會計學1UTN技術原理主流協議及路由技術第一部分 城域綜合承載傳送網絡概貌第二部分 城域綜合承載傳送技術原理目錄第1頁/共42頁中國聯通本地網絡結構業務類型業務承載特點固定寬帶業務流量大、突發性強、控制難度大；無明確質量要求，均為盡力而為業務；承載網絡要求高度開放性電信級業務流量模型相對穩定，便于控制；主要是運營商網內業務或集團客戶業務，安全可控；有嚴格的質量要求；承載網絡的封閉性要求強第2頁/共42頁第一部分 城域綜合承載傳送網絡概貌第二部分 城域綜合承載傳送技術原理目錄第3頁/共42頁路由協議分析（N,R1,M）R1目標網絡N其它網絡InterfaceM第4頁/共42頁路由協議分析

路由技術通常分為兩大類：內部網關協議和外部網關協議。內部網關協議是在一個自治系統內部使用的路由選擇協議；外部網關協議是在不同自治系統路由器之間使用的協議。

其中內部網關協議，為大家熟知的是RIP、OSPF和ISIS路由協議。RIP路由協議是基于距離矢量的路由選擇協議，適用于路由變化不劇烈的中小型互聯網；OSPF路由協議和ISIS路由協議是基于鏈路狀態的路由協議，適用于規模龐大、環境復雜的網絡，但對路由器處理能力要求較高。

對于外部網關協議，典型的是BGP路由協議。BGP路由協議是基于距離矢量的路由選擇協議，主要應用于自治系統之間。第5頁/共42頁路由協議分析根據路由器在自治系統（AS）中的位置，可分為：內部網關協議（InteriorGatewayProtocol，IGP）

RIP

OSPF

IS-IS

IGRP

EIGRP外部網關協議（ExteriorGatewayProtocol，EGP）

BGP其它域間路由協議：如CIDR（無類別域際路由選擇）、IDRP（域際路由協議）第6頁/共42頁路由協議分析第7頁/共42頁路由協議分析第8頁/共42頁路由協議分析OSPF基本原理

開放最短路徑優先路由協議（OpenShortestPathFirst，OSPF），是一種基于鏈路狀態的內部網關協議（InteriorGatewayProtocol，IGP）。OSPF協議的操作概括如下：開啟OSPF路由協議的路由器將Hello數據包從其開啟了OSPF協議的接口上發布出去。共享一條鏈路的兩臺OSPF路由器，通過協商Hello數據包中的相關信息，從而建立OSPF鄰居關系。網絡中的OSPF路由器向具有鄰接關系的鄰居發送鏈路狀態通告消息（LinkStateAdvertisement，LSA）。通過LSA消息來通告OSPF路由器所有鏈路、接口、鄰居及鏈路狀態的信息。OSPF路由器收到其他鄰居發送的LSA，從而將其記錄在鏈路狀態數據庫（LinkStateDataBase，LSDB）中，并且將繼續發送一份相同的LSA給其他所有鄰居。利用LSA的泛洪，使整個區域的所有路由器均獲得相同的LSA消息，形成相同的LSDB。從而，每一臺OSPF路由器都以自己為根，使用SPF算法以計算一個無環路的拓撲圖，以形成其到達每一個目的地址的最短路徑樹。進而，每一臺路由器由此形成到達每一個目的地址的路由表。網絡中各OSPF路由器完成路由表創建后，通過Keepalive消息每隔一段時間重傳一次LSA，完成拓撲和路由收斂。第9頁/共42頁路由協議分析OSPF路由發布與計算區域OSPF的區域是描述的一組邏輯上的OSPF路由器和鏈路，它可以將OSPF域分割成幾個子域，而對于每一個區域內的路由器無需了解區域外部的拓撲細節。LSA泛洪擴散被限制在每一個區域內來進行。且路由器僅需保持與其區域內的路由器相同的LSDB，無需同整個OSPF域內的所有路由器同步相同的LSDB。路由器類型OSPF協議的路由器類型有以下4種：內部路由器（InternalRouter）——所有接口均屬于同一個區域的路由器。區域邊界路由器（AreaBorderRouters，ABR）——連接一個或多個區域到骨干區域的路由器。骨干路由器（BackboneRouter）——至少有一個接口是和骨干區域相連的路由器。自主系統邊界路由器（AutonomousSystemBoundaryRouter，ASBR）——OSPF域外部的數據進入OSPF域的網關路由器。第10頁/共42頁路由協議分析OSPF狀態機OSPF路由協議具有8種鄰居狀態，分別是Down、Attempt、Init、2-way、Exstart、Exchange、Loading、Full。其中Down、2-way、Full的狀態是一種穩定的長期存在的狀態，Attempt、Init、Exstart、Exchange、Loading是一種瞬間存在的不穩定狀態。第11頁/共42頁路由協議分析OSPF狀態機Down狀態——這是鄰居會話的初始狀態，通常表示該路由器沒有在鄰居失效時間間隔內收到來自鄰居設備的Hello數據包。Attempt狀態——這種狀態僅適用于NBMA網絡上的手工配置的鄰居。在此狀態下，定期向其鄰居發送Hello數據包。Init狀態——這種狀態通常表明在鄰居失效時間間隔內收到了來自鄰居設備的Hello數據包，但對端設備并沒有收到本設備發送的Hello報文，雙向通信仍然沒有建立。2-Way狀態——這種狀態表示本路由器已經收到了鄰居路由器發送的Hello數據包（且在其鄰居字段中發現了本路由ID），從而雙向通信的會話已經建立成功。ExStart狀態——這種狀態表示本地路由器與鄰居路由器開始協商主/從關系，并為數據庫描述數據包（DD）的交換做準備。Exchange狀態——這種狀態下，本地路由器將本地LSDB的DD發送給其鄰居路由器。并向其鄰居路由器請求最新的LSA。Loading狀態——這種狀態下表明本地路由器向其鄰居路由器發送鏈路狀態請求數據包，請求最新的LSA通告。兩端進行DD報文的交換。Full狀態——這種狀態下表明鄰居路由器之間已經建立起了鄰接關系，兩端設備的LSDB已經完成同步。第12頁/共42頁路由協議分析LSA類型

