城域网城域网技术双协议设计方案

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某城域网的路由方案设计

摘 要

IP城域网是城域网的发展趋势路由设计则是IP城域网设计中的最重要的部分。路由设计的规划妥当与否直接影响到整个城域网的可靠性及效率。

本文对一个存在的IP城域网进行路由设计和优化。我们首先从城域网的拓扑开始通过对OSPF和BGP4以及静态路由、默认路由这几种不同路由协议的分析选择合适的路由方式。在设计城域网内部路由使用OSPF动态路由选择协议和静态路由相结合的方案。通过OSPF协议和静态路由在城域网内部对内外网流量进行有效路由。使用BGP路由协议与城域网外部设备交换路由信息。对城域网各个层次和部分进行细致的设计在不同层次和部分实施不同的策略并在城域网设备上实施最适合的路由配置通过合适的路由配置达到控制流量转发路径快速进行主备链路切换 以实现更高的可靠性和可扩展性。通过论文掌握对一个网络分析的基本方法深入了解两种路由协议的特性。

关键词城域网路由设计开放式最短路径优先算法

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Routing Design of a Metropolitan Area Network

Abstract

The development trend of MAN is IP MAN and routing design isone of the most important parts of the design of a MAN Routingproperly designed or not have a direct impact on the reliability andefficiency of the entire metropolitan area network

In this paper we design and optimize route of a existence IPMAN Firstly We start from the topology of MAN, by analyzing OSPFand BGP4 , static route ,default route these different kinds ofrouting protocols and choose the suitable routing mode In paperOSPF dynamic routing protocol and combine with static route is indesigning interior route of the MAN, through OSPF protocol andstatic routing route intra-domain and inter-domain trafficsefficiently which inside the MAN, and the protocol which exchangingrouting information with the outside device of the MAN is BGP Inproject for all layers and parts of the MAN we do painstaking design andimplement the different policy in different layers and parts of the MAN, inthis MAN we put the most suitable configuration intopractice  Because of it  the MAN can realize control trafficforwarding path and fast switching between the main and the standbylink when the main link was failed so that the MAN has higherreliability and scalability Through this paper the basic method ofthe analysis of a network we can master and go deep into thecharacteristic of these two routing protocols

Key words: MAN Routing Design OSPF

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目 录

论文总页数 34页1引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

1. 1课题背景. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

1.2需求分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

1.2. 1背景分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

1.2.2设计需求分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

2城域网现有拓扑分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6

2. 1现有城域网网络拓扑图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6

2.2现有拓扑物理可靠性分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8

3路由整体方案设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9

3. 1路由设计的重要性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9

3.2路由协议的选择. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10

3.2. 1路由技术分类. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10

3.2.2动态路由协议分类. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10

3.2.3 OSPF路由选择协议. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

3.2.4 BGP4路由选择协议. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

3.2.5其他路由协议. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20

3.3路由实际设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21

3.3. 1域内路由设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22

3.3.2域间路由设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30

4城域网内部IP地址分配. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30

4. 1原则. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30

4.2分配方案. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31

4.2. 1私有网络地址概念. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31

4.2.2公网地址部分. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31

4.2.3私有网络地址部分. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33

5部分设备关键配置. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35

结 论. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39

参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .错误未定义书签。

致 谢. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .错误未定义书签。

声 明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .错误未定义书签。

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1引言

1. 1课题背景

城域网(Metropolitan Area Network)是在一个城市范围内所建立的计算机通信网简称MAN。它的传输媒介主要采用光缆传输速率在l 00Mb i t/s以上。 MAN的一个重要用途是用作一个城市或者地区范围内的骨干网通过它将位于同一城市内不同地点的主机、数据库 以及LAN等互相联接起来这与WAN的作用有相似之处但两者在实现方法与性能上有很大差别。 MAN不仅用于计算机通信 同时可用于传输话音、图像等信息成为一种综合利用的通信网但属于计算机通信网的范畴不同于综合业务通信网(ISDN) 。

近年来 以DSL为突破口我国的宽带业务取得了长足的发展用户数已经超过了1000万 同时宽带以太网、无线局域网也在迅速普及。这些都要求网络的带宽和业务承载能力必须能够适应新的需求。作为端到端网络的中间地带城域网业务的全IP趋向已经明朗 网络的发展方向应符合业务的发展方向。未来城域网发展的走向应该是IP城域网。

