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网络基本功(五):细说路由(下)

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静态路由是指由网络管理员手工配置的路由信息。当网络的拓扑结构或链路的状态发生变化时,网络管理员需要手工去修改路由表中相关的静态路由信息。动态路由是指路由器之间相互通信,传递路由信息,利用收到的路由信息更新路由表的过程。是基于某种协议来实现的。本文详细阐述这两者的实现过程。

静态路由:

静态路由是指由网络管理员手动配置在路由器上的表项。对于特定的目标地址,以及在小型或稳定的网络环境,手动配置静态路由可以非常成功地应用。通过使用静态路由,网络管理员确定了通向一目标网络的路径。

一个重要的概念是:路由的核心在于下一跳。下一跳是一个特定路由器的角度来看,距离目标地址更近一步的路由器。下图显示了一个中型路由拓扑。从R1的角度来看,R2同时是到达192.168.3.0以及192.168.4.0的下一跳。




初始状态下,除了已经启动的接口和给定的IP地址以外,什么都没有配置。路由器的路由表只会包含直连路由。每一个路由器只知道它接口相连的两个网络。下表显示了这一时刻的路由表。




从上表可以看出,路由器不知道整个网络的情况。例如,Node A连接到Switch 1尝试访问Switch 4的Node B。经过主机路由表处理后,A将数据转发至R1的默认网关(192.168.1.254),R1查询自己的路由表并发现没有目标网络的相关信息。于是R1发送ICMP destination unreachable消息。

这个问题怎么解决呢?像这样的小型网络,网络管理员可以在路由器输入路由命令,配置额外的转发信息:

ip route destination-network destination-network-mask next-hop-IP-address (forwarding router interface)

例如,以下命令告知R1怎样到达192.168.3.0以及192.168.4.0:

ip route 192.168.3.0 255.255.255.0 192.168.2.254

ip route 192.168.4.0 255.255.255.0 192.168.2.254

R1上输入命令之后,路由表更新如下所示:




现在R1理解到达这些网络需要经过R2,但是R2接下来怎么办呢?由于192.168.3.0直接连接到R2,R2可以直接ARP主机。但对于192.168.4.0,R2需要管理员以下命令来协助:

ip route 192.168.4.0 255.255.255.0 192.168.3.254

路由表相应更新:




目前只成功了一半,报文需要返回。查看R3的路由表,发现路由器不知道怎么找到192.168.1.0。Node A的报文到达之后,Node B尝试回复,但是会从R3收到ICMP destination unreachable的消息。在Node A看来,好像传输从未收到回复。要完成这一过程,需要在所有路由器上对于所有未知网络输入ip route命令来更新路由表。




R2真正的路由表以及在R2上输入的ip route命令如下图所示:




动态路由:

路由协议允许路由器动态共享远端网络的信息以及自动将这信息添加到自己的路由表中。动态路由协议的一大好处在于当拓扑变更时,路由器会交换路由信息,从而能够自动学习新增网络,并且在链路故障时,找到替换路径。

路由协议完成这一功能的方式取决于它所使用的算法以及此协议的操作特性。通常来说,动态路由协议的执行过程如下:

  • 路由器在端口发送和接收路由消息。
  • 路由器与其他使用相同路由协议的路由器共享路由信息。
  • 路由器交换路由信息来学习远端网络。
  • 当路由器检测到拓扑变化时,路由协议将这一变化通知其他路由器。
网络发现

例如,R1,R2,R3之间的拓扑:




R1:发送10.1.0.0以及10.2.0.0的更新;从R2接收10.3.0.0的信息,跳数加1;在路由表中存储10.3.0.0的信息,metric设为1。

R2:发送10.3.0.0以及10.2.0.0的更新;从R1接收10.1.0.0的信息,跳数加1;在路由表中存储10.1.0.0的信息,metric设为1。从R3接收10.4.0.0的信息,跳数加1;在路由表中存储10.4.0.0的信息,metric设为1。

R3:发送10.3.0.0以及10.4.0.0的更新;从R2接收10.2.0.0的信息,跳数加1;在路由表中存储10.2.0.0的信息,metric设为1。

交换路由信息

路由器周期性的更新信息。在最初的网络发现结束后,每个路由器通过发送和接收以下更新来继续收敛的过程:




R1:发送10.1.0.0,10.2.0.0以及10.3.0.0的更新;从R2接收10.4.0.0的信息,跳数加1;在路由表中存储10.4.0.0的信息,metric设为2;从R2收到相同的10.3.0.0的更新,metric为1,不作更新。

R2:发送10.1.0.0,10.2.0.0,10.3.0.0以及10.4.0.0的更新;从R1接收10.1.0.0的信息,不作更新;从R3接收10.4.0.0的信息,不作更新。

R3:发送10.2.0.0,10.3.0.0以及10.4.0.0的更新;从R2接收10.1.0.0的信息,跳数加1;在路由表中存储10.1.0.0的信息,metric设为2;从R2收到相同的10.2.0.0的更新,metric为1,不作更新。

距离矢量路由协议切断了邻居路由之间的环路,也称为水平分割。水平分割阻止信息从同一端口接收之后再发送出去。例如,R2不会从Serial 0/0/0端口发送网络10.1.0.0的信息,因为R2从Serial 0/0/0学习了10.1.0.0。

网络中的路由器收敛了信息之后,路由器可以使用路由表来决定到达目的地的最佳路径。不同的路由协议有不同的计算最佳路径的方法。

路由收敛

当所有路由器对于整个网络有准确的更新之后,达到路由收敛状态,如下图所示:




收敛时间是路由器分享信息,计算最佳路径,更新路由表的时间。收敛同时是协作并且独立的。路由器相互之间共享信息但是必须各自独立的计算自己路由拓扑改变所带来的影响。 由于它们各自独立地关于新的拓扑达成一致,于是说它们收敛于这种一致。
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