HCNP路由交换学习指南--- 静态路由

青旅半醒 2023-01-18 09:29 338阅读 0赞

# HCNP路由交换学习指南— 静态路由 #

### 文章目录 ###

*  HCNP路由交换学习指南--- 静态路由
 *   *  静态路由的基本概念
     *  静态路由配置须知
     *  默认路由
     *  浮动静态路由
     *  案例，静态路由和BFD联动

静态路由 Static Route 是网络管理员通过手工配置的方式为路由器创建的路由；

## 静态路由的基本概念 ##

路由器能够自动发现直连路由并将其加载到路由表中，而对于到达非直连网络的路由，路由器就必须通过其他途径来获取，静态路由是一种最直接、最简单的方法。所谓静态路由，也就是网络管理员使用手工配置的方式为路由器添加的路由，通俗的说法是，网络管理员通过手工配置的方式告诉路由器：“你要到达目的地X，需把数据包从接口Y扔出去给下一跳Z”。在网络中部署静态路由后，网络设备之间无需交互特别的协议报文（不像动态路由协议那样）。

在下图所示的网络中，PC 配置了网卡ip 和默认网关，初始情况下，R1 和 R2 都会自动学习直连接口所在网段的路由，并将对应路由加载到路由表上去；  
![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xMODQ1ODc2NDI1_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

R1 的路由表如下：  
![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xMODQ1ODc2NDI1_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

从上述截图可以发现，这里仅仅发现了直连的路由；  
R2的路由表也是类似；只有直连的路由，由于R1和R2是直连的，可以通信；  
而当PC1要发送数据给PC2时，它通过将目的IP地址（PC2的IP地址为192.168.2.1）与本地网卡的IP地址及网络掩码进行运算，发现该目的IP地址是本地网段之外的一个地址，因此它意识到需要将发往PC2的报文先发送给自己的默认网关，由于PC1的默认网关被设置为R1的GE0/0/1接口的IP地址，于是PC1将数据包发送给R1。当R1收到这个数据包后，它在自己的路由表中查询报文的目的IP地址，结果发现并没有能够匹配该地址的路由条目，因此数据包被丢弃。显然，到目前为止PC1是无法与PC2互访的。那么如何才能够使得R1正常地转发这个数据包呢？当然需要R1的路由表中拥有相关的条目来做指示才行。最简单的一种方式是使用手工配置的方式为R1添加到达192.168.2.0/24的路由条目，也就是为R1创建一静态路由。静态路由的配置：

[R1]ip route-static 192.168.2.0 24 GigabitEthernet 0/0/0 192.168.12.2

![20210505221429553.png][]

在设备的系统视图下，使用iproutestatic命令即可为其创建静态路由。上面的命令将为R1的路由表添加一条静态路由，这条静态路由的目的网络地址及掩码长度为192.168.2.0/24，出接口为GE0/0/0且下一跳IP地址是192.168.12.2。这条命令等同于

ip route-static 192.168.2.0 255.255.255.0 GigabitEthernet 0/0/0 192.168.12.2

于是R1的路由表变成了：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xMODQ1ODc2NDI1_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

由于通信需要双向都可到达，所以还需要在R2 上添加类似路由，保证回程流量可以正常返回；  
![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xMODQ1ODc2NDI1_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

如下会有个人在模拟器上的实操模拟操作：  
模拟器上实操模拟该配置；  
![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xMODQ1ODc2NDI1_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][]

R1 添加静态路由：

[R1]ip route-static 192.168.2.0 255.255.255.0 GigabitEthernet 0/0/1 192.168.12.2
    [R1]display ip routing-table 
    Route Flags: R - relay, D - download to fib
    ------------------------------------------------------------------------------
    Routing Tables: Public
             Destinations : 11       Routes : 11       
    
