【网络协议】静态路由详解

网络中的路由器通过以下两种方式之一发现远程网络：

静态配置路由
动态路由协议

在本文，我们将学习关于静态路由的各种概念，例如如何配置静态路由、路由表如何进行决策、路由接口等相关知识。

文章目录

- 引言
- 直连网络
- 静态路由
- 路由表原则
- - 原则1
  - 原则2
  - 原则3
  - 应用这些原则
  - - 原则 1
    - 原则 2
    - 原则 3
  - 在路由器 R2 上的配置
  - 在路由器 R3 上的配置
- 解决下一跳IP地址的问题
- 汇总路由和默认路由

引言

路由器的工作是将数据包从源设备转发到目标设备。在两者之间可能有多个路由器。路由器使用一种被称为路由表的数据库来转发这些数据包。

参考下图所示的拓扑结构。

在这里插入图片描述
上图展示了一个由3台路由器和2台主机组成的小型网络。如前所述，每个路由器的连接都应有其独立的网络段，这在图中有所体现。

网络管理员还将R1和R3的串行接口配置为DCE，且所有其他配置均正确。

在此场景中：

R1 可以 ping 通主机 A，也可以 ping 通 R2 的 s0/0/0 接口，但无法 ping 通 s0/0/1 接口。
R3 可以 ping 通主机 B，也只能 ping 通 R2 的 s0/0/1 接口。
主机 A 和主机 B 无法通信。

如下图所示。

在这里插入图片描述

在本章中，我们将解释为什么这两台计算机无法通信的原因，并解决此问题。

请牢记该拓扑图，因为它将在本章中持续使用。

直连网络

在这里插入图片描述
路由表是一个数据库，包含有关各种网络的信息。我们已经提到，这些远程网络可以通过路由协议学习，也可以通过手动配置的路由获得。

在路由器上执行 show ip route 命令的输出会显示特定路由器可以到达的路由。默认情况下，路由器只能了解直接连接的路由。

在我们的场景中，从 R1 的角度来看，直接连接的网络是连接到 HOST A 的网络以及 R1 和 R2 之间的网络。

由于这些路由器（R2 和 R3）尚未进行其他配置，因此它们应该只具有直接连接的路由。

直接连接的网络是特定路由器可以到达的唯一网络。在我们的场景中，这意味着：

HOST A 可以 ping 通 R1。
R1 可以 ping 通 R2 的 s0/0/0 接口，但无法 ping 通 s0/0/1 接口。
R2 可以 ping 通 R1 的 s0/0/0 接口，但无法 ping 通 fa0/0 接口或 HOST A。
R2 可以 ping 通 R3 的 s0/0/0 接口，但无法 ping 通 fa0/0 接口或 HOST B。
R3 可以 ping 通 R2 的 s0/0/1 接口，但无法 ping 通 s0/0/0 接口。
HOST B 可以 ping 通 R3。
两台主机（HOST A 和 HOST B）无法互相 ping 通。
R1 和 R3 无法互相 ping 通。

下图展示了所有直接连接的网络。

在这里插入图片描述

静态路由

静态路由是实现远程网络通信的一种方式。在生产网络中，静态路由主要用于从特定网络到桩网络的路由配置。

桩网络是指只能通过一个点或一个接口访问的网络。

在上述场景中，192.168.1.0/24 和 192.168.4.0/24 网络是桩网络。这意味着，这些网络段中的主机与其他主机通信只有一条路径：对于 192.168.1.0/24 网络是通过 R1，而对于 192.168.4.0/24 网络是通过 R3。

理解桩网络对于理解静态路由至关重要。

配置静态路由所需的命令如下：

Router(config)# ip route (网络地址) (子网掩码) (下一跳IP地址/出口接口)

下表解释了 ip route 命令中每个参数的含义，并提供了一个示例，说明如何在 R1 上配置到 R3 的局域网网络（192.168.4.0/24）的静态路由。

参数	含义	示例
Ip route	表明正在配置的是静态路由	`ip route`
Network-address	目标网络的网络地址，即希望到达的网络地址	`192.168.4.0`
Subnet-mask	希望到达的目标网络的子网掩码	`255.255.255.0`
Next hop ip address	连接到目标网络的下一跳路由器的IP地址	`192.168.2.4`
Exit interface	路由器上连接到将带我到目标网络的路由器的出口接口	`s0/0/0`

