跨校區(qū)路由解決方案的研究和實現(xiàn)*

黃偉強，廖春盛，鄭文棟

（華南師范大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)中心，廣東 廣州510631）

近年來高等教育得到快速的發(fā)展，我國高等教育由精英型教育向大眾化教育轉(zhuǎn)變，許多高校因校園面積有限，不能滿足快速發(fā)展的需要而紛紛異地選址建設(shè)新校區(qū)。為了實現(xiàn)學(xué)校信息實時發(fā)布、資源共享互訪，必須建立多個校區(qū)互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)平臺。多校區(qū)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的投入不是一次性的,而是根據(jù)應(yīng)用和技術(shù)的不斷發(fā)展，需要不斷投入。因此，網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)不可能一步到位，剛開始時校區(qū)間網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)可能只是通過簡單的鏈路連接、簡單的路由設(shè)置實現(xiàn)互聯(lián)互通。隨著信息應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展、網(wǎng)絡(luò)投入的不斷增加，就需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，通過合理的路由策略實現(xiàn)多校區(qū)之間的高速安全互聯(lián)互通，充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)平臺穩(wěn)定高效的作用。

1 跨校區(qū)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)分析

跨校區(qū)之間的互聯(lián)可以使用靜態(tài)路由、內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由選擇協(xié)議 OSPF（Open Shortest Path First）和外部網(wǎng)關(guān)路由選擇協(xié)議 BGP（Border Gateway Protocol）。

靜態(tài)路由配置簡單，網(wǎng)絡(luò)尋址快捷，但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或鏈路的狀態(tài)發(fā)生變化時，需要手工修改路由配置，不能實時更新，而且靜態(tài)路由只適合單路徑路由，在鏈路或節(jié)點故障后,不能自動恢復(fù)正常的數(shù)據(jù)通信。網(wǎng)絡(luò)的可靠性和穩(wěn)定性很大程度上取決于出現(xiàn)鏈路或節(jié)點故障后，路由協(xié)議可以重新計算并獲得可用路徑所需的響應(yīng)時間。雙鏈路甚至多鏈路使用域內(nèi)協(xié)議OSPF、域間協(xié)議BGP是多校區(qū)保證在鏈路或節(jié)點故障后,能及時自動恢復(fù)正常數(shù)據(jù)通信的主要手段。

各校區(qū)由于網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的先后性形成不同的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，每個校區(qū)根據(jù)建設(shè)情況部署了各自校區(qū)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)的路由協(xié)議類型、路由策略和內(nèi)部地址。每個校區(qū)內(nèi)負(fù)責(zé)系統(tǒng)內(nèi)的路由器間的連通性主要使用域內(nèi)協(xié)議OSPF，但OSPF沒有BGP強大的策略控制能力，不能靈活過濾和選擇校區(qū)間沖突的內(nèi)部地址和私有地址，因此實現(xiàn)各校區(qū)網(wǎng)絡(luò)之間的連通，主要還是使用域間協(xié)議BGP。根據(jù)各校區(qū)網(wǎng)絡(luò)的實際應(yīng)用情況，靈活運用BGP不同種類的路徑屬性來實現(xiàn)各校區(qū)網(wǎng)絡(luò)之間的策略路由，滿足各校區(qū)自治網(wǎng)絡(luò)不同應(yīng)用的需求。

2 BGP協(xié)議簡介

2.1 BGP基本概念

(1)自治系統(tǒng)（AS）：擁有同一選路策略，在同一技術(shù)管理部門下運行的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，如大學(xué)、政府部門、企業(yè)和公司的網(wǎng)絡(luò)，以及Internet服務(wù)提供者網(wǎng)絡(luò)[1]。

(2)BGP對等體：為了交換路由信息，在任意兩個路由器之間建立起TCP連接，且用BGP來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)可達(dá)信息的交換，則這兩個路由器叫作BGP對等體，也叫BGP相鄰體。