当前随着我国宽带用户数的迅速增长和宽带业务的不断丰富通信网上带宽和承载能力的压力将逐步由接入转向城域网 由此将引发城域网建设的新一轮高潮

宽带IP城域网作为互联网在城市的延伸 网络骨干节点之间以千兆带宽互联全网采用最先进的宽带IP网络技术 为各种基于IP的数据业务和网络应用提供灵活高效的支持。

包括为用户提供包括高速专线接入、 10M/100M宽带接入、 ADSL接入等在内的各种类型接入手段 一次性解决了全网及用户端的网络带宽瓶颈它具有高可靠性、高安全性的特点。宽带IP城域网的建设目标是将IP城域网建成为数据业务的统一骨干平台可直接向集团用户提供10M到100M甚至1000M的Internet接入带宽和互连带宽写字楼、学校、信息化小区和其它企业集团的用户可利用该网络组成全市到全国范围内的、类似专用网络的VPN网络(虚拟专用网) 其费用将较以往大大降低对个人用户而言城域网将可提供10M到桌面的Internet接入速率 比普通拔号上网速率快几十到几百倍。

1.2需求分析

1.2. 1背景分析

某城市地理面积1289平方公里。人口132.31万辖4个市辖区按地理位置划分为东、南、西、北四个区域地域内信息点分布较为平均。

某地IP城域网作为“最后一公里”与用户连接的网络 为该地市范围内各小区提供宽带接入和

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为企业提供高速互联。整个城域网为域内用户提供以下几个方面的业务。

(1)对最终的用户的宽带接入提供宽带的接入解决方案。网络接入方式主要采用以太网接入方式(UTP和光纤两种方式)。

(2)专线用户上网专线用户上网业务指通过对用户提供光纤/UTP来实现宽带专线的解决方案。实现政府上网、企业上网。专线用户上网后可使用互联网、 IP电话、虚拟专用网(VPN)等服务。开放范围为宽带网络所覆盖的地区。

(3)虚拟专用网(VPN) 虚拟专用网是指利用城域网这一公众数据网络资源为集团用户构筑不受地域限制 而受集团用户统一策略控制和管理的IP网络。开放范围为城域网所能够覆盖的地区。

(4) IP电话同样通过城域网实现IP电话的服务保证在城域网所覆盖的范围内实现网内用户的IP电话用户的通信保证IP电话用户和普通的电话用户(本地市话和异地)的通信。

(5)增值业务增值业务包括WWW、电子邮件(E-ma i l)等服务。在城域网工程建成后提供有的增值业务包括视频点播、音频点播、网络游戏、视频会议、 Web方式的上网和IP电话费用查询等。

在建设IP城域网时路由设计作为城域网建设不可或缺的一部分 为城域网内部通信以及城域网与外部网络之间的通信起着“指路灯”的作用。该城域网为骨干网的下属节点不承担任何骨干网的中转流量。

1.2.2设计需求分析

为了实现接入的目标方案从现有拓扑出发通过选用适当的路由协议和路由策略优化城域网内部流量。从而达到以下目标

(1) 通信畅通

这是城域网路由设计的基本要求这包括城域网内部之间通信城域网内部和城域网外通信 以及城域网外与城域网内部之间通信在保证3种通信方式的畅通以外最大的缩小链路时延。

(2) 合理分配流量

在通信畅通的基础上合理分配流量所经过的路径避免发生由于流量分配不均衡造成网络拥塞 以至于全网瘫痪的情况。

(3) 故障快速切换

城域网内部路由设计应密切关注网内设备或链路发生故障时全网收敛速度问题在任何一条链路或者节点发生故障后下联节点或者直接相连节点有备用路由能在最短时间内通过备用路由将流量恢复保证整个IP城域网的正常运行。

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(4) 方便扩展设备和链路

这是为城域网未来的扩展性提出的要求。当有新设备增加时通过采用的动态路由选择协议能够使新节点或设备在最短时间内获悉整个城域网内部路由信息并最大能力减少人工配置的工作量使得新增节点和者设备能在最短的时间内投入运行。

