應用OSPF完成小規(guī)模城域網的互通V1.0-20040914-C

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修訂記錄日期修訂版本描述作者STYLEREF封面書名應用OSPF完成小規(guī)模城域網的互通文檔密級：內部公開頁需求背景路由器的主要功能就是完成不同網段的互連，確保位于各網段中的設備在網絡層能夠互通。對于網絡規(guī)模不是很大，而且路由策略不是很復雜的網絡，用戶一般希望選擇一種比較好的路由協(xié)議，既能很好的完成整網路由信息的發(fā)現(xiàn)、傳遞，同時應用又比較簡單。對于這種需求一般我們會推薦使用OSPF或者ISIS。OSPF與ISIS的特點簡述OSPF與ISIS都是基于鏈路狀態(tài)的IGP協(xié)議，由于鏈路狀態(tài)路由協(xié)議在原理和內部機制上有很好的防止成環(huán)機制，所以被越來越多的在網上應用。兩種協(xié)議都是應用特定的數(shù)據結構（LSA或LSP）來描述網絡中的鏈路狀態(tài)，包括端口IP地址、端口狀態(tài)、鏈路帶寬等，并且不同的鄰居之間把這些鏈路狀態(tài)數(shù)據進行全網同步，最終在每個設備上形成能夠描述出相同網絡拓撲的鏈路狀態(tài)數(shù)據庫（LSDB），每個設備都把自己當作樹根，目的網絡為葉子，根據最短路徑優(yōu)先算法（SPF）計算出一棵最短路徑樹。這種機制就從根本上避免了環(huán)路的產生，這也是OSPF和ISIS受到用戶歡迎的重要原因之一。OSPF與ISIS雖然在協(xié)議原理上基本相同，但是由于兩種協(xié)議最開始時的設計基礎不一樣，所以在表現(xiàn)形式上還是存在一些不同之處的。受限OSPF是為TCP/IP網絡設計，并且本身基于IP協(xié)議，相對來說比較容易實現(xiàn)，對于有一定TCP/IP協(xié)議基礎的用戶來說也更容易接受，但是也正是由于OSPF基于IP，所以對網絡層協(xié)議有比較嚴格的限制，不能適應IPX、apartalk等網絡層協(xié)議；對于ISIS協(xié)議來說，本身基于七層IOS網絡模型設計，直接基于鏈路層，所以對網絡層協(xié)議適應性較強，最直觀的就是在網絡層協(xié)議從IPv4過渡到IPv6時，ISIS協(xié)議本身幾乎沒有任何改變，自然ISIS的實現(xiàn)也是比較困難的，對設備是一個比較嚴格的考驗。此外，OSPF和ISIS在配置體現(xiàn)上也有些不同，OSPF的area邊界處在設備上，而ISIS的area邊界處在鏈路上，同時ISIS中更受關注的是level的概念。由于目前大部分的網絡均應用IP協(xié)議完成網絡層互通，并且OSPF協(xié)議更容易被網絡管理員所接受，所以OSPF協(xié)議的應用比ISIS略廣，本文在實現(xiàn)小規(guī)模城域網的互通需求上，也選擇OSPF進行討論。實現(xiàn)方案概述OSPF協(xié)議與其他IGP相比，更適合于部署在網絡規(guī)模較大，拓撲相對復雜的網絡中。雖然OSPF協(xié)議能夠很好的保證整個網絡的互通性，但是由于協(xié)議本身的限制，OSPF協(xié)議中的路由策略與BGP相比，就要遜色許多，對于某些比較特殊的路由策略需求是無法實現(xiàn)的，比如在一個area內部，我們在OSPF中是無法有效的控制路由信息的傳播。也正是處于這個原因，加上管理上的方便，對于規(guī)模較大、路由策略需求比較復雜的網絡，我們一般選擇BGP和一種IGP來共同完成路由協(xié)議的部署。相應的OSPF也就只會在比較小的范圍內獨立運行。OSPF協(xié)議之所以能夠被大多數(shù)用戶所選擇，與他本身的特點是分不開的。完善的鏈路狀態(tài)機制，從機理上就防止了路由環(huán)路的產生；鄰居之間可選的驗證功能，有效的保證了網絡層的安全；靈活的路由聚合功能，有效的減少了整網路由信息的規(guī)模，在減少網絡振蕩的同時，加快了收斂速度；路由信息的選優(yōu)方面，OSPF協(xié)議本身有比較完備的機制，我們可以通過多種方式控制流量的部署。