路由規(guī)劃方案

4.1 路由規(guī)劃

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)比較適合的路由協(xié)議。能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)路徑選擇，同時(shí)具有路徑均衡功能，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)數(shù)據(jù)能夠通過(guò)其他路徑迂回，保證網(wǎng)絡(luò)的暢通。

4.1.1動(dòng)態(tài)路由選擇協(xié)議原理

動(dòng)態(tài)路由選擇協(xié)議通過(guò)大量的控制消息傳輸來(lái)維護(hù)它們路由表，路由刷新信息是其中的重要控制消息。路由刷新信息通常可以構(gòu)造出部分或全部的路由表，通過(guò)分析來(lái)自所有路由器的刷新消息，路由表可以構(gòu)造出非常詳細(xì)的完整網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系。鏈路狀態(tài)廣播是另外一種重要的控制消息，鏈路狀態(tài)廣播通知其它的路由器有關(guān)發(fā)送者的鏈路狀態(tài)，可以被路由器用來(lái)構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系。一旦網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系清楚明朗了之后，動(dòng)態(tài)路由協(xié)議就能計(jì)算出通向目的地的最佳路由。

動(dòng)態(tài)路由選擇算法通常滿足下面列舉的一個(gè)或多個(gè)要求：

最佳性：指路由選擇算法具有選擇最佳路由的能力；

簡(jiǎn)易性及低開銷：路由選擇算法必須使用最少的軟件和最低的開銷來(lái)高效地實(shí)現(xiàn)其功能。

強(qiáng)壯性及穩(wěn)定性：路由選擇算法必須是強(qiáng)壯的，也就是說(shuō)，它們?cè)诋惓：头穷A(yù)期的情況下也能正常地工作，如硬件故障、負(fù)載過(guò)高和操作失誤等。

迅速收斂性：動(dòng)態(tài)路由選擇算法必須能夠迅速收斂（收斂是所有路由器在最佳路徑上取得一致的過(guò)程）。動(dòng)態(tài)路由選擇算法收斂過(guò)程緩慢可能導(dǎo)致路由選擇循環(huán)或網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障。

靈活性：指能夠迅速準(zhǔn)確地適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的連通情況、網(wǎng)絡(luò)帶寬、路由器隊(duì)列大小、網(wǎng)絡(luò)延遲以及其它參數(shù)的改變。

4.1.2 動(dòng)態(tài)路由選擇協(xié)議介紹

當(dāng)前主要的動(dòng)態(tài)路由協(xié)議有RIP、OSPF、ISIS等。

RIP是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，也是最早廣泛使用的動(dòng)態(tài)路由選擇協(xié)議。它采用距離向量來(lái)決定路由，RIP的不同版本可以支持除IP協(xié)議以外的其他路由傳輸協(xié)議（如IPX、AppleTalk等）。RIP協(xié)議是一種基于距離向量算法的動(dòng)態(tài)路由協(xié)議。RIP協(xié)議規(guī)定最大的節(jié)點(diǎn)計(jì)數(shù)為15個(gè)，任何經(jīng)過(guò)多于15個(gè)中間節(jié)點(diǎn)才能到達(dá)的目標(biāo)都被認(rèn)為是不可到達(dá)的；RIP不支持層次結(jié)構(gòu)。由于RIP采用定時(shí)廣播整個(gè)路由表的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)路由的更新和發(fā)現(xiàn)，所以它對(duì)通訊資源的占用很大。由于協(xié)議本身固有的缺陷，只能適合于小型網(wǎng)絡(luò)。

IS-IS動(dòng)態(tài)路由協(xié)議最初是針對(duì)OSI七層協(xié)議模型設(shè)計(jì)，后強(qiáng)行移植到IP上，使用范圍很小，處于沒(méi)落的階段。

OSPF動(dòng)態(tài)路由協(xié)議是目前使用最為廣泛的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議。其中OSPF協(xié)議具備以下優(yōu)勢(shì)：

適應(yīng)范圍 —— OSPF 支持各種規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，最多可支持幾百臺(tái)路由器。

快速收斂 —— 如果網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化，OSPF 立即發(fā)送更新報(bào)文，使這一變化在自治系統(tǒng)中同步。

無(wú)自環(huán) —— 由于 OSPF 通過(guò)收集到的鏈路狀態(tài)用最短路徑樹算法計(jì)算路由，故從算法本身保證了不會(huì)生成自環(huán)路由。

