從路由看網絡
——《馬路上的衛星》之六

+一席VSAT

“To be,or not to be-that is the question.”

“生存還是毀滅，這是一個值得考慮的問題。”

——莎士比亞《哈姆雷特》

幾乎所有的VSAT廠家都說自己的VSAT系統支持網狀網。但“To be,or not to be -that is the question”。只不過莎翁在《哈姆雷特》中的這個名句此時要被翻譯成：“真還是假，這是一個值得考慮的問題。”

許多不太熟悉衛星通信的用戶，往往很容易被一些表面現象所誤導。比如當聽到有廠家說“兩個遠端站之間能夠通過衛星單跳互通的VSAT衛星通信網絡就是網狀網。”就信以為真。

像這樣的現象在VSAT行業里并不少見，辨明其真偽不僅對于剛入行的初學者不易，甚至對于一些資深的“專家”都有一定難度。不過這里倒是有個小竅門兒，可以用來快速分辨真假網狀網，這就是看該VSAT系統是否支持IP動態路由。嚴格一點兒的說法則是：“在大多數情況下，具有IP動態路由功能的VSAT系統都是能夠支持網狀網[1]的，而沒有IP動態路由功能就很難說了”。

這里用到了IP，是因為基本上如今所有的VSAT系統都有局域網接口，而且都宣稱支持IP。所以我們不妨就從IP入手，從IP技術中最基本的路由功能來瞧一瞧，看一看，揭示一下VSAT網絡結構的真面目[2]。

我們在這里還是用馬路交通作比喻，以乘坐公交車和出租車出行為例，說明一下不同的網絡路由技術。

一、靜態路由

在馬路上，公交車的線路都是固定不變的。如果出門乘坐的是公交車，無論乘客最終的目的地在哪里，也不管道路的狀況如何，公交司機都總是按照預先規定好的線路行駛（見圖1中的紅色線路）。

圖1 靜態路由正常狀態

圖2 靜態路由斷路狀態

即使道路已經堵得一塌糊涂，甚至斷了路（見圖2中的紅色線路），而旁邊卻還有許多其它道路十分暢通，您對司機說：“師傅，咱繞別的道兒走行嗎？”他也不會搭理您，而是會繼續固守在原先規劃好的線路上不離不棄。那么公交車的這種做法就是靜態路由。

在發生斷路實在無法通行的情況下，靜態路由的解決方法就是手動地對公交線路進行修改，人工找出一條新的線路，使其繞過故障路段，以到達原來的目的地。這就是手動修改路由表。顯然，靜態路由雖然簡單，但靈活性卻很差，應變能力也很弱，所以一般只用于小型的、簡單的網絡[3]。

二、動態路由

但如果出門乘坐的是出租車，在被告知目的地之后，司機和乘客便會根據出發地與目的地之間的實際路況，選擇一條最佳線路來行駛。由于每次乘客都不同，目的地也不同，所以每次的線路也就不同。而即使在目的地相同的情況下，每次的線路也有可能不一樣。比如同樣是到北京西站，有時會走長安街，有時就會走兩廣路等等。那么出租車的這種做法就是動態路由（見圖3中的黃色線路）。

動態路由能夠自動探測路況，自動生成和更新交通圖（路由表）。所以當某條線路發生斷路時，動態路由就能自動地找出其它的可用線路繞行，從而確保目的地總能到達（見圖4中的黃色線路）。這就是動態路由表的自動更新。

顯然，由于動態路由表的生成、更新和維護都是自動實現的，無需人工干預，所以無論是工作量、維護量，還是差錯率都比靜態路由要小得多，因而更加靈活和可靠。

三、RIP和OSPF動態路由

如果司機在決定行車路線時僅以途經路口的數量為依據，只挑選從出發地到目的地之間路口最少的線路行駛，這就是RIP動態路由[4]。這在IP網絡中是以跳數（Hop）來表示的，即每個路由器就好比是個路口，IP包每經過一個路由器，就好比是行車經過了個路口，算作一跳。

圖3 動態路由正常狀態

圖4 動態路由自動更新

圖5 RIP動態路由按跳（路口）數選擇路由

但這是有問題的，因為有時路口少的線路并不一定是最好的線路。比如說，有條線路雖然路口較少，但路口之間的距離卻很遠；而另外一條線路雖然路口較多，但路口之間的距離卻很近，結果第二條線路的實際路程反而更短，反而優于第一條線路（見圖6）。

而另一方面，即使第二條線路的路口較多，路程也較遠，但路況卻非常良好，道路十分通暢，所以也有可能優于第一條線路。比如在北京從建國門開車到復興門，直接走長安街在距離上的確是最近的，但是由于交通阻塞或交通管制等原因，有時繞行距離較遠的二環路倒有可能更快到達，反而會是更佳的選擇（見圖7）。

