摘要：该文通过分析各种内部路由协议的特点，结合校园网络情况提出应优选OSPF协议。针对OSPF协议的特色区域划分优势设计出一种有利于校园网稳定运行的网络拓扑结构。 关键字：校园网；路由协议；OSPF
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2012）28-6671-02
路由的权威定义是网络信息从信源到信宿的路径。路由过程是指网络设备从一个接口收到数据包后根据其目的地址进行定向和转发至下一接口，这里的网络设备包括路由器、三层交换机和防火墙。有三种方式可产生路由：一是无需配置自动生产的直连路由，二是需手动配置的静态路由，三是有动态路由协议发现和学习到的路由。动态路由协议分外部路由协议和内部路由协议两种，外部路由协议适用于多个自治系统或域间的路由信息交换，其代表BGP一般应用于网络服务商内部；内部路由协议适用于局域网内部，例如RIP、OSPF等都可用于组建校园网内部路由信息。根据校园网建设规模和网络拓扑情况，从中选取合适的路由协议，对整个校园网和校园信息应用系统的稳定运行具有重要意义。
1 内部路由协议比较
现今常见的内部路由协议有RIPv2、OSPF和EIGRP。这些路由协议的作用都是生成局域网内部路由信息表，并保持动态维护和更新。怎样选择合适的路由协议？需要参考路由协议的五项主要性能指标：路由协议计算方法正确性、路由收敛速度、路由协议占用的系统开销、路由协议自身安全和路由协议适用的网络规模。
1.1 计算方法正确性
路由协议计算的正确性指路由协议所采用的算法是否可靠。错误的静态路由配置会导致产生浪费大量网络带宽的路由环路，某些动态路由协议在特定环境中也会产生路由环路，优秀的路由协议算法应有避免环路机制。RIPv2采用的是距离矢量算法，虽然启用路由毒化、抑制时间和触发更新可降低产生环路的概率，但仍然无法避免距离矢量算法容易产生路由环路的缺陷。OSPF使用基于Dijkstra的链路状态算法，此类算法杜绝了产生路由环路的可能。EIGRP使用结合了距离矢量和链路状态的弥散修正算法（DUAL），同样可有效避免环路。
1.2 路由收敛速度
路由收敛指局域网中所有网络设备的路由表达到一致。快速收敛意味着当网络拓扑结构变化时，网络设备能很快感知并更新变化的路由信息。RIPv2采用周期性广播（30秒）更新路由信息，固定广播更新周期导致较慢的收敛速度。OSPF和EIGRP采取不定周期的组播在局域网中维护所有网络设备路由表信息的统一，同时在发现路径信息改变时立即触发路由信息更新，这种触发更新机制带来快速路由收敛。
1.3 系统资源消耗
运行路由协议需要占用CPU、内存等系统资源，最终的路由信息由局域网中所有网络设备并行运算和协商后的结果，这里的系统资源指局域网中所有网络设备的系统资源。相比较链路状态算法，基于距离矢量算法的RIPv2路由协议具有消耗系统资源少的优势。虽然OSPF多个数据库加上复杂算法占用较多的系统资源，但对用于网络汇聚与核心层的网络设备，此类用于计算路由的系统开销对正常的信息数据传输交换几乎没有影响。
1.4 自身安全性能
各网络设备协商路由信息时有数据交换，路由协议安全性是指交换相关数据过程中是否有防数据篡改等攻击的性能。除已淘汰的RIPv1和IGRP，目前常见的RIPv2、OSPF和EIGRP路由协议都具有基于MD5摘要算法的认证功能。
1.5 适用网络规模
路由协议适用网络规模和拓扑略有差异，RIPv2协议在设计时有最大15跳的限制，所以适用于中小规模网络，与距离矢量算法有关的EIGRP协议同样不适用于大型网络。受益于区域划分机制，OSPF协议可应用在多达几百台网络设备组成的大型网络中。
2 路由协议的选择
综合比较这五项路由协议主要性能指标，如图1所示，不难得出这样的结论：大型网络应优选OSPF路由协议、而中小型网络可选择OSPF和EIGRP路由协议。EIGRP路由协议是思科网络公司的私有协议，与其他品牌厂商的网络设备不兼容。当网络整体改造升级时统一采购思科设备的情况下才可以考虑使用EIGRP协议。
图1 各路由协议性能比较
十多年前，国内院校开始出现校园网。当时校园网都是小型局域网，只覆盖信息计算中心和网络机房。而现今的校园网都是从当年的小型局域网发展而来，或多或少保留并使用着当年的一些网络设备甚至是路由协议。不论全校网络是否升级改造，选配思科品牌作为替代全校所有网络设备的可能性很小。现今国内高校经过兼并重组和发展，基本拥有两个以上的校区。每个校区内的校园网已然扩张覆盖到整个校园，整个校园网属于大型局域网。根据上述两点实际情况并参考各常见路由协议的性能，OSPF是校园网内部路由协议的最佳选择。
