07-路由

基础知识

内部组件

组件名称	作用	易失性	储存内容
RAM	内存	重启/关机后丢失	存储临时配置文件 路由表 ARP缓存 快速切换缓存 报文缓存：可能前面有正在处理的，需要等待 数据包保留队列
NVRAM		重启/关机后不丢失	备份、启动配置文件
Flash	EEPROM，在不换闪存芯片的情况发更新系统	重启/关机后不丢失	（多个版本的）操作系统
ROM	启动	无法重复写入，更新需更换芯片组	开机自检 启动程序 IOS的精简备份版本
Interface	数据包通过其进入和离开路由器的网络连接口 附在主板上作为单独的模块

接口

• 物理接口：实际连接设备

• 逻辑接口：虚拟接口，用于管理和配置

  • VLAN接口：虚拟局域网

  • Loopback接口：用于路由器自身的测试和管理

路由器启动流程

系统启动流程

1. 执行开机自检（POST）：通过ROM中的程序检测所有硬件

2. 验证CPU、内存、网络接口的基础使用正常

3. 初始化软件

软件启动流程

1. ROM中的通用引导程序在CPU卡上执行

2. 找到操作系统所在的地址（在配置寄存器的引导字段中）

3. 加载操作系统镜像

4. 加载NVRAM中的配置文件进入主存，逐行执行

5. 若无配置文件，执行设置模式（通过交互式的询问进行初始化，只能进行有限范围的配置）

基本配置命令

命名

Router(config)# hostname <name> # 命名

密码

Router(config)# enable secret <password> # 设置特权模式密码
Router(config)# line console 0 # 进入控制台线路配置模式
Router(config-line)# password <password> # 设置控制台密码
Router(config-line)# login # 设置控制台登陆
Router(config)# line vty 0 4 # 进入虚拟终端线路配置模式
Router(config-line)# password <password> # 设置虚拟终端密码
Router(config-line)# login # 设置虚拟终端登陆

登陆提示文字

Router(config)# banner motd <message> 

接口配置

Router(config)# interface <interface> # 进入接口配置模式
Router(config-if)# ip address <ip> <mask> # 设置IP地址
Router(config-if)# no shutdown # 开启接口

保存配置

Router# copy running-config startup-config # 保存配置

查看配置

Router# show running-config # 查看运行配置
Router# show startup-config # 查看启动配置
Router# show ip route # 查看路由表
Router# show ip interface brief # 查看接口信息
Router# show ip interfaces # 查看接口详细信息

路由

• 将数据包从一个数据链路传输到另一个数据链路的设备

• 两个基本功能

  • 确定最佳路径：选择数据包最合适的的下一跳

  • 交换路由：将数据包从一个接口转发到另一个接口

• 默认路由：当路由表中没有匹配的路由时，将数据包转发到默认路由

对比项	静态路由	动态路由
配置方式	手动配置	自动学习和更新路由信息
适用场景	小型网络	大型网络
资源占用（CPU/内存）	少	多
带宽使用	不占用带宽	消耗带宽
故障恢复（收敛速度）	需要手动更改路由表，收敛速度慢	收敛速度快，能自动适应拓扑变化
安全性	风险小	风险大
灵活性	缺乏灵活性	高度灵活

静态路由

• Stub network：网络的一小部分，不知道整个网络的拓扑，仅通过一条路径和其他网络通信

管理距离

• 在0-255之间

• 用于在出现目标相同的规则时确认优先级

• 数值越小，距离越短，优先级越高

• 0：直连网络

• 1：静态路由

动态路由

• 可通过不同路径传输数据，负载均衡

• 网络冗余，保证连通性

• 需要通过路由协议在路由器间交换路由信息，基于2个功能

  • 维护路由表

  • 将路由信息传递给其他路由器

• 收敛时间：当网络拓扑启动/发生变化时，路由器会重新计算路由表，直到稳定，覆盖整个拓扑的时间

配置路由

配置静态路由

Router(config)# ip route <destination> <mask> <ip/interface> <distance> # 添加静态路由
# destination 目的网络
# mask 掩码
# ip/interface 下一跳地址或者出口接口
# distance 若不设置则默认为1
Router(config)# ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 <ip> # 设置默认路由
# 将所有包都转发到指定的ip地址

配置动态路由

Router(config)# router <protocol> <options> # 进入路由器配置模式
Router(config-router)# network <network> # 添加网络
# protocol  RIP、OSPF、IGRP、EIGRP
Router(config)# ip default-network <network> # 设置默认网络

IGP & EGP

• IGP：Interior Gateway Protocol 内部网关协议

  • 用于在同一个自治系统内部传递路由信息

  • RIP、OSPF、IGRP、EIGRP

• EGP：Exterior Gateway Protocol 外部网关协议

  • 用于在不同自治系统之间传递路由信息

  • BGP、EGP

Distance Vector 距离矢量协议

• 路由器只知道可达，不知道具体拓扑

• 基于距离矢量的路由算法（Bellman-Ford算法）周期性交换路由表

• RIP基于Distance Vector协议，最大跳数为15

• IGRP、EIGRP基于Distance Vector协议，最大跳数为255，90秒更新

环路问题

• 当网络中有环路时，信息传递的时间差可能会导致路由表不一致（上例中Network 1 宕了，但是D经过一圈后传给A的消息代表还能继续访问，导致无限循环）

• 解决方案

  • 设置最大值：当跳数超过一定值时，不再传递，视为不可达

  • 路由毒化

    1. 当路由不可达时，将其距离设置为最大值

    2. Poision reverse：当其他路由器接收到路由毒化的消息时，将更新信息返回给发送者

    3. 最终所有路由器知道不可达

  • 水平分割

    • 当网络不可达时，邻近的路由器不再接受目标为不可达网络的信息

    • 若为其他路由（绕开故障链路）则继续接受

  • 计时器

    • 每条路由表信息都包含时效信息

    • 当不可达时启动计时器，超时后删除

    • 若在超时前收到更好的路由信息，则更新

阻止发送路由更新信息

Router(config-router)# passive-interface <interface>  # 阻止发送路由更新信息

• 仅使用于Distance Vector协议

Link State 链路状态协议

步骤

1. 路由器从直接连接的网络开始交换LSA

2. 路由器收到LSA后，将其存储在链路状态数据库中

3. 路由器通过SPF算法计算最短路径树

4. 路由器将最短路径树转换为路由表

缺点

• 内存和CPU开销大

• 初始广播消耗带宽大

• 当链路状态变化时，需要重新计算整个网络的最短路径

对比

对比项	Distance Vector 距离矢量协议	Link State 链路状态协议
视野	狭窄，无法获知具体拓扑	视野宽，知道整个拓扑结构
广播内容	路由表	链路状态
广播形式	被动，周期性广播	主动，链路状态变化时广播
路由算法	通过跳数计算距离	通过SPF（Dijkstra算法）计算最短路径
收敛速度	较慢，更新信息需要通过多个周期才能传播到整个网络	较快，一旦链路状态更新，所有路由器可以迅速重新计算路由
储存内容	路由表存储：存储所有路由器的路由表	链路状态数据库：存储所有路由器的链路状态信息

Hybrid Routing 混合路由协议

• 结合二者优点（通过跳数计算距离+链路状态变化时广播）

常见的路由协议

协议	全称	类型
RIP	Routing Information Protocol	Distance Vector
OSPF	Open Shortest Path First	Link State
(E)IGRP	(Enhanced) Interior Gateway Routing Protocol	Distance Vector
EIGRP	Enhanced Interior Gateway Routing Protocol	Hybrid