(3)iBGP和eBGP：如果兩個交換選路信息的路由器同屬一個自治系統(tǒng)，稱為內(nèi)部相鄰體；如果分屬不同自治系統(tǒng)，則稱為外部相鄰體。在一個自治系統(tǒng)中發(fā)送路由通告信息以傳遞自治系統(tǒng)內(nèi)路由可達(dá)信息的協(xié)議稱為iBGP；而向其他自治系統(tǒng)的鄰居路由器發(fā)送通告信息，傳遞外部相鄰體網(wǎng)絡(luò)可達(dá)信息的協(xié)議稱為eBGP。iBGP和eBGP會話路由決策過程是相同的,唯一的區(qū)別是BGP收到iBGP通告消息后決策得到的路由不會繼續(xù)向自治系統(tǒng)內(nèi)的其他BGP通告[2]。

(4)BGP協(xié)議：BGP是用來連接網(wǎng)絡(luò)中不同自治系統(tǒng)的路由選擇協(xié)議，采用的是結(jié)合了距離矢量和鏈路狀態(tài)的路徑矢量的路由算法，在對等的實體交換路由信息時使用類似距離矢量的算法，而在建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系圖時則采用了類似鏈路狀態(tài)的算法。結(jié)合兩種算法的特點，達(dá)到減少信息傳輸量和降低處理復(fù)雜度的目的[3]。

2.2 BGP的策略選擇工作機制

BGP用到的路由策略（route-policy）基本原理是通過route-map控制BGP路由屬性，或者定義路由再分配的條件，從而實現(xiàn)BGP根據(jù)需要選路的目的。

通過定義路由重分配的條件來影響B(tài)GP的選路也叫路由過濾，通常路由過濾可以采用以下4種方法：

(1)distribute-list，用于過濾由ACL定義的路由。

(2)route-map，與 distribute-list一樣，用于過濾 ACL定義的路由，與修改路由屬性方法不同的是它通常不需要有set關(guān)鍵字。

(3)prefix-list，用于過濾由ip prefix-list定義的路由。

(4)filter-list，用于過濾由 ip as-path access-list定義的路由。

2.3 BGP特點

(1)支持無類別域間選路 CIDR（Classless Inter Domain Routing），可以有效減少日益增長的路由表[7]。

(2)具有豐富的路由策略，BGP通過自治系統(tǒng)邊界的路由器加上一定的策略，選擇過濾路由，可以把RIP、OSPF、BGP等的路由重新分發(fā)到對方。

(3)使用TCP作為傳輸協(xié)議，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

(4)支持路由聚合、路由過濾等[4]。

3 跨校區(qū)路由解決方案

以兩個校區(qū)為例，校區(qū)A與校區(qū)B之間通過靜態(tài)路由建立兩個校區(qū)的連接，跨校區(qū)連接部署如圖1所示。

圖1 單鏈路校區(qū)互聯(lián)

單條鏈路鏈接兩個校區(qū)，不具備網(wǎng)絡(luò)故障瞬時恢復(fù)的能力，在鏈路（或節(jié)點設(shè)備）等引發(fā)網(wǎng)絡(luò)故障后，需要等待鏈路恢復(fù)或人工路由重新配置才能恢復(fù)兩個校區(qū)正常的數(shù)據(jù)通信。在具備多條鏈路鏈接條件下，使用域內(nèi)協(xié)議OSPF、域間協(xié)議BGP是多校區(qū)保證在鏈路或節(jié)點故障后,能及時自動恢復(fù)正常數(shù)據(jù)通信的主要手段[5-6]。

各個校區(qū)內(nèi)部核心設(shè)備都廣泛使用OSPF來承載各校區(qū)內(nèi)部的路由。BGP由于其自身的靈活性和豐富的路由策略機制，使得跨校區(qū)路由使用外部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議BGP來控制校區(qū)間的路由的傳播和最佳路徑選擇成為跨校區(qū)核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化工作的主要內(nèi)容。