    Destination/Mask    Proto   Pre  Cost      Flags NextHop         Interface
    
          127.0.0.0/8   Direct  0    0           D   127.0.0.1       InLoopBack0
          127.0.0.1/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       InLoopBack0
    127.255.255.255/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       InLoopBack0
        192.168.1.0/24  Direct  0    0           D   192.168.1.1     GigabitEthernet
    0/0/0
        192.168.1.1/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       GigabitEthernet
    0/0/0
      192.168.1.255/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       GigabitEthernet
    0/0/0
        192.168.2.0/24  Static  60   0           D   192.168.12.2    GigabitEthernet
    0/0/1
       192.168.12.0/24  Direct  0    0           D   192.168.12.1    GigabitEthernet
    0/0/1
       192.168.12.1/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       GigabitEthernet
    0/0/1
     192.168.12.255/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       GigabitEthernet
    0/0/1
    255.255.255.255/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       InLoopBack0
    
    [R1]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xMODQ1ODc2NDI1_size_16_color_FFFFFF_t_70 5][]

R2 添加静态路由：

[R2]ip route-static 192.168.1.0 255.255.255.0 GigabitEthernet 0/0/0 192.168.12.1
    [R2]display ip routing-table 
    Route Flags: R - relay, D - download to fib
    ------------------------------------------------------------------------------
    Routing Tables: Public
             Destinations : 11       Routes : 11       
    
    Destination/Mask    Proto   Pre  Cost      Flags NextHop         Interface
    
          127.0.0.0/8   Direct  0    0           D   127.0.0.1       InLoopBack0
          127.0.0.1/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       InLoopBack0
    127.255.255.255/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       InLoopBack0
        192.168.1.0/24  Static  60   0           D   192.168.12.1    GigabitEthernet
    0/0/0
        192.168.2.0/24  Direct  0    0           D   192.168.2.1     GigabitEthernet
    0/0/1
        192.168.2.1/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       GigabitEthernet
    0/0/1
      192.168.2.255/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       GigabitEthernet
    0/0/1
       192.168.12.0/24  Direct  0    0           D   192.168.12.2    GigabitEthernet
    0/0/0
       192.168.12.2/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       GigabitEthernet
    0/0/0
     192.168.12.255/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       GigabitEthernet
    0/0/0
    255.255.255.255/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       InLoopBack0
    
    [R2]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xMODQ1ODc2NDI1_size_16_color_FFFFFF_t_70 6][]  
两端 PC上 测试连通性，可以正常ping 通，路由配置成功；  
![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xMODQ1ODc2NDI1_size_16_color_FFFFFF_t_70 7][]

## 静态路由配置须知 ##

在创建静态路由时，关于下一跳IP地址和出接口的配置，有几个细节需要注意；  
针对不同的出接口类型，静态路由的配置要求是不同的。  
（1）如果出接口为BMA（Broadcast Multiple Access，广播型多路访问）类型，则静态路由需指定下一跳IP地址。以太网接口就是一种非常典型的BMA类型的接口，BMA接口接入一个广播网络，该网络中往往还同时接入了多台设备，因此如果仅仅为静态路由指定出接口，那么路由器将无法判断究竟该将数据包发往哪一个下一跳设备。

在图1-8中，R1及R2通过GE0/0/0接口连接到一台以太网交换机上，现在我们要为R1配置一条到达2.2.2.0/24的静态路由，由于R1的出接口GE0/0/0是一个BMA接口，因此根据要求必须在该静态路由中指定下一跳IP地址，所以可以使用如下配置：  
![20210505221732328.png][]  
或者如下配置：  
![20210505221740163.png][]

以上两种方式都指定了具体的下一跳IP地址，因此都是可行的。而如果将静态路由改写为：  
![20210505221801422.png][]  
那么R1 可能就无法到达2.2.2.0/24 了；  
![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xMODQ1ODc2NDI1_size_16_color_FFFFFF_t_70 8][]

