多點雙向路由重發(fā)布潛在問題研究

朱壯普

(山西職業(yè)技術學院 計算機工程系,山西 太原 030006)

0 引言

隨著社會經濟的飛速發(fā)展,企業(yè)的收購重組已成為常見的市場行為,隨之而來的是企業(yè)網絡的合并。因合并前都有各自的網絡體系架構,若重新統(tǒng)一規(guī)劃設計,必然要投入大量的工作。路由重發(fā)布是網絡合并中首選的技術方案,只需要在兩側對接的設備上進行路由重發(fā)布操作,便可實現(xiàn)互通互連,且無需改變各自的網絡架構。路由重發(fā)布技術的實施需要詳細分析網絡的通信需求,并針對潛在的問題進行優(yōu)化設計,保證網絡運行的穩(wěn)定。

1 多點雙向路由重發(fā)布潛在問題

多點雙向路由重發(fā)布會造成次優(yōu)路徑和路由環(huán)路等問題,嚴重影響網絡的通信。造成這些問題的根本原因是路由的域間循環(huán),即路由從起始路由域通告到另一個路由域后,又被通告到起始路由域[1]。

1.1 次優(yōu)路徑

次優(yōu)路徑是指因循環(huán)通告路由導致的低效路徑的選擇,降低了通信效率。如圖1所示,圖中有兩個路由域,分別是RIP路由域和OSPF路由域,R2和R4充當路由重發(fā)布節(jié)點,在R2和R4配置路由雙向重發(fā)布后,發(fā)現(xiàn)R4到達子網10.10.10.1/32的路由并沒有選擇最佳的下一跳指向R1的路徑,而是選擇了下一跳指向R3的穿越OSPF路由域的次優(yōu)路徑。

問題的本質是路由選路機制導致的。路由器通過路由協(xié)議會學習到去往各個目標網絡的最佳路徑,然后添加到路由表中。當去往同一個目標網絡有多個路由源時,首先比較路由源的AD(管理距離)值,AD值越小,路徑優(yōu)先級越高;若AD值相同,即路由源相同,則比較度量值,度量值越小,路徑優(yōu)先級越高;若度量值也相同,則會出現(xiàn)負載分擔路徑,一起添加到路由表。

結合選路原則,我們分析圖1中次優(yōu)路徑產生的過程:

圖1 次優(yōu)路徑Fig.1 Suboptimal path

1)R1通過RIP協(xié)議將10.10.10.1/32路由通告給R2和R4,R2和R4都會獲得一條去往10.10.10.1/32的下一跳為R1的RIP路由。

2)R2配置了路由重發(fā)布,會將通過RIP協(xié)議學習到的10.10.10.1/32路由以5類LSA的方式通告到OSPF路由域中,R3會學習到10.10.10.1/32的OSPF外部路由,同時通告給R4。

3)R4收到了分別來自R1和R3的去往同一個目標網絡10.10.10.1/32的兩個路由,依據選路規(guī)則先比較AD值,OSPF協(xié)議AD值(110)小于RIP協(xié)議AD值(120),所以R4認為路由源為OSPF的路徑優(yōu)先級更高,從而將該路徑添加到路由表中。很顯然R4去往10.10.10.1/32 的路徑選擇R4-R1更合理。事實上，R4選擇的路徑是R4-R3-R2-R1,這樣次優(yōu)路由就產生了。

4)同理R2上也會出現(xiàn)去往10.10.10.1/32的次優(yōu)路徑。

1.2 路由環(huán)路

路由環(huán)路是指到達某個目標網絡的路由在相關路由設備上的轉發(fā)路徑構成了環(huán)路,造成IP數(shù)據包的循環(huán)傳遞,直至TTL值減為0為止,嚴重消耗了系統(tǒng)資源和通信資源,導致通信效率低下，甚至通信中斷[2]。路由環(huán)路存在兩種情形,一是匯總路由環(huán)路,二是子網路由環(huán)路,下面就兩種情形分別進行分析：

1.2.1匯總路由環(huán)路

圖2中,R2和R4依然充當路由重發(fā)布節(jié)點。在路由域RIP的R1設備上掛接1.1.1.1/32-1.1.1.4/32四個子網路由。若為簡化路由條目,提高路由轉發(fā)效率,RIP路由域中的路由器開啟路由自動匯總功能。結合選路原則,分析匯總路由環(huán)路產生的過程。

圖2 匯總路由環(huán)路Fig.2 Summarize routing loops

1)R2收到R1發(fā)來的1.0.0.0/8的匯總路由,添加到路由表,下一跳指向R1(10.10.12.1),同時向OSPF路由域中發(fā)送5類LSA的外部路由通告。

