校园网路由设计策略研究Word格式.docx

1、王欣（1979-），男，硕士，天津现代职业技术学院讲师，研究方向为网络编程、网络安全。1路由协议 路由协议通常满足如下的一个或多个设计要求：最优性、简易性、低开销、健壮性、稳定性、快速收敛、灵活性等。校园网的外部路由设计通过静态路由连接CerNet，设计相对简单，内部路由协议（IGP）为设计重点。IGP通常根据路由选择算法不同，有距离向量和链路状态两种类型。常用的距离向量路由选择协议包括RIPv1、RIPv2、IGRP、EIGRP。通常由于一些厂商的路由器不支持IGRP和EIGRP，在此仅考虑RIP。距离向量路由协议以路由器间的距离作为衡量标准，路由器之间必须有一定的距离，该距离并不是实际意义

2、上的物理空间距离，其单位是“跳（Hot）”，两个不直接相连的路由器是由“跳数”来衡量他们之间的距离，每个路由器可通过与其相邻的路由器传输的信息来建立、更新网络拓扑变化。与其相邻的路由器收到路由信息后，就可以根据信息更新其路由表。距离向量路由协议的难点在于算法的收敛性，能够用最短的时间更新路由表，同时把路由信息传播到其它路由器上。例如，随着网络规模不断扩展、设备不断增加，路由器也越来越多，这些路由器都要建立、更新自己的路由表，网络规摸的扩大使得了解网络拓扑结构所用的时间加长，计算收敛的时间也越长。对于更新网络路由也是一样：如果网络规模扩大或缩小，或者出现网络故障、路由器故障等情况，网络就不会收敛

3、。对于较大的网络环境，距离向量路由协议不一定合适。距离向量协议在大型网络内使用存在如下问题：有跳数限制，限制了网络规模；容易形成路由环路；定期广播路由表而不是链路信息，数据量大，容易形成广播风暴。2链路状态协议 OSPF和ISIS 是主要的两种链路状态协议。OSPF是基于互联网链路状态的协议，路由表根据网络中路由器物理连接的变动与速度而变化，当网络连接状态发生变化会立即传输到网络中的其它路由器。路由器会重新计算到网络其它目标的一条路径，重新建立以它为根的路由表拓扑结构树，包含了构成路由表基础的最短路径优先树。OSPF路由设计如图1所示，OSPF Area的分界处在路由器上，一些接口在一个Are

4、a内，一些接口在其它Area内，当一个OSPF路由器的接口分布在多个Area内时，这个路由器就被称为边界路由器（ABR）。每个路由器仅与它们自己区域内的其它路由器交换LSA。Area0被作为主干区域，所有区域必须与Area0相邻接。在ABR（区域边界路由器，Area Border Router）上定义了两个区域之间的边界。ABR与Area0和另一个非主干区域至少分别有一个接口。图1OSPF路由设计图2ISIS路由设计 ISIS为ISO国际标准组织制定的路由标准协议。 ISIS的网络拓扑结构分为两个层次：Area分为主干Area和非主干Area，非主干Area之间网络流量必须通过主干Area。I

5、SIS路由设计如图2所示，网络中的路由器都集中在一个Area内，每个Area的分界点都不用路由器而是用连线进行区分。用来连接Area的路由器是Level 2和Level 1/Level 2，和其它Area不直接相连的路由器是Level 1路由器。由于每个Area的网络链路带宽不同，为了区分链路带宽和吞吐能力，达到最佳路径选择，可以设置 ISIS链路的metric值。对于相同的链路，也可以提供不同的metric来影响路由器路由选择，以达到最佳路径选择。ISIS 扩展性较好，ISIS可以有多个Level2 Area，这可以使骨干扩充更为容易。对OSPF 与 ISIS两种路由协议进行比较，两者都是将

6、基于链路状态为条件的计算路由器间最短路径作为路由主要依据，并成功地应用于很多城域网、局域网中，路由器内部都保存着当前网络连接状态的数据库，随时都可以使用相同算法进行两个路由器之间最短路径的计算，并给出最优结果；路由器之间都使用Hello包进行通信，随时更新、维护网络当前的状态；路由器之间使用域的能力进行聚合，对网络构建两个层次的拓扑结构。在选用大型网络的内部路由协议时，不可避免地会产生OSPF与ISIS路由协议之争。从路由协议本身来讲，这两种路由协议都是被广泛使用的基于链路状态的路由协议，严格地区分这两种路由协议的优劣并无意义。对OSPF与ISIS两种链路状态协议进行比较，如表1所示。表1OS