LSA描述了路由器所有的鏈路、接口、鄰居路由器以及鏈路狀態信息。而由于鏈路狀態信息的多樣性，OSPF協議定義了許多LSA類型。序號類型代碼描述11路由器LSA22網絡LSA33網絡匯總LSA44ASBR匯總LSA55AS外部LSA66組成員LSA77NSSA外部LSA88外部屬性LSA99OpaqueLSA（鏈路本地范圍）1010OpaqueLSA（本地區域范圍）1111OpaqueLSA（AS范圍）第13頁/共42頁路由協議分析第14頁/共42頁路由協議分析IS-IS基本原理中間系統到中間系統（IntermediateSystemtoIntermediateSystem，IS-IS）路由協議是一種基于鏈路狀態的內部網關協議（InteriorGatewayProtocol，IGP）。IS-IS協議的操作概括如下：開啟IS-IS路由協議的路由器將Hello數據包從其開啟了ISIS協議的接口上發布出去。IS-IS路由器間通過協商Hello數據包中的相關信息，從而建立IS-IS鄰居關系。網絡中的IS-IS路由器向具有鄰接關系的鄰居發送鏈路狀態通告信息（LinkStatePackets，LSP）。通過LSP消息來通告IS-IS路由器所有鏈路、接口、鏈路狀態等信息。IS-IS路由器收到其他鄰居發送的LSP，從而將其記錄在鏈路狀態數據庫中，并且將發送一份LSP的拷貝給除發送該LSP的鄰居以外的所有鄰居。利用LSP的泛洪，使整個層次內每一臺IS-IS路由器都獲得相同的LSP消息，建立相同的LSDB，并保持LSDB的同步。從而，每一臺IS-IS路由器以自己為根，使用SPF算法計算一個無環路的拓撲圖，以形成其到達每一個目的地址的最短路徑樹。進而，每一臺路由器由此形成到達其他目的地址的路由表。第15頁/共42頁路由協議分析IS-IS路由發布與計算路由器類型