请参考示例。
因此，要在 R1 上为网络 192.168.4.0/24 配置静态路由，需在 R1 上输入以下命令：

R1(config)# ip route 192.168.3.0 255.255.255.0 192.168.2.4  
R1(config)# ip route 192.168.4.0 255.255.255.0 192.168.2.4

或者：

R1(config)# ip route 192.168.3.0 255.255.255.0 s0/0/0  
R1(config)# ip route 192.168.4.0 255.255.255.0 s0/0/0

注意： 配置静态路由时，
只能使用出口接口或下一跳IP地址，而不能同时使用两者。这一点将在后面详细说明。

查看R1上的路由表：

在这里插入图片描述
在 R1 上 show ip route 输出的底部用红色突出显示的部分，是我们刚刚添加的静态路由。开头的 “S” 表示该路由是通过静态路由配置加入路由表的。

括号中的 “1” 是静态路由的管理距离，“0” 是度量值。

由此我们可以假设从 HOST A 到 HOST B 的 ping 应该可以成功，对吧？

让我们尝试从 HOST A ping HOST B，看看会发生什么。

在这里插入图片描述

正如上图所示，所有从 HOST A 到 HOST B 的四次 ping 都显示请求超时。此外，底部用红色突出显示的部分表明，HOST B 没有接收到任何数据包，这意味着它们无法通信。

在下一部分，我们将探讨为什么两个主机无法通信，尽管 R1 已正确配置了静态路由。

路由表原则

以下是决定路由器如何通信的三条路由表原则。

原则1

“路由器仅根据其路由表中的信息转发数据包。”

R1 有两条路由：192.168.3.0/24（R2 和 R3 之间的连接）和 192.168.4.0/24（HOST B 所在的网络）。因此，根据第一条原则，R1 仅基于这些信息做出转发决策。它不会咨询 R2 或 R3，也不知道这些路由器是否有其他网络的路由信息。作为网络管理员，我们的职责是确保网络中的所有路由器了解远程网络的信息。

原则2

“一个路由器上的路由信息并不意味着域中的其他路由器也有相同的信息。”

R1 并不了解 R2 路由表中的信息，R2 和 R3 也一样。因此，尽管 R1 有通往 R2 和 R3 的网络的路径，但并不意味着 R2 和 R3 也有相同的路由信息。

例如，R1 可以通过 R2 到达网络 192.168.4.0/24，但 R1 并不知道 R2 是否可以到达连接 R3 的网络。因此，我们需要在 R2 上配置到 R3 局域网的路由。

根据原则 2，我们仍需在其他路由器（R2 和 R3）上正确配置路由，以确保它们知道这三个网络的路由。

原则3

“路由器到远程网络的路由并不意味着远程路由器有返回路径。”

此原则意味着，当在一个路由器上配置路由时，必须在远程路由器上配置返回路由。在我们的网络中，大多数通信是双向的，这意味着每次发送消息时都需要收到回复。

以邮局为类比，这就像发送一封没有回信地址的信。收信人无法回复这封信，邮递员也不知道该将信寄往何处。

在我们的场景中，这意味着当我们在 R1 上配置到网络 192.168.4.0/24 的路由时，我们需要在远程路由器上配置通向 R1 的局域网的路由。

根据原则 3 的指导，我们将在其他路由器上正确配置静态路由，以确保它们有返回到网络 192.168.1.0/24 的路由。

应用这些原则

在此场景中，我们需要在所有路由器上应用这三条原则，以使静态路由正常工作。

原则 1

R1 知道如何到达网络 192.168.3.0/24 和 192.168.4.0/24，但 R2 和 R3 并不知道。因此，我们需要在 R2 上配置静态路由，以使其知道如何到达 192.168.4.0/24。