7、PF与ISIS两种链路协议比较比较对象1OSPF1 ISIS网络标准1RFC15831ISO10589 RFC1195基本算法1SPF1SPF协议类型1Link State1Link State结构化与否1是。可以划分不同的area，所有的area1 n都必须与area 0相连接。网络边界位于路由器上1是。可以划分area，area之间可以不互通。网络边界位于链路上链路层次1无层次概念1链路可以分为两个层次对网络结构 的要求1较高1较低扩展性1较好1好实际使用情况1非常广泛1广泛OSPF是一种自治路由协议，非常适合应用于网络情况比较复杂的互联网。OSPF是基于链路状态的最短路径优先算法，在实际

8、使用中可以采用多种网络链路度量单位，例如跳数、带宽、时延等。OSPF本身算法具有计算时间短的特点，因此在进行数据包控制和环路管理上有出色的性能。OSPF协议近年来在网络路由协议领域研究得颇为成熟，非常适合大型城域网、局域网内部路由。 在网络中建议采用OSPF路由协议是基于如下考虑：OSPF运行在IP上，适合纯IP网络（不支持IPX等其它路由层协议）；OSPF路由协议对网络扩展的适应性要强于ISIS路由协议；OSPF路由协议在网络中应用得更为广泛，所有主流设备厂商都支持OSPF。3OSPF设计方案 3.1OSPF拓扑设计 OSPF支持层次化的拓扑设计，即Area0构成网络的核心，其它Area通过

9、ABR和Area0相连。可以有两种方法设计校园网的OSPF拓扑：所有核心层和汇聚层路由器都在Area0中运行。核心层设备构成Area0，汇聚层设备根据连接情况划分Area。上联到相同核心设备的汇聚设备分配到同一Area。参考相关厂商关于OSPF设计的工程经验，有以下量化指标：每个Area内的路由器数量通常不超过4050个，如果Area内有不稳定的链路，应当相应减少数量。每台路由器的OSPF Neighbor 数量最好不超过60个。每台路由器所支持的Area数量最好不超过3个。根据校园网的实际情况，路由器数量和OSPF Neighbor数量小于设计上限，且有相当的扩展空间。因此，校园网使用单一A

10、rea在技术上是可行的。同时需要考虑是否划分Area的标准；是否有利于核心即Area0的稳定，减少Area0路由器的SPF重算次数；是否有利于其它Area路由器OSPF Database的减小，从而减小对路由器CPU、内存和带宽的需求；是否有利于地址汇聚，减少全网路由器的路由表条目数量，提供稳定性；是否适应校园网的物理拓扑结构、交换层结构。分析校园网的路由表可知，现有大约80%的路由为外部路由（LSA Type 5），此类路由会在所有Area内进行传播，划分Area不能减少外部路由动荡对全网的影响。Stub Area特性可以使特定的Area不接受LSA Type5路由，但同时限制了Stub A

11、rea自身不能有外部路由进入，这和校园网的实际拓扑不相符合。NSSA（Not So Stub Area）特性可以使特定Area不接受LSA Type5路由，同时能够让外部路由进入，通过ABR将LSA Type7路由转换为Type5完成。而NSSA特性仅在华为3Com等部分厂商设备上支持。单一Area的优缺点：结构和配置简单，便于管理和排错；每台路由器都有全网拓扑数据库，便于寻找最佳路由；根据设备硬件配置和现有运行情况，可以适应校园网运行；有扩展上限，当达到目前网络规模的2倍时，可能需要划分Area。划分Area的优缺点：层次化结构，网络的扩展性好；配合NSSA特性，可以在一定程度上减少其它Ar

12、ea外部路由动荡对NSSA Area的影响；配合地址汇聚，可以在一定程度上减少Area0和其它Area的路由表项，减少SPF重算次数；路由类型增多，配置和排错相对复杂。同时，由于目前设备普遍采用新一代的路由交换结构，使用专用ASIC完成数据转发，硬件性能提高，因而可以更少考虑CPU、内存对OSPF路由设计的影响；可以应用OSPF的Passive Interface特性，将大量重分布到OSPF的Static Route更改为Internal 路由类型，从而更好地适应划分Area的设计，但这样在一定程度上降低了OSPF的安全性。综上所述，是否使用Area划分对校园网各有利弊，且两种方法都可以在校园

