UTN技术原理主流协议及路由技术

UTN技术原理网络技术研究部2015.42第一部分城域综合承载传送网络概貌第二部分城域综合承载传送技术原理目录3DSLAMOLT2层汇聚网络IP城域网家庭客户/WLAN集团客户MSTP网络边缘层MSTP网络汇聚层MSTP网络核心层城域IP承载网（少数大城市）BSC/RNC移动核心网PSTN软交换光纤接入铜线接入光纤接入微波接入WDM/OTN传送网2G/3G移动基站本地网络骨干网络WDM传送网公众互联网（169网）核心层汇聚层边缘接入层AGCE骨干IP承载网（A网/B网）中国联通本地网络结构业务类型业务承载特点固定宽带业务流量大、突发性强、控制难度大；无明确质量要求，均为尽力而为业务；承载网络要求高度开放性电信级业务流量模型相对稳定，便于控制；主要是运营商网内业务或集团客户业务，安全可控；有严格的质量要求；承载网络的封闭性要求强4第一部分城域综合承载传送网络概貌第二部分城域综合承载传送技术原理目录5路由协议分析（N,R1,M）R1目标网络N其它网络InterfaceM6路由协议分析路由技术通常分为两大类：内部网关协议和外部网关协议。内部网关协议是在一个自治系统内部使用的路由选择协议；外部网关协议是在不同自治系统路由器之间使用的协议。其中内部网关协议，为大家熟知的是RIP、OSPF和ISIS路由协议。RIP路由协议是基于距离矢量的路由选择协议，适用于路由变化不剧烈的中小型互联网；OSPF路由协议和ISIS路由协议是基于链路状态的路由协议，适用于规模庞大、环境复杂的网络，但对路由器处理能力要求较高。对于外部网关协议，典型的是BGP路由协议。BGP路由协议是基于距离矢量的路由选择协议，主要应用于自治系统之间。7路由协议分析根据路由器在自治系统（AS）中的位置，可分为：内部网关协议（InteriorGatewayProtocol，IGP）RIPOSPFIS-ISIGRPEIGRP外部网关协议（ExteriorGatewayProtocol，EGP）BGP其它域间路由协议：如CIDR（无类别域际路由选择）、IDRP（域际路由协议）8路由协议分析9路由协议分析10路由协议分析OSPF基本原理开放最短路径优先路由协议（OpenShortestPathFirst，OSPF），是一种基于链路状态的内部网关协议（InteriorGatewayProtocol，IGP）。OSPF协议的操作概括如下：开启OSPF路由协议的路由器将Hello数据包从其开启了OSPF协议的接口上发布出去。共享一条链路的两台OSPF路由器，通过协商Hello数据包中的相关信息，从而建立OSPF邻居关系。网络中的OSPF路由器向具有邻接关系的邻居发送链路状态通告消息（LinkStateAdvertisement，LSA）。通过LSA消息来通告OSPF路由器所有链路、接口、邻居及链路状态的信息。OSPF路由器收到其他邻居发送的LSA，从而将其记录在链路状态数据库（LinkStateDataBase，LSDB）中，并且将继续发送一份相同的LSA给其他所有邻居。利用LSA的泛洪，使整个区域的所有路由器均获得相同的LSA消息，形成相同的LSDB。从而，每一台OSPF路由器都以自己为根，使用SPF算法以计算一个无环路的拓扑图，以形成其到达每一个目的地址的最短路径树。进而，每一台路由器由此形成到达每一个目的地址的路由表。网络中各OSPF路由器完成路由表创建后，通过Keepalive消息每隔一段时间重传一次LSA，完成拓扑和路由收敛。11路由协议分析OSPF路由发布与计算区域•OSPF的区域是描述的一组逻辑上的OSPF路由器和链路，它可以将OSPF域分割成几个子域，而对于每一个区域内的路由器无需了解区域外部的拓扑细节。LSA泛洪扩散被限制在每一个区域内来进行。且路由器仅需保持与其区域内的路由器相同的LSDB，无需同整个OSPF域内的所有路由器同步相同的LSDB。