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摘要 随着国内宽带城域IP网建设的不断深入，为了构建一个电信级的可运营的宽带城域IP网，首当其冲的就是要处理好网络的路由政策和用户服务质量问题。本文就这些问题做扼要探讨，以期起到抛砖引玉的作用。
目前，国内宽带城域IP网的建设此起彼伏，如何才能构建一个电信级的可运营的IP网是一个非常值得探讨的问题，在IP网的建设过程中，不仅要组建合理的硬件平台，考虑业务类型、网络容量、网络拓扑结构等因素，确定网络结构、规划链路带宽，而且还要集中精力搞好IP网的软件平台建设，包括路由政策、IP地址的分配、服务质量、网管系统与计费系统等内容，由于篇幅所限，本文主要就宽带城域IP网的路由政策、服务质量和MPLS TE等问题展开扼要讨论。
路由策略合理与否是城域IP网能否高效稳定运行的关键。依据不同的应用范围，可以将路由协议划分为内部网关路由协议（IGP）和外部网关路由协议（EGP）两种，当然也可以根据自治域（AS）将路由协议划分为域内路由协议（IGP）和域间路由协议（EGP），其中，IGP用于AS内路由器之间交换路由信息，主要有RIP、OSPF、IS-IS等，EGP则用于AS间的路由器交换路由信息，主要有BGP协议。
1、自治域
自治域（AS）是具有自己独立的选路策略的管理区，也就是说，AS是IP网中根据路由配置的要求，通过单一核心网关连入骨干网络，独立管理的一组路由器和网络的系统。AS是通过AS号来划分的，AS号分公有AS号和私有AS号两种。在城域IP网规模较大时，可考虑向有关部门申请自己的AS号（公有AS号或私有AS号均可），并通过国内国际互联网向外广播。一般来说，整个城域IP网应该为一个单一自治域，这样可以在全网采用一致的路由政策和一致的管理，同时也便于目前MPLS等相关技术的实施。
2、IGP的选择和设计
内部网关路由协议在城域IP网中起着连通节点、选径和自动迂回的作用。IGP协议可以分为两大类：一类是距离矢量协议，如RIP和IGRP；一类是链路状态协议，OSPF和集成IS-IS。目前可用于大规模的IP网络同时又属于开放标准的域内路由协议主要是OSPF和集成IS-IS，它们均是基于链路状态计算的最短路径路由协议，均采用Dijkstra最短路径算法，而且均在大型IP网络上获得过成功的应用。
2.1 IS-IS
IS-IS（Intermediate System to Intermediate System）即中间系统到中间系统，最初用于ISO无连接网络协议（CLNP）的网络中，其中一个版本支持CLNP网络和IP网络，因此，这一版本常称为集成IS-IS（In-tegred IS-IS），或双重IS-IS（Dual IS-IS）。
IS-IS可以将一个路由域或者一个AS划分为多个区域（Area）。为了简化路由器的设计和操作，IS分为L1 IS、L1/L2 IS和L2 IS（如图1所示）。其中，L1 IS只和同一Area中的L1 IS、L1/L2 IS相通信，L2 IS只和同一Area中的L2 IS、L1/L2 IS相通信。L2 IS在L1 Area之间进行路由，并组成一个域内的路由选择的骨干网。分层路由选择简化了主干网的设计，因为L1 IS只要知道如何到达最近的第二层IS即可，而且主干网的路由选择协议可以在不影响Area内路由选择协议的情况下进行。
图1 IS-IS Area的划分示意图
需要注意的是，在规划和设计城域IP网时，如果采用IS-IS路由协议，则最好保证所有的L2路由器都处于连通状态，因为有的厂商的路由器不支持Virtual Link功能。
2.2 OSPF
OSPF路由协议是由IETF IGP工作小组提出的，是一种基于SPF算法的路由协议，目前使用的OSPF协议是其第二版，定义于RFC 1247和RFC 1583。
OSPF可以将一个路由域或者一个AS划分为多个区域（Area），但只能有一个主干域（Area 0），外围的节点子域（Area N（N＞0））则可以有多个，但Area N必须与Area 0相连。通过域的划分可以将整个OSPF路由域划分为主干层和节点层两部分，实现路由的分层连接结构，减少由于路由端口的不稳定或广域网链路的不稳定而造成的路由振荡，减少网络中链路状态数据包在全网范围内的广播，减少网络开销，提高网络带宽的利用率。
