第三章:中型路由网络建设

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当一个故障在网络中出现，比如当邻居不可达，使用一种特殊的多播地址在整个区域链路状态协议洪水的LSA。每个链路状态路由器采取LSA的副本，更新它的链路状态（拓扑）数据库，并转发LSA给所有相邻设备。的LSA导致该地区重新计算路由中的每一个路由器。由于需要的LSA整个的区域，该区域需要重新计算其路由表中的所有路由器被淹没，你应该限制链路状态路由器可以在一个地区的数量。

链接类似于路由器上的接口。链路的状态是对该接口及其与邻近路由器的关系的描述。接口的描述将包括，例如，接口的IP地址、掩码、连接到的网络类型、连接到该网络的路由器等等。链接状态的集合形成了链接状态或拓扑数据库。链路状态数据库用于计算通过网络的最佳路径。链接状态路由器根据链接状态数据库应用Edsger Dijkstra博士的SPF算法来构建SPF树，从而找到到达目的地的最佳路径。然后从SPF树中选择最佳路径并放置在路由表中。

随着网络规模的扩大，链路状态路由协议变得越来越有吸引力，原因如下:

• 链路状态协议总是在拓扑更改时发送更新。

• 周期刷新更新比距离向量协议更不频繁。

• 运行链路状态路由协议的网络可以划分为区域层次，从而限制路由变化的范围。

• 运行链路状态路由协议的网络支持无类寻址。

• 运行链路状态路由协议的网络支持路由摘要。

链接状态协议使用两层网络层次结构，如图3-27。

图3-27

链路状态网络的层次结构

两层网络层次结构包含两个主要元素:

• 面积:一个区域是一组网络。区域是自治系统(AS)的逻辑细分。

• 自治系统:AS由公共管理下共享公共路由策略的网络集合组成。一个AS，有时称为域，可以在逻辑上再划分为多个区域。

在每个AS中，必须定义一个连续的主干区域。所有其他的非主干区域都连接到主干区域之外。主干区域是过渡区域，因为所有其他区域都通过它进行通信。对于OSPF，可以将非主干区域额外配置为存根区域、完全粗短区域、不那么粗短区域(NSSA)或完全不那么粗短的区域，以帮助减少链接状态数据库和路由表的大小。

在两层网络结构中操作的路由器具有不同的路由实体。OSPF中用于指代这些实体的术语与is不同。参考下面的例子图3-27:

• 路由器A在OSPF中称为骨干路由器，在is中称为L2路由器。主干网，或L2，路由器提供不同区域之间的连接。

• 路由器B和C在OSPF中称为区域边界路由器(ABR)，在is中称为L1/L2路由器。ABR，或L1/L2，路由器连接到多个区域，为它们连接到的每个区域维护独立的链路状态数据库，并路由以其他区域为目的地或从其他区域到达的流量。

• 路由器d和E被称为在OSPF非主干内部路由器，或L1路由器在IS-IS。非主干内部，或L1，路由器都知道它们各自的区域内的拓扑和维护有关的区域相同的链路状态数据库。

• ABR，或L1/L2，路由器将发布一条默认路由到非主干网内部，或L1路由器。L1路由器将使用默认路由将所有区域间或域间流量转发到ABR路由器，或L1/L2路由器。对于OSPF，此行为可能不同，这取决于OSPF非主干区域的配置方式(存根区域、完全粗短区域或不那么粗短的区域)。

链路状态路由协议算法

链路状态路由算法，统称为SPF协议，维护一个复杂的网络拓扑数据库。与距离向量协议不同，链路状态协议开发和维护对网络路由器及其互连方式的全面了解。这是通过与网络中的其他路由器交换链路状态包(LSP)来实现的。

每个交换了LSPs的路由器使用所有接收到的LSPs构造一个拓扑数据库。然后使用SPF算法计算网络目的地的可达性。此信息用于更新路由表。该流程可以发现由组件故障或网络增长导致的网络拓扑变化。

事实上，LSP交换是由网络中的事件触发的，而不是定期运行的。这可以大大加快收敛过程，因为在联网路由器开始收敛之前，没有必要等待一系列计时器过期。

如果网络显示在图3-28使用链路状态路由协议，纽约市和旧金山之间的连通性就不成问题了。根据所使用的实际协议和所选择的度量标准，路由协议很可能会区别到同一目的地的两条路径，并尝试使用最佳的一条。

图3-28

链路状态算法

表3-2总结了图中每个路由器的路由数据库内容。

表3 - 2链路状态路由数据库

如表中所示，纽约(路由器A)到洛杉矶(路由器D)路由的链路状态数据库条目，链路状态协议将记住这两条路由。一些链路状态协议甚至可以提供一种方法来评估这两种路由的性能，以及对性能更好的路由的偏好。如果性能更好的路径，比如通过波士顿的路由(路由器C)，遇到任何类型的操作困难，包括拥塞或组件故障，链路状态路由协议将检测到这种变化，并开始通过旧金山(路由器B)转发数据包。

在最初的拓扑发现期间，链路状态路由可能使网络充满lsp，并且可能占用内存和处理器。本节描述链路状态路由的好处、使用它时要考虑的注意事项以及潜在的问题。

下面的列表突出了链路状态路由协议比传统的距离向量算法的许多好处，如RIP-1或现在已经过时的内部网关路由协议(IGRP):