2城域网现有拓扑分析

2. 1现有城域网网络拓扑图

该城域网整体拓扑设计综合了环型网络拓扑和星型网络拓扑的优点在网络拓扑中将环型拓扑和星型拓扑进行结合 以提供更高的可靠性和可用性。

整个城域网网络拓扑按照一般设计分为三层结构包括接入、汇聚、核心三个部分。

现有的城域网整体网络拓扑根据该城域网覆盖范围将整体划分成四个地理区域分别设置4个核心节点负责将本区域内流量进行汇聚。考虑成本和流量大小等因素将相邻的1个地理区域核心节点设备作为本区域内备份节点。 2个核心节点互相为相邻区域的下联汇聚层设备作为备份节点。当汇聚层上联链路出现故障能在最短时间内启用备份链路并将通过故障链路的流量引导到备份核心节点这样避免通信的长时间中断。当核心层设备出现故障时也能在最短时间内切换到另外一条链路流量将通过备份核心节点设备从而最大保障上联的链路畅通该城域网网络拓扑如图1所示。

图1城域网总拓扑图

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根据拓扑图对各层的描述如下

 核心层

核心层作为整个网络的关键部分底层链路采用2.5G光纤直接连接 由于涉及到传输网范畴所以不做深入讨论。在核心层由4个核心节点为4个区域流量提供路由所有节点包括出口路由器采用Cisco7600系列路由器Cisco7600系列路由器可以提供30Mpps的高速转发速率 以及全面的模块化接口类型背板带宽最高达到720G完全可以满足该城域网的需求并满足一段时间内城域网扩展的需要。 由于是环型拓扑城域网核心部分采用四节点两两互联结成环型方式进行互连。环型拓扑的优点将体现在以下几个方面。

(1) 在这种情况下核心层链路环上单向非相邻节点的设备失效的情况下 网络仍然可以正常运行。

(2) 在正常情况下城域网内部通过核心层的任意流量最多只需要通过1个核心节点就可以达到目的地所在区域减少了数据在核心中传送的路径和网络延迟有利于提高网络性能。

(3) 并且在环型拓扑中 由于流量的双向性每个核心节点自然拥有2条为城域网内部流量的链路这样为城域网内部通信提供更可靠的保障。

(4) 由4个节点组成的环型网可以平均分配环上流量不会造成环上某个部分流量过大。

出口节点与核心节点间为星型结构这样就可以更好的区分城域网内流量和通往CN2或者ChinaNet流量。并且每个区域中的通往外网的流量分布更加均衡 网内网外流量分离大大减轻了出口路由器负担。

 汇聚层

汇聚层是4个地理区域进行细分的结果。它负责

(1)将接入层流量进行汇聚。

(2)并对下联区域内的流量进行路由。

(3)同样区分区域内流量和区域外流量。

汇聚层作用相对较简单汇聚层设备的可靠性由核心节点提供的备份链路提供。

 接入层

接入层直接面对客户提供不同类型的接入服务。对于个人家庭用户的ADSL接入对于公司和机构提供专线业务等等。但是由于接入层只是提供流量的进入所以在接入层将不进行路由策略等动作。 由于接入层为单一上联汇聚层设备所以接入层设备的可靠性由其设备的自身可靠性以及汇聚层设备的可靠性提供。

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2.2现有拓扑物理可靠性分析

整个城域网核心部分即4个核心节点以及出口路由器 一般城域网全网可靠性保证主要由核心部分提供。

在非特殊情况下核心层故障发生主要为2种情况

(1)核心层节点设备发生故障

当汇聚层设备检测到核心层节点设备故障时汇聚层设备可以通过设备自身的故障切换配置进行操作将上联链路切换到与核心层互备设备相连链路并由互备设备承担起该区域通往区域外流量的路由功能。在核心层与故障节点相连的节点将通过路由协议自身的算法使流量不经过故障节点从而使整个城域网流量恢复正常。路由协议的快速收敛特性使得可以很快的进行故障节点切换保障整个城域网核心的正常运行。整个运作模式如图2所示。

图2核心节点发生故障情况

(2)核心层节点间链路发生故障

在这种情况下 由于汇聚层设备不会察觉核心层拓扑的变化所以汇聚层设备不会进行主备链路的切换。在核心层故障链路连接的2个节点发现故障后通过底层物理传输线路将故障链路隔离开使得整个核心层网络拓扑形成扁平星型拓扑而上层的路由协议将故障链路信息通告到所有的核心层节点所有核心层节点将重新计算路径并将原来要经过故障链路的流量进行重新路由避开故障链路从而保障整个城域网核心层的正常运行整个运作模式如图3所示。

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