路由子系统——基本概念与高级路由

矫情吗；* 2022-08-05 07:37 250阅读 0赞

本文讨论IPv4的路由子系统。（IPv6对路由的处理不同）。

# 基本概念 #

## 关于路由子系统 ##

路由子系统工作在三层，用来转发入口流量。  
路由子系统主要涉及 路由器、路由、路由表等概念。

*  路由器： 配备多个网络接口卡（NIC），并且能利用自身网络信息进行入口流量转发的设备。
 *  路由：　流量转发，决定目的地的过程
 *  路由表：转发信息库，该库中储存路由需要本地接收还是转发的信息， 以及转发流量时所需要的信息。（即，信息库用来判断，要不要转发，如果要转发，向哪里转发）.
    
    路由器有多张网卡，但有多张网卡的设备不一定就是路由器  
    　　实际上，出于以下等目的，非路由器可能有多张网卡。  
    **高可用性**： 在某个NIC故障时，主机可以利用其他NIC继续工作。  
    **更强的路由能力**： 不同NIC连接不同局域网，但是不转发局域网间流量。  
    **多路传输**： 多个NIC进行捆绑，提高网络载荷。

## 地址 ##

**定向广播**：

*  子网广播：目的地址为本地子网的广播包。
 *  定向广播：目的地址为远端子网的广播包。  
    定向子网广播针对ICMP ECHO REQUEST做特殊处理，以避免恶意攻击。

**可路由地址与不可路由地址**  
可路由地址： 一般的全球地址  
不可路由地址： 本地地址 + 私有地址  
不可路由地址，私有地址和本地环回地址不可路由。 当局域网（私有地址）的主机要与非该局域网的主机通信时，需要通过NAT来隐藏不可路由的子网。

### 主地址 与 辅助地址 ###

出于如下一些目的，同一NIC可能需要配置多个IP。

*  一台主机上运行多项服务，而不同服务可能需要不同IP。（这也可以作为简单的防火墙）
 *  由于硬件缺乏等原因，需要通过一块NIC将两个子网连接起来。

同一NIC可以配备多个IP地址，每个IP地址都需要相对应的提供子网掩码（用户没配置时，系统会自动提供）。（只有配置了子网掩码，才能识别出那些地址通过该接口可达）。  
　　在linux中，同一 NIC 上的IP地址被划分为 主IP地址 和 辅助IP地址。 一个子网掩码只能有一个 主IP地址。  
　　当子网覆盖的地址范围发生重叠时，有可能出现　同一个地址　既对应某个子网掩码的辅助地址，　又对应于另一个子网掩码的主地址。举个例子： 在接口eth0上原先有两个地址：10.0.0.1/24， 10.0.0.2/24. 其中10.0.0.1/24 对应子网掩码10.0.0.255的主地址； 当我们想eth0再添加一个地址 10.0.0.3/25 时， 10.0.0.3/25 既关联到子网掩码10.0.0.255的辅助地址， 又关联到子网掩码10.0.0.127的主地址。

# 路由表 #

## 特殊路由 ##

当路由器收到一个封包时，该封包有两个流向： 本地接收 或 转发。  
　　linux默认有两张路由表，分别针对上面两种流向的封包。

*  用于本地地址的路由表：从该表查找成功，则表明封包发给自己，需要传递到相邻的更高层协议。
 *  用于其他地址的路由表：该表数据项可用户手动插入 ， 或者有路由协议动态插入。

## 路由类型与动作： ##

＋ 转　　发：默认动作，当封包与路由表中的表项想匹配时，执行此动作  
＋ 黑　　洞：丢弃封包  
＋ 不可到达：丢弃封包，生成ICMP主机不可达消息  
＋ 禁　　止：丢弃封包，生成ICMP被过滤消息  
＋ 放　　弃：与策略路由联合使用

## 路由缓存 ##

路由表中的项可能达到几十万条，因此需要较小的路由缓存表。  
Linux将路由缓存分为两部分：

1.  协议相关的缓存 ——缓存框架部分
2.  协议无关的缓存（DST）——嵌套在第一部分

**路由表 VS 路由缓存 **  
　　路由表使用子网地址的集合， 而路由缓存项与单个IP地址关联。（因此他们使用的查找算法也不同）

## 查找 ##

最大前缀匹配：到达一个目的地址可能有多条路由，需要使用**贪心匹配**。