路由器类型•OSPF协议的路由器类型有以下4种：•内部路由器（InternalRouter）——所有接口均属于同一个区域的路由器。•区域边界路由器（AreaBorderRouters，ABR）——连接一个或多个区域到骨干区域的路由器。•骨干路由器（BackboneRouter）——至少有一个接口是和骨干区域相连的路由器。•自主系统边界路由器（AutonomousSystemBoundaryRouter，ASBR）——OSPF域外部的数据进入OSPF域的网关路由器。12路由协议分析OSPF状态机OSPF路由协议具有8种邻居状态，分别是Down、Attempt、Init、2-way、Exstart、Exchange、Loading、Full。其中Down、2-way、Full的状态是一种稳定的长期存在的状态，Attempt、Init、Exstart、Exchange、Loading是一种瞬间存在的不稳定状态。13路由协议分析OSPF状态机Down状态——这是邻居会话的初始状态，通常表示该路由器没有在邻居失效时间间隔内收到来自邻居设备的Hello数据包。Attempt状态——这种状态仅适用于NBMA网络上的手工配置的邻居。在此状态下，定期向其邻居发送Hello数据包。Init状态——这种状态通常表明在邻居失效时间间隔内收到了来自邻居设备的Hello数据包，但对端设备并没有收到本设备发送的Hello报文，双向通信仍然没有建立。2-Way状态——这种状态表示本路由器已经收到了邻居路由器发送的Hello数据包（且在其邻居字段中发现了本路由ID），从而双向通信的会话已经建立成功。ExStart状态——这种状态表示本地路由器与邻居路由器开始协商主/从关系，并为数据库描述数据包（DD）的交换做准备。Exchange状态——这种状态下，本地路由器将本地LSDB的DD发送给其邻居路由器。并向其邻居路由器请求最新的LSA。Loading状态——这种状态下表明本地路由器向其邻居路由器发送链路状态请求数据包，请求最新的LSA通告。两端进行DD报文的交换。Full状态——这种状态下表明邻居路由器之间已经建立起了邻接关系，两端设备的LSDB已经完成同步。14路由协议分析LSA类型LSA描述了路由器所有的链路、接口、邻居路由器以及链路状态信息。而由于链路状态信息的多样性，OSPF协议定义了许多LSA类型。序号类型代码描述11路由器LSA22网络LSA33网络汇总LSA44ASBR汇总LSA55AS外部LSA66组成员LSA77NSSA外部LSA88外部属性LSA99OpaqueLSA（链路本地范围）1010OpaqueLSA（本地区域范围）1111OpaqueLSA（AS范围）15路由协议分析16路由协议分析IS-IS基本原理中间系统到中间系统（IntermediateSystemtoIntermediateSystem，IS-IS）路由协议是一种基于链路状态的内部网关协议（InteriorGatewayProtocol，IGP）。IS-IS协议的操作概括如下：1)开启IS-IS路由协议的路由器将Hello数据包从其开启了ISIS协议的接口上发布出去。IS-IS路由器间通过协商Hello数据包中的相关信息，从而建立IS-IS邻居关系。2)网络中的IS-IS路由器向具有邻接关系的邻居发送链路状态通告信息（LinkStatePackets，LSP）。通过LSP消息来通告IS-IS路由器所有链路、接口、链路状态等信息。3)IS-IS路由器收到其他邻居发送的LSP，从而将其记录在链路状态数据库中，并且将发送一份LSP的拷贝给除发送该LSP的邻居以外的所有邻居。4)利用LSP的泛洪，使整个层次内每一台IS-IS路由器都获得相同的LSP消息，建立相同的LSDB，并保持LSDB的同步。从而，每一台IS-IS路由器以自己为根，使用SPF算法计算一个无环路的拓扑图，以形成其到达每一个目的地址的最短路径树。