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路由选择的最长匹配原则(华为精华帖)

2017-12-16  聚微阁

  最长匹配原则是我司支持IP路由的设备默认的路由查找方式(事实上几乎所有支持IP路由的设备都是这种查找方式)。当路由器收到一个IP数据包时,会将数据包的目的IP地址与自己本地路由表中的表项进行bit by bit的逐位查找,直到找到匹配度最长的条目,这叫最长匹配原则。

 
这里有几个概念要先搞清楚:

看上面的图,这是一个形象化的二维空间图。深灰色的空间172.16.0.0/16,这个网络号,我们称为主类网络号,所谓主类网络号,意思是该网络号按照其所属的IP地址类别区分后、对应上的默认的子网掩码长度后得到的网络号。如172.16.0.0这是一个B类地址,B类地址的默认子网掩码长度是16位,因此172.16.0.0/16本身就是一个主类网络号。再举另外一个例子,10.1.12.0/24,首先10开头的,这是一个A类地址,A类地址默认的掩码是255.0.0.0,因此10.1.12.0/24它的主类网络号是10.0.0.0/8。

我们首先顺着上面的图,从172.16.0.0/16开始往里走,下一个我们看到的网络号是172.16.10.0/24,这很明显是应用了VLSM可变长子网掩码之后,得到的一个172.16.0.0/16这个主类网络的一个子网(subnet)。所以所谓的子网,我们可以理解为是在网络号所属类别的默认掩码长度的基础上,将掩码“拉长”或者向主机位借位从而得到的一个子网络号。实际上172.16.0.0/16是将172.16.10.0/24囊括在内的一个区间。那么在这里,如果我们有一个IP:172.16.10.1,实际上这个IP既可以理解为在172.16.0.0/16网络内,也是在172.16.10.0/24网络内,当然,这里我们能看出来,谁更能精确匹配172.16.10.1这个IP呢?很明显是172.16.10.0/24更精确,我们说,它的匹配长度相比172.16.0.0更长。

当然子网172.16.10.0/24还可以进一步划分子网,得到172.16.10.0/30,甚至172.16.10.1/32,那么如果这些前缀都存在的情况下,当我要去查找172.16.10.1,谁的匹配度最高呢?很明显,是172.16.10.1/32这条主机前缀,或者说,主机路由,对吧?这就是最长匹配原则。

OK,现在回到172.16.0.0/16这个主类网络号,然后我们向外走,看上图。172.0.0.0/8实际上是将这个B类地址的掩码向左移了8bits,这样一来得到的这个网络号实际上是囊括了172.16.0.0/16在内的一个大的网络号,我们称其为超网。
下面我们通过一个具体的例子来深入理解最长匹配原则:
 


在上面的例子中,我们的路由表一共有三个条目:172.16.1.0/24、172.16.2.0/24以及172.16.0.0/16,这三个路由条目分别指向不同的出接口。那么当路由器收到一个数据包,去往172.16.2.1的时候,它怎么做决策呢?很简单,把三个路由条目都写成二进制,对应上路由条目各自的掩码(前缀长度),掩码为1的位是需要严格匹配的,掩码为0的位则无所谓(图中标识x的位)。


然后把数据包的目的IP地址:172.16.2.1也写成二进制,接下去就是从左往后的逐位匹配。剔除不匹配的路由条目1,剩下路由条目2和3,由于目的地址172.16.2.1和路由条目172.16.2.0/24的匹配长度最长,因此路由条目2胜出,最终数据包被从接口S1转发出去。这就是最长匹配原则。
下面看几个宏观的例子:

 


上图,当R1收到一个数据包,去往172.16.1.1,数据包将命中那一条路由呢?那么实际上,172.16.1.1是“掉落”在172.16.1.0/24及172.16.0.0/16网络中的,两者貌似皆可,但是172.16.1.0/24显然,匹配度要更长,因此,最终这个数据包根据路由条目“172.16.1.0/24”的指示被转发给了R2。
 


 


同理若有数据包去往172.16.2.1呢?首先路由表中172.16.1.0/24这条前缀肯定是不匹配的,最后172.16.2.0/24这个条目匹配度最高,因此数据被从S1口扔给了R3。
 


而当有数据包去往172.17.1.1时,由于172.16.1.0/24及172.16.0.0/16这两条路由均不匹配,于是数据只能“求助于”0.0.0.0/0这条缺省路由,从S2口转发给R4。

下面我们总结一下路由器关于路由查找的几个重点内容:

  • 不同的路由前缀(注意路由前缀包含网络号+掩码,缺一不可),在路由表中属于不同的路由。
  • 相同的路由前缀,通过不同的协议获取,先比优先级,优选优先级小的,后比cost。
    这是一般情况,当然有二般情况,这就要看特定的环境和特定的路由协议了。
  • 默认采用最长匹配原则,匹配,则转发;无匹配,则找默认路由,默认路由都没有,则丢弃。
  • 路由器的行为是逐跳的,到目标网络的沿路径每个路由器都必须有关于目的地的路由。
  • 数据是双向的,考虑流量的时候,要关注流量的往返。  

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