大型網(wǎng)絡(luò)中內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議的選擇之一

2019-11-04 12:06:42

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　　大型網(wǎng)絡(luò)中內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議（IGP）的選擇

　　眾多Internet服務(wù)提供商在自治域系統(tǒng)（Autonomous System）間普遍使用外部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議—BGP（Border Gateway PRotocol） Version 4，然而在自治域系統(tǒng)內(nèi)部使用的路由協(xié)議都不盡相同，但都屬于內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議—IGP（Internal Gateway Protocol）。
　　本文將結(jié)合目前國(guó)內(nèi)大型網(wǎng)絡(luò)中正在使用著的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議進(jìn)行分析對(duì)比，并提出自己的見(jiàn)解和看法。
　　首先，讓我們來(lái)看兩個(gè)早期的比較簡(jiǎn)單的路由協(xié)議：
　　Rip Version1 (--Routing Information Protocol）和IGRP（--Interior Gateway Routing Protocol）
　　這兩個(gè)路由協(xié)議都是非常輕易設(shè)計(jì)、配置和維護(hù)的路由協(xié)議，屬于距離矢量路由協(xié)議，僅適用于小型網(wǎng)絡(luò)，而且并不需要結(jié)構(gòu)化的地址方案，只是用平面的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。
　　它們的缺點(diǎn)主要有：
　　· RIP使用路由器跳數(shù)（Hop Count）作為路徑的開(kāi)銷，并作為最佳路徑的選擇依據(jù)，所以有時(shí)會(huì)導(dǎo)致選擇出來(lái)的路徑并不是真正的最佳路徑，并且使網(wǎng)絡(luò)直徑只能限制在15跳之內(nèi)，超過(guò)15跳的路由將被RIP認(rèn)為是不可到達(dá)。而IGRP并不使用路由器跳數(shù)計(jì)算路徑開(kāi)銷，所以對(duì)于網(wǎng)絡(luò)直徑的限制非常小（最大答應(yīng)255跳路由器）。IGRP使用復(fù)合的開(kāi)銷算法，利用這些參數(shù)：帶寬（Bandwidth）;延時(shí)（Delay）;可信度（Reliability）;負(fù)載（Load）;最大傳輸單元（MTU）。所以選擇最佳路徑將會(huì)更準(zhǔn)確。
　　· RIP（每30秒）和IGRP（每90秒）定期就要將整個(gè)路由表作為路由更新從各個(gè)端口廣播出去，這樣雖然需要的計(jì)算不多，占用的CPU和內(nèi)存并不多，但是消耗的網(wǎng)絡(luò)帶寬很多。而且因?yàn)楸仨毷堑鹊礁轮芷诘讲拍芡ㄖ渌酚善髀酚傻淖兓跃W(wǎng)絡(luò)收斂速度非常慢，在大型網(wǎng)絡(luò)中有可能導(dǎo)致路由表不一致。
　　· 需要使用例如Split Horizon; Count to Infinity; Poison Reverse; Hold-Down timer 等等技術(shù)以保證不出現(xiàn)路由循環(huán)。(這些技術(shù)中，有些在一定條件下反而有負(fù)面影響）
　　即使RIP現(xiàn)在已經(jīng)有了Version 2，相對(duì)于第一個(gè)版本已經(jīng)有了很多改進(jìn)，例如RIP v2已經(jīng)支持VLSM，并且使用組播發(fā)送路由更新，但是RIP v2在很多特性仍然是繼續(xù)了第一個(gè)版本，所以仍然屬于距離矢量路由協(xié)議，仍然不適用于大型網(wǎng)絡(luò)。
　　IGRP是Cisco特有的距離矢量路由協(xié)議，是Cisco于80年代中期為了解決RIP路由協(xié)議所具有的問(wèn)題的開(kāi)發(fā)的。IGRP較RIP已經(jīng)有了很多改進(jìn)，包括使用更豐富的開(kāi)銷算法參數(shù)、消除了RIP對(duì)于網(wǎng)絡(luò)直徑的15跳數(shù)限制、可以在開(kāi)銷不等的路徑上進(jìn)行負(fù)載均衡等等。但是IGRP仍然沒(méi)有解決RIP version1的例如擴(kuò)展性方面的問(wèn)題。
　　這兩種路由協(xié)議都是較早期推出的距離矢量路由協(xié)議，所以都有一定的缺點(diǎn)，使它們非常不適于在大型網(wǎng)絡(luò)上應(yīng)用。