3 OSPF路由协议工作机制
OSPF协议工作过程主要有四个阶段：首先使用组播形式发送Hello包来寻找网络中可与自己交互链路状态信息的周边路由器，组播有利于提高网络使用效率，减少对其他无关OSPF网络设备的影响。可以交互链路状态信息的路由器互为邻居。其次是建立邻接关系。所有路由器仅与DR/BDR（制定路由器/备份制定路由器）建立邻接关系，若网络中未选举出DR/BDR，则先进行选举。DR负责用LSA（链路状态公告）描述该网络类型及该网络内的其他路由器，同时也负责管理他们之间的链路状态信息交互过程。若DR失效，BDR立刻取代DR功能，选举DR/BDR机制可实现网络快速收敛。当建立可靠邻接关系后才相互传递链路状态信息。再次是各路由器建立LSA，建立邻接关系的OSPF路由器之间通过交互LSA，最终形成包含网络完整链路状态信息的LSDB（链路状态数据库）。OSPF路由器采用增量更新的机制发布LSA，即只发布邻居缺失的链路状态给邻居，避免了类似RIP协议发送全部路由信息带来的网络资源浪费问题，还保证了路由器之间信息传递的可靠性，有利于提高收敛速度。最后各路由器依据LSDB结合路由器之间路径开销用最短路径优先算法计算出路由。由于OSPF区域内的路由器对整个网络的拓扑结构有相同认识，所以计算出的路由不会产生环路，而使用最短路径优先算法计算出的路由，合理的将路由选择和网络能力挂钩。 4 OSPF路由协议特色优势
为提高校园网运行的可靠和稳健性，网络建设和升级改造应考虑网络拓扑和路由协议的冗余热备能力。给校园网中所有网络设备都配置冗余热备链路，理论上可行，实际应用上难度较大。目前适合的方案是：每个校区的校园网选择采用以星型为主的网络拓扑结构。拥有ISP出口和大型机房的主校区设置网络核心与汇聚。每个分校区也有网络汇聚，通过租用光缆将所有汇聚与核心设备以环形网络拓扑结构相连。这里的环形网络只是个物理环路，实现链路冗余备份需要结合路由协议对与物理环相连的两个端口设置不同的路由优先级。为了方便校园网区域管理和减少路由信息复杂程度，可将具备冗余热备功能环形网络设置为主要区域，其余各校区内的网络定义为非主要区域。OSPF路由协议恰好支持此类功能。
OSPF提出的分区域管理是为了解决由于网络规模不断扩大带来的较大系统资源消耗。OSPF可将一个大局域网分为几个小的区域（Area），网络设备仅需要在自己区域内相互建立邻接关系并共享统一的链路状态数据库。原来整个大型局域网的庞大链路数据库就会按区域划分为几个小数据库，并在自己的区域内进行维护。这种区域划分机制不但降低系统资源消耗，而且提高网络资
源利用率。OSPF区域划分后，路由信息通信分为区域内和区域间两种，为有效管理区域间通讯，需要定义一个骨干区域（Area 0）来汇总每个区域的网络拓扑路由到其他所有区域。所有区域间通信都必须通过骨干区域，所有非骨干区域都必须与骨干区域相连，非骨干区域之间不直接交换数据。介于骨干区域和非骨干区域之间的网络设备是区域边界网关，同属于骨干区域和非骨干区域。在环形主干校园网方案中，各校区的汇聚交换机承担区域边界网关角色，如图2所示。
5 结论
OSPF路由协议不是网络的唯一选择，类似其他内部路由协议，OSPF也有缺陷。OSPF不支持多路由动态负载均衡（EIGRP支持），配置动态负载均衡需要结合手动配置路由信息优先级或借助相关专业网络设备。同时OSPF没有把相邻网段路由信息自动汇总的功能（RIP和EIGRP支持），路由信息汇总需要由网络管理员人工配置。瑕不掩瑜，经过多年市场洗礼，由Internet工程任务组开发的OSPF已然成为大中型局域网内部路由协议的最优选择，小型局域网一样可以使用OSPF路由协议。
网络拓扑简单，规模不大，特别是没有冗余热备链路的校园网除了可选OSPF内部路由协议外，还可以选择配置静态路由。正确配置的静态路由同样可以保障平稳的网络运行，且不占用任何系统开销。物理链路正常情况下，静态路由配置立刻生效，不存在收敛时间。静态路由同样被所有厂商网络设备支持。
参考文献：
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