子網(wǎng)掩碼 —— 由于 OSPF 在描述路由時(shí)攜帶網(wǎng)段的掩碼信息，所以O(shè)SPF協(xié)議不受自然掩碼的限制，對(duì)VLSM 提供很好的支持。通過(guò)使用可變長(zhǎng)的子網(wǎng)掩碼，一個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)能夠被劃分成若干大小不等的子網(wǎng)，這樣為網(wǎng)絡(luò)管理人員對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置提供了更大的靈活性，同時(shí)也可以在區(qū)域邊界路由器上實(shí)現(xiàn)對(duì)路由信息的合并。

區(qū)域劃分 —— OSPF 協(xié)議允許自治系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)被劃分成區(qū)域來(lái)管理，區(qū)域間傳送的路由信息被進(jìn)一步抽象，從而減少了占用網(wǎng)絡(luò)的帶寬。

等值路由 —— OSPF 支持到同一目的地址的多條等值路由，即到達(dá)同一個(gè)目的地有多個(gè)下一跳，這些等值路由會(huì)被同時(shí)發(fā)現(xiàn)和使用。

路由分級(jí) —— OSPF 使用 4 類不同的路由，按優(yōu)先順序來(lái)說(shuō)分別是：區(qū)域內(nèi)路由、區(qū)域間路由、第一類外部路由、第二類外部路由。

支持驗(yàn)證 —— 它支持基于接口的報(bào)文驗(yàn)證以保證路由計(jì)算的安全性。

組播發(fā)送 —— OSPF在有組播發(fā)送能力的鏈路層上以組播地址發(fā)送協(xié)議報(bào)文，即達(dá)到了廣播的作用，又最大程度的減少了對(duì)其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的干擾。

4.1.3動(dòng)態(tài)路由選擇協(xié)議的選用

動(dòng)態(tài)路由選擇協(xié)議的選定需要根據(jù)具體要求和實(shí)際情況選定。一般需要考慮以下因素來(lái)選定動(dòng)態(tài)路由協(xié)議：

1. 適用于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)

目前， XX廳與XX單位、 XX廳與各地州市XXx局、各地州XX局與縣XX局、縣XX局與基層X(jué)X單位都需聯(lián)網(wǎng)。隨著未來(lái)XX專網(wǎng)的進(jìn)一步建設(shè)，由路由器構(gòu)成的節(jié)點(diǎn)數(shù)將達(dá)幾百個(gè)。所以，使用的動(dòng)態(tài)路由選擇協(xié)議應(yīng)該有能力滿足這樣大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的路由要求，同時(shí)又不至于對(duì)網(wǎng)絡(luò)的資源提出過(guò)多的要求。

2. 要求符合 XX專網(wǎng)的管理模式和應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流向

XX專網(wǎng)的數(shù)據(jù)流向是一種金字塔型的層次模式，數(shù)據(jù)層層向上或向下流動(dòng)，平級(jí)的地州局和縣局之間的數(shù)據(jù)流量也會(huì)隨著OA系統(tǒng)和語(yǔ)音、視頻等系統(tǒng)的應(yīng)用而相應(yīng)增加。

在考慮動(dòng)態(tài)路由選擇協(xié)議和動(dòng)態(tài)路由的總體結(jié)構(gòu)時(shí)，需要使之能夠反映上述的管理模式和數(shù)據(jù)流向。

3. 是一個(gè)開放性的協(xié)議

隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大，對(duì)不同環(huán)境、不同廠商產(chǎn)品間實(shí)現(xiàn)互連的要求越來(lái)越高，開放性已經(jīng)成為衡量一個(gè)產(chǎn)品的重要依據(jù)。這里的開放性包含了標(biāo)準(zhǔn)的制定、與其他同類產(chǎn)品的接口等因素在內(nèi)。

4. 安全性和可靠性

路由選擇協(xié)議的安全性和可靠性是整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)安全性和可靠性的一個(gè)重要環(huán)節(jié)；尤其是對(duì)于XX專網(wǎng)這樣需要常年實(shí)時(shí)運(yùn)作的系統(tǒng)，更是來(lái)不得半點(diǎn)差錯(cuò)。所選擇的路由選擇協(xié)議必須是可靠的和有一定的安全保障的。

