Linux 路由基础知识介绍

一、路由的基础知识

1、路由概念

• 路由：跨越从源主机到目标主机的一个互联网络来转发数据包的过程；
• 路由器：能够将数据包转发到正确的目的地，并在转发过程中选择最佳路径的设备；
• 路由表：在路由器中维护的路由条目，路由器根据路由表做路径选择；
• 直连路由：当在路由器上配置了接口的IP地址，并且接口状态为up的时候，路由表中就出现直连路由项；
• 静态路由：是由管理员手工配置的，是单向的；
• 默认路由：当路由器在路由表中找不到目标网络的路由条目时，路由器把请求转发到默认路由接口 。

2、静态路由和默认路由的特点

静态路由特点：

• 路由表是手工设置的；
• 除非网络管理员干预，否则静态路由不会发生变化；
• 路由表的形成不需要占用网络资源；
• 适用环境：一般用于网络规模很小、拓扑结构固定的网络中。

默认路由特点：

• 在所有路由类型中，默认路由的优先级最低；
• 适用环境：一般应用在只有一个出口的末端网络中或作为其他路由的补充

浮动静态路由：

• 路由表中存在相同目标网络的路由条目时，根据路由条目优先级的高低，将请求转发到相应端口；
• 链路冗余的作用；

3、路由器转发数据包时的封装过程

源IP和目标IP不发生变化，在网络的每一段传输时，源和目标MAC发生变化，进行重新封装，分别是每一段的源和目标地址

4、要完成对数据包的路由，一个路由器必须至少了解以下内容

• 目的地址；
• 相连路由器，并可以从那里获得远程网络的信息；
• 到所有远程网络的可能路由；
• 到达每个远程网络的最佳路由；
• 如何维护并验证路由信息；
• 路由和交换的对比。

路由工作在网络层

• 根据“路由表”转发数据；
• 路由选择；
• 路由转发。

交换工作在数据链路层

• 根据“MAC地址表”转发数据；
• 硬件转发。

二、策略路由&路由策略数据库

Internet上采用的路由算法一般是基于数据包目的地址的。而在某些情况下，我们不只是需要通过数据包的目的地址决定路由，可能还需要通过其他一些域：源地址、IP协议、传输层端口甚至数据包的负载。这就叫做：策略路由(policy routing)。

注意：策略路由(policy routing)不等于路由策略(rouing policy)。

在这种情况下，传统的基于目的地址的路由表就无法满足要求了，需要使用路由策略数据库(routing policy database,RPDB)代替，通过它选择执行某些路由。这些规则可以由很多不同的状态，而且它们没有天生的次序，要由系统管理员决定。

RPDB可以匹配以下的域：

• 数据包的源地址；
• 数据包的目的地址；
• 服务类型(Type of Service)；
• 进入的网络接口。

每个路由策略由一个选择符(selector)和一个操作(action)组成。系统按照顺序搜索路由策略数据库，把选择符和｛源地址、目的地址、进入 接口、tos、fwmark｝等关键词进行匹配，如果匹配成功，就执行action定义的操作。操作或者成功返回，或者失败并且中止对路由策略。否则，系统继续查询路由策略数据库。

在系统启动时，内核会为路由策略数据库配置三条缺省的规则：

[[email protected] ~]# ip rule
0:      from all lookup local   #0 匹配任何条件 查询路由表local(ID 255)
32766:  from all lookup main    #32766 匹配任何条件 查询路由表main(ID 254) 
32767:  from all lookup default #32767 匹配任何条件 查询路由表default(ID 253) 

不要混淆路由表和策略：规则指向路由表，多个规则可以引用一个路由表，而且某些路由表可以没有策略指向它。如果系统管理员删除了指向某个路由表的所有规则，这个表就没有用了，但是仍然存在，直到里面的所有路由都被删除，它才会消失。

三、路由表介绍

Linux系统可以同时存在256(0-255)个路由表，而且每个路由表都各自独立，互不相关。数据包在传输时是根据RPDB(路由策略数据库)内的策略决定数据包应该用哪个路由表传输的。

在默认情况下，系统有三个路由表，这三个路由表的功能如下：

local：路由表local包含本机路由及广播信息。例如，在本机上执行ssh 127.0.0.1时，就会参考这份路由表的内容，在正常情况下，只要配置好网卡的网络设置，就会自动生成local路由表的内容，我们应该也不必修改其内容。

main：使用传统命令route -n所看到的路由表就是main的内容。Linux系统在默认情况下使用这份路由表的内容来传输数据包，因此，其内容极为重要，在正常情况下，只要配置好网卡的网络设置，就会自动生成main路由表的内容。

default：最后是default路由表，这个路由表在默认情况下内容为空；除非有特别的要求，否则保持其内容为空即可。

route命令默认查询的是main路由表

[root@bogon ~]# route
Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
default         bogon           0.0.0.0         UG    100    0        0 ens33
192.168.1.0     0.0.0.0         255.255.255.0   U     100    0        0 ens33
192.168.2.0     0.0.0.0         255.255.255.0   U     0      0        0 ens33
192.168.2.0     0.0.0.0         255.255.255.0   U     100    0        0 ens33

route 命令的输出项说明：

输出项	说明
Destination	目标网段或者主机
Gateway	网关地址，”*” 表示目标是本主机所属的网络，不需要路由
Genmask	网络掩码
Flags	标记。一些可能的标记如下：
	U — 路由是活动的
	H — 目标是一个主机
	G — 路由指向网关
	R — 恢复动态路由产生的表项
	D — 由路由的后台程序动态地安装
	M — 由路由的后台程序修改
	! — 拒绝路由
Metric	路由距离，到达指定网络所需的中转数（linux 内核中没有使用）
Ref	路由项引用次数（linux 内核中没有使用）
Use	此路由项被路由软件查找的次数
Iface	该路由表项对应的输出接口

