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linux 路由表和路由定址過程

1 概述

每一個linux系統中都具有IP路由表,它儲存了本地計算機可以到達的網路目的地址範圍和如何到達的路由資訊。路由表是TCP/IP通訊的基礎,本地計算機上的任何TCP/IP通訊都受到路由表的控制。

2 Linux 核心的路由表

通過 route 命令檢視 Linux 核心的路由表。

2.1 路由表字段說明

欄位

說明

Destination

目標網路或目標主機。Destination 為 default(0.0.0.0)時,表示這個是預設閘道器,所有資料都發到這個閘道器。

Gateway

閘道器地址,0.0.0.0 表示當前記錄對應的 Destination 跟本機在同一個網段,通訊時不需要經過閘道器。如果沒有就顯示星號(*)。

Genmask

Destination 欄位的網路掩碼,Destination 是主機時需要設為 255.255.255.255,是預設路由時會設定為 0.0.0.0

Flags

標記

● U 該路由可以使用。

● H 該路由是到一個主機,也就是說,目的地址是一個完整的主機地址。如果沒有設定該標誌,說明該路由是到一個網路,而目的地址是一個網路地址:一個網路號,或者網路號與子網號的組合。

● G 該路由是到一個閘道器(路由器)。如果沒有設定該標誌,說明目的地 是直接相連的。

● R 恢復動態路由產生的表項。

● D 該路由是由改變路由(redirect)報文建立的。

● M 該路由已被改變路由報文修改。

● ! 這個路由將不會被接受。

Metric

路由距離,到達指定網路所需的中轉數,是大型區域網和廣域網設定所必需的。

Ref

路由項引用次數 。

Use

此路由項被路由軟體查詢的次數。

Iface

網絡卡名字,例如 eth0

2.2 檢視路由表

route -n

Seq

Destination

Gateway

Genmask

Flags

Metric

Ref

Use

Iface

1

0.0.0.0

192.168.1.1

0.0.0.0

UG

0

0

0

eth0

2

169.254.0.0

0.0.0.0

255.255.0.0

U

1002

0

0

eth0

3

192.168.1.0

0.0.0.0

255.255.255.0

U

0

0

0

eth0

4

192.168.1.1

0.0.0.0

255.255.255.255

U

0

0

0

eth0

5

192.168.0.0

0.0.0.0

255.255.254.0

U

0

0

0

eth0

6

192.168.2.0

192.168.2.1

255.255.255.0

U

0

0

0

eth1

(1) 網路地址(Network Destination)、網路掩碼(Netmask)

網路地址和網路掩碼相與的結果用於定義本地計算機可以到達的目的網路地址範圍。通常情況下,目的網路地址範圍包含以下四種:

(a) 主機地址,某個特定主機的網路地址,網路掩碼為255.255.255.255,如上表中的4。

(b) 子網地址,某個特定子網的網路地址,如上表中的5。

(c) 網路地址,某個特定網路的網路地址,如上表中的2,3。

(d) 預設路由,所有未在路由表中指定的網路地址,如上表中的1。

(2) 閘道器(Gateway,又稱為下一跳伺服器)

在傳送IP資料包時,閘道器定義了針對特定的網路目的地址,資料包傳送到的下一跳伺服器。如果是本地計算機直接連線到的網路,閘道器通常是0.0.0.0。如果是遠端網路或預設路由,閘道器通常是本地計算機所連線到的網路上的某個伺服器或路由器。

(3) 介面(Interface)

介面定義了針對特定的網路目的地址,本地計算機用於傳送資料包的網路介面。

(4) 躍點數(Metric)

躍點數用於指出路由的成本,通常情況下代表到達目標地址所需要經過的躍點數量,一個躍點代表經過一個路由器。躍點數越低,代表路由成本越低;躍點數越高,代表路由成本越高。當具有多條到達相同目的網路的路由項時,TCP/IP會選擇具有更低躍點數的路由項。

2.3 路由確定過程

當TCP/IP需要向某個IP地址發起通訊時,它會對路由表進行評估,以確定如何傳送資料包。評估過程如下:

(1) TCP/IP使用需要通訊的目的IP地址和路由表中每一個路由項的網路掩碼進行相與計算,如果相與後的結果匹配對應路由項的網路地址,則記錄下此路由項。

(2) 當計算完路由表中所有的路由項後,

(a) TCP/IP選擇記錄下的路由項中的最長匹配路由(網路掩碼中具有最多“1”位的路由項)來和此目的IP地址進行通訊。

(b) 如果存在多個最長匹配路由,那麼選擇具有最低躍點數的路由項。

(c) 如果存在多個具有最低躍點數的最長匹配路由,那麼:均根據最長匹配路由所對應的網路介面在網路連線的高階設定中的繫結優先順序來決定(一般有線(eth0) > 無線 (wlan0) > 移動訊號(4G))。