IS-IS為支持大規模的網絡，從而在其路由域內采用分層的結構，網絡可被分為多個區域。并包含以下幾種路由器：Level-1路由器——負責區域內部的路由，與同一區域的Level-1和Level-1/Level-2路由器建立鄰居關系。僅維護本區域內的鏈路狀態數據庫。Level-2路由器——負責區域間的路由，與Level-2或其它區域的Levl-1/Level-2路由器建立鄰居關系。維護Level-2的鏈路狀態數據庫。Level-1/Level-2路由器——可與同一區域的Level-1和Level-1/Level-2路由器建立鄰居關系，也可與其他區域的Level-2和Level-1/Level-2路由器建立鄰居關系。區域內的Level-1路由器通過Level-1/Level-2路由器才能連接到其他區域。維護本區域內的鏈路狀態數據庫，以及區域間的鏈路狀態數據庫。第16頁/共42頁路由協議分析IS-IS路由發布與計算IS-IS報文

與OSPF一樣，IS-IS路由器也是通過收集其他路由器泛洪的鏈路狀態信息來構建本設備的鏈路狀態數據庫。IS-IS協議中的鏈路狀態信息（LinkStatePackets，LSP）包含了IS-IS路由器產生的對于路由選擇信息的描述。

IS-IS協議具有三種報文：Hello報文——用來建立和維持IS-IS路由器之間的鄰接關系。LSP報文——用來承載和泛洪路由器的鏈路狀態信息，且IS-IS路由器據此完成鏈路狀態數據庫的建立。SNP報文——用戶控制數據包鏈路狀態數據包的發布，并提供鏈路狀態數據庫的同步機制。第17頁/共42頁路由協議分析IS-IS路由發布與計算路由計算

當網絡完成了鏈路狀態數據庫的同步過程時，IS-IS就將對鏈路狀態數據庫中的信息進行最短路徑優先（ShortestPathFirst，SPF）算法計算路由，依據網絡拓撲生成以本設備為根的最短路徑樹，從而計算出到網絡中所有目的地的最短路徑。當IS-IS的鏈路狀態數據庫發生變化時，需要重新對最短路徑進行計算。而SPF算法需要分別獨立地運行在區域內和區域間的鏈路狀態數據庫中運行。對于Level-1路由器，通過SPF算法需要計算出到達最近的Level-2路由器的路徑，繼而選擇開銷最小的Level-1/Level-2路由器作為它區域間的中間設備。第18頁/共42頁路由協議分析第19頁/共42頁路由協議分析BGP路由協議

邊界網關協議（BorderGatewayProtocol，BGP）是一種應用于自治系統（AutonomousSystem，AS）之間的動態路由協議。BGP使用TCP（端口號179）作為底層傳送機制，提高了協議的可靠性。BGP是一種距離矢量（Distance-Vector）路由協議，每一個BGP節點都依賴鄰居進行路由傳遞：

BGP節點基于下游鄰居通告的路由完成路由計算，并將其通告給上游鄰居。區別于其他距離矢量路由協議，BGP使用數據包到達特定目的地所要經過的一個AS號列表來量化距離。BGP通過攜帶AS路徑信息來標記其途經的AS，而將帶有本地AS號的路由丟棄，從而避免了域間產生環路。BGP在AS內學習到的路由將不再通告給其AS內部的BGP鄰居，避免了域內環路。與BGP路由器建立對等體關系的鄰居既可以在不同的AS之中，也可以在同一個AS之中。若鄰居位于不同的AS之中，則該鄰居為外部對等體，此時BGP稱為EBGP。若鄰居位于同一AS之中，則鄰居為內部對等體，此時BGP稱為IBGP。第20頁/共42頁路由協議分析BGP消息類型

BGP具有4種消息類型，并通過單播的方式經過TCP連接傳遞給鄰居。Open消息——在TCP連接建立以后，用于建立BGP對等體之間的連接關系。每個鄰居都利用該消息標識自己并指定相關的參數，每個鄰居在接收到Open消息并協商成功以后，即建立起BGP對等體的連接關系。Keepalive消息——若路由器接受其鄰居發送來的Open消息中指定的參數，則響應一條Keepalive消息。BGP也會周期性地向對等體發出Keepalive消息，用來保持連接的有效性。Update消息——Update消息可用于宣告可達路由信息，也可以撤消多條不可達的路由信息。Update消息包括網絡層可達性信息（NetworkLayerReachabilityInformation，NLRI）、路徑屬性（PathAttributes）、已撤消路由。Notification消息——當BGP檢測到錯誤狀態時，就會向對等體發送Notification消息并關閉BGP連接。第21頁/共42頁路由協議分析BGP有限狀態機