2)R3通過R2學習到了1.0.0.0/8的外部路由,下一跳指向R2(172.16.23.2),同時向R4發(fā)送1.0.0.0/8的5類LSA的路由通告。

3)同樣,R4通過R3學習到了1.0.0.0/8的外部路由,下一跳指向R3(172.16.34.3),并將該路由發(fā)送給R1。

4)R1從R4收到該匯總路由,雖然1.0.0.0/8路由起源于R1,但發(fā)送接口和接收接口并非同一接口,并沒違反RIPv2默認開啟的水平分隔原則。因此,R1會將1.0.0.0/8添加到路由表,下一跳指向R4(10.10.14.4)。

我們通過4臺路由器的路由表可以發(fā)現(xiàn),關于1.0.0.0/8路由的轉發(fā)路徑構成了一個環(huán)路(R1—R2—R3—R4—R1……)。在訪問1.1.1.1/32至1.1.1.4/32時,并不存在問題,因為R1上存在這4個子網的明細路由,能夠精確匹配,不會按照匯總路由轉發(fā)。然而當訪問其它的1.0.0.0/8的子網(如1.1.1.5)時,在R1上無法匹配明細路由,會按照1.0.0.0/8的匯總路由轉發(fā),這樣就構成了如圖2所示的通信環(huán)路。當然環(huán)路的方向也可能相反,取決于R2和R4路由器RIP協(xié)議啟動的先后順序。

1.2.2子網路由環(huán)路

如圖3所示,在圖1的基礎上,R2和R4之間連接了兩條鏈路,分別歸屬于RIP路由域和OSPF路由域,R2和R4依然充當路由重發(fā)布節(jié)點。

圖3 子網路由環(huán)路Fig.3 Subnet routing loop

我們來分析環(huán)路產生的過程:

1)R4從R1獲得一條10.10.10.1/32的RIP路由,路由傳遞經歷了1跳,度量值為1,下一跳指向R1(10.10.14.1),同時將該路由以5類LSA的方式通告到OSPF路由域。

2)R2會分別從R1、R4學習到10.10.10.1/32的路由,考慮到AD值,R2會選擇來自R4的OSPF外部路由加入到路由表,下一跳指向R4(172.16.24.4),同時將該路由引入到RIP路由域中。

3)R4又從R2獲得了一條去往10.10.10.1/32的RIP路由。如果R2在RIP協(xié)議下配置引入OSPF路由的度量值為1(redistribute ospf 1 metric 1)時,那么R4就會存在兩條去往10.10.10.1/32 的RIP等價路徑,下一跳分別指向R1(10.10.14.1)和R2(10.10.24.2),而R2的10.10.10.1/32路由的下一跳指向R4(172.16.24.4),這樣就在R2和R4之間形成了去往10.10.10.1/32網絡的環(huán)路。

2 多點雙向路由重發(fā)布路徑優(yōu)化

根據前面的分析可以看出,導致多點雙向路由重發(fā)布路徑問題的原因是路由選路機制造成的路由在路由域之間反復循環(huán)。因此,解決該問題的關鍵是如何避免路由的域間循環(huán),常用的解決辦法有兩種,一種是設置路由的管理距離AD;另一種是采用路由標記進行路由過濾。

2.1 設置路由管理距離避免域間循環(huán)

簡單歸納路由重發(fā)布的原理,即在路由器上將A協(xié)議重發(fā)布到B協(xié)議中,只發(fā)布路由表中A協(xié)議標記的路由以及運行A協(xié)議的接口網段。結合圖1我們可以看出,重發(fā)布節(jié)點R4上將從RIP路由域中引入的路由10.10.10.1/32,又以OSPF路由形式重發(fā)布到RIP路由域中,因為在R4路由表中，該路由是以AD值更小的OSPF路由形式出現(xiàn),那么我們可以在R4上將10.10.10.1/32的OSPF外部路由AD值設置為大于120(RIP協(xié)議AD值),使得R4上關于10.10.10.1/32的路由不以OSPF形式出現(xiàn),自然不會被重發(fā)布到RIP路由域中,這樣就避免了域間循環(huán)。

事實上,OSPF協(xié)議支持對域內、域間及外部路由進行AD值的設置,其操作命令為:

distance ospf {externalad-value} {intra-areaad-value}{inter-areaad-value}

花括號中分別是對外部路由、域內路由和域間路由進行AD值設置。

在具體操作中,只需要調整OSPF外部路由的AD值，即可避免RIP-OSPF域間循環(huán)問題,切不可將全部OSPF路由AD值都設置為大于120,否則就會出現(xiàn)同樣的路徑問題。如圖4所示,我們將OSPF的外部路由AD值設置為130,則在R4上只出現(xiàn)AD值更小的子網X的RIP路由,就可以避免X子網路由再從OSPF路由域發(fā)布到RIP路由域。

