到端总代价 1+1=2。

因此 RTA 的路由表最终选择下方路径，并在输出中体现为 Proto=OSPF、Cost=2，下一跳为下方链路对应的 30.1.1.2。

等价路由

ECMP（Equal Cost Multi-Path），对于同一个路由来源，当到达同一个目标网络有几条相同度量值的路由时，这些路由都会被加入到路由表中，数据包会在这几个链路上进行负载分担

最长匹配

“最长匹配”（Longest Prefix Match）的本质：把目的 IP 和路由前缀都当成二进制位串，从高位开始逐位比较，能匹配的前缀位数（/n 里的 n）越多越优先。

目的地址 9.1.2.1 的前两段（前 16 位）二进制是：

9.1.2.1  = 00001001.00000001.00000010.00000001

两条候选路由前缀分别是：

9.0.0.0/8   = 00001001.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx
9.1.0.0/16  = 00001001.00000001.xxxxxxxx.xxxxxxxx

可以看到：

  • 9.0.0.0/8 只要求前 8 位匹配：00001001（也就是第一个字节为 9），它确实匹配 9.1.2.1。
  • 9.1.0.0/16 要求前 16 位匹配：00001001.00000001（也就是前两个字节为 9.1），它同样匹配 9.1.2.1，而且匹配位数更多。

因此在同时命中 9.0.0.0/8 与 9.1.0.0/16 时，会选择 9.1.0.0/16（更具体的前缀）。

静态路由

静态路由是由管理员手动配置和维护的路由。静态路由配置简单，被广泛应用于网络中。静态路由还可以实现负载均衡和路由备份。

静态路由概述：

  • 配置简单，开销小；
  • 通过手动配置进行添加和维护；
  • 无法根据拓扑的变化进行动态的响应；
  • 适用于组网规模较小的场景，如果网络规模较大，则配置及维护的成本就会很高；
  • 在大型的网络中，往往采用动态、静态路由结合的方式进行部署。

静态路由配置

负载分担

静态路由支持到达同一目标网络的等价负载分担：

路由备份-浮动静态路由

  • 利用优先级的特性，配置浮动路由
  • 在主路由失效的情况下，浮动路由会加入到路由表并承担数据转发业务

缺省路由

一种特殊的路由，能够匹配所有目标网络

  • 可以通过静态路由配置，也可以通过动态路由协议发布
  • 在路由表中，以到网络 0.0.0.0/0 的形式存在
  • 通常用于末梢网络（如：家庭、企业）向核心网络发送数据时的默认出口

配置命令： ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 <下一跳地址>/<出接口> [优先级]

Loopback接口

回环口，逻辑的、虚拟的接口

命令备注
interface loopback 编号创建或配置一个回环口，创建后，默认 up

作用：

  • 模拟直连网段，可用于测试
  • 设备管理（稳定）
  • 供其他协议使用（OSPF、BGP、MPLS 等）
  • SNMP Traps 消息的源地址
  • 其他用途（用途十分广泛）

动态路由

路由器使用路由协议从其他路由器获取路由信息，当网络拓扑发生变化时，能够自动更新路由表。

路由协议概述：

  • 路由器之间交互信息的一种语言
  • 共享路由信息
  • 维护路由表、提供最佳转发路线

路由协议总览：

路由协议分类（作用范围 ）：

类型备注
IGP（Interior Gateway Protocol）内部网关协议用于一个 AS 内部交换路由信息（RIP、OSPF、IS-IS）
EGP（Exterior Gateway Protocol）外部网关协议用于多个 AS 之间交换路由信息（BGP）
AS（Autonomous System）自治系统处于单个管理机制下的网络（如：企业、电信、移动、联通）

路由协议分类（协议算法 ）：

类型备注
DV（Distance-Vector）距离矢量基于距离矢量算法，路由器并不了解网络拓扑结构，类似路牌，道听途说（如：RIP、EIGRP）
LS（Link-State）链路状态基于 SPF（Shortest Path First，最短路径优先）算法，路由器了解完整的网络拓扑结构，类似地图（如：OSPF、IS-IS）

路由协议分类（根据发送的更新是否携带掩码 ）：

类型备注
有类别（Classful）发送的更新不携带掩码（如：RIP v1、IGRP）
无类别（Classless）发送的更新携带掩码（如：RIP v2、OSPF、IS-IS、EIGRP、BGP）

路由协议分类（根据业务应用 ）：

类型备注
单播路由协议用于传输单播路由信息（如：RIP、OSPF、IS-IS、BGP）
组播路由协议用于传输组播路由信息（如：PIM-SM、PIM-DM、DVMRP）

路由协议操作规则：

  • 协议是在接口上运行的
  • 只能学习和发布相同协议已知的路由信息
  • 如果不同的路由协议需要交换路由信息，需要进行注入（import）

路由器收敛：

  • 当所有路由表包含相同网络可达性信息
  • 网络（路由）进入一个稳定状态
  • 网络在达到收敛前无法完全正常工作

衡量动态路由协议的一些性能指标：

指标备注
正确性能够正确找到最优的路由，且无自环。
快收敛当拓扑结构发生变化之后，能够迅速作出相应的路由改变。
低开销协议自身的开销（内存、CPU、网络带宽）最小。
安全性协议自身不易受攻击，有安全机制。
普适性适应各种拓扑结构和各种规模的网络。

缺省路由

一种特殊的路由，能够匹配所有目标网络

  • 可以通过静态路由配置，也可以通过动态路由协议发布
  • 在路由表中，以到网络 0.0.0.0/0 的形式存在
  • 通常用于末梢网络（如：家庭、企业）向核心网络发送数据时的默认出口