进而，每一台路由器由此形成到达其他目的地址的路由表。17路由协议分析IS-IS路由发布与计算路由器类型IS-IS为支持大规模的网络，从而在其路由域内采用分层的结构，网络可被分为多个区域。并包含以下几种路由器：•Level-1路由器——负责区域内部的路由，与同一区域的Level-1和Level-1/Level-2路由器建立邻居关系。仅维护本区域内的链路状态数据库。•Level-2路由器——负责区域间的路由，与Level-2或其它区域的Levl-1/Level-2路由器建立邻居关系。维护Level-2的链路状态数据库。•Level-1/Level-2路由器——可与同一区域的Level-1和Level-1/Level-2路由器建立邻居关系，也可与其他区域的Level-2和Level-1/Level-2路由器建立邻居关系。区域内的Level-1路由器通过Level-1/Level-2路由器才能连接到其他区域。维护本区域内的链路状态数据库，以及区域间的链路状态数据库。18路由协议分析IS-IS路由发布与计算IS-IS报文与OSPF一样，IS-IS路由器也是通过收集其他路由器泛洪的链路状态信息来构建本设备的链路状态数据库。IS-IS协议中的链路状态信息（LinkStatePackets，LSP）包含了IS-IS路由器产生的对于路由选择信息的描述。IS-IS协议具有三种报文：•Hello报文——用来建立和维持IS-IS路由器之间的邻接关系。•LSP报文——用来承载和泛洪路由器的链路状态信息，且IS-IS路由器据此完成链路状态数据库的建立。•SNP报文——用户控制数据包链路状态数据包的发布，并提供链路状态数据库的同步机制。19路由协议分析IS-IS路由发布与计算路由计算当网络完成了链路状态数据库的同步过程时，IS-IS就将对链路状态数据库中的信息进行最短路径优先（ShortestPathFirst，SPF）算法计算路由，依据网络拓扑生成以本设备为根的最短路径树，从而计算出到网络中所有目的地的最短路径。当IS-IS的链路状态数据库发生变化时，需要重新对最短路径进行计算。而SPF算法需要分别独立地运行在区域内和区域间的链路状态数据库中运行。对于Level-1路由器，通过SPF算法需要计算出到达最近的Level-2路由器的路径，继而选择开销最小的Level-1/Level-2路由器作为它区域间的中间设备。20路由协议分析21路由协议分析BGP路由协议边界网关协议（BorderGatewayProtocol，BGP）是一种应用于自治系统（AutonomousSystem，AS）之间的动态路由协议。BGP使用TCP（端口号179）作为底层传送机制，提高了协议的可靠性。BGP是一种距离矢量（Distance-Vector）路由协议，每一个BGP节点都依赖邻居进行路由传递：BGP节点基于下游邻居通告的路由完成路由计算，并将其通告给上游邻居。区别于其他距离矢量路由协议，BGP使用数据包到达特定目的地所要经过的一个AS号列表来量化距离。BGP通过携带AS路径信息来标记其途经的AS，而将带有本地AS号的路由丢弃，从而避免了域间产生环路。BGP在AS内学习到的路由将不再通告给其AS内部的BGP邻居，避免了域内环路。与BGP路由器建立对等体关系的邻居既可以在不同的AS之中，也可以在同一个AS之中。若邻居位于不同的AS之中，则该邻居为外部对等体，此时BGP称为EBGP。若邻居位于同一AS之中，则邻居为内部对等体，此时BGP称为IBGP。22路由协议分析BGP消息类型BGP具有4种消息类型，并通过单播的方式经过TCP连接传递给邻居。Open消息——在TCP连接建立以后，用于建立BGP对等体之间的连接关系。每个邻居都利用该消息标识自己并指定相关的参数，每个邻居在接收到Open消息并协商成功以后，即建立起BGP对等体的连接关系。Keepalive消息——若路由器接受其邻居发送来的Open消息中指定的参数，则响应一条Keep