13、网运行。3.2控制Metric 值 校园网中运行OSPF的路由器设备应该采用统一的OSPF 路由量度（metric）标准，以达到准确的路由。量度与端口带宽的关系为：量度（cost） = 参考带宽（reference bandwidth） / 端口带宽（interface bandwidth）。由于网络带宽的不断提高，通常使用100Gbps带宽作为参考标准，量度与端口带宽对应值为：100Gbps 值为1、10 Gbps 值为10、1 000 Mbps 值为100、100 Mbps值为1000。通过路由器设定Cost参考值，随时根据实际的流量情况和变化，通过路由器对线路的Cost值进行手工更改。对

14、于重新分布到OSPF内的其它路由协议，也需要对其Metric类型和数值进行设定。Static Route： E1类型，Cost为 100。Connect Route：E1类型，Cost为20。RIP Route：E1类型，Cost为200。3.3IP地址聚合设置 IP地址的聚合可以有效地解决校园网络底层链路变动对全网的影响，这样可以缩减路由表的长度、数量。基于OSPF路由协议原理，有两种类型的聚合方法，分别是内部地址聚合和外部地址聚合。内部地址聚合用边界路由器将Area内部所有的IP地址聚合后，广播到其它Area；外部地址聚合在边界路由器上将外部分布的IP地址网段聚合后，广播到所有Area。根

15、据校园网的特性，更多的会是外部地址聚合。4其它路由相关设计 4.1VRRP/HSRP 冗余性通过对以下几种技术进行综合应用：网络设备的冗余部件、链路聚合 802.1ad、动态路由协议、VRRP/HSRP协议。随着Internet的发展，对网络可靠性、冗余性要求越来越高，对于终端用户来说，随时能够上网保持与他人的联系尤为重要。 虚拟路由器冗余协议（VRRP）提供一种解决方案，能够充分保证用户与网络设备的联系可靠、稳定、不中断。HSRP 是华为3Com的专有协议，实现和VRRP的类似功能。图3以用户主机到服务器的路由线路为例，分析冗余技术的综合应用：1-4 均为单一故障点，出于成本考虑，用户主机网

16、卡、楼层和楼宇交机没有冗余性设计；汇聚层设备的下联端口没有冗余性，5-6 汇聚层设备通过双链路上联核心设备，如果汇聚设备上联端口或链路出现故障，通过动态路由协议将所有流量切换到无故障的链路；7 核心层设备通过核心设备的冗余部件和动态路由协议保证冗余，动态路由协议切换一般在15秒左右，8-9 等同5-6，10-11 通过VRRP/HSRP完成，12-13 依靠服务器设备的HA特性和双链路实现冗余。图3冗余技术综合应用实例 4.2路由分析 根据源和目的地址的不同，校园网内部流量有以下路由：源和目的上联到同一台L3汇聚交换机；在同一台L3汇聚交换机做子网之间路由；源和目的上联不同的L3汇聚交换机，汇

17、聚交换机上联同一台核心交换机；根据OSPF Metric 设置，IP数据包将选择最短路径：L3汇聚交换机到相同核心交换机的路径进行路由；源和目的主机上联不同的L3汇聚交换机。汇聚交换机上联不同的核心交换机；根据OSPF Metric 设置，IP数据包在汇聚交换机将从上联的双链路负载分担流量。校园网外部路由，即校园网到Internet的路由，因每一台L3汇聚交换机所上联的双链路，都有一条连到带有出口链路的核心交换机。因此，校园网外部路由从用户主机L3汇聚交换机带出口的上联核心交换机Internet，Internet返回路由按同路径进行。4.3静态路由 静态路由主要在校园网的接入层实现应用。静态路

18、由设置时有以下选项：Next Hop 为邻接路由器的端口IP地址；Next Hop为本路由器的物理端口；Permanent为永久选项，即Next Hop 在路由表中不可到达的情况下，此静态路由也生效。设置静态路由时应将Next Hop 设置为邻接路由器的端口IP地址，这样即使物理链路的端口更改，也无需更改路由器设置。通常不设置Permanent，保持路由表和物理链路的一致性。参考文献参考文献：1BELLMAN，R E BRADEN.RFC1058routing information protocol RFC1058S，1998. 2JOHN MOY. RFC1583OSPFS.Version2，1994. 3王彦坤，宋茂强.常用动态路由协议算法分析与性能比较DB/OL.中国科技论文在线，http：/