靜態(tài)路由原理與配置——理論篇

目標：理解路由的原理
學會配置靜態(tài)路由和默認路由
學習內(nèi)容：
①路由原理
②路由器的工作原理
③路由表的形成
④靜態(tài)路由和默認路由
⑤路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的封裝過程

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一、路由原理
路由器工作在OSI參考模型的網(wǎng)絡層，他的額重要作用是為數(shù)據(jù)寶選擇最佳路徑，最終送達目的地。
在只有一個網(wǎng)段的網(wǎng)絡中，數(shù)據(jù)包可以很容易地從源主機到達目標主機。但是如果一臺計算機要和非本網(wǎng)段的計算機進行通信，數(shù)據(jù)包可能就要經(jīng)過很多路由器。如圖所示，主機 A 和主機 B 所在的網(wǎng)段被許多路由器隔開，這時主機 A 與主機 B 的通信就要經(jīng)過這些中間路由器，這就要面臨一個很重要的問題——如何選擇到達目的地的路徑。數(shù)據(jù)包從 A 到達B 有很多條路徑可供選擇，但是很顯然，在這些路徑中在某一時刻總會有一條路徑是最快的。
因此，為了盡可能地提高網(wǎng)絡訪問速度，就需要有一種方法來判斷從源主機到達目標主機所經(jīng)過的最佳路徑，從而進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，這就是路由技術。

二、路由器的工作原理
首先來看一下路由器是如何工作的。對于普通用戶來說，能夠接觸到的只是局域網(wǎng)。通過在 PC 上設置默認網(wǎng)關就可以使局域網(wǎng)的計算機與 Internet 進行通信。其實在 PC 上所設置的默認網(wǎng)關就是路由器以太口的 IP 地址。如果局域網(wǎng)的計算機要和外面的計算機進行通信，只要把請求提交給路由器的以太口即可，接下來的工作就由路由器來完成。因此可以說路由器就是互聯(lián)網(wǎng)的中轉(zhuǎn)站，網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)包就是通過一個一個的路由器轉(zhuǎn)發(fā)到目的網(wǎng)絡的。
那么路由器是如何進行數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)的呢？
其實在每個路由器的內(nèi)部都有一張路由表，就好比出門旅游我們所使用的地圖。在這個路由表中，包含該路由器掌握的所有目的網(wǎng)絡地址，以及通過此路由器到達這些網(wǎng)絡的最佳路徑。這個最佳路徑指的是路由器的某個接口或下一跳路由器的地址。
正是由于路由表的存在，路由器才可以高效地進行數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)。
如圖所示，我們簡單來解釋一下路由器選擇最佳路徑的過程（此處我們將網(wǎng)段192.168.1.0/24簡寫為1.0，其他網(wǎng)段也同理）:

1.主機1.1要發(fā)送數(shù)據(jù)DATA給主機4.1,因為IP地址不在同一網(wǎng)段，所以主機戶將數(shù)據(jù)包發(fā)送給本網(wǎng)段的網(wǎng)絡路由器A。
2.路由器A收到數(shù)據(jù)包后，會先查看數(shù)據(jù)包IP首部中的目標IP地址，在查找自己的路由表。發(fā)現(xiàn)數(shù)包DATA的目標地址是4.1，屬于4.0網(wǎng)段,S0接口，于是路由器A將數(shù)據(jù)包從接口S0發(fā)送出去。
3.同理，路由器B在收到路由器A發(fā)送的數(shù)據(jù)包后，也會先查看目標IP地址以及自己的路由表。與此同時將數(shù)據(jù)包從網(wǎng)段4.0，E0接口發(fā)送出去。
4.最終主機4.1接收到數(shù)據(jù)包。
這就是路由器的工作原理！

三、路由表的形成
路由表是在路由器中維護的路由條目的集合，路由器根據(jù)路由表做路徑選擇。
那么路由表是怎么形成的呢？
①直連網(wǎng)段，通俗的話就是長在自己身上的網(wǎng)段，當配置好IP地址后，端口處于UP狀態(tài)，就形成了直連網(wǎng)段
②非直連網(wǎng)段，而對于非直連的網(wǎng)段，需要靜態(tài)路由或動態(tài)路由，將網(wǎng)段添加到路由表中。
如圖：

四、靜態(tài)路由和默認路由
①靜態(tài)路由
靜態(tài)路由是由管理員在路由器中手動配置的固定路由。
它的缺點就是缺乏靈活性，但是允許對路由的行為進行精確的控制，另外它是單向的。
因此一般來說，靜態(tài)路由用于網(wǎng)絡規(guī)模不大、拓撲結構相對固定的網(wǎng)絡中。
具體如圖示：