正如上面所说，它并不知道要将到达该网段的报文转发给哪一个下一跳设备。这里其实存在一个有趣的细节，在完成上面这条静态路由的配置后，R1会认为2.2.2.0/24这个网段从自己的GE0/0/0接口出去即可到达，换句话说，R1认为该目标网段是GE0/0/0接口的直连网段，加上该接口是一个BMA接口，因此，当R1转发到达2.2.2.0/24的数据包时（例如到达2.2.2.2），会从该接口广播ARP Request报文，用于查询处于本地直连网段中的（至少R1是这么认为的）2.2.2.2的MAC地址。R2会收到这个ARPRequest，缺省情况下它是不会回应的，毕竟R2的GE0/0/0接口的IP地址不是2.2.2.2。所以，此时R1无法将目的IP地址为2.2.2.2的数据包转发出去（因为它无法获得关于2.2.2.2的MAC地址）。这也是为什么要求当静态路由的出接口为BMA接口时必须为该路由指定下一跳IP地址的原因。当然在这个场景中可以通过一个小伎俩来解决R1配置了上述静态路由后到2.2.2.0/24不可达的问题，那就是在R2的GE0/0/0接口上激活ARP代理（ARP-Proxy）功能：  
![20210505221814414.png][]

R2完成上述配置后，GE0/0/0接口激活了ARP代理功能，当该接口再收到R1发送的，用于请求2.2.2.2 的ARP request ，并以自己的GE0/0/0几口mac地址(替代2.2.2.2对应的真实mac地址)来进行回应；这样R1 会增加ARP 表项。然后R1转发目的地址是2.2.2.2 的数据时，将数据帧的目的MAC设置为R2的GE0/0/0 接口MAC，然后发送出去；R2收到后，数据帧解开，解析数据包ip头部中的目的地址进行路由查询，就直接发送到本地直连的网段中了；有些像ARP欺骗；  
上述方法虽然可行，但不推荐；  
所以：当前出接口为BMA接口时，在配置静态路由时需指定下一跳地址；

（2）如果出接口为P2P(Point-to-Point，点对点)类型，则静态路由仅需指定出接口；

如图1-8 中，R1安装了一个广域网接口卡和R4 直连，链路两端接口都采用PPP封装；那R1 的1/0/0 是一个典型的P2P接口；如果要配置静态路由，使其到达4.4.4.0/24，则：  
![20210505221824429.png][]  
R1 仅需在该静态路由中指定出接口即可，也可以指定出接口及下一跳IP地址；

（3）如果出接口为NBMA(Non-Broadcast Multiple Access，非广播多路访问 )类型，静态路由需指定下一跳IP地址；

采用帧中继（Frame Relay）封装的接口是一种典型的NBMA类型接口，这种接口同样能够连接一台或多台设备，但是并不支持广播。

## 默认路由 ##

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xMODQ1ODc2NDI1_size_16_color_FFFFFF_t_70 9][]  
OR上配置静态路由；  
![20210505221848504.png][]  
`ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 200.1.1.1`

命令为OR创建了一条静态的默认路由，该路由的下一跳为200.1.1.1（OR到达Internet的下一跳IP地址）。借助这条路由，路由器能够将访问Internet的数据转发出去。

如果目的地址是10.11 or 10.12 or 10.13 匹配到后面几条精确路由；(根据最长前缀匹配规则)根据掩码进行匹配；

默认路由在路由表中的优先级是最低的，只有当匹配不到其他具体路由规则后，才会匹配到默认路由；

默认路由在实际的项目中有着广泛的应用。当然，默认路由不仅可以通过静态的方式实现，动态路由协议同样支持默认路由的动态下发。

## 浮动静态路由 ##

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xMODQ1ODc2NDI1_size_16_color_FFFFFF_t_70 10][]  
如果R2 希望通信 10.9.9.0/24 ，R2 上配置了，通过R1 和 R3 的2条静态路由；如下：  
![20210505221909835.png][]  
采用如上方法配置路由后，由于2条路由的开销和权重(默认60)是一样的，会在路由表上下发2条路由信息；  
![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xMODQ1ODc2NDI1_size_16_color_FFFFFF_t_70 11][]

这种被称为 路由的等价负载分担。  
负载分担带来的利好是路由器能够在多条路径上进行流量的分担，从而避免某条链路带宽消耗过大而其他链路空载的情况，提高了链路的利用率。