BGP有限狀態機共有6種狀態，分別是Idle、Connect、Active、OpenSent、OpenConfirm和Established。Idle狀態——BGP以Idle狀態為起始點，該狀態拒絕所有入站連接。BGP收到開始事件后，會初始化所有的BGP資源、啟動連接重傳計時器，啟動到對等體的TCP連接，監聽來自鄰居的TCP初始化消息并將狀態更改為Connect狀態。Connect狀態——BGP等待TCP連接的建立完成。若TCP連接建立成功，BGP將向鄰居發送Open消息并進入OpenSent狀態。若建立不成功，BGP繼續偵聽，重置計時器，并遷移到Active狀態。若計時器超時，則重置計時器，嘗試再次連接，保留在Connect狀態。Active狀態——BGP嘗試進行TCP連接的建立。若TCP連接建立成功，則重置計時器，向鄰居發送Open消息，并轉移到OpenSent狀態。若建立不成功，重置計時器，保留在Active狀態。若計時器超時，重置計時器，轉移到Connect狀態。OpenSent狀態——此狀態下，BGP已經發送了Open消息，并且等待直至偵聽到來自鄰居的Open消息。若收到正確的Open消息，則轉移到OpenConfirm狀態。若收到的Open消息存在差錯，則會發送Notification消息并轉移到Idle狀態。若收到TCP中斷消息，重置計時器，監聽TCP連接，并且轉移到Active狀態。OpenConfirm狀態——此狀態下，BGP進程將等待Keepalive消息或Notification消息。若收到的是Keepalive消息，則轉移到Established狀態。若收到的為Notification消息，則斷開TCP連接，轉移到Idle狀態。Established狀態——此狀態下，BGP對等連接已完全建立，對等體之間可以交換Update消息、Notification消息和Keepalive消息。若收到Update或Keepalive消息，則保持為Established狀態。若收到Notification消息，轉移到Idle狀態。第22頁/共42頁路由協議分析BGP路徑屬性ORIGIN屬性——用于確定優選路由的因素之一。它有3種類型：IGP具有最高優先級，路由源為IGP。EGP的優先級次于IGP，從外部網關協議中學到的。Incomplete的優先級最低，從其他方式學習到的路由信息。AS_PATH屬性——AS_PATH屬性利用一串AS號描述某條路由從本地到目的地的AS間路徑或路由。當BGP發言者在本地通告一條路由時，若通告到本地AS，則Update消息中創建一個空的AS_PATH列表；若通告到其他AS，將本地AS號添加到AS_PATH列表中，通過Update消息通告給鄰居設備。后續的BGP發言者將在路由通告給外部對等體時，將自己的AS號加入到AS_PATH中。Next-Hop屬性——描述了下一跳路由器的IP地址。若通告路由器與接收路由器在不同AS，那么Next_Hop為本地與對端建立BGP鄰居關系的接口地址；若通告路由器與接收路由器在同一AS，則把下一跳屬性設置為本地與對端建立BGP鄰居關系的接口地址；若BGP發言者向IBGP對等體發布從EBGP對等體學習到的路由時，不改變路由信息的下一跳。Local_Pref屬性——僅用于內部對等體之間的Update消息，不會傳遞給其他自治系統。該屬性用于向BGP路由器通告某被宣告路由的優先級。若內部BGP發言者接收到多條去往同一目的地的路由，則比較這些路由的Local_pref，本地優先級高的路徑被選中。MED（Multi_Exit_Disc）屬性——MED屬性僅在相鄰兩個AS之間傳遞，收到此屬性的AS一方不會再將其通告給第三方AS。該屬性承載在EBGPUpdate消息中，用于判斷流量進入AS時的最佳路由。當BGP設備具有可通過不同的EBGP對等體去往目的地址相同的路由時，在其他條件相同的情況下，優先選擇MED值較小的EBGP對等體。Community屬性——將目的地視為某些共享一個或多個公共特性的目的地的一個成員。利用Community屬性值，來增強路由策略。第23頁/共42頁路由協議分析BGP選路策略