(d) 如果優先順序一致,則選擇最開始找到的最長匹配路由。

2.3.1 驗證分析

(1) 驗證:traceroute www.baidu.com

我們通過路由表可以知道有兩條相同預設路由可以選擇,由於先找到192.168.233.2 閘道器路由,所以最後選擇了 192.168.233.2 閘道器。

[[email protected] ~]# route -n
Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
0.0.0.0         192.168.233.2   0.0.0.0         UG    0      0        0 eth1
0.0.0.0         192.168.1.1     0.0.0.0         UG    0      0        0 eth0
169.254.0.0     0.0.0.0         255.255.0.0     U     1002   0        0 eth0
192.168.1.0     0.0.0.0         255.255.255.0   U     0      0        0 eth0
192.168.233.0   0.0.0.0         255.255.255.0   U     0      0        0 eth1
[[email protected] ~]# 
[[email protected] ~]# 
[[email protected] ~]# traceroute www.baidu.com
traceroute to www.baidu.com (14.215.177.39), 30 hops max, 60 byte packets
 // 由於先找到192.168.233.2 閘道器路由,所以最後選擇了 192.168.233.2 閘道器
 1  gateway (192.168.233.2)  0.200 ms  0.109 ms  0.141 ms
 2  * * *
 3  * * *
 4  * * *

(2) 刪除原先路由,重新新增路由

重新新增路由後,我們通過路由表可以知道有兩條相同預設路由可以選擇,由於先找到192.168.1.1 閘道器路由,所以最後選擇了 192.168.1.1 閘道器。

[[email protected] ~]# route -n
Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
0.0.0.0         192.168.233.2   0.0.0.0         UG    0      0        0 eth1
0.0.0.0         192.168.1.1     0.0.0.0         UG    0      0        0 eth0
169.254.0.0     0.0.0.0         255.255.0.0     U     1002   0        0 eth0
192.168.1.0     0.0.0.0         255.255.255.0   U     0      0        0 eth0
192.168.233.0   0.0.0.0         255.255.255.0   U     0      0        0 eth1
[[email protected] ~]# 
[[email protected] ~]# 
[[email protected] ~]# route del default gw 192.168.233.2
[[email protected] ~]# 
[[email protected] ~]# route del default gw 192.168.1.1
[[email protected] ~]# 
[[email protected] ~]# 
[[email protected] ~]# route add default gw 192.168.233.2
[[email protected] ~]# 
[[email protected] ~]# route add default gw 192.168.1.1
[[email protected] ~]# 
[[email protected] ~]# 
[[email protected] ~]# route -n
Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
0.0.0.0         192.168.1.1     0.0.0.0         UG    0      0        0 eth0
0.0.0.0         192.168.233.2   0.0.0.0         UG    0      0        0 eth1
169.254.0.0     0.0.0.0         255.255.0.0     U     1002   0        0 eth0
192.168.1.0     0.0.0.0         255.255.255.0   U     0      0        0 eth0
192.168.233.0   0.0.0.0         255.255.255.0   U     0      0        0 eth1
[[email protected] ~]#
[[email protected] ~]# traceroute www.baidu.com
traceroute to www.baidu.com (14.215.177.39), 30 hops max, 60 byte packets
 1  gateway (192.168.1.1)  2.683 ms  2.432 ms  15.680 ms
 2  * * *
 3  * * *
 4  * * *

2.4 閘道器和介面確定過程

2.4.1 流程

在確定使用的路由項後,閘道器和介面通過以下方式確定:

(1) 如果路由項中的閘道器地址為空(*)或者為0.0.0.0,那麼在傳送資料包時:

(a) 通過路由項中對應的網路介面傳送;

(b) 源IP地址為此網路介面的IP地址;

(c) 源MAC地址為此網路介面的MAC地址;

(d) 目的IP地址為接收此資料包的目的主機的IP地址;

(e) 目的MAC地址為接收此資料包的目的主機的MAC地址;

(2) 如果路由項中的閘道器地址並不屬於本地計算機上的任何網路介面,那麼在傳送資料包時:

(a) 通過路由項中對應的網路介面傳送;

(b) 源IP地址為路由項中對應網路介面的IP地址;

(c) 源MAC地址路由項中對應網路介面的MAC地址;

(d) 目的IP地址為接收此資料包的目的主機的IP地址;

(e) 目的MAC地址為閘道器的MAC地址;

2.4.2 簡單說明

在此我以上面的路由表為基礎,舉例進行說明:

(1) 和單播IP地址 192.168.1.8 的通訊

在進行相與計算時,1、3、5 項匹配,但是3項為最長匹配路由,因此選擇3項。3項的閘道器地址為0.0.0.0,因此傳送資料包時,目的IP地址為 192.168.1.8、目的MAC地址為192.168.1.8的MAC地址(通過ARP解析獲得)。

