Routing (路由)

路由就是通过互联的网络把信息从源地址传输到目的地址的活动。在路由表中优先级越小越优先（本文路由协议默认优先级均来自华为设备）

Routing Table (路由表)

路由表或称路由择域信息库，是一个存储在路由器或者联网计算机中的电子表格（文件）或类数据库。路由表存储着指向特定网络地址的路径，包含网络周边的拓扑信息

路由表

destination：目的地址，用来标识IP包的目的地址或者目的网络。
mask：网络掩码，与目的地址一起标识目的主机或者路由器所在的网段的地址。
pre：标识路由加入IP路由表的优先级。可能到达一个目的地有多条路由，但是优先级的存在让他们先选择优先级高的路由进行利用。
cost：路由开销，当到达一个目的地的多个路由优先级相同时，路由开销最小的将成为最优路由。
interface：输出接口，说明IP包将从该路由器哪个接口转发。
nexthop：下一跳IP地址，说明IP包所经过的下一个路由器。

路由选址默认为最长掩码匹配

Direct Routing (直连路由)

直接连接网段的路由，连接在各个路由器接口网段的路由，路由器启动时可以直接得到的路由网段。默认优先级为 0

Static Routing (静态路由)

由网络管理员配置，而非动态决定的路由项，当网络发生故障或者拓扑发生变化后，静态路由不会自动更新，必须手动重新配置。默认优先级为 60

负载分担
- 当两条路由项的目的地址、掩码、优先级、度量值相同并且下一跳地址不同时，则为等价路由。等价路由可以提供流量分担
路由备份
- 当两条路由项仅优先级不同时，则为浮动路由。优先级高的路由为主路由，其次为备路由。在正常情况下数据会从主路由进行转发，当主路由发生故障时，则会切换到备路由进行数据转发
缺省路由
- 目的地址为 0.0.0.0 且子网掩码为 0.0.0.0 的静态路由。当目的网段不在路由表中时，路由器会匹配该路由项进行数据转发

Routing Information Protocol (RIP、路由信息协议)

路由信息协议是一种内部网关协议，为最早出现的距离向量路由协议。其主要应用于规模较小的、可靠性要求较低的网络，可以通过不断的交换信息让路由器动态的适应网络连接的变化，这些信息包括每个路由器可以到达哪些网络，这些网络有多远等。RIP 通过 UDP 报文进行路由信息交换，端口号为 520 。默认优先级为 100

RIP_w

RIP_报文

Command 指令(8 bytes): 标识报文类型
- 1 : Request报文，向邻居请求全部或部分路由信息
- 2 : Reponse报文，发送自己全部或部分路由信息，一个Response报文中最多包含25个路由表项
Version 版本(8 bytes): 标识版本号
- 1 : RIPv1
- 2 : RIPv2
Must be zero 0 字段(16 bytes / 32 bytes): 必须为 0
Address family identifier 地址族标识(16 bytes) : 其值为 2 时表示 IP 协议。对于 Request 报文，此字段值为 0
IP Address IP 地址(32 bytes) : 该路由的目的IP地址
Metric (32 bytes) 开销值 : 对于 Request 报文，此字段值为 16

工作过程

RIP 是一种基于距离矢量算法的协议，它使用跳数作为度量值来衡量到达目的地址的距离。在 RIP 网络中，缺省情况下，设备到与它直接相连的跳数为 0 ，通过一个设备可达的网络跳数为 1，度量值等于从本网络到达目的网络间的设备数量。为限制收敛时间，RIP规定度量值取0～15之间的整数，大于或等于16的跳数被定义为无穷大，即目的网络或主机不可达。由于这个限制，使得RIP不可能在大型网络中得到应用

初始状态：路由器开启 RIP 进程，宣告相应接口，则设备就会从相关接口发送和接收 RIP 报文
构建路由表：路由器依据收到的 RIP 报文构建自己的路由表项
维护路由表：路由器每隔 30 秒发送更新报文，同时接收相邻路由器发送的更新报文以维护路由表项
老化路由表项：路由器为将自己构建的路由表项启动 180 秒的定时器。 180 秒内，如果路由器收到更新报文，则重置自己的更新定时器和老化定时器
垃圾收集表项：如果 180 秒过后，路由器没有收到相应路由表项的更新，则启动时长为 120 秒的垃圾收集定时器，同时将该路由表项的度量置为 16
删除路由表项：如果 120 秒之后，路由器仍然没有收到相应路由表项的更新，则路由器将该表项删除