根據(jù)前面BGP的基本概念，可以把同一個校區(qū)管理的一系列路由器和網(wǎng)絡(luò)看成一個自治系統(tǒng)，校區(qū)內(nèi)部的所有路由器通過OSPF不斷交換路由信息來保持相互的內(nèi)部連通性。每個校區(qū)可以被賦予一個自治系統(tǒng)編號，號碼由私有編號來定義。在這里定義校區(qū)A為BGP1，校區(qū)B為BGP2，兩個校區(qū)邊界路由設(shè)備啟用BGP，通過兩條路徑攜帶各自校區(qū)路徑信息以及BGP路由通告原則，解決校區(qū)之間網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與校區(qū)內(nèi)部的路由環(huán)路問題。

由于各校區(qū)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的先后性，各個校區(qū)都按照校區(qū)需求對私有地址進(jìn)行了規(guī)劃和使用，為了避免私有地址路由條目進(jìn)入到其他校區(qū)自治域內(nèi)，需過濾掉可能重復(fù)的私有地址，重發(fā)布公有地址。根據(jù)BGP用到的路由策略，在跨校區(qū)BGP策略部署中使用route-map，定義route-map采用route-map關(guān)鍵字，關(guān)聯(lián)一個自定義的參數(shù)。在一個route-map下定義多個序列，用十進(jìn)制的序列號來表示，用route-map在各校區(qū)重發(fā)布自治域路由時，關(guān)聯(lián)一個已經(jīng)定義好的route-map，通過創(chuàng)建多個序列號語句，進(jìn)而對不同的路由設(shè)置不同的屬性和動作。

以校區(qū)A的A-RG8610為例進(jìn)行BGP路由設(shè)置：

保留地址和專有地址沒有出現(xiàn)在BGP路由表中，沒有允許這些地址在兩個校區(qū)間通告，而10.254.0.0 255.255.0.0和10.255.0.0 255.255.0.0出現(xiàn)在BGP路由表中，允許地址在兩校區(qū)間通告。

校區(qū)A和校區(qū)B加入BGP1和BGP2自治域的路由設(shè)備設(shè)置類同，最后形成雙鏈路冗余負(fù)載、路由策略可控的跨校區(qū)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示。

在目前多校區(qū)、多鏈路互聯(lián)的高校網(wǎng)絡(luò)模式下，使用域間協(xié)議BGP來實現(xiàn)各校區(qū)網(wǎng)絡(luò)的互連互通是非常有效的方式。本文主要從技術(shù)和應(yīng)用層面探討B(tài)GP對路由信息的控制能力，啟用策略選擇機制，增加了校區(qū)間多鏈路冗余和流量負(fù)載分配，有效地防范了各校區(qū)自治網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的互相干擾和路由失效等路由故障，實現(xiàn)了各個校區(qū)靈活可靠的路由連通。下一步將考慮運用BGP4+，這樣既可以運行在 IPv4網(wǎng)絡(luò)上，也可以運行在IPv6 網(wǎng)絡(luò)上[7]。

[1]王洪君，王大東，梁海英，等.一種 BGP路由配置錯誤動態(tài)檢測方法[J].計算機工程，2006，32（14）：81-103.

[2]李琦，徐明偉，吳建平.一種互聯(lián)網(wǎng)的穩(wěn)定路由選擇策略[J].計算機學(xué)報，2012，35(12)：2668-2675.

[3]REKHTER Y.A border gateway protocol 4（BGP－4）[Z].RFC1771，March 1995.

[4]賈書娟，耿秋月.BGP協(xié)議研究及應(yīng)用[J].無線電工程，2005，35(4)：11-31.

[5]Wang Feng，Mao Zhuoqing，Wang Jia，et al.A measurement study on the impact of routing events on end-to-end Internet path performance[C].ACM SIGCOMM Computer Communication Review，2006，36(4)：375-386.

[6]KUSHMAN N，KANDULA S，KATABI D.Can you hear me now?!It must be BGP[J].ACM SIGCOMM Computer Communication Review，2007，37(2)：75-84.

[7]丁雪蓮.互操作性測試研究-BGP4+測試[J].微型機與應(yīng)用，2011，30(15)：50-56.