配置命令： ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 <下一跳地址>/<出接口> [优先级]

Loopback接口

回环口，逻辑的、虚拟的接口

命令备注
interface loopback 编号创建或配置一个回环口，创建后，默认 up

作用：

  • 模拟直连网段，可用于测试
  • 设备管理（稳定）
  • 供其他协议使用（OSPF、BGP、MPLS 等）
  • SNMP Traps 消息的源地址
  • 其他用途（用途十分广泛）

动态路由

路由器使用路由协议从其他路由器获取路由信息，当网络拓扑发生变化时，能够自动更新路由表。

路由协议概述：

  • 路由器之间交互信息的一种语言
  • 共享路由信息
  • 维护路由表、提供最佳转发路线

路由协议总览：

路由协议分类（作用范围 ）：

类型备注
IGP（Interior Gateway Protocol）内部网关协议用于一个 AS 内部交换路由信息（RIP、OSPF、IS-IS）
EGP（Exterior Gateway Protocol）外部网关协议用于多个 AS 之间交换路由信息（BGP）
AS（Autonomous System）自治系统处于单个管理机制下的网络（如：企业、电信、移动、联通）

路由协议分类（协议算法 ）：

类型备注
DV（Distance-Vector）距离矢量基于距离矢量算法，路由器并不了解网络拓扑结构，类似路牌，道听途说（如：RIP、EIGRP）
LS（Link-State）链路状态基于 SPF（Shortest Path First，最短路径优先）算法，路由器了解完整的网络拓扑结构，类似地图（如：OSPF、IS-IS）

路由协议分类（根据发送的更新是否携带掩码 ）：

类型备注
有类别（Classful）发送的更新不携带掩码（如：RIP v1、IGRP）
无类别（Classless）发送的更新携带掩码（如：RIP v2、OSPF、IS-IS、EIGRP、BGP）

路由协议分类（根据业务应用 ）：

类型备注
单播路由协议用于传输单播路由信息（如：RIP、OSPF、IS-IS、BGP）
组播路由协议用于传输组播路由信息（如：PIM-SM、PIM-DM、DVMRP）

路由协议操作规则：

  • 协议是在接口上运行的
  • 只能学习和发布相同协议已知的路由信息
  • 如果不同的路由协议需要交换路由信息，需要进行注入（import）

路由器收敛：

  • 当所有路由表包含相同网络可达性信息
  • 网络（路由）进入一个稳定状态
  • 网络在达到收敛前无法完全正常工作

衡量动态路由协议的一些性能指标：

指标备注
正确性能够正确找到最优的路由，且无自环。
快收敛当拓扑结构发生变化之后，能够迅速作出相应的路由改变。
低开销协议自身的开销（内存、CPU、网络带宽）最小。
安全性协议自身不易受攻击，有安全机制。
普适性适应各种拓扑结构和各种规模的网络。

RIP

RIP（Routing Information Protocol，路由信息协议）：

  • 距离矢量路由协议，属于 IGP 协议；
  • 适用于中小型网络，有 RIPv1 和 RIPv2 两个版本；
  • 基于 UDP，目标端口号 520；
  • 周期性更新；
  • 支持水平分割、毒性逆转和触发更新等防环特性。

工作原理

  • 路由器运行 RIP 后，会首先发送路由更新请求，收到请求的路由器会发送自己的 RIP 路由进行响应
  • 网络稳定后，路由器会周期性（30秒）发送路由更新信息

RIP 度量

RIP度量
  • RIP 使用跳数（Hop）作为度量值来衡量到达目的网络的距离。
  • 缺省情况下，直连网络的路由跳数为 0，当路由器发送路由更新时，会把度量值加 1。
  • RIP 规定超过 15 跳为网络不可达。

RIP V1 VS v2

对比项RIPv1RIPv2
路由类型有类别路由协议无类别路由协议
VLSM/CIDR不支持 VLSM 和 CIDR支持 VLSM，支持路由聚合与 CIDR
报文发送方式广播广播或组播（224.0.0.9）
认证不支持认证支持明文认证和 MD5 密文认证

基本配置

[HUAWEI]rip
[HUAWEI-rip]version 2
[HUAWEI-rip]network 10.0.0.0
[HUAWEI-rip]network 12.0.0.0
[HUAWEI-rip]network 13.0.0.0
命令备注
rip 1开启 RIP 进程，进程缺省为 1
version 2开启 RIPv2
network 10.0.0.0宣告网络，即指定运行 RIP 的接口，只需要输入接口的主类网络地址即可；只有处于此网络中的接口，才能进行 RIP 报文的接收和发送
rip metricin 5在接收路由时增加度量值
rip metricout 5在发送路由时修改度量值
rip split-horizon开启水平分割，默认开启
rip poison-reverse开启毒性逆转，默认关闭
undo rip input禁止接收 RIP 数据包
undo rip output禁止发送 RIP 数据包
silent-interface g0/0/0配置被动接口，只收不发
display rip验证 RIP 信息
display rip int g0/0/0 verbose验证 RIP 接口相信信息

08 IP 地址与配置

IP地址与配置的相关概念，介绍IP地址的分类、子网划分、IP地址配置方法等。

10 OSPF 原理与配置

OSPF基础配置的相关概念，包括OSPF的配置、OSPF的邻居关系、OSPF的路由等。

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路由表
路由优先级
路由度量
等价路由
最长匹配
静态路由
静态路由配置
负载分担
路由备份-浮动静态路由
缺省路由
Loopback接口
动态路由
缺省路由
Loopback接口
动态路由
RIP
工作原理
RIP 度量
RIP V1 VS v2
基本配置