但是由于RIP動態路由所考慮的因素很簡單，僅僅計算從源點到目的地有幾個路由器和幾跳，其它則不予考慮，所以當應用于衛星通信網絡，或應用于與地面通信網絡有相互配合的混合通信網絡時，就很容易出現路徑選擇不當的問題。

如圖8所示為一衛星通信和地面通信相互混合的通信網絡。用戶業務既可以通過衛星鏈路，也可以通過地面光纖鏈路進行傳輸。衛星通信鏈路雖然只有一跳，但帶寬窄（比如只有64kbps）、時延長、費用高，所以并不是很好的選擇；而地面光纖通信鏈路雖然途經多個路由器，有多跳，但帶寬卻很寬（比如100Mbps）、傳輸時延也很短、費用也較低，所以應該是更好的選擇。但在使用RIP動態路由只考慮跳數的情況下，卻會發生IP業務總是選擇只有一跳的衛星通信鏈路進行傳輸，而這顯然是不合理的。

所以相比之下，如果不僅僅只考慮路口的多少和路程的遠近，而且還考慮馬路的寬度（帶寬）、限速（速率）、擁堵（延遲）、事故率（誤碼率）和過路費（費用）等其它一些因素，綜合得出一條代價（Cost）最小的線路作為最佳選擇，這就是OSPF[5]動態路由（見圖9）。

顯然，OSPF比RIP更加靈活和先進。因為在RIP中，一旦根據最少路口定下了線路，只要該線路沒有完全中斷，仍然可以通行，哪怕道路再窄、再堵、再慢、再貴、再不舒服，哪怕旁邊還有其它條件更好的空閑道路可用，車輛也必須沿著RIP的既定線路“一條胡同走到黑，不見棺材不落淚”（見圖5中的紅色線路）。而這股勁頭兒其實和靜態路由是很相似的，即只有在等到線路完全中斷的情況下，才會另謀出路。

圖6 RIP動態路由按跳（路口）數選擇路程較遠的第一條線路

圖8 天地混合通信網絡中的RIP動態路由

而在OSPF中，即使道路尚未中斷，但已有些擁堵，司機也會馬上尋找其它代價較小的線路，另辟蹊徑繼續行進。而只要在出發地和目的地之間存在著可以通行的線路（即可用路徑），OSPF就一定能夠完成任務，保證把乘客多快好省地送到目的地（見圖9中的黃色線路）。

如果仍以前述天地混合通信網絡為例，在正常狀態下，OSPF通過綜合考慮會自動地選擇代價較低的地面光纖通信鏈路傳輸用戶的IP業務（見圖10），除非地面光纖通信線路出現了很大的問題，如嚴重阻塞或者斷路等，從而使其代價高于了衛星通信鏈路為止。

四、路由和網絡結構

坐了半天車，轉得暈暈乎乎的，可這和我們要聊的話題——“從路由看網絡”又有什么關系呢？細心的讀者可能已經看出一些端倪，那就是靜態路由的公交車一般都只用于點到點的交通，而動態路由的出租車則能夠支持多點到多點。

那么，在衛星通信中，什么樣結構的網絡用靜態路由即可，而什么樣的則需要用動態路由呢？聯想一下馬路交通，那就是目的地明確唯一的網絡，如點到點和星狀網，用靜態路由就夠了；而目的地并不唯一的網狀網則最好使用動態路由。

點到點和星狀網

如圖11所示，很明顯，在點到點的衛星通信中，從一個站點發出的信息一定是傳送到另一個站點（其實嚴格地講，點到點并不能被視作網絡）；而在星狀的衛星通信網絡中，從VSAT遠端站發出的信息也都是肯定要傳送到中心站的。所以，無論是點到點，還是星狀網，對于VSAT遠端站來說，其目的地都是明確的和唯一的，因而線路和路由也就非常簡單，用靜態路由足以，并不需要什么動態路由[6]。

圖9 OSPF動態路由

圖10 天地混合通信網絡中的OSPF動態路由

圖11 點到點通信和星狀網通信

這里不妨引用人民郵電出版社出版的《TCP/IP路由技術》一書中翻譯得不太順口兒的一個片段：“靜態路由選擇的最大缺陷是管理困難。這對于存在許多可選路由的中型和大型網絡來說是真實的，但對于幾乎沒有可選路由的小型網絡來說就不適用了。……在較小的網絡中很流行星型（huband-spoke）拓撲。……對于這種網絡來說，十分適合使用靜態路由選擇協議。在中心路由器上為每個分支上的路由器配置一條靜態路由，而在每臺分支路由器上配置一條指向中心路由器的缺省路由，這樣網絡就可以工作了。”[7]

網狀網

相比之下，網狀網就要復雜得多。在一個真正的網狀網中[8]，包括中心站和VSAT遠端站在內的所有站點均可在物理的通信鏈路上同時通過衛星單跳直接互通。這時，在每個站點中都有一個網狀路由表，存儲著從該站點到達其它所有站點的路由信息（圖12）。這樣，在從用戶的應用設備那里收到各式各樣的IP包后，每個站點就會首先解析一下這些IP包中的目的地址，通過路由表查詢和確定一下這些IP包應該被發送到哪些目的地站點，然后再在不同的頻率和/或時間上發射相應的載波，從而使其在發送不同的IP包時都能夠做到有的放矢。

