城域IP网路由策略设计

王建波　（北京市电信规划设计院，北京，100044）

　　摘要：目前各大运营商都在如火如荼地建设各自的城域IP网，而在设计城域IP网时，最重要的就是路由策略的设计。本文对城域IP网的路由选择、路由策略设计进行了详细的论述，为运营商建设城域IP网提供了参考依据。

　　1 引言

　　随着国内信息产业的整体推进，越来越多的信息资源走向本地化，城域网内的信息流量比例在不断上升，因此，建设城域网可以优化信息网络的结构，避免不必要的线路迂回。近一年以来，国内各电信运营商掀起了一股城域网建设的热潮，来自最终用户尤其是企业用户对带宽的需求，直接刺激了城域网市场的发展。从企业用户市场看，当前的宽带业务主要集中在IP高速接入。因此，快速、高效地建立城域IP网，以用户可以承受的价格及时满足市场需求，成为电信运营商在竞争中锁定用户的关键。本文从设计的角度出发，分析城域IP网的路由策略，给出了一个城域IP网的路由设计方法。

　　2 城域IP网络结构

　　一般的城域IP网可以分3层：骨干层、汇聚层和接入层。城域网的骨干层通常可以采用环形、全网状连接等结构，骨干节点视城市规模大小可以有两到七、八个不等。骨干层提供高速传输通道，汇聚层主要以星形或者双星形、环形结构为主，提供多种业务的汇聚和承载，实施各种流量限制、用户策略和管理等。接入层通常采用星型、树型或单/双宿环形结构，目前主要的接入形式包括Cable Modem、ADSL和以太网接入等。

　　3 路由协议的选择

　　3.1 域间路由协议选择

　　边界网关协议BGP-4是目前域间路由协议的事实标准（RFC1711）。BGP-4是一种用来在自治系统之间传递选路信息的路径向量协议。

　　两个运行BGP-4协议的路由器建立相互间传送协议的TCP连接以后，这两个路由器就成为相邻体或对等体（Peer）。BGP连接建立之后，对等体之间首先交换各自路由表的全部信息。运行BGP-4协议的路由器不会定期发送路由选择更新信息，只有当路由表发生变化，才将发生变化的路由信息发送出去。

　　3.2 域内路由协议的选择

　　在目前，可以用于大规模的ISP同时又基于标准的域内路由协议（IGP）的路由协议有OSPF和IS-IS。这两种路由协议均是基于链路状态来计算最短路径路由协议，采用同一种最短路径算法（Dijkstra算法）。

首先考虑路由结构问题，两种协议都是层次结构，可以划分多个区域（Area）。对实施多区域 ，IGP主要受限于MPLS流量工程的实现方式。具体方法是将OSPF非骨干Area设置为Totally Stubby类型，ISIS Level 1 区域只有该类型，因此不用修改。在Totally Stubby区域中，区域边界路由器（ABR）仅仅向区域内部广播缺省路由，不广播骨干和其他区域的内部路由。

　　另一个要考虑的是MPLS VPN的实现。由于Totally Stubby实际上隐藏了外部路由结构，而MPLS VPN的实施是要求不允许IGP对IP地址聚类和隐藏路由结构，同时又要求MPLS能够到达位于IGP边界上的PE路由器，这两种要求相互冲突，在实际IGP路由设计时须综合这两种需求。

　　3． 3 播路由协议的选择

　　IP组播路由与IP单播路由有一个本质的区别就是：IP单播路由是根据网络的拓扑结构而不是实际的会话来建立路径，而IP组播路由则是根据网络的会话来动态建立投递路径，因此，IP组播路由比IP单播路由更具有动态性。目前可用的组播路由模型有两种：稠密分布模型和稀疏分布模型。稠密分布模型假定组播成员在网络中稠密分布，并且他们之间的网络带宽资源往往随时可用；而稀疏分布模型假定组播成员在网络中稀疏分布，而且它们之间的带宽资源也往往比较紧张。从上述分析， 城域IP网宜采用稀疏分布的组播模型，采用PIM-SM作为域内的组播路由协议。

　　当然，在组播应用复杂且部分非常松散的情况下，可以不选择单独PIM-SM组播区域，而通过划分多个PIM-SM组播区域来实现。如每个核心节点划分成一个PIM-SM组播区域，每个核心节点拥有自己的RP路由器，而要连接这些PIM-SM组播区域，可以在组播区域的核心节点之间采用MSDP（Multicast Source Discovery Protocol，组播源头查找协议）。

　　MSDP协议可以使RP路由器之间获得广播源活动信息和广播树。MSDP既可以用于多个自治系统中的不同PIM-SM组播区域，也可以用于在单个自治系统为不同的组播区域部署不同的RP和用于PIM-SM RP的选一机制。一般采用后一种方式。