但是在某些情况下，我们可能会希望R2发往10.9.9.0/24的流量始终走单边（如R1），当R1宕机或R1—R2之间的互联链路发生故障时，R2能够自动将流量切换到R3，这该如何实现？  
通过部署浮动静态路由（Floating Static Route）可以实现该诉求；  
在配置路由时，指定优先级，如下：  
![20210505221939766.png][]

如此，两条路由规则中，优先级小的路由将会加载和显示到路由表信息中，而优先级80 的路由规则，会被“隐藏”起来，暂时看不到；  
![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xMODQ1ODc2NDI1_size_16_color_FFFFFF_t_70 12][]  
当R1-R2 链路或 GE 0/0/1 接口出现故障，会将优先级为80的路由规则重新加载出来(浮动静态路由由此得来)，路由匹配GE0/0/2 口，走R3 到到目的端；  
![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xMODQ1ODc2NDI1_size_16_color_FFFFFF_t_70 13][]  
![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xMODQ1ODc2NDI1_size_16_color_FFFFFF_t_70 14][]

所以浮动静态路由是一种不错的路由备份机制，在某种程度上提高了静态路由的灵活度，在实际的网络部署中有着广泛应用。一个典型的例子就是在拥有多出口的网络中部署出口路由，例如一个园区网的出口路由器连接着A、B两个运营商提供的出口链路，我们希望内网外出的流量默认走A运营商提供的出口，当该出口发生故障时，则自动切换到B运营商提供的出口。要实现这个需求，可以在出口路由器上配置两条默认路由，并将指向B运营商的那条默认路由的优先级值调得稍微大一些。

## 案例，静态路由和BFD联动 ##

静态路由无法根据拓扑的变化做出动态响应；

如图，在R1 和 R2 之间加入一台交换机设备，该设备在该环境中不做配置，只做数据帧的透传的作用；  
![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xMODQ1ODc2NDI1_size_16_color_FFFFFF_t_70 15][]

如果只进行了浮动静态路由的配置（上节所说配置），当R2 G0/0/0 端口故障 或 R2 到SW 这段链路故障，R2会把GE0/0/0 状态为Down ，路由会切换到 R2 指向 R3 的链路进行通信，完成切换；  
![20210505222031427.png][]  
但如果是 SW 到 R1 的链路出现故障，或 R1 出现故障，但R2 在这种场景下，无法感知到，仍然使用指向R1的路由，就会出现问题，无法访问到 目的端 10.9.9.0/24 ，流量中断；

造成上述问题的根本原因是，静态路由无法感知到网络拓扑的变化并作出动态响应。  
有一些技术或机制可以改良静态路由以便解决上述问题，BFD（Bidirectional Forwarding Detection，双向转发检测）就是这类技术之一。实际上，BFD是一种实现网络可靠性的机制，它可被用于快速检测网络中的链路状况、IP可达性等。BFD可以与多种协议或机制进行联动，以确保它们更加可靠地工作，例如静态路由、OSPF、ISIS、BGP、VRRP、PIM及MPLSLSP等。

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xMODQ1ODc2NDI1_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221021/34f0ac030b7b447d8051d6eb4562cc6a.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xMODQ1ODc2NDI1_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20221021/25d14fae084c4e4fbfc196d7adf0ceed.png
[20210505221429553.png]: /images/20221021/1a8ab841a84245aa94c37a14d7663edd.png
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[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xMODQ1ODc2NDI1_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20221021/5862d715a8934c23a21670bd583f4ddd.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xMODQ1ODc2NDI1_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]: /images/20221021/37fab863825b463e89a47d5249e009f6.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0xMODQ1ODc2NDI1_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]: /images/20221021/f964ce0f930247f5a642bbe435c1f248.png
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[20210505221732328.png]: /images/20221021/ab28310ee7744f868e5d3d299b9c55e6.png
[20210505221740163.png]: /images/20221021/eae1fb41b7c648b09e24c9377ad31483.png
[20210505221801422.png]: /images/20221021/adec490e5afb4c6d93fd7effe2edf149.png
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[20210505221814414.png]: /images/20221021/fdf735f0d09f4ec8bb40dd3686ec676e.png
[20210505221824429.png]: /images/20221021/528d4e3038324e3488e1abeaf077a30e.png
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