　　隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴(kuò)大，需要一些運(yùn)行更加高效的路由協(xié)議，它們包括：
　　EIGRP----Enhanced IGRP
　　從該路由協(xié)議的名稱就可以看出，EIGRP是Cisco開(kāi)發(fā)的增強(qiáng)型版本的IGRP路由協(xié)議，所以仍然是Cisco特有的。
　　開(kāi)發(fā)EIGRP的目的就是解決IGRP所面臨的可擴(kuò)展性問(wèn)題。因?yàn)镋IGRP仍然屬于距離矢量路由協(xié)議，但是它卻又具有鏈路狀態(tài)路由協(xié)議的一些特性，所以Cisco將EIGRP定性為高級(jí)距離矢量路由協(xié)議。
　　EIGRP使用DUAL算法，將最佳路由的計(jì)算分布到了多個(gè)路由器上，每個(gè)路由器僅僅負(fù)責(zé)自己的一小部分計(jì)算，所以這就比OSPF進(jìn)行的SPF算法根據(jù)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)溆?jì)算最短路徑樹(shù)時(shí)占用的CPU資源要少得多了。
　　和IGRP一樣，使用復(fù)合型路徑開(kāi)銷算法，參數(shù)仍然是：帶寬（Bandwidth）;延時(shí)（Delay）;可信度（Reliability）;負(fù)載（Load）;最大傳輸單元（MTU）。所以計(jì)算最佳路由非常準(zhǔn)確，并且會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)直徑有任何限制。
　　EIGRP具有鏈路狀態(tài)路由協(xié)議的許多特性，所以它也維護(hù)鄰居表、拓?fù)?a href="http://m.survivalescaperooms.com/sql.asp">數(shù)據(jù)庫(kù)，并且在它的拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫(kù)中維護(hù)著多條可選最佳路徑（Feasible SUCcessor），假如最佳路徑失效了，不用經(jīng)過(guò)任何復(fù)雜的算法，EIGRP僅需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的比較之后就可以將冗余路徑提升為當(dāng)前最佳路徑，并裝載到路由表中，這個(gè)特性使得EIGRP收斂速度非常快，所以，也可以說(shuō)是因?yàn)榫哂墟溌窢顟B(tài)路由協(xié)議的部分屬性，才使得EIGRP收斂速度如此之快。并且支持在等開(kāi)銷和非等開(kāi)銷的路徑上進(jìn)行負(fù)載均衡。
　　EIGRP并不是定期發(fā)送路由更新，它只有在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有變化時(shí)才發(fā)送路由更新，并且也不是發(fā)送整個(gè)路由表，而是只發(fā)送有變化的鏈路的狀態(tài);并且EIGRP并不是使用廣播發(fā)送路由信息，而是使用組播，從而減少了帶寬的的消耗。
　　EIGRP是無(wú)類路由協(xié)議，所以支持VLAM，CIDR等等技術(shù)。EIGRP并沒(méi)有像OSPF那樣必須在區(qū)域邊界或自治系統(tǒng)邊界才能進(jìn)行匯總， EIGRP可以在網(wǎng)絡(luò)任何地方進(jìn)行匯總，并且還支持自動(dòng)和手動(dòng)匯總。
　　EIGRP支持非常多的被路由協(xié)議（Routed Protocol），包括IP，IPX，AppleTalk。
　　EIGRP也支持多種類型的廣域網(wǎng)鏈路：點(diǎn)到點(diǎn); 非廣播多路訪問(wèn)（NBMA），多點(diǎn)。
因?yàn)镋IGRP路由協(xié)議本身消耗的帶寬非常小，所以也可以在廣域網(wǎng)鏈路上運(yùn)行，并且該路由協(xié)議占用的帶寬是可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)的。
　　EIGRP比OSPF配置要簡(jiǎn)單得多，并且并不需要必須是結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò)（當(dāng)然，假如是結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)會(huì)使路由協(xié)議運(yùn)行效率更高，并且使路由匯總非常輕易）。 EIGRP一開(kāi)始就是為了在非常大型網(wǎng)絡(luò)上應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。而OSPF則是對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)非常敏感的。
