靜態路由原理與配置——理論篇

                                                             靜態路由原理與配置——理論篇

目標：理解路由的原理
學會配置靜態路由和默認路由
學習內容：
①路由原理
②路由器的工作原理
③路由表的形成
④靜態路由和默認路由
⑤路由器轉發數據包的封裝過程

一、路由原理
路由器工作在OSI參考模型的網絡層，他的額重要作用是為數據寶選擇最佳路徑，最終送達目的地。
在只有一個網段的網絡中，數據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段的計算機進行通信，數據包可能就要經過很多路由器。如圖所示，主機 A 和主機 B 所在的網段被許多路由器隔開，這時主機 A 與主機 B 的通信就要經過這些中間路由器，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。數據包從 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過的最佳路徑，從而進行數據轉發，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。通過在 PC 上設置默認網關就可以使局域網的計算機與 Internet 進行通信。其實在 PC 上所設置的默認網關就是路由器以太口的 IP 地址。如果局域網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網的中轉站，網絡中的數據包就是通過一個一個的路由器轉發到目的網絡的。
那么路由器是如何進行數據包的轉發的呢？
其實在每個路由器的內部都有一張路由表，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絡地址，以及通過此路由器到達這些網絡的最佳路徑。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據包的轉發。
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（此處我們將網段192.168.1.0/24簡寫為1.0，其他網段也同理）:

1.主機1.1要發送數據DATA給主機4.1,因為IP地址不在同一網段，所以主機戶將數據包發送給本網段的網絡路由器A。
2.路由器A收到數據包后，會先查看數據包IP首部中的目標IP地址，在查找自己的路由表。發現數包DATA的目標地址是4.1，屬于4.0網段,S0接口，于是路由器A將數據包從接口S0發送出去。
3.同理，路由器B在收到路由器A發送的數據包后，也會先查看目標IP地址以及自己的路由表。與此同時將數據包從網段4.0，E0接口發送出去。
4.最終主機4.1接收到數據包。
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，路由器根據路由表做路徑選擇。
那么路由表是怎么形成的呢？
①直連網段，通俗的話就是長在自己身上的網段，當配置好IP地址后，端口處于UP狀態，就形成了直連網段
②非直連網段，而對于非直連的網段，需要靜態路由或動態路由，將網段添加到路由表中。
如圖：

四、靜態路由和默認路由
①靜態路由
靜態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，靜態路由用于網絡規模不大、拓撲結構相對固定的網絡中。
具體如圖示：

②默認路由
默認路由是一種特殊的靜態路由，是當路由表中與數據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據包將被丟棄。
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，提高網絡性能。
具體如圖所示：（末節網絡就是：這個網絡只有一個唯一的路徑能夠到達其他網絡）

五、路由器轉發數據包的封裝過程
我們用下圖來模擬數據包轉發封裝過程，并做步驟解釋：

1.Host A 在網絡層將來自上層的報文封裝成 IP 數據包，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。此時發現目的地址與本機地址不在同一網段，因此發往 Host B 的數據包需要經過路由器 A 轉發。
2.Host A 通過 ARP廣播請求獲得默認網關路由器A的E0口的MAC地址為00-11-12-21-22-22。在數據鏈路層 Host A 將 IP 數據包封裝成以太網數據幀，在以太網數據幀首部的源 MAC 地址為 00-11-12-21-11-11，目的 MAC 地址為網關 E0 口的 MAC 地址 00-11-12-21-22-22。 此時，路由器A會根據收到的數據幀進行拆分，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 口接收到數據幀，同樣會把數據鏈路層的封裝去掉，對目的 IP 地址進行檢查，并與路由表進行匹配，再根據路由表的下一跳信息將數據包轉發到 E0 接口。路由器 B 發現目的網段與自己的 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 數據包封裝成以太網幀，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，將以太網幀從 E0 接口發往 Host B。
因此，一般通過以上4步來進行數據包的轉發封裝，由此可以得出一個規律：IP地址始終不變，MAC地址一直改變！

交換域路由對比
-路由工作在網絡層
根據“路由表”轉發數據
路由選擇
路由轉發
-交換工作在數據鏈路層
根據"MAC地址表"轉發數據
硬件轉發

附：
對網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參考模型的網絡層，他的額重要作用是為數據寶選擇最佳路徑，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，路由器根據路由表做路徑選擇。
2.靜態路由是單向的，如果希望實現雙方的通信，必須在通信雙方配置雙向的靜態路由
3.默認路由是一種特殊的靜態路由，是當路由表中與數據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據包將被丟棄。
4.在配置路由的過程中，對網絡排錯時要分層、分段檢查。分層檢查可以首先從物理層檢查，分段檢查則將網絡劃分成多個小段，逐段排除錯誤。

靜態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