當然，對于OSPF來說，應付大規(guī)模網絡的法寶就是area的劃分，雖然OSPF在進行area劃分的設計上，是為了減小LSDB規(guī)模，減輕設備負載，但是設備和軟件開發(fā)技術發(fā)展至今，數(shù)通設備的性能已經達到了比較高的水平，OSPF協(xié)議本身對一個area內部設備的數(shù)目已經不再有嚴格的要求，只是處于管理和路由收斂、網絡可擴充性方面的考慮，才對整個網絡進行area的劃分。OSPF中進行area劃分的典型組網如上圖所示，對于規(guī)模不大的網絡，一般我們會把核心設備、各主要節(jié)點的落地設備共同部署在area0當中，對于各主要節(jié)點之下的網絡在獨立部署其他的非0area。這樣一方面可以保證骨干區(qū)域的相對穩(wěn)定，同時各個非0area可以根據自己的需要進行網絡拓撲和設備的調整。各主要節(jié)點的落地設備作為ABR，可以通過路由聚合對分支區(qū)域內部的路由信息進行有效的聚合，保證骨干區(qū)域的路由信息不產生頻繁的振蕩。接下來的內容，我們會詳細的介紹在上面典型組網中，如何進行流量部署，通過什么方式進行路由引入，還有就是如何有效的應用路由聚合功能完成路由條目控制和路由信息的穩(wěn)定。網內的流量部署在上訴典型組網中，對于非0area內部的流量我們不作詳細分析，總之，對于只存在一個ABR的非骨干區(qū)域，本區(qū)域的所有上行流量都會通過這臺設備上行。我們主要來分析一下對于網絡拓撲比較完備的area0，在這個組網中，RA、RB作為核心設備，我們假設RA、RB都有上行到外網的鏈路，一般情況下，我們希望整網的對外流量能夠同時應用RA、RB的對外鏈路上行，并且在一條對外鏈路出現(xiàn)故障時，全部流量能夠自動切換到另一條鏈路上行。通過cost值實現(xiàn)OSPF協(xié)議中的流量部署本章開始時，我們已經說過，OSPF并不能想BGP那樣“隨心所欲”的進行路由策略控制，雖然OSPF本身也有比較多的路由選優(yōu)原則，但是留給用戶可控的參數(shù)確只有cost，自然我們在作流量控制的時候，也就只有這一種工具了。我們將主要節(jié)點按照流量大小分為兩組，其中一組主用到RA的鏈路上行，另外一組主用到RB的鏈路上行，實現(xiàn)這種需求，我們只需要對RC-1、RC-2、RD-1的兩條鏈路賦予不同的cost值即可，主用鏈路的cost值小于備用鏈路cost值，對于OSPF協(xié)議來說，鏈路默認的cost值是“108/鏈路帶寬（以bit為單位）”，這樣，對于100M或者更大的鏈路帶寬cost都是1，不能很好的體現(xiàn)實際的鏈路情況，目前對于最大帶寬是1G的網絡，一般我們采取“10000/鏈路帶寬（以Mbit為單位）”的方式來設置鏈路的cost值。當然了，對于帶寬相等的主/備用鏈路，我們需要額外為備用鏈路定義一個足夠大的cost值。OSPF協(xié)議中另外一個需要注意的問題就是默認路由的發(fā)布，除了需要進行必要的配置以外，OSPF默認只有在本機有一條默認路由的時候，才會向外發(fā)布type5的默認路由LSA。外部路由的引入在網絡的接入層，一般設備的級別較低，部署OSPF對設備的壓力較大，而且，對于單鏈路上行的網絡拓撲來說，配置靜態(tài)路由也同樣可以很好解決互通性問題。我們需要解決的問題是，如何將這些通過靜態(tài)或者直聯(lián)方式（運行OSPF的路由器的下行接口作為終端的網關）接入的業(yè)務網段引入到OSPF協(xié)議中，使整個網絡的互通性得到保證。成為OSPF路由的兩種方式將外部路由引入到OSPF中，有兩種方式：通過“network”命令將該端口使能OSPF，同時，該端口IP地址對應的網段路由信息也會從在各類型LSA中有所體現(xiàn)，其他運行OSPF的設備可以通過相應的LSA計算出對應的路由信息（這種方式只適用于直聯(lián)路由的引入）；通過“import-route”命令將其他協(xié)議發(fā)現(xiàn)的路由信息以type5（在NSSA區(qū)域中以type7形式）的LSA發(fā)布到OSPF中，每條外部路由對應一條LSA。