當到達同一目的地存在多條路由時，BGP采取以下策略進行路由選擇：優選管理性權值最大的路由。優選Local_Pref最大的路由。優選學習自IGP的路由。優選AS_PATH最短的路由。優選Origin屬性優先級高的路由優選MED值最低的路由。優選EBGP路由，最后選擇IBGP路由。優選到BGP下一跳最近的路由（去往下一跳路由器IGP度量值最小）。優選Cluster-id最短的路由。優選BGP路由器ID最小的路由。第24頁/共42頁路由協議分析路由反射器

為保證IBGP對等體之間建立全連接關系，利用路由反射器（RouteReflector，RR）可以大大減少BGP對等體的數量。將某臺路由器配置成為RR，其他的IBGP路由器則稱為客戶端（client），客戶間不再需要建立全連接的對等關系，只要與RR建立對等體關系即可。路由反射器是通過放寬IBGP對等體不允許對外宣告學習自其他IBGP對等體的路由的規則來進行工作的。RR可以把來自于IBGP對等體的路由不經修改路由屬性就反射給其他的客戶，以避免路由環路。

若路由學習自非客戶端的IBGP對等體，則僅反射給客戶端對等體；若路由學習自某客戶端對等體，則反射給所有非客戶和客戶端對等體（除發起該路由的客戶端）；若路由學習自EBGP對等體，則反射給所有的非客戶和客戶端對等體。

為增加網絡的可靠性，防止單點故障，需要在一個簇中配置多個路由反射器進行RR的備份。在冗余的環境中，客戶端對等體會收到不同的路由反射器發來的到達同一目的地址的多條路由，客戶端對等體應用BGP選路策略選擇最佳路由。第25頁/共42頁路由協議分析路由策略

路由策略非常重要，尤其是在BGP環境中。這就要求必須非常細致地規劃BGP的路由策略，必須完全了解哪些數據包應該發給鄰居，應該從鄰居接收哪些數據包等等。而路由策略作用對象是路由信息，在正常的路由協議之上，根據某種規則，通過改變某些參數等來改變路由產生、發布和選擇的結果。路由策略的實現需要經過定義規則和應用規則的過程。也即首先需要定義一組匹配規則，可以用路由信息的不同屬性來作為匹配的依據來進行設置，然后再將這些匹配的規則應用于路由的發布、接收和引入等過程的路由策略之中。第26頁/共42頁路由協議分析路由策略

通常通過以下幾種方式來進行路由控制：通過NLRI過濾路由——路由策略的核心內容是過濾器，對入站和出站路由策略來說，最可能的就是要定義路由器應該接受哪些路由和應該通告哪些路由。最簡單的路由過濾器是針對每個鄰居或者是對等體組所定義的，并指向一個定義了的前綴或NLRI的訪問列表。通過AS_PATH過濾路由——AS_PATH過濾是一組針對BGP路由的AS_PATH屬性進行過濾的規則。相比在訪問列表中窮舉每個內部地址，采用按AS號進行過濾的方式更加簡單。AS_PATH過濾使用一種正則表達式的文本解析工具用以在BGP更新消息中的AS_PATH屬性中尋找匹配項。通過commmunity屬性過濾路由——團體屬性過濾是一組針對BGP路由的團體屬性進行過濾的規則。在BGP的路由信息中，攜帶有團體屬性，團體屬性是一組有相同特征的目的地址的集合，因此基于團體屬性定義一些過濾規則，就可以實現對BGP路由信息的過濾。通過Local_Pref屬性控制路由——Local_Pref屬性被用于在IBGP中傳遞，設置來自不同下一跳的優先級。路由器的Local_Pref屬性取值范圍在0~4294967295之間，值越大，代表該路由越優。從而通過修改Local_Pref方法可以實現對BGP路由信息的控制。通過Multi_Exit_Disc屬性控制路由——MED屬性用于在影響鄰居自治系統之間的路由決策，MED取值范圍為0~4294967925。當BGP發言者從對等體學習到路由后，可以將該路由的MED傳遞給任意的IBGP對等體。MED較權值、Local_Pref、AS_PATH等是相對較弱的屬性，當以上變量均相同時，選擇MED值最小的路由。第27頁/共42頁路由協議分析不同路由協議的應用場景OSPF的應用場景

