Linux 中路由表的匹配规则

Linux 中路由表的匹配规则

Linux 内核使用最长前缀匹配 (Longest Prefix Match, LPM) 原则来处理路由表的匹配。这是一种高效的路由查找算法，确保数据包被转发到最具体的路由条目。路由表存储在内核中，通常通过 ip route show（或旧版 route -n）命令查看。以下详细讲解匹配规则、优先级和示例。

1. 路由表的基本结构

每个路由条目（route entry）包含以下关键字段：

• 目标 (Destination)：目标 IP 地址的前缀（如 192.168.1.0/24），表示匹配的网络范围。
• 网关 (Gateway/Next Hop)：下一跳 IP 地址（如果为本地网络，可为空）。
• 接口 (Interface)：出接口（如 eth0）。
• 度量值 (Metric)：路由的优先级（越小越优先，默认 0-255）。
• 源 (Source)：可选，源 IP 地址。
• 范围 (Scope)：如 global（全局）、link（链路）等。

示例路由表输出（使用 ip route show）：

default via 192.168.1.1 dev eth0 proto dhcp metric 100 
192.168.1.0/24 dev eth0 proto kernel scope link src 192.168.1.100 
10.0.0.0/8 via 192.168.1.254 dev eth0 metric 200

2. 匹配规则详解

Linux 路由查找过程是确定性的，按以下步骤进行：

步骤 1: 目标地址匹配

• 前缀匹配：内核将数据包的目标 IP 与路由表的每个条目比较，选择最长前缀匹配的条目。
  • 前缀长度（CIDR，如 /24 表示 24 位匹配）越长，优先级越高。
  • 示例：目标 IP 192.168.1.50：
    • 匹配 192.168.1.0/24（24 位匹配）。
    • 忽略 192.168.0.0/16（16 位匹配，虽然也匹配但前缀短）。
    • 如果无精确匹配，使用默认路由 0.0.0.0/0（0 位匹配）。
• 多表支持：Linux 支持多个路由表（如 main、local、default），通过 ip rule 规则选择表。默认使用 main 表。

步骤 2: 度量值比较（如果多个匹配）

• 如果有多个条目具有相同最长前缀，内核选择度量值 (metric) 最小的。
  • Metric 来自路由协议（如 DHCP、静态路由），用于负载均衡或备份路由。
  • 示例：两个 192.168.1.0/24 条目，metric 100 和 200，选择 100。

步骤 3: 接口和范围检查

• 接口可用性：确保出接口（如 eth0）已 up（使用 ip link show 检查）。
• 范围 (Scope)：优先 global > link > host。如果 scope 为 host，仅匹配本地地址。
• 策略路由 (Policy Routing)：通过 ip rule show 的规则（如基于源 IP、TOS）决定使用哪个表。

步骤 4: ARP/NDP 解析（链路层）

• 一旦找到下一跳，内核使用 ARP（IPv4）或 NDP（IPv6）解析 MAC 地址。
• 如果下一跳是本地网络，直接发送；否则，通过网关。

3. 特殊规则

• 默认路由：default 或 0.0.0.0/0 是兜底条目，用于未知目标。
• 本地路由：local 表处理环回（lo）和本地接口地址，不参与转发。
• 多路径 (ECMP)：如果多个等价路由（相同 metric），内核轮询或哈希分发流量。
• IPv6 差异：类似 IPv4，但使用 ip -6 route show，前缀如 2001:db8::/32。
• 内核缓存：路由查找结果缓存（fib_trie 树结构），加速后续包。

4. 示例：手动测试匹配

1. 查看路由表：

   ip route show table main
   

2. 添加测试路由（临时）：

   sudo ip route add 192.168.2.0/24 via 192.168.1.254 metric 50
   

3. 测试 ping（观察使用哪个路由）：

   ping 192.168.2.10  # 应使用新路由
   traceroute 192.168.2.10  # 查看路径
   

4. 删除路由：

   sudo ip route del 192.168.2.0/24
   

5. 注意事项与调试

• 工具：ip route get <IP> 模拟查找（显示匹配条目）。
• 日志：启用 net.ratelimit=0 sysctl 查看内核路由日志。
• 常见问题：路由循环（高 metric 备份失效）、不对称路由（入站/出站不同表）。
• 高级：使用 tc（Traffic Control）或 nftables 细粒度控制。