以上兩種方式雖然都可以將外部路由引入OSPF，但是對于OSPF來說，通過兩種方式引入的路由信息是區(qū)別對待的。對于通過“network”命令引入的路由信息，在OSPF中是“內部路由”，是OSPF根據最短路徑優(yōu)先算法精確計算出來的；對于通過“import-route”命令引入的路由信息在OSPF中是“外部路由（OSPF-ASE）”，沒有精確的拓撲信息，OSPF協(xié)議本身并不保證這種路由信息出現(xiàn)環(huán)路，當然，只有在IP地址分配錯誤的網絡中（同一IP網段分配給多個地方使用），OSPF外部路由才有成環(huán)的可能。除了拓撲信息不完善以外，OSPF-ASE路由在聚合方面也沒有OSPF路由靈活，我們會在下一節(jié)內容中說明。路由聚合問題路由聚合是減少路由條目的有效手段，OSPF本身支持路由聚合，但是對應用路由聚合的位置和聚合的路由類型是有嚴格要求的。換句話說，OSPF的路由聚合并不是隨意在哪一臺設備上都能作的，而且在特定的設備上，可聚合的路由類型也是特定的：對OSPF“內部路由”的聚合只能在ABR上操作，OSPF-ASE路由的聚合只能在ASBR上操作。OSPF的路由聚合是在type3LSA和type5LSA上實現(xiàn)的。在ABR上，路由器會將每個area內部的網段信息以type3LSA在其他area中發(fā)布的，自然在ABR上就可以對OSPF“內部路由”進行聚合。同樣，在ASBR上，路由器會將每一條外部路由以一個type5的LSA進行表述。除了ABR和ASBR以外的路由器不會主動產生type3和type5的LSA，所以也不能對type3和type5的LSA作任何形式的改動。對于ABR來說，本身就需要發(fā)布type3的LSA，所以將多個type3LSA聚合為一個type3LSA不會對影響整個網絡的拓撲，對于ASBR對type5LSA的處理是同樣的道理。結合上一節(jié)的內容，在將直聯(lián)路由引入到OSPF中的時候，建議應用“network”命令，這樣生成的OSPF“內部路由”可以在ABR上進行靈活的控制，有效防止非0area內局部網絡狀態(tài)的改變引起全網的路由振蕩。以上內容對在小規(guī)模網絡中部署OSPF協(xié)議時需要注意的問題進行了說明，希望能夠對類似的應用有一定的指導意義。方案點評本文介紹了在小規(guī)模網絡中部署OSPF，實現(xiàn)網絡互通的基本實現(xiàn)方式，并且對一條路由成為OSPF路由的方式，尤其是OSPF協(xié)議中如何進行路由聚合進行了比較詳細的說明。在介紹流量部署的時候，提到了流量的負載分擔問題，本文給出的建議是將分支節(jié)點按照流量劃分為兩個組，每組主用一臺上行設備，對于另外一條鏈路采取備用方式。這里需要進一步說明一下負載分擔的問題，對于負載分擔，可以有多種理解方式，最直接的方式就是“等值負載分擔”，對于相同的目的網段，有多個不同的下一跳，在我們的典型網絡模型中，如果RC-1的兩條上行鏈路賦予相同的cost值，那么對于RA、RB發(fā)布的默認路由來說，在RC-1上就會有兩個不同的下一跳，典型area0拓撲結構更進一步一步說，如果RC-1、RC-2、RD-1上行的鏈路cost全部相等，那么對于RC-1、RC-2、RD-1之間的互訪流量來說，都有兩條開銷相同的鏈路。等值負載分擔模型廣泛意義上說，負載分擔就是能夠完成到某個目的地空間的數(shù)據流量可以通過不同的轉發(fā)路徑到達目的，對于特定的網絡來說，我們可以將“目的空間”進行劃分，使其中一部分流量通過唯一的鏈路轉發(fā)，另外一部分通過其他鏈路轉發(fā)，最終同樣能夠完成鏈路帶寬的復用。在目前的網絡規(guī)劃中，等值負載分擔一般只在局部鏈路進行應用，最常見的就是有多條鏈路互連的兩臺直聯(lián)設備之間，但是隨著鏈路捆綁技術的發(fā)展，這種應用也逐步被“鏈路捆綁”所取代，因為“鏈路捆綁”與等值負載分擔相比，有節(jié)省IP地址和便于管理的優(yōu)勢。在外部路由引入一節(jié)中，提到了應用“network”命令發(fā)布接入層直聯(lián)業(yè)務網段的方法，這里面