如果全網站點較少，比如只有三五個，在每個站點手動地、逐條地輸入IP路由信息，建立靜態路由表也還是可以的。但是如果網絡規模較大，有幾十甚至幾百個站點，卻還用靜態路由技術逐站建立路由表和逐條錄入路由信息的話，全網的工作量，以及日后的維護量將會十分巨大！

而且，當網絡發生變化，比如臨時組網開展應急通信，需要增加、減少或修改若干站點，從而引起網絡結構以及路由關系發生變化時，如果還是用人工的方法，手動修改和更新路由表的話，不僅工作量大，而且還十分耗時、緩慢，并且極易出錯，很難滿足應急通信的需要。

圖12 全網狀網通信

附圖1 星狀網、部分網狀網和全網狀網

在這里，不妨再引用《TCP/IP路由技術》一書中的一段精彩而重要的論斷：“在閱讀完動態路由選擇協議的顯赫細節之后，留下的印象一定是動態路由選擇協議比靜態路由選擇協議好。動態路由選擇協議的主要任務是自動監測和適應網絡拓撲的變化，記住這一點很重要。”[8]

所以說，智能的、能夠自動更新路由表的動態路由技術是支持真正的網狀網，尤其是大型網狀網的最佳選擇。而是否具有動態路由功能，則可以作為判斷一個VSAT系統是否支持真正的網狀網的一個簡單而有效的方法[9]。

結語

所以，如果以后再聽說某某廠家宣稱其VSAT系統支持網狀網的話，就不要再只簡單地看其VSAT遠端站之間是否能夠通過衛星單跳互通，而是還要再看一下該系統是否具有RIP或OSPF等IP動態路由功能，就大概知道“To be,or not to be.”了。

注釋

[1][6]在某些TDM/TDMA星狀衛星通信系統中也有動態路由，這是因為在這些星狀網的實際應用中，有的VSAT遠端站之間也要互通，存在著“網狀”的通信需求，所以也需要動態路由功能來支持。不過，基于TDM/TDMA體制的這種“網狀”通信，要么通過主站轉發和衛星雙跳實現，要么通過在VSAT遠端站中插入TDMA解調器實現，其本質與純TDMA系統中天然的網狀網還是有很大差別的。有關具體分析可參閱《純TDMA和TDM/TDMA網絡比較》和人民郵電出版社出版的《TCP/IP路由技術》等技術文件和書籍。

[2]可能有些人看到VSAT設備上有RJ-45局域網接口，就以為該VSAT設備就具備IP網絡功能，但這卻有可能是另一“迷人”之處。至于“To be,or not to be.”，則又是一個值得考慮的問題。這里不妨暫且擱下，留待日后再議吧。

[3]通過采用浮動靜態路由（Floating Static Route）技術，靜態路由也能夠為主用路由提供冗余的備份線路，從而在一定程度上支持路由的自動備份。但這仍需要手工配置，故相比于動態路由技術，其智能化程度還是很低的。

[4]RIP的英文全稱為Routing Information Protocol，譯作“路由信息協議”，是一種基于距離矢量的路由選擇協議。

[5]OSPF的英文全稱為Open Shortest Path First，譯作“開放最短路徑優先”，是一種基于鏈路狀態的路由選擇協議。

[7][8]節選自人民郵電出版社出版的《TCP/IP路由技術》（第一卷）（第二版）第5.4節“靜態或動態路由選擇”。原作者為美國的Jeff Doyle和Jennifer Carroll，譯者為葛建立和吳劍章。

[9]文中反復提到“真正的網狀網”，是因為這里有一個前提，就是所有的站點均可通過衛星單跳同時互通的網絡才叫真正的網狀網（或全網狀網）。比如純TDMA或MFTDMA系統，就可以在每個站點只配備一個Modem的情況下實現天然的全網狀網。

如果不是所有站點都能夠通過衛星單跳同時互通，而是只有若干站點在某一段時間內部分互通，則不能算作是真正的網狀網，而只能叫作部分網狀網。比如采用SCPC（單路單載波）或MCPC（多路單載波）技術組建的VSAT網絡就往往是部分網狀網。

當然，SCPC或MCPC的VSAT系統也可以搭出一個全網狀網。但由于其FDMA頻分多址的本質未變，仍然是基于點到點的連接，所以需要在每個站點疊加N個Modem或N個解調器，在每個站點配置N條（在全網則為N×N條）靜態路由，然后在全網再發射N個甚至N×N個載波，故其代價無論是在衛星上，還是在地面上都是相當巨大的，與TDMA或MF-TDMA系統中天然的全網狀網有著很大的差別。