RIP 协议启动后，路由器向相邻的其他路由器广播发送 Request 报文

当对方从端口接收到 Request 报文后，将自己的 RIP 路由表封装在 Response 报文内，从接收端口广播发送

路由器根据接收到的 Response 报文形成路由表

Open Shortest Path First (OSPF、开放式最短路径优先)

开放式最短路径优先协议使用 “代价（Cost）”作为路由度量。链路状态数据库（LSDB）用来保存当前网络拓扑结构，路由器上属于同一区域的链路状态数据库是相同的（属于多个区域的路由器会为每个区域维护一份链路状态数据库）

OSPF 提出了“区域（Area）”的概念，一个网络可以由单一区域或者多个区域组成。其中，一个特别的区域被称为骨干区域（Backbone Area），该区域是整个OSPF网络的核心区域，并且所有其他的区域都与之直接连接。所有的内部路由都通过骨干区域传递到其他非骨干区域。所有的区域都必须直接连接到骨干区域，如果不能创建直接连接，那么可以通过虚链路（virtual link）和骨干区域创建虚拟连接。默认优先级为 10

OSPF 开销计算公式（带宽参考值/带宽）

OSPF 报文

OSPF_w
OSPF

OSPF Header
- Version 版本号(1 byte)
- Type 类型(1 byte)
  - 1 : Hello 报文
  - 2 : DD 报文
  - 3 : LSR 报文
  - 4 : LSU 报文
  - 5 : LSAck 报文
- Packet length 总长度(2 bytes)
- Router ID 路由器标识(4 bytes)
- Area ID 区域标识(4 bytes)
- Checksum 校验和(2 bytes): 除认证字段的整个报文的校验和
- Au Type 认证类型(2 bytes)
  - 0 : 不认证
  - 1 : simple
  - 2 : MD5
- Authentication 认证字段(8 bytes)
Hello
- Network Mask 网络掩码(32 bytes): 发送Hello报文的接口所在网络的掩码
- Hello Interval 间隔(16 bytes): 发送Hello报文的接口所在网络的掩码
- Options 选项(8 bytes)
  - E : 允许 Flood AS-External-LSAs
  - MC : 转发 IP 组播报文
  - N/P : 处理 Type-7 LSAs
  - DC : 处理按需链路
- Rtr Pri DR 优先级(8 bytes)
- Router Dead Interval 失效时间(32 bytes)
- Designated Router DR 接口地址(32 bytes)
- Backup Designated Router BDR 接口地址(32 bytes)
- Neighbor 邻居(32 bytes)
DD
- Interface MTU 接口 MTU (16 bytes): 接口最大可发出的 IP 报文长度
- Options 选项 (8 bytes)
  - E : 允许 Flood AS-External-LSAs
  - MC : 转发 IP 组播报文
  - N/P : 处理 Type-7 LSAs
  - DC : 处理按需链路
- I (1 byte): 连续发送多个 DD 报文时，若是第一个 DD 报文则为 1，否则为 0
- More (1 byte): 连续发送多个 DD 报文时，是否为最后一个 DD 报文
  - 0 : Yes
  - 1 : No
- Master / Slave 主/从标识(1 byte): 当值为 1 时表示发送方为 Master
- DD Sequence Number DD 报文序列号(32 bytes): 主从双方根据序列号来保证传输的可靠性和完整性
- LSA Headers LSA 头部信息
LSR
- LS Type LSA 类型(32 bytes)
- Link State ID 链路状态 ID (32 bytes): 根据 LSA 中的 LS Type 和 LSA Description 在路由域中描述一个 LSA
- Advertising Router 发起广播的路由(32 bytes): 产生次 LSA 的路由器的 Router ID
LSU
- Number of LSAs LSA 数量(32 bytes)
LSAck
- LSAs Headers LSA 头部信息: 通过 LSA 头部信息确认接收到该 LSA