• 链路状态协议使用成本度量来选择通过网络的路径。对于思科IOS设备，成本度量反映了这些路径上链接的容量。

• 通过使用触发的、泛滥的更新，链路状态协议可以立即向网络中的所有路由器报告网络拓扑的变化。这种即时报告通常会导致快速收敛时间。

• 因为每个路由器都有一个完整和同步的网络图片，路由循环很难发生。

• 由于lsp是经过排序和老化的，路由器总是根据最新的一组信息来进行路由决策。

• 通过仔细的网络设计，可以最小化链接状态数据库的大小，从而导致更小的SPF计算和更快的收敛。

动态路由的链路状态方法可用于任何规模的网络。在设计良好的网络中，链路状态路由协议使网络能够优雅地适应意外的拓扑更改。使用事件(如更改)来驱动更新，而不是使用固定间隔的计时器，可以使收敛在拓扑更改之后更快地开始。

此外，还避免了距离向量路由协议频繁、时效性更新的开销。如果您正确地设计网络，这将使更多的带宽可用于路由流量，而不是用于网络维护。

链路状态路由协议的带宽效率的一个好处是，它们比静态路由或距离向量协议更有利于网络的可伸缩性。与静态路由或距离向量协议的限制相比，您可以很容易地看到链路状态路由在更大、更复杂的网络中最好，或者在必须具有高度可伸缩性的网络中最好。最初，在大型网络中配置链路状态协议可能具有挑战性，但从长期来看，这是非常值得的。

然而，链路状态协议有以下限制:

• 除了路由表之外，它们还需要一个拓扑数据库、一个邻接数据库和一个转发数据库。在大型或复杂的网络中，这可能需要大量内存。

• Dijkstra算法需要CPU周期来计算通过网络的最佳路径。如果网络很大或很复杂(即，SPF计算很复杂)，或者如果网络不稳定(即，SPF计算是定期运行的)，链路状态协议可以使用大量的CPU电源。

• 为了避免过多的内存或CPU功率，需要一个严格的层次网络设计，将网络划分为更小的区域，以减少拓扑表的大小和SPF计算的长度。然而，这种划分可能会导致问题，因为区域必须始终保持连续。一个区域内的路由器必须始终能够从他们区域内的所有其他路由器联系和接收LSPs。在多区域设计中，区域路由器必须始终有一条到主干网的路径，否则它将无法连接到网络的其他部分。此外，主干区域必须始终保持连接，以避免一些区域被隔离(分区)。

• 链路状态网络的配置通常是简单，只要该基础网络架构已被设计香甜。如果网络的设计是复杂的，链路状态协议的操作可能必须被调谐以适应它。

• 在初始发现过程中，链路状态路由协议会使网络充满LSPs，并且会显著降低网络传输数据的能力，因为直到网络初始收敛后才会有流量传递。这种性能上的妥协是暂时的，但可以注意到。这种泛洪过程是否会显著降低网络性能取决于两个方面:可用带宽的数量和必须交换路由信息的路由器的数量。在链路相对较小的大型网络(如低带宽链路)中，泛洪现象要比在链路较大的小型网络(如T3s和以太网)上发生类似的情况明显得多。

• 链路状态路由是内存和处理器密集型的。因此，配置更充分的路由器需要支持链路状态路由而不是距离向量路由。这增加了配置为链路状态路由的路由器的成本。

下面是一些链路状态路由协议的好处：

• 在链路状态网络中，故障排除通常更容易，因为每个路由器都有一个完整的网络拓扑副本，或者至少是它自己的网络区域。但是，解释存储在拓扑、邻居数据库和路由表中的信息需要理解链路状态路由的概念。

• 链路状态协议通常比距离向量协议扩展到更大的网络，特别是传统的距离向量协议，如RIPv1和IGRP。

您可以通过预见、规划和工程来解决这两种缺陷的潜在性能影响。

高级距离向量协议算法

高级距离向量协议，或混合路由协议，使用更精确的度量距离向量来确定到目标网络的最佳路径。然而，它与大多数距离向量协议的不同之处是，它使用拓扑变化来触发路由数据库更新，而不是定期更新。

这种路由协议聚合得更快，就像链路状态协议一样。然而，它与链路状态协议的不同之处在于强调所需资源(如带宽、内存和处理器开销)使用的经济性。

高级距离向量协议的一个例子是思科增强内部网关路由协议(EIGRP)。

回顾路由操作摘要

下面的列表总结了本节讨论的要点:

• 动态路由要求管理员配置距离向量或链路状态路由协议。

• 距离向量路由协议包含了诸如分割水平、路由中毒和抑制计时器等解决方案，以防止路由循环。

• 链路状态路由协议比距离向量路由协议更适合大型网络基础设施，但它们需要更多的计划来实现。

实施可变长子网掩码

可变长度子网掩码(VLSM)被开发用来在一个网络中支持多个子网IP地址。这种策略只能在正在使用的路由协议(如路由信息协议版本2 (RIPv2)、OSPF和EIGRP)支持时使用。VLSM是大型路由网络中的一项关键技术。在规划大型网络时，了解其功能是很重要的。

检查子网

在使用VLSM之前，对IP子网有一个牢固的了解是很重要的。在创建子网时，必须确定子网和主机的最佳数量。

计算可用的子网和主机

请记住，一个IP地址有32位，由两个部分组成:网络ID和主机ID。网络ID和主机ID的长度取决于IP地址的类别。可用主机的数量也取决于IP地址的类别。