5. 可以滿足系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展的要求

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和計(jì)算機(jī)應(yīng)用的不斷深入，可以預(yù)見，XX專網(wǎng)信息系統(tǒng)是一個(gè)不斷發(fā)展和擴(kuò)充的系統(tǒng)。所以在路由選擇協(xié)議的選定和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段就要考慮未來(lái)系統(tǒng)擴(kuò)展的需要，留下系統(tǒng)擴(kuò)展的充分余地。

在本次工程設(shè)計(jì)中綜合考慮各方面因素（如網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)安全、路由器數(shù)量、網(wǎng)絡(luò)主機(jī)數(shù)量、鏈路備份等），因此選用OSPF協(xié)議，不僅具有較好的擴(kuò)展性，而且區(qū)內(nèi)的錯(cuò)誤路由不會(huì)影響全網(wǎng)，大大增加了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

靜態(tài)路由不是一種路由協(xié)議，而是一種特殊路由，簡(jiǎn)單易行。適合于簡(jiǎn)單，穩(wěn)定的小型網(wǎng)絡(luò)。

靜態(tài)缺省路由的設(shè)計(jì)使用有以下幾個(gè)原則：

1. 缺省路由的指向單一，不允許形成環(huán)路。比如省、市、縣三級(jí)網(wǎng)絡(luò)，缺省路由的配置只能是由縣指向市，由市指向省，而不能有上有下，形成環(huán)路。

2. 全網(wǎng)絡(luò)中至少存在一臺(tái)路由器不需配置缺省路由。換句話說(shuō)，全網(wǎng)絡(luò)中至少有一臺(tái)路由器要具備全網(wǎng)所有路由。

3. 靜態(tài)缺省路由適合于配置在星型的小型網(wǎng)絡(luò)上，到Internet的訪問(wèn)路由器上

4.2路由策略

4.2.1 路由區(qū)域劃分

隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模日益擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)中的路由器數(shù)量不斷增加。當(dāng)一個(gè)巨型網(wǎng)絡(luò)中的路由器都運(yùn)行OSPF路由協(xié)議時(shí)，就會(huì)遇到如下問(wèn)題：

每臺(tái)路由器都保留著整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中其他所有路由器生成的LSA，這些LSA的集合組成LSDB，路由器數(shù)量的增多會(huì)導(dǎo)致LSDB非常龐大，這會(huì)占用大量的存儲(chǔ)空間。

LSDB的龐大會(huì)增加運(yùn)行SPF算法的復(fù)雜度，導(dǎo)致CPU負(fù)擔(dān)很重。由于LSDB很大，兩臺(tái)路由器之間達(dá)到LSDB同步會(huì)需要很長(zhǎng)時(shí)間。

網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增大之后，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化的概率也增大，網(wǎng)絡(luò)會(huì)經(jīng)常處于“動(dòng)蕩”之中，為了同步這種變化，網(wǎng)絡(luò)中會(huì)有大量的OSPF協(xié)議報(bào)文在傳遞，降低了網(wǎng)絡(luò)的帶寬利用率。更糟糕的是：每一次變化都會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中所有的路由器重新進(jìn)行路由計(jì)算。

解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵主要有兩點(diǎn)：減少LSA的數(shù)量；屏蔽網(wǎng)絡(luò)變化波及的范圍。

OSPF 協(xié)議通過(guò)將自治系統(tǒng)劃分成不同的區(qū)域（Area）來(lái)解決上述問(wèn)題。區(qū)域是在邏輯上將路由器劃分為不同的組。二級(jí)網(wǎng)在路由上和一級(jí)網(wǎng)相互隔離，分別屬于不同的管理域，所以二級(jí)網(wǎng)可以靈活配置OSPF的Area(區(qū)域)。

將整個(gè)專網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)自治系統(tǒng)，將廳級(jí)網(wǎng)絡(luò)到地州級(jí)網(wǎng)絡(luò)作為自治系統(tǒng)中的Area0，地州網(wǎng)絡(luò)到縣級(jí)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)隸屬關(guān)系劃分為Area1、2、3…N。以減小網(wǎng)絡(luò)間信息交互開銷。

Area 0區(qū)域主要包括： 廳路由器、烏市其他單位路由器的所有接口和地州級(jí)節(jié)點(diǎn)路由器的上行接口，這個(gè)區(qū)是一級(jí)網(wǎng)OSPF的骨干區(qū)。