OSPF 邻接建立过程

OSPF-ExStart
OSPF-ExChange
OSPF-LSDB

OSPF 七种基本状态

Down: 初始状态，未收到任何 OSPF 报文。当邻居失效后会进入此状态
Attempt: 该状态仅发生在 NBMA 网络中，表明对端在邻居失效时间间隔（dead interval）超时前仍然没有回复 Hello 报文。此时路由器依然每发送轮询 Hello 报文的时间间隔（poll interval）向对端发送 Hello 报文
Init：收到邻居发的 Hello 报文，但自身的 Router ID 不在对方的邻居列表内
2-way：收到邻居发的 Hello 报文，并且自身的 Router ID 在对方邻居列表内。如果不需要形成邻接关系则邻居状态机会停留在此状态
Ex-start：路由器与邻居互相发送 DD 报文，协商主从关系并确定初始 DD 报文序列号。此状态下的 DD 报文不包含任何链路状态信息摘要
Ex-change：确定主从关系后，路由器与邻居互相发送包含链路状态信息摘要的 DD 报文
Loading：DD 报文交换完成后，路由器与邻居之间互相发送 LSR、LSU、LSAck 报文，完善自身的 LSDB
Full：LSDB 同步完成（LSR重传列表为空），形成邻接关系

邻居状态机
邻居关系：OSPF 设备启动后，会通过 OSPF 接口向外发送 Hello 报文，收到 Hello 报文的 OSPF 设备会检查报文参数，如果双方一致就会形成邻居关系，两端设备互为邻居
邻接关系：形成邻居关系后，如果两端设备交换 DD 报文和 LSA 成功后则建立起邻接关系

OSPF 支持的网络类型

网络类型	含义
Broadcast （广播）	当链路层协议是Ethernet、FDDI时，缺省情况下，OSPF认为网络类型是Broadcast。在该类型的网络中：通常以组播形式发送Hello报文、LSU报文和LSAck报文。其中，224.0.0.5的组播地址为OSPF设备的预留IP组播地址；224.0.0.6的组播地址为OSPF DR/BDR（ Backup Designated Router）的预留IP组播地址。以单播形式发送DD报文和LSR报文
Non-Broadcast Multi-Access （NBMA）	当链路层协议是帧中继、X.25时，缺省情况下，OSPF认为网络类型是NBMA。在该类型的网络中，以单播形式发送协议报文（Hello报文、DD报文、LSR报文、LSU报文、LSAck报文）
Point-to-Multipoint （点到多点）	没有一种链路层协议会被缺省的认为是Point-to-Multipoint类型。点到多点必须是由其他的网络类型强制更改的。常用做法是将非全连通的NBMA改为点到多点的网络。在该类型的网络中：以组播形式（224.0.0.5）发送Hello报文。以单播形式发送其他协议报文（DD报文、LSR报文、LSU报文、LSAck报文）
point-to-point （点到点）	当链路层协议是PPP、HDLC和LAPB时，缺省情况下，OSPF认为网络类型是P2P。在该类型的网络中，以组播形式（224.0.0.5）发送协议报文（Hello报文、DD报文、LSR报文、LSU报文、LSAck报文）

DR 与 BDR

Designate router (DR、指定路由器)
Backup Disignate router (BDR、备用指定路由器)

选举条件：

比较路由器接口优先级，越大越优先，默认值: 1
若优先级一致，则比较 Router ID
优先级第二大则为 BDR

优先级为 0 不参与选举，DR Other 不抢占 DR 与 BDR

OSPF 区域

通过区域 (Area) 的概念将 OSPF 域划分成多个区域，减小 LSA 泛洪的范围，有效的把拓扑变化的影响控制在区域内，三层设备在区域边界可以做路由汇总，可以使 OSPF 支撑更大规模的组网
Area 0 为骨干区域，其他区域必须直接连接骨干区域

OSPF-角色类型

不同区域路由器的角色类型：

Internal Router (IR、区域内路由器)
Area Border Router (ABR、区域边界路由器)
Backbone Router (BR、骨干路由器)
AS Boundary Router (ASBR、自治系统边界路由器)

HCIA-Routing and Switching 笔记(七)

Routing (路由)

Routing Table (路由表)

Direct Routing (直连路由)

Static Routing (静态路由)

Routing Information Protocol (RIP、路由信息协议)

工作过程

Open Shortest Path First (OSPF、开放式最短路径优先)

OSPF 报文

OSPF 邻接建立过程

OSPF 支持的网络类型

DR 与 BDR

OSPF 区域

相关指令

用户视图

系统视图

接口视图

RIP 视图

OSPF 视图

区域视图