基于此思路,可以概括此方案適合于以下的多路由域環(huán)境中:

1)至少一種路由協(xié)議支持外部路由AD值修改;

2)假設多路由域由A、B協(xié)議構成,且A協(xié)議支持AD值修改,要滿足A協(xié)議內部路由AD < B協(xié)議AD < A協(xié)議外部路由AD。

圖4 修改AD值避免路由域間循環(huán)Fig.4 Modifying AD values to avoid routing inter-domain loops

常見的多路由域環(huán)境如RIP-OSPF、RIP-EIGRP、OSPF-EIFRP就符合上述情況。

2.2 使用路由標記進行過濾以避免域間循環(huán)

這種解決方案的思路是,設定一個路由標記值,用來標示來自高AD值路由域的路由,這些標記會隨路由一起傳遞到低AD值的路由域中。當標記路由從低AD值路由域回傳到高AD值路由域時將其過濾,以避免路由域間循環(huán)[3]。

如圖5所示,RIP路由域中的子網X路由通過R2傳入到OSPF路由域中時,給其設定一個標記值。當其通過R4回傳到RIP路由域時,R4對標記值識別，并進行路由過濾,這樣就避免了子網X路由的域間循環(huán)。當然子網X路由的反方向傳輸也需要同樣的設置，即在R2和R4上需要同時對子網X進行標記,同時在其回傳到RIP路由域時，將其過濾掉。

這種方案涉及到兩個技術環(huán)節(jié),一是路由標記;二是路由過濾。路由標記采用route tag或route-map(路由映射表)實現(xiàn),路由過濾是通過distribute-list(分發(fā)列表)來實現(xiàn)。distribute-list配置在路由協(xié)議下,本身不具備過濾功能,具體過濾哪些路由是由它所調用route-map、ACL或IP前綴列表等工具來定義的。

結合圖1拓撲,在R2和R4上采用route tag工具對引入到OSPF路由域中的RIP路由進行標記,標記值設置為120。使用route-map工具定義過濾的路由范圍,并在OSPF路由引入到RIP路由域時，濾掉所有標記為120的路由。

圖5 過濾標記路由避免路由域間循環(huán)Fig.5 Filter tag routing to avoid routing inter-domain loops

具體配置如下:

router ospf 1

redistribute rip subnets tag 120 ①

network 172.16.0.0 0.0.255.255 area 0

distribute-list route-mapFilter-tag120 in ②

route-mapFilter-tag120 deny 10 ③

match tag 120

route-mapFilter-tag120 permit 20

說明:

1)在OSPF協(xié)議下引入的所有RIP路由都標記為120;

2)distribute-list調用路由映射表Filter-tag120,OSPF只重發(fā)布Filter-tag120中包含的路由;

3)定義路由映射表Filter-tag120,匹配除了路由標記為120的所有路由。

需要注意的是,route-map定義了兩條規(guī)則,即deny 10和permit 20。前者子語句match tag 120代表匹配標記為120的路由,即所有從RIP路由域中傳過來的路由,動作為deny(拒絕)。后者無子語句,代表匹配所有路由,動作為permit(允許)。兩者綜合起來所定義的路由范圍就是除了路由標記為120的所有其它路由。

R2和R4都采用上述配置后就解決了次優(yōu)路徑問題。圖6、圖7為R2、R4優(yōu)化后的路由表。當然將此方法應用到圖2、圖3拓撲中同樣可以解決環(huán)路問題。

圖6 優(yōu)化后的R2路由表Fig.6 Optimized R2 routing table

圖7 優(yōu)化后的R4路由表Fig.7 Optimized R4 routing table

3 結束語

路由多點雙向重發(fā)布問題是由路由選路機制所致,造成了路由的域間循環(huán)。這些問題具有一定的隱蔽性,產生次優(yōu)路徑依然能夠通信,而路由環(huán)路需要特定的通信才能觸發(fā),所以容易被網絡工程師忽視,進而引發(fā)了相應的通信問題。

文中基于兩個路由域,對多點雙向重發(fā)布問題進行了闡述,分析了問題產生的原因,并歸納出了常規(guī)的解決方案。值得注意的是,兩種方案在實施上都存在著局限性,如路由過濾技術在應用上可能會導致原有路徑的負載均衡、路由備份等不再有效。實際工程中，尤其是面臨更為復雜的多區(qū)域環(huán)境,在技術應用上需要綜合考慮。