原则 2

尽管我们在 R1 上配置了静态路由，但这并不意味着 R2 知道通往 192.168.4.0/24 的路径。因此，R2 需要知道该网络。

原则 3

即使 R1 和 R2 有到网络 192.168.4.0 的路由，ping 仍然会失败，因为 R2 和 R3 不知道如何返回 R1。因此，我们需要在 R1 上配置到网络 192.168.1.0/24 的返回路由。在本例中，我们在 R2 和 R3 上使用下一跳 IP 地址。

通过以上分析，我们可以在所有路由器上进行必要的配置，以实现 HOST A 和 HOST B 之间的通信。

在路由器 R2 上的配置

R2(config)# ip route 192.168.1.0 255.255.255.0 192.168.2.3
R2(config)# ip route 192.168.4.0 255.255.255.0 192.168.3.3

在路由器 R3 上的配置

R3(config)# ip route 192.168.1.0 255.255.255.0 192.168.3.4
R3(config)# ip route 192.168.4.0 255.255.255.0 192.168.3.4

完成对三台路由器的所有配置后，HOST A 和 HOST B 之间的通信应该是可行的。下图显示了所有三台路由器的路由表，其中静态路由用红色标出。

R1
在这里插入图片描述

R2
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R3
在这里插入图片描述

由于以下输出，我们应该能够从主机A ping到主机B。以下输出显示了从主机A到主机B的ping结果。

在这里插入图片描述
输出显示来自主机B的回复，其IP地址为192.168.4.2，红色高亮部分显示4个数据包已发送，所有4个数据包都已被主机B接收，丢包率为0%。

因此，我们已成功在路由器上配置了静态路由。

解决下一跳IP地址的问题

假设我们在R2上配置了下一跳IP地址，而不是出口接口，路由器如何知道通过哪个接口发送数据包？

下图显示了R2上show ip route命令的输出。

在这里插入图片描述

当路由器想要将数据包发送到192.168.1.0网络时，它将查看路由表。

路由表中有一条通往该网络的路由，下一跳是192.168.2.3。然后，路由器检查是否有与192.168.2.3网络连接的接口。在这种情况下，连接到该网络的接口是蓝色高亮部分所示的网络。出口接口是serial 0/0/0。

只有下一跳IP地址而没有出口接口的路由，必须通过路由表中的路由来解析下一跳IP地址，该路由连接到远程网络。

在大多数情况下，下一跳解析到的路由通常是直接连接的网络。

因此，这通常是一个问题，因为路由器必须处理数据包两次才能确定将其转发到哪里。这被称为递归查找。

建议静态路由使用出口接口，而不是下一跳IP地址。

汇总路由和默认路由

假设一台路由器连接了多个LAN，使用一个覆盖所有LAN的地址并配置一条静态路由会更为实用。以这个场景为例，R1连接了5个LAN：

192.168.1.0/24
192.168.2.0/24
192.168.3.0/24
192.168.4.0/24
192.168.5.0/24

这些路由的汇总如下表所示。

在这里插入图片描述
前两个八位字节和第三个八位字节从左侧开始的前五个位相同。

因此，针对这5个网络的新的汇总网络地址和子网掩码为：192.168.0.0/21，子网掩码为255.255.248.0。

在R2上配置到汇总网络的静态路由，命令如下：

R2(config)# ip route 192.168.0.0 255.255.248.0 s0/0/0

参考下面所示的图示。假设主机A想要发送电子邮件给朋友或查看互联网网站，路由器如何知道将数据包发送到哪里？

在这里插入图片描述
互联网有很多IP地址，配置一条静态路由到特定网络是行不通的。因此，需要配置默认路由。

默认静态路由是一条将匹配所有数据包的路由。默认静态路由的使用场景包括：

当路由表中没有其他路由匹配数据包的目标IP地址时。换句话说，当没有更具体的匹配存在时。一个常见的用途是在将公司的边缘路由器连接到ISP网络时。
当路由器只有一个连接的其他路由器时。这种情况称为“存根路由器”（Stub Router）。

配置静态默认路由的语法为：

Router(config)# ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 [下一跳IP地址/出口接口]

到这个网络的路由会告诉路由器转发任何没有路由匹配的包，指向指定的下一跳IP地址或出口接口。

在这种情况下，要配置默认静态路由，R1上的命令序列将是：

R1(config)# ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 12.145.3.2

或者

R1(config)# ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 s0/0/0