(2) 和單播IP地址 192.168.1.1 的通訊

在進行相與計算時,1、3、4、5 項匹配,但是4項為最長匹配路由,因此選擇4項。4項的閘道器地址為0.0.0.0,因此傳送資料包時,目的IP地址為 192.168.1.1、目的MAC地址為192.168.1.1的MAC地址(通過ARP解析獲得)。

(3) 和單播IP地址 192.168.22.8 的通訊

在進行相與計算時,只有 1 項匹配;在傳送資料包時,目的IP地址為192.168.22.8、目的MAC地址為192.168.1.1的MAC地址(通過ARP解析獲得)。

(4) 和子網廣播地址 192.168.1.255 的通訊

在進行相與計算時,1、3、5 項匹配,但是3項為最長匹配路由,因此選擇3項。3項的閘道器地址為0.0.0.0,因此在傳送資料包時,目的IP地址為 192.168.1.255,目的MAC地址為乙太網廣播地址FF:FF:FF:FF:FF:FF。

2.5 預設路由與預設閘道器

由於在路由表中儲存針對每個主機或子網的路由項不可行,因此提出了預設路由的概念,預設路由中的閘道器稱為預設閘道器。預設路由的網路地址為0.0.0.0,網路掩碼為0.0.0.0,它匹配任何網路通訊,因此當到達特定主機或特定子網的路由並未在路由表中指定時,均可以通過預設路由來進行轉發。如果沒有設定預設路由,那麼無法到達未在路由表中指定路由項的網路目的地址。

設定預設路由後,把資料包的路由責任移交到了路由器,優點是簡化了本地計算機上的路由表和配置,缺點則是計算機無法明確目的地址是否可達,從而可能傳送針對不可到達地址的流量。雖然位於路由路徑上的路由器知道目的地址不可達時會使用ICMP目的地址不可達資訊來通知原始傳送主機,但是這個過程中,已經佔用了 額外的網路流量。

在linux系統中,建立預設路由可以通過以下兩種方式實現:

(a) 在網路介面設定預設閘道器,從而建立預設路。

[[email protected] ~]# route -n
Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
0.0.0.0         192.168.1.1     0.0.0.0         UG    0      0        0 eth0
169.254.0.0     0.0.0.0         255.255.0.0     U     1002   0        0 eth0
192.168.1.0     0.0.0.0         255.255.255.0   U     0      0        0 eth0
[[email protected] ~]# 
[[email protected] ~]# cat /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0 
TYPE=Ethernet
DEFROUTE=yes      // 預設路由
PROXY_METHOD=none
BROWSER_ONLY=no
BOOTPROTO=static
IPV4_FAILURE_FATAL=no
IPV6INIT=yes
IPV6_AUTOCONF=yes
IPV6_DEFROUTE=yes
IPV6_FAILURE_FATAL=no
IPV6_ADDR_GEN_MODE=stable-privacy
NAME=eth0
UUID=0de93453-8fa0-4080-9a53-5fadae0a8af3
DEVICE=eth0
HWADDR=00:0c:29:9b:52:d3
IPADDR=192.168.1.135
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=192.168.1.1    // 閘道器
DNS1=192.168.1.1
BROADCAST=192.168.1.255
ONBOOT=yes

注意:centos 預設只支援一條預設路由,當重新啟動網口時,會把其他預設路由去掉,只剩下一條該網口生成的預設路由。

(b) 使用 route add 命令新增網路地址為0.0.0.0、網路掩碼為0.0.0.0的預設路由。

[[email protected] ~]# route -n
Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
0.0.0.0            192.168.1.1  0.0.0.0               U         0         0         0   eth0
169.254.0.0     0.0.0.0         255.255.0.0       U         1002    0        0   eth0
192.168.1.0     0.0.0.0         255.255.255.0   U          0         0        0   eth0
[[email protected] ~]# 
[[email protected] ~]# 
[[email protected] ~]# route del -net 0.0.0.0 netmask 0.0.0.0
[[email protected] ~]# 
[[email protected] ~]# 
[[email protected] ~]# 
[[email protected] ~]# route -n
Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
169.254.0.0     0.0.0.0         255.255.0.0       U        1002   0        0     eth0
192.168.1.0     0.0.0.0         255.255.255.0   U         0        0        0     eth0
[[email protected] ~]# 
[[email protected] ~]# 
[[email protected] ~]# route add -net 0.0.0.0 netmask 0.0.0.0 gw 192.168.1.1 dev eth0
[[email protected] ~]# 
[[email protected] ~]# 
[[email protected] ~]# 
[[email protected] ~]# route -n
Kernel IP routing table
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
0.0.0.0             192.168.1.1   0.0.0.0              U       0          0        0    eth0
169.254.0.0     0.0.0.0         255.255.0.0        U       1002    0        0    eth0
192.168.1.0     0.0.0.0         255.255.255.0    U        0         0        0    eth0
[[email protected] ~]# 

推薦大家總是使用前一種方式。

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