　　4 路由策略的设计

　　4．1 IGP路由设计

　　城域IP网IGP路由协议建议采用OSPF，具体设计如下：

　　（1）通过OSPF连接状态路由选择协议将全网分为骨干层及接入层，提供路由的分层连接的结构。

　　（2）将骨干层节点的路由器划分为Area 0，建立主干区域，负责交换不同Area之间的路由信息。

　　（3）根据链路连接的就近原则将距离核心节点近的汇聚层节点与接入层节点之间互连的接口定义为Area N( )。划分的原则在于减少路由振荡，其中产生的原因可能会是路由端口的不稳定，或是广域网链路的不稳定等。同时划分Area的原则也在于每个Area路由器的数量不应超过50个，以减少路由振荡而带来的大量路由表的重新收敛而造成的路由器负载增加。这种划分有利于减少网络中链路状态数据包在全网范围内的广播，提高带宽利用效率，减少网络开销。

　　（4）通过配置OSPF内部缺省信息源（default-information origin）动态产生的缺省路由（default route）以保证全网动态路由备份。

　　（5）OSPF域分为主干区域(backbone area)和非主干区域，所有非主干区域都直接连到主干区域上，避免虚链路（virtual link）。

　　（6）为使网络中的区域数目适当，将相邻的两个POP接入点的路由器划分在一个区域中，area间的路由作总结。

　　（7）将核心层路由器的互连端口都划分为主干区域，即area0，每个核心路由器均为区域边界路由器（Area Border Router，ABR）负责区域间的路由，并进行必要的路由总结(summary)。注意：路由总结必须建立在合理划分IP地址的基础上，建议地址尽量按照区域进行独立分配。

　　4.2 域间路由设计

　　域间路由协议BGP-4在城域骨干网中起着承载、分配和控制外界路由的作用。

　　（1）城域IP网可以设计成一个自治域，采用私有或公有的AS号。城域IP网出口路由器同时运行外部BGP(EBGP)，与全国骨干网实现网络互通。全国骨干网对私有的AS号进行过滤和适当的路由过滤与控制，只允许正确的路由信息通过全国骨干网广播，保证骨干网的可靠性及全网路由信息的正确性。可采用BGP community属性简化对不同路由政策维护管理。为了减小用户网络波动对全国骨干网络的影响，建议将用户地址段整合后再对全国骨干网进行广播。

　　（2）城域IP网出口路由器可以配置路由映射（Route-map），自治路径（AS-path）等方式来实现与全国骨干网之间的访问控制，路由管理。

　　（3）出口路由器通过内部BGP(iBGP)同步EBGP获得的路由表。

　　（4）控制Internet全路由表不注入到其他本网内运行iBGP的路由器上。

　　（5）所有的IBGP邻居必须通过完全的IBGP对等会话网格连接起来。这种完全网格化的联接，导致扩展性差。应采取技术手段避免这种问题。目前常用的方法有两种，一种为BGP联邦（Confederation），另一种是路由反射器（Route Reflector，RR）。城域IP网一般采用RR的方式来避免iBGP全连接。

　　4.6 用户路由策略

　　为防止用户路由器由于网络不稳定，定时开关设备，或IP地址设置错误引起骨干网的路由振荡或路由错误，路由器与可互相连的端口不参加OSPF的运算，也就是说，不与用户路由器之间通过IGP进行路由交换。采用这样的方式：用户端路由器采用默认路由，骨干网端采用静态路由。

　　对于接入用户可采用两种路由策略：

　　（1）静态路由 (Static route)

　　用户端采用缺省路由；城域IP网端配置静态路由，并把用户路由信息转化到BGP路由。建议对小规模客户采用静态路由方式。这样，可避免客户路由波动对骨干路由造成影响 。

　　（2）BGP路由

　　采用EBGP与用户交换路由信息；采用BGP的Communities标识不同的BGP路由信息，方便服务的提供。

可以根据不同业务类型向不同用户提供BGP缺省路由、城域IP网和它的用户的BGP路由信息，或者全部Internet BGP路由信息。需要在用户接入处做BGP路由过滤控制。

　　在BGP用户接入端口配置BGP阻尼（Dampening）以减少用户路由波动的影响。需要对各种EBGP路由信息加上不同的community标识，保证网络路由的易管理和易维护。

　　5 结论

　　总之，城域IP网的建设，路由的规划和设计是核心环节。在建设的初期，能够统筹考虑城域IP网的路由策略，有利于将来网络的稳定性和扩展性。本文总结了现有的城域IP网采取的路由技术和路由策略的设计方法，希望在以后的城域IP网的建设中，能起到借鉴作用。

摘自《电信建设》2002.1