②默認路由
默認路由是一種特殊的靜態(tài)路由，是當路由表中與數(shù)據(jù)包的目的地址之間沒有匹配的表項時路由器能夠做出的選擇。如果沒有默認路由，那么目的地址在路由表中沒有匹配表項的數(shù)據(jù)包將被丟棄。
默認路由的特點，就是它在只有一個唯一的路徑能夠到達其他網(wǎng)絡的時候，默認路由會大大簡化路由器的配置，減輕管理員的工作負擔，提高網(wǎng)絡性能。
具體如圖所示：（末節(jié)網(wǎng)絡就是：這個網(wǎng)絡只有一個唯一的路徑能夠到達其他網(wǎng)絡）

五、路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的封裝過程
我們用下圖來模擬數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)封裝過程，并做步驟解釋：

1.Host A 在網(wǎng)絡層將來自上層的報文封裝成 IP 數(shù)據(jù)包，其首部包含了源地址和目的地址。源地址即本機地址 192.168.1.2，目的地址為 Host B 的地址 192.168.2.2。此時發(fā)現(xiàn)目的地址與本機地址不在同一網(wǎng)段，因此發(fā)往 Host B 的數(shù)據(jù)包需要經(jīng)過路由器 A 轉(zhuǎn)發(fā)。
2.Host A 通過 ARP廣播請求獲得默認網(wǎng)關路由器A的E0口的MAC地址為00-11-12-21-22-22。在數(shù)據(jù)鏈路層 Host A 將 IP 數(shù)據(jù)包封裝成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，在以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀首部的源 MAC 地址為 00-11-12-21-11-11，目的 MAC 地址為網(wǎng)關 E0 口的 MAC 地址 00-11-12-21-22-22。 此時，路由器A會根據(jù)收到的數(shù)據(jù)幀進行拆分，并查找自己的路由表，找出符合IP地址的路由表項，并重新封裝，發(fā)送給下一跳地址E1接口。
3.在 E1 接口路由器 A 重新封裝以太網(wǎng)幀，此時源 MAC 地址為路由器 A 的 E1 口 MAC地址 00-11-12-21-33-33，目的 MAC 地址為與之相連的路由器 B 的 E1 口 MAC 地址00-11-12-21-44-44。
4.路由器 B 從 E1 口接收到數(shù)據(jù)幀，同樣會把數(shù)據(jù)鏈路層的封裝去掉，對目的 IP 地址進行檢查，并與路由表進行匹配，再根據(jù)路由表的下一跳信息將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到 E0 接口。路由器 B 發(fā)現(xiàn)目的網(wǎng)段與自己的 E0 接口直接相連，通過 ARP 廣播，路由器 B 獲得 Host B 以太口的 MAC 地址 00-11-12-21-66-66。路由器 B 再將 IP 數(shù)據(jù)包封裝成以太網(wǎng)幀，源 MAC 地址為路由器 B 的 E0 口的 MAC 地址 00-11-12-21-55-55，目的 MAC 地址為 Host B 的 MAC 地址00-11-12-21-66-66。封裝完畢，將以太網(wǎng)幀從 E0 接口發(fā)往 Host B。
因此，一般通過以上4步來進行數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)封裝，由此可以得出一個規(guī)律：IP地址始終不變，MAC地址一直改變！

交換域路由對比
-路由工作在網(wǎng)絡層
根據(jù)“路由表”轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)
路由選擇
路由轉(zhuǎn)發(fā)
-交換工作在數(shù)據(jù)鏈路層
根據(jù)"MAC地址表"轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)
硬件轉(zhuǎn)發(fā)

附：
對網(wǎng)絡進行排錯的時候需要用到的方法：
1.分層檢查：
從物理層檢查，查看端口狀態(tài)來排除接口線纜等問題
查看IP地址和路由等的配置是否正確?
2.分段檢查：
將網(wǎng)絡劃分成多個小段，逐段排除錯誤

總結概述
1.路由器工作在OSI參考模型的網(wǎng)絡層，他的額重要作用是為數(shù)據(jù)寶選擇最佳路徑，最終送達目的地。路由表是路由器中維護的路由條目的集合，路由器根據(jù)路由表做路徑選擇。
2.靜態(tài)路由是單向的，如果希望實現(xiàn)雙方的通信，必須在通信雙方配置雙向的靜態(tài)路由
3.默認路由是一種特殊的靜態(tài)路由，是當路由表中與數(shù)據(jù)包的目的地址之間沒有匹配的表項時路由器能夠做出的選擇。如果沒有默認路由，那么目的地址在路由表中沒有匹配表項的數(shù)據(jù)包將被丟棄。
4.在配置路由的過程中，對網(wǎng)絡排錯時要分層、分段檢查。分層檢查可以首先從物理層檢查，分段檢查則將網(wǎng)絡劃分成多個小段，逐段排除錯誤。

靜態(tài)路由原理和配置實驗案例可以參考上一篇博客哦：https://blog.51cto.com/14481836/2427239