三、3 种路由类型

1、主机路由

主机路由是路由选择表中指向单个IP地址或主机名的路由记录。主机路由的Flags字段为H。例如，在下面的示例中，本地主机通过IP地址192.168.1.1的路由器到达IP地址为10.0.0.10的主机。

Destination    Gateway       Genmask        Flags     Metric    Ref    Use    Iface
-----------    -------       -------        -----     ------    ---    ---    -----
10.0.0.10     192.168.1.1    255.255.255.255   UH       0         0     0      eth0

2、网络路由

网络路由是代表主机可以到达的网络。网络路由的Flags字段为N。例如，在下面的示例中，本地主机将发送到网络192.19.12的数据包转发到IP地址为192.168.1.1的路由器。

Destination    Gateway       Genmask      Flags    Metric    Ref     Use    Iface
-----------    -------     -------         -----    -----   ---    ---    -----
192.19.12     192.168.1.1    255.255.255.0      UN      0       0     0    eth0

3、默认路由

当主机不能在路由表中查找到目标主机的IP地址或网络路由时，数据包就被发送到默认路由（默认网关）上。默认路由的Flags字段为G。例如，在下面的示例中，默认路由是IP地址为192.168.1.1的路由器。

Destination    Gateway       Genmask    Flags     Metric    Ref    Use    Iface
-----------    -------     ------- -----      ------    ---    ---    -----
default       192.168.1.1     0.0.0.0    UG       0        0     0    eth0

四、route、ip route、ip rule命令介绍

1、route命令

设置和查看路由表都可以用 route 命令，设置内核路由表的命令格式是：

# route  [add|del] [-net|-host] target [netmask Nm] [gw Gw] [[dev] If]

其中：

• add : 添加一条路由规则；
• del : 删除一条路由规则；
• -net : 目的地址是一个网络；
• -host : 目的地址是一个主机；
• target : 目的网络或主机；
• netmask : 目的地址的网络掩码；
• gw : 路由数据包通过的网关；
• dev : 为路由指定的网络接口。

route 命令使用举例

添加到主机的路由

# route add -host 192.168.1.2 dev eth0:0
# route add -host 10.20.30.148 gw 10.20.30.40

添加到网络的路由

# route add -net 10.20.30.40 netmask 255.255.255.248 eth0
# route add -net 10.20.30.48 netmask 255.255.255.248 gw 10.20.30.41
# route add -net 192.168.1.0/24 eth1

添加默认路由

# route add default gw 192.168.1.1

删除路由

# route del -host 192.168.1.2 dev eth0:0
# route del -host 10.20.30.148 gw 10.20.30.40
# route del -net 10.20.30.40 netmask 255.255.255.248 eth0
# route del -net 10.20.30.48 netmask 255.255.255.248 gw 10.20.30.41
# route del -net 192.168.1.0/24 eth1
# route del default gw 192.168.1.1

2、ip rule

早期在管理Linux系统的网络时，常使用ifconfig及route之类的命令，不过如果你准备开始使用linux强大的基于策略的路由机制，那么，就请不要使用这类工具了，因为这类工具根本无法用于功能强大的基于策略的路由机制，取而代之的工具是iproute。

[[email protected] ~]# ip rule help
Usage: ip rule { add | del } SELECTOR ACTION
       ip rule { flush }
       ip rule [ list ]
SELECTOR := [ not ] [ from PREFIX ] [ to PREFIX ] [ tos TOS ] [ fwmark FWMARK[/MASK] ]
            [ iif STRING ] [ oif STRING ] [ pref NUMBER ]
ACTION := [ table TABLE_ID ]
          [ nat ADDRESS ]
          [ realms [SRCREALM/]DSTREALM ]
          [ goto NUMBER ]
TABLE_ID := [ local | main | default | NUMBER ]

如果新加的路由在main表之外的路由表，则只有先添加规则后才能确定新的路由表的ID，有了新的路由表ID后，才能在该路由表中添加路由。

在添加规则时，需要先定义好优先级、条件及路由表ID，然后才可以添加规则。如下例：

#根据源地址决定路由表
ip rule add from 192.168.10.0/24  table 100
ip rule add from 192.168.20.20    table 110

#根据目的地址决定路由表
ip rule add to   192.168.30.0/24  table 120
ip rule add to   192.168.40.0/24  table 130

#根据网卡设备决定路由表
ip rule add dev  eth0  table 140
ip rule add dev  eth1  table 150

#此外还可以根据其他条件进行设置，例如tos等等

上面的路由表都是用100、110、120、130等数字表示的，时间一久难免自己也会忘记该路由表的作用，不过iproute提供了一个路由表和名称的对应表(/etc/iproute2/rt_tables)，可以手动修改该表。

可以看到添加路由表100后，显示确实是100，在修改rt_tables的映射关系后(100映射到wangtong)，ip rule show的内容也变化了。

当然也可使用ip命令来删除路由表了。

#根据明细条目删除
ip rule del from 192.168.10.10

#根据优先级删除
ip rule del prio 32765

#根据表名称来删除
ip rule del table wangtong

ip rule show查看的只是有哪些路由表，要查看路由表里面的具体路由，则可以使用ip route show/list table ID/name，默认的ip route show查看的是main表的路由条目。

进行路由时，正是根据路由规则来进行匹配，按优先级(pref后数值)从高到低匹配,直到找到合适的规则.所以在应用中配置默认路由是必要的。

注:各路由表中应当指明默认路由,尽量不回查路由表.路由添加完毕,即可在路由规则中应用