Area n區(qū)域包括：每個(gè)地市級(jí)節(jié)點(diǎn)和其下屬的縣級(jí)節(jié)點(diǎn)被劃分為一個(gè)非零Area域。每個(gè)非零域包括：地市局的以太網(wǎng)接口、下行接口，縣級(jí)節(jié)點(diǎn)的以太網(wǎng)接口、上行接口。

圖4.1 OSPF路由協(xié)議的路由域劃分

在每個(gè)域內(nèi)，各地州XX局作為OSPF Area 的邊界點(diǎn)，同時(shí)屬于Area 0和被分配的Area，負(fù)責(zé)分發(fā)域間的路由信息。每個(gè)縣XX局路由器均為域內(nèi)路由器，可以獲得所有的域內(nèi)路由和域間路由；同時(shí)對(duì)下屬的網(wǎng)點(diǎn)接入路由進(jìn)行匯聚再分發(fā)入OSPF內(nèi)。

為了減少網(wǎng)絡(luò)的振蕩保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定和減少網(wǎng)絡(luò)中的路由表的數(shù)量建議將縣級(jí)網(wǎng)絡(luò)接入線路和與專網(wǎng)聯(lián)連路由設(shè)置為靜態(tài)路由。

如圖4.2所示，在縣XX局的OSPF Area的邊界路由器以及服務(wù)部的路由器上，分別配置對(duì)應(yīng)的靜態(tài)路由。在邊界路由器上進(jìn)行了路由匯總。

圖4.2 XX 網(wǎng)的路由策略

4.2.2 路由匯聚

路由報(bào)文是按照最長(zhǎng)匹配方式進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的，在沒(méi)有進(jìn)行路由匯聚時(shí)，AreaN將通告到Area0大量的路由，當(dāng)鏈路狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)將會(huì)對(duì)本區(qū)域外的路由信息造成影響，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性造成一定影響。因此，通過(guò)路由匯聚，不但能夠減少需要傳播的具體路由的數(shù)量，還將大大提高網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。

如下圖所示，在路由匯聚前，Area1、Area2、Area3的10.1.0.0、10.1.2.0和10.1.3.0等所有的子網(wǎng)路由通過(guò)ABR全部發(fā)給了骨干區(qū)域，給網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性造成了一定的影響。

圖4.3 XX網(wǎng)的路由匯聚

如果在區(qū)域邊界路由器ABR上實(shí)施路由聚合后。只有聚合后的10.1.0.0、10.2.0.0和10.3.0.0三個(gè)網(wǎng)段路由被ABR通告給骨干區(qū)域Area 0，鏈路狀態(tài)的變化不會(huì)影響到區(qū)域外的路由信息，提高了網(wǎng)絡(luò)可靠性。

在IP地址的規(guī)劃時(shí)已經(jīng)考慮到路由匯聚，以便可以匯聚成一條路由信息向其他區(qū)域傳送。通過(guò)對(duì)OSPF的適當(dāng)配置，可以對(duì)各區(qū)縣的路由信息進(jìn)行匯總。

4.2.3 負(fù)載均衡

OSPF路由協(xié)議可根據(jù)兩條傳輸線路，作到流量的負(fù)載分擔(dān)。

如下圖所示，對(duì)于相同的目的網(wǎng)段，有多個(gè)不同的下一跳，在我們的典型網(wǎng)絡(luò)模型中，如果RC-1的兩條上行鏈路賦予相同的cost值，那么對(duì)于RTA、RTB發(fā)布的默認(rèn)路由來(lái)說(shuō)，在RC-1上就會(huì)有兩個(gè)不同的下一跳，更進(jìn)一步一步說(shuō)，如果RC-1、RC-2……RC-n上行的鏈路cost全部相等，那么對(duì)于RC-1、RC-2……RC-n之間的互訪流量來(lái)說(shuō)，都有兩條開銷相同的鏈路。

圖4.4 XX網(wǎng)的路由匯聚

負(fù)載分擔(dān)就是能夠完成到某個(gè)目的地空間的數(shù)據(jù)流量可以通過(guò)不同的轉(zhuǎn)發(fā)路徑到達(dá)目的，對(duì)于特定的網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，我們可以將“目的空間”進(jìn)行劃分，使其中一部分流量通過(guò)唯一的鏈路轉(zhuǎn)發(fā)，另外一部分通過(guò)其他鏈路轉(zhuǎn)發(fā)，最終同樣能夠完成鏈路帶寬的復(fù)用。