Protokoły routingu używane są do wymiany informacji o trasach pomiędzy routerami. Do głównych celów stosowania dynamicznych protokołów routingu zaliczamy: wykrywanie zdalnych sieci, zarządzanie informacją aktualizującą dane w routingu, wybieranie najlepszej trasy do sieci docelowej oraz możliwość znalezienia nowej trasy w przypadku, gdy dotychczasowa przestała być dostępna. Z jednej strony dynamiczne protokoły routingu wymagają mniej pracy od administratora niż routing statyczny, ale z drugiej strony wymagają przeznaczenia części zasobów routera na wykonanie niezbędnych operacji, w tym czasu procesora i szerokości pasma łącza sieciowego.
Z reguły w sieciach używa się połączenia routingu statycznego z routingiem dynamicznym. Routing dynamiczny jest najlepszym wyborem dla sieci dużych, natomiast routing statyczny jest lepszy dla sieci szczątkowych.
Protokoły routingu są odpowiedzialne za wykrywanie zdalnych sieci, a także za to, aby informacje o sieci były aktualne. Gdy w topologii sieci zajdzie jakaś zmiana, to protokoły routingu potrafią rozesłać informację o tym fakcie w swojej domenie routingu. Zbieżność ma miejsce wtedy, kiedy wszystkie routery w tej samej domenie routingu albo na tym samym obszarze mają pełną i dokładną informację o sieci. Niektóre protokoły routingu osiągają zbieżność szybciej niż pozostałe.
Protokoły routingu mogą być klasowe albo bezklasowe, mogą być typu wektora odległości lub stanu łącza, a także mogą być protokołami bramy wewnętrznej albo bramy zewnętrznej.
Protokoły wektora odległości wykorzystują routery jako drogowskazy na drodze do ostatecznego celu. Jedynymi informacjami, jakie router ma o zdalnej sieci są odległość lub metryka dla tej sieci oraz droga lub interfejs, przez który można do niej dotrzeć. Protokoły routingu wektora odległości nie znają rzeczywistej mapy topologii sieci.
Router z protokołem routingu stanu łącza, na podstawie informacji zebranych od wszystkich pozostałych routerów, może utworzyć pełną topologię sieci.
Metryki są używane przez protokoły routingu do ustalania najlepszej, czyli najkrótszej, drogi do sieci docelowej. Różne protokoły routingu używają różnych metryk. Z reguły niższa metryka oznacza lepszą drogę. Metryki mogą być wyznaczane na podstawie liczby przeskoków, szerokości pasma, niezawodności i obciążenia.
Routery czasami dowiadują się o wielu trasach do tej samej sieci za pomocą tras statycznych i za pomocą protokołów routingu dynamicznego. Gdy router Cisco dowie się o docelowej sieci z więcej niż jednego źródła, ustala na podstawie wartości dystansu administracyjnego ustala, które źródło ma pierwszeństwo. Każdy protokół routingu dynamicznego ma unikatową wartość administracyjną, podobnie jak trasy statyczne i sieci podłączone bezpośrednio. Im mniejszy dystans administracyjny, tym wyższy priorytet źródła routingu. Pierwszeństwo mają zawsze sieci podłączone bezpośrednio, po nich są trasy statyczne i różne protokoły routingu dynamicznego.
Polecenie show ip protocols wyświetla protokół routingu IPv4, który jest w danej chwili skonfigurowany na routerze. Dla protokołu IPv6 polecenie to ma postać show ipv6 protocols .
W protokołach routingu stanu łącza, takich jak OSPF, pojęciem łącze określa się interfejs routera. Informacje o interfejsach routera nazywane są stanami łącza (ang. link states). Wszystkie protokoły stanu łącza do obliczenia najkrótszej trasy wykorzystują algorytm Dijkstry. Algorytm ten jest powszechnie określany mianem algorytmu SPF (ang. shortest path first). Jego działanie polega na zsumowaniu kosztów na każdej drodze, od źródła do celu i w ten sposób wyznaczeniu całkowitego kosztu trasy.