　　我個(gè)人認(rèn)為，EIGRP的局限性就在于它是Cisco公司特有的路由協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)上必須都是Cisco的路由器，其他廠商生產(chǎn)的路由設(shè)備并不能在運(yùn)行EIGRP的網(wǎng)絡(luò)上正常工作。
　　所以在像網(wǎng)通集團(tuán)骨干網(wǎng)絡(luò)、中國(guó)電信ChinaNet、及各個(gè)省的省網(wǎng)這種城域網(wǎng)甚至是國(guó)家級(jí)的大型網(wǎng)絡(luò)上，并不適于運(yùn)行該路由協(xié)議，既不便于把握路由協(xié)議的核心技術(shù)，又不便于將來(lái)網(wǎng)絡(luò)升級(jí)或擴(kuò)容改造。
　　但是EIGRP的確是有很多開(kāi)放的、標(biāo)準(zhǔn)化了的路由協(xié)議所沒(méi)有的特性，非常適于在大型網(wǎng)絡(luò)上使用。所以研究該路由協(xié)議的確實(shí)有利于提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率的。
　　OSPF----Open Shortest Path First
　　OSPF的確是在很多省網(wǎng)上（例如北京省網(wǎng)）正在運(yùn)行著的路由協(xié)議，運(yùn)行效率很高，網(wǎng)絡(luò)非常穩(wěn)定。所以我們著重對(duì)該路由協(xié)議進(jìn)行研究。
　　根據(jù)該路由協(xié)議的名稱就可以知道，OSPF是一個(gè)開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)，并不被某個(gè)設(shè)備廠商所獨(dú)自擁有，也就是說(shuō)各個(gè)廠商生產(chǎn)的路由設(shè)備可以互操作（只要支持該路由協(xié)議），這也就正是OSPF被廣泛使用的原因之一。OSPF是由IETF在RFC 1583中定義的。
　　OSPF使用鏈路帶寬作為路徑開(kāi)銷，并沒(méi)有使用路由器跳數(shù)，所以對(duì)網(wǎng)絡(luò)直徑?jīng)]有限制。
　　作為鏈路狀態(tài)路由協(xié)議，OSPF維護(hù)鄰居表和拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫(kù)（相同區(qū)域中的每個(gè)OSPF路由器都維持一個(gè)整個(gè)區(qū)域的拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫(kù)，并且都是相同的），并且根據(jù)拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)Dijkstra或SPF（Shortest Path First）算法以自己作為根節(jié)點(diǎn)計(jì)算出最短路徑樹(shù)。因?yàn)橐坏┠硞€(gè)鏈路狀態(tài)有變化，區(qū)域中所有OSPF路由器必須再次同步拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫(kù)，并重新計(jì)算最短路徑樹(shù)，所以會(huì)使用大量CPU和內(nèi)存資源。然而OSPF不像RIP操作那樣使用廣播發(fā)送路由更新，而是使用組播技術(shù)發(fā)布路由更新，并且也只是發(fā)送有變化的鏈路狀態(tài)更新（路由器會(huì)在每30分鐘發(fā)送鏈路狀態(tài)的概要信息，不論是否已經(jīng)因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)有拓?fù)渥兓l(fā)送了更新），所以O(shè)SPF會(huì)更加節(jié)省網(wǎng)絡(luò)鏈路帶寬。
　　在大型的網(wǎng)絡(luò)中，通常會(huì)將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分成多個(gè)區(qū)域進(jìn)行治理。
　　作為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的骨干區(qū)域—區(qū)域零必須存在，其必須唯一存在其他非骨干區(qū)域必須和骨干區(qū)域相連（通過(guò)物理連接或通過(guò)Cisco的技術(shù)—Virtual Link均可以），非骨干區(qū)域之間只能通過(guò)骨干區(qū)域相互通信。
　　將網(wǎng)絡(luò)劃分成多個(gè)區(qū)域有很多益處：
　　· 可以按照不同的地域或行政上的策略創(chuàng)建區(qū)域，從而限制區(qū)域之間路由信息的共享。
　　· 創(chuàng)建區(qū)域可以增加安全性。
　　· 有助于增加整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。