OSPF用于自治系統內部間傳遞路由信息，可以應用于以下場景：企業網內部用戶實現網絡互相通信，共享資料，網絡規模在10臺路由器以上；校園網內部用戶實現網絡互相通信，網絡規模較大；用戶與ISP互連接口應用OSPF協議，通過ISP實現VPN內互相訪問；ISP內部本地回傳網絡接入層可采用OSPF協議，且應采用多進程或多區域方式避免單IGP域過大。IS-IS的應用場景OSPF用于自治系統內部間傳遞路由信息，可以應用于以下場景：企業網內部用戶實現網絡互相通信，共享資料，網絡規模在10臺路由器以上；校園網內部用戶實現網絡互相通信，網絡規模較大；用戶與ISP互連接口應用IS-IS協議，通過ISP實現VPN內互相訪問；ISP內部接入層網絡可采用IS-IS協議，且應采用多進程或多區域方式避免單IGP域過大；ISP內部本地回傳網絡核心匯聚和接入層均可采用ISIS協議，且應采用多進程方式避免單IGP域過大。第28頁/共42頁路由協議分析不同路由協議的應用場景BGP的應用場景BGP用于在AS之間傳遞路由信息，可以應用于以下場景：用戶通過ISP開通MPLSBGPVPN時，用戶與ISP之間互連接口可應用BGP協議，ISP網絡PE節點間采用BGP傳播私網路由；用戶需要通過ISP開通二層VPN時，ISP可以選擇以BGP為信令傳播二層信息；用戶同時與多個ISP相連，通過BGP選擇到達目的地應走哪一個ISP；ISP內部不同自治系統之間可采用BGP進行信息傳播。第29頁/共42頁IP轉發概述通過路由協議散發路由信息基于目的地址的轉發，在每跳節點上執行基于目的地址的路由查找算法(最長前綴匹配)每個路由器可能需要所有Internet上的路由信息(超過100,000條路由)Update:10.0.0.0/8Update:10.0.0.0/810.1.1.110.1.1.110.1.1.110.1.1.1RoutinglookupRoutinglookupRoutinglookup第30頁/共42頁MPLS的架構MPLS主要有兩個組件：控制面—交換第三層路由信息和標記數據面—基于標記轉發分組控制面通過路由協議，例如OSPF,EIGRP(EnhancedInteriorGatewayRoutingProtocol),IS-IS(IntermediateSystem-to-IntermediateSystem),和BGP等來交換路由信息，通過LDP、RSVP、BGP等來交換標記數據面實現一個簡單的轉發引擎第31頁/共42頁標簽轉發路徑（LSP）LSP是指具備相同FEC關系的標簽報文經過LSR的路徑。LSP的建立需要借助IGP協議完成。不論采用LDP還是TDP，標簽的分發都是本地有效的。LSP的建立依據路由協議完成，為單向建立；當然通常情況下反向的路由也能和正向的路由一致。LSP的建立除了采取動態方式外，還可以采用靜態方式完成。第32頁/共42頁MPLS的標簽MPLS使用一個32-bit的標簽區域包含以下信息:20-bitlabel(數字標識的標簽)3-bitexperimentalfield(協議沒有明確，通常用作QOS)1-bitbottom-of-stackindicator(用于標識是否是棧底，表明MPLS的標簽可以嵌套)8-bitTTL(等同IP頭中的TTL)LABELEXPSTTL0192223312024第33頁/共42頁在入口處通過IP路由進程分配并壓入一個標簽(push)LSR在核心處基于標簽轉發表來交換標簽(swap)在出口處標簽被彈出(pop)并且執行路由查找轉發包MPLSDomain10.1.1.1IPLookup10.0.0.0/8label3LFIBlabel8

label3IPLookup10.0.0.0/8label5LFIBlabel3

label5IPLookup10.0.0.0/8nexthopLFIBlabel5

pop10.1.1.1310.1.1.1510.1.1.1MPLS網絡中的數據轉發第34頁/共42頁LSR和LERMPLS被功能性的分為兩個主要部分:控制層面和數據轉發面：控制流—交換第三層路由信息(IGP/BGP)和標簽(