IP路由基礎-路由交換原理9-【HCNA筆記】

1、路由原理

    數據在網絡上傳輸時，要先查詢本機的路由表而後根據路由表的指示，決定是將該包發往交換機進行幀交換還是直接發往路由器進行IP尋址。首先不同的數據在傳輸層根據不同的協議打包成各種傳輸報文，報頭中記錄的內容可以控制傳輸的過程，如TCP報文、UDP報文等。而後根據目的地不同在網絡層被加上了IP報頭，其中指明瞭目的設備的IP地址。將報文遞交給網卡之前，設備先查詢自己的路由表，如下圖所示，這個表中記錄着本機的路由策略，即不同類型的IP地址在接下來應當如何被傳遞。（說明：本機IP是192.168.123.88；本機連接着一個路由器IP是192.168.123.254）

路由表

編號	destination	mask	gateway	interface	metric
1	0.0.0.0	0.0.0.0	192.168.123.254	192.168.123.88	1
2	127.0.0.0	255.0.0.0	127.0.0.1	127.0.0.1	1
3	192.168.123.0	255.255.255.0	192.168.123.88	192.168.123.88	1
4	192.168.123.88	255.255.255.255	127.0.0.1	127.0.0.1	1
5	192.168.123.255	255.255.255.255	192.168.123.88	192.168.123.88	1
6	224.0.0.0	224.0.0.0	192.168.123.88	192.168.123.88	1
7	255.255.255.255	255.255.255.255	192.168.123.88	192.168.123.88	1

destination：目的網段。

mask：子網掩碼。

gateway：下一跳路由器入口IP。網關爲本機IP則代表不需要路由器。

interface：本地的出口IP。也代表着應使用那個網卡發出該包。

metric：跳數，數值越小質量越高。

    對上述路由表的分析如下：

路由表分析

編號	destination	mask	gateway	interface	metric
1	0.0.0.0	0.0.0.0	192.168.123.254	192.168.123.88	1
目的主機的IP網段若在路由表上找不到，那就默認地從本機網卡發往本機所連的路由器。
2	127.0.0.0	255.0.0.0	127.0.0.1	127.0.0.1	1
目的主機的IP網段若是本機迴環IP，則由本機發回本機，不需要網關。
3	192.168.123.0	255.255.255.0	192.168.123.88	192.168.123.88	1
目的主機的IP與本機同網段，則應當從本機網卡發往本機所連接的交換機，所以這裏不需要網關。
4	192.168.123.88	255.255.255.255	127.0.0.1	127.0.0.1	1
目的主機的IP就是本機IP，則由本機發回本機，不需要網關。
5	192.168.123.255	255.255.255.255	192.168.123.88	192.168.123.88	1
目的IP是主機所在網段的廣播IP，則由本機網卡發往交換機，所以這裏不需要網關。
6	224.0.0.0	224.0.0.0	192.168.123.88	192.168.123.88	1
目的IP是一個組播地址，則由本機網卡發往交換機，不需要網關。
7	255.255.255.255	255.255.255.255	192.168.123.88	192.168.123.88	1
目的IP是一個全網廣播地址，則由本機網卡發往交換機，不需要網關。

2、路由類型

    根據前面的分析我們可知路由主要分爲三類：發給自己的、發往交換機的、發往路由器的。

    發給自己：包括迴環IP和本機IP，迴環IP就代表着主機自己，是主機用於網絡測試時使用的，後面再詳細講。目的地址是本機IP的情況也很多，比如在一臺電腦上同時安裝了Server端和Client端，兩個應用進行通訊時目的IP都是本機的IP。這裏目標IP是迴環地址的就通過虛擬迴環接口發出去，目標IP是本機的就通過本機的網卡發出，最後還是回到本機，由本機的虛擬迴環接口或本機網卡收到交由上層處理。

    發往交換機：全網廣播、組播、網段內廣播以及發往網段內其他主機的數據包都需要通過交換機進行幀交換，所以由本機網卡發到網線上，由交換機接收並轉發。

    發往路由器：路由表中找不到目的IP的時候，默認就發往默認路由器，實際上也存在指定網段的數據發往指定路由器的情況，我們後續再講。大多數情況就是發往其他網段的數據需要通過路由器轉發，所以由本機網卡發往路由器進行IP尋址。

3、路由選擇

    以FTP爲例，在應用層FTP客戶端決定向服務端發送一段數據，該數據到達傳輸層後決定採用TCP協議進行傳輸，於是爲該段數據加上TCP報頭組成TCP報文。包含該段數據的TCP報文到達網絡層後根據目的主機IP和源主機IP加上IP報頭組成IP報文，而後根據目的IP的類型（發給自己、發往交換機、發往路由器）查詢路由表，再決定如何發送。

    發給自己：查詢路由表發現FTP服務端也部署在本機，則IP報文到達網卡後不需要組幀，直接由網卡再傳遞迴網絡層，而後根據協議類型將IP報文遞交給專門處理的進程。這樣數據就從本機的FTP客戶端發送給了本機的FTP服務端。

    發往交換機：查詢路由表發現FTP服務端與本機部署在同一子網中，則IP報文到達網卡後根據IP地址使用ARP協議查詢其目的MAC地址，然後根據目的MAC和源MAC地址組幀。幀到達交換機後，交換機根據目的MAC地址將幀傳遞給目的主機。

    發往路由器：查詢路由表發現FTP服務端在其他網段，則IP報文到達網卡後會以路由器的MAC地址爲目的地址組幀並遞交給交換機，交換機根據目的MAC地址將幀傳遞給路由器。路由器得到該幀後從IP報頭中得到目的IP，與源主機類似的，路由器也會根據目的IP的類型查詢其路由表後決定是發給自己、發往交換機或發往另一個路由器。路由器、交換機會重複這個過程直到數據到達目標主機。

【迴環地址】本地迴環地址，不屬於任何一個有類別地址類。它代表設備的本地虛擬接口，所以默認被看作是永遠不會宕掉的接口。在windows操作系統中也有相似的定義，所以通常在不安裝網卡前就可以ping通這個本地迴環地址。一般都會用來檢查本地網絡協議、基本數據接口等是否正常的。

【路由優先級】實際網絡中從一個點到達另一個點可能有多種路由方式，用戶也可以手動修改路由表，那路由器如何對不同的路徑進行選擇呢。

    事實上，路由可以由路由器自己學習產生或由用戶手動指定。自動學習產生路由的過程有很多種實現方法，不同的實現方法稱爲路由協議，一臺路由器可以同時運行多個路由協議。不同的路由協議都有自己的標準來衡量路由的好壞，並且每個路由協議都把自己認爲是最好的路由送到路由表中。這樣到達一個同樣的目的地址，可能由多條分別由不同路由選擇協議學習來的不同的路由。雖然每個路由選擇協議都有自己的度量值，但是不同協議間的度量值含義不同，也沒有可比性。路由器必須選擇其中一個路由協議計算出來的最佳路徑作爲轉發路徑加入到路由表中。

    實際的應用中，路由器選擇路由協議的依據就是路由優先級。給不同的路由協議賦予不同的路由優先級，數值小的優先級高。當有到達同一個目的地址的多條路由時，可以根據優先級的大小，選擇其中一個優先級數值最小的作爲最優路由，並將這條路由寫進路由表中。路由優先原則如下：

    1.直連路由具有最高優先級。

    2.人工設置的路由條目優先級高於動態學習到的路由條目。

    3.度量值算法複雜的路由協議優先級高於度量值算法簡單的路由協議。