　　考慮到OSPF網(wǎng)絡(luò)中劃分區(qū)域?qū)?huì)使配置和故障排除的難度增大，也許有人會(huì)提出，可以將所有的路由器放在同一個(gè)區(qū)域中，也就是說(shuō)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)只有骨干區(qū)域--區(qū)域零，那么有沒(méi)有考慮過(guò)這個(gè)問(wèn)題呢：
　　因?yàn)楦鶕?jù)OSPF路由協(xié)議的特點(diǎn)，每個(gè)OSPF路由器都需要維持一份整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)洌坏┯心硹l鏈路狀態(tài)改變，這將促使區(qū)域內(nèi)部的所有路由器都需要重新計(jì)算自己的最短路徑樹(shù)，這將消耗大量的路由器CPU和內(nèi)存資源。
　　所以對(duì)于ChinaNet這樣的大型骨干網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)需要運(yùn)行近百臺(tái)路由器，假如網(wǎng)絡(luò)上只建立區(qū)域零，所有路由器都在這一個(gè)區(qū)域中，那么網(wǎng)絡(luò)將會(huì)變得非常的不穩(wěn)定，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)受到的波動(dòng)非常大，假如分成區(qū)域后，假如有鏈路狀態(tài)改變，則只有該區(qū)域內(nèi)的路由器需要更新拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫(kù)，并重新計(jì)算最短路徑樹(shù)，而該區(qū)域之外的路由器卻不受到影響，這樣就隱藏了鏈路狀態(tài)變化帶來(lái)的影響，而且減少了需要傳送的鏈路狀態(tài)發(fā)布信息，大大節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)帶寬。
　　況且，假如整個(gè)網(wǎng)絡(luò)只有一個(gè)區(qū)域，所有路由器都只存在于區(qū)域零中，則每個(gè)路由器中存放的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫(kù)將會(huì)非常大，不但占用大量路由器的內(nèi)存，而且在計(jì)算該路由器的最短路徑樹(shù)時(shí)也將會(huì)占用大量的CPU資源。所以Cisco推薦的是區(qū)域所包含的路由器最大不應(yīng)該超過(guò)200個(gè)。
　　OSPF中規(guī)定區(qū)域的類型有以下幾種：
　　
　　· Backbone Area：也就是區(qū)域零。所有的非骨干區(qū)域必須通過(guò)骨干區(qū)域才能互相通信，這也是OSPF的一個(gè)缺點(diǎn)，它導(dǎo)致了骨干區(qū)域的壓力非常大，從而限制了OSPF的擴(kuò)展性。
　　
　　· Stub Area：并不接收外部的鏈路狀態(tài)發(fā)布信息（是由ABSR產(chǎn)生的，用于出此自治域的路由），但是仍然接收ABR發(fā)送的匯總的鏈路狀態(tài)發(fā)布信息。
　　
　　· Totally Stubby：不接收匯總的和外部的鏈路狀態(tài)發(fā)布信息。注重，這種類型的區(qū)域是Cisco特有的. 該有更多類型的區(qū)域在此不作更深的介紹，假如有愛(ài)好可以查閱相關(guān)資料。
　　根據(jù)以上區(qū)域的劃分情況，可以將路由器按作用不同進(jìn)行分類：
　　· 內(nèi)部路由器（Internal Router）：所有端口都在同一個(gè)區(qū)域中的路由器。
　　· 骨干路由器（Backbone Router）：有端口和所有端口都在區(qū)域零中（可以是內(nèi)部路由器或區(qū)域邊界路由器）
　　· 區(qū)域邊界路由器（ABR）：用于連接不同區(qū)域，也就是端口在不同的區(qū)域中。（區(qū)域邊界路由器將為它所連接的每個(gè)區(qū)域維持分開(kāi)的不同的拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫(kù)）
　　· 自治系統(tǒng)邊界路由器（ASBR）：用于連接運(yùn)行其它路由協(xié)議的區(qū)域。注重，ASBR的位置很重要，建議應(yīng)該位于區(qū)域零中。
　　為了更好地理解各種類型的路由器在網(wǎng)絡(luò)中的位置，可以參見(jiàn)下圖：
　　

　　圖一
　　OSPF非常靈活支持的網(wǎng)絡(luò)類型多達(dá)四種：
　　· 廣播多路訪問(wèn)（Broadcast Multi access）：例如以太網(wǎng)、令牌環(huán)、FDDI。
　　· 點(diǎn)到點(diǎn)（Point-to-Point）：例如串行鏈路
　　· 點(diǎn)到多點(diǎn)（Point-to-MultiPoint）
　　· 非廣播多路訪問(wèn)（NBMA—Non-BroadCast MultiAccess）：例如X。
25和幀中繼。

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