路由

路由的概念

路由是网络设备根据IP地址对数据进行转发的操作。IP路由的过程：当路由器收到一个数据包时，它根据数据包的目的IP地址查询路由表，如果有匹配的路由条目，就根据查询结果将数据包转发出去，如果没有任何匹配的路由条目，则将数据包丢弃。除了路由器，三层交换机、防火墙、负载均衡设备甚至主机等设备都可以进行路由操作，只要这个设备支持路由功能。

在TCP/IP通信中，网络层的作用是实现终端的点对点通信。IP协议通过IP地址将数据包发送给目的主机，能够让互联网上任何两台主机进行通信。IP地址可以识别主机和路由器，路由器可以把全世界的网络连接起来。

什么是路由器

路由器可以连接多个网络。它有多个端口，分别连接不同的网络区域。通过识别目的IP 地址的网络号，再根据路由表进行数据转发。路由器会维护一张路由表，通过路由表的信息，路由器才能正确的转发IP报文。

路由器是将计算设备和网络连接到其他网络的联网设备。路由器有三个主要功能。

• 路径确定：路由器确定数据从源传输到目的地时所采用的路径。它试图通过分析延迟、容量和速度等网络指标来找到最佳路径。
• 数据转发：路由器将数据转发到选定路径上的下一台设备，最终到达其目的地。设备和路由器可能位于同一网络，也可能位于不同网络。
• 负载均衡：有时，路由器可能会使用多个不同的路径发送相同数据包的副本。这样做是为了减少因数据丢失而导致的错误，创建冗余并管理流量。

什么是路由表

为了将数据包发给目的节点，所有节点都维护着一张路由表。路由表是路由器通过各种途径获得的路由条目，每一个路由条目包含目的网段地址 / 子网掩码、路由协议、出接口、下一跳 IP 地址、路由优先级和度量值等信息。路由表记录 IP 包在下一跳应该发给哪个路由器。IP 包根据路由表在各个数据链路上传输。
一个实际的网络中，一台路由器通常包含多条路由条目，这些路由条目从不同的来源获取。路由表的来源可分为三类，分别是直连路由、静态路由和动态路由。
直连路由：路由器直接连接的路由条目，只要路由器接口配置了IP地址，接口状态正常，就会自动生成对应的直连路由。
静态路由：通过命令手动添加的路由条目就是静态路由。
动态路由：通过路由协议从相邻路由器动态学习到的路由条目。

路由优先级

不同来源的路由有不同的优先级，优先级的值越小，则路由的优先级就越高。当存在多条目的网段相同，但来源不同的路由时，具有最高优先级的路由成为最优路由，将被加入到路由表中，而其它路由则处于未激活状态，不显示在路由表中。
路由协议的默认优先级如下：

动态路由协议

静态路由是手动添加完成的。如果有 100 个网段，一个路由器就需要设置将近 100 条路由信息。网络使用过程中，不可避免的出现网段新增、删除、修改等情况，这些更新的路由信息需要在所有路由器上进行设置。还有一个不可忽视的问题，一旦某个路由器出现故障，数据传输无法自动绕过故障节点，只能通过手动设置才能恢复正常。

如果是使用动态路由，提前设置好路由协议，路由器之间会定期交换路由信息，路由器会知道网络中其它网段的信息，动态生成路由表。如果网络出现变化，网段需要增删改时，只需要在相应的路由器上配置动态路由即可。不需要像静态路由那样，在所有路由器上进行修改。对于大型网络，路由器个数较多时，主要使用动态路由协议。

即使网络上的节点出现故障，只要有一个可绕行的其它路径，那么路由器的路由表会自动重新设置，数据包也会自动选择这个路径。
采用路由协议后，网络拓扑结果变化的响应速度会大大提升。无论网络正常的增删改，还是异常的网络故障，相邻的路由器都会检测到变化，会把拓扑的变化通知网络中其它的路由器，使它们的路由表产生相应的变化。这个过程比手动对路由表的修改要快很多，也准确很多。
对于少于10个路由器的小型网络，静态路由或许已经能够满足需求，但是在大中型网络中，通常会使用动态路由协议，或者动态路由与静态路由协议相结合的方式来建设这个网络。

路由协议基本原理

路由器之间需要运行相同的路由协议，才能相互交换路由信息。每种路由协议都有自己的语言，即相应的路由协议报文。如果两台路由器启动了相同的路由协议，那么就有了相互通信的基础。不同的路由协议，有相同的目的，就是计算和维护路由表。通常工作过程包含 4 个阶段：

• 邻居发现阶段：运行了路由协议后，路由器会主动把自己的网段信息发送给相邻的路由器。既可以使用广播发送路由协议消息，也可以单播将路由协议消息发送给指定的邻居路由器。
• 交换路由信息阶段：发现邻居后，每台路由器都将自己的路由信息发送给相邻的路由器，相邻路由器又发送给下一个相邻的路由器。经过一段时间后，每台路由器都会收到网络中所有的路由信息。
• 计算路由阶段：每一台路由器都会运行某种算法，计算出最终的路由表来。
• 维护路由阶段：为了感知突然发送的网络故障，比如：设备故障或线路中断等，路由协议规定相邻两台路由器之间，应该周期性发送协议报文。如果路由器在一段时间内，没收到邻居发来的协议报文，就认为邻居路由器失效。
  

备注：本文参考如下两篇博客，如有侵权，请告知删除。

https://www.eet-china.com/mp/a66189.html
https://aws.amazon.com/cn/what-is/routing/

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