需要注意的是，OSPF Area的分界处与IS-IS不同，IS-IS Area的分界点是链路，而OSPF Area的分界处在路由器上，如图2所示，因此路由器上的某些接口在一个Area内，而另一些接口在其他Area内，当一个OSPF路由器的接口分布在多个Area内时，这个路由器就被称为边界路由器（ABR）。
图2 OSPF Area的划分示意图
此外，在OSPF协议中，如果主干域Area 0内的路由器非直接连通或Area N与Area O非直接物理连通时，可以通过Virtual Link的方法加以解决，这一点与IS-IS不同，不过，在实际工程中很少有人这么做。
2.3 IGP设计准则
在进行城域IP网的IGP路由设计时，如果网络的规模较大，则采用两层的IS-IS路由协议较好；如果网络的规模不是很大（比如小于50台路由器），则采用IS-IS和OSPF都可以，在性能上无太多差异，此时一般建议建议使用一层的IS-IS结构（Level 2）或OSPF主干域（Area 0）结构，以实现动态的最短路径路由选择。作为网络主干，将所有骨干层、汇接层的路由器都做为IS-IS Level-2路由节点，每个节点在不同的Area，则每个骨干层节点和汇接层节点路由器都具有整个城域网的IS-IS路由表，从而避免了在骨干网络中使用默认路由，杜绝了网络路由黑洞的产生；或者将所有骨干层、汇接层的路由器都做为OSPF主干域路由节点，所有节点都在同一个Area内。
要注意的是，IGP路由只用来建立城域IP网骨干层和汇接层路由器之间的路径，确保这些路由器之间的通道畅通和可靠，Internet路由和用户路由信息禁止加入IS-IS路由计算，以防路由振荡。
在进行城域IP网的规划和设计OSPF路由时，应遵循以下原则：
OSPF逻辑域的划分和物理区域的划分尽量一致；
每个Area的路由器一般不超过50～100个；
一个ABR（域边界路由器）最多连接5个Area。
在进行城域IP网的IS-IS路由设计时，非常重要的一点就是为IP链路设置相应的Metric值，由于城域IP网络的链路速度范围一般可从2M到STM-64c，在设置IS-IS的链路的Metric值时必须能区分链路的速度和吞吐能力。对于相同的链路来说，也可以提供不同的Metric来影响路由器的路由选择；以达到最佳的路径选择效果。下面给出一个IS-IS链路Metric规划示例。
3、EGP的选择和设计
BGP-4是目前域间路由协议的事实标准（RFC 1711），它是一种用来在AS之间传递选路信息的路径向量协议。两个运行BGP-4协议的路由器建立相互间传送协议的TCP连接以后，这两个路由器就成为相邻体或对等体。BGP连接建立之后，对等体之间首先交换各自路由表的全部信息。运行BGP-4协议的路由器不会定期发送路由选择更新信息，只有当路由表发生变化，才将发生变化的路由信息发送出去。因此BGP-4协议对网络的负荷影响不大。
按照使用区域的不同，BGP可分为IBGP和EBGP协议，其中，IBGP用于AS内部的域内路由信息的传送，而EBGP用于AS之间的域间路由信息的传送。
3.1 EBGP路由策略
在城域IP网内部，一般选择一两台出口路由器与广域IP网之间采用EBGP协议，以交换路由信息，广域IP网向城域IP网广播全Internet路由表，同时由城域IP网出口路由器接收全Internet路由表，以实现全网出口路由的动态的路由备份。在BGP路由策略上，宽带城域IP网只需要向外广播城域网内部BGP信息和宽带城域IP网的客户BGP信息，同时在广域IP网出口配置BGP路由过滤。
在EBGP的路由策略上，为了避免由于各方面原因引起的将其他运营商或ISP的错误路由信息广播进来，可以在边界路由器上设置显式路由准入控制机制，进行BGP路由的过滤，只允许正确的路由广播进来，此外，为了避免非对称路由的出现，需要根据实际运营情况来调整BGP的路径属性，从而调整网络的负载，并实现城域IP网出口流量的均衡。
3.2 IBGP路由策略
如果城域IP网是一个单独的AS，并且该AS域内存在多出口情况以及可能有采用BGP协议接入的用户时，为了提高全网路由的稳定性和可管理性，保证BGP路由的连通性和加快收敛速度，并保证网络结构的平滑过渡，以及MPLS/BGP VPN业务的开展，应考虑选用IBGP路由协议，以同步EBGP获得的路由信息，IBGP可以用来传送Internet路由、其他运营商路由以及用户路由信息。
由于IBGP采用面向连接的、点对点的连接方式来传送路由信息，因而对路由器资源的消耗较小，但同时也要求IBGP采用全网状连接方式，以确保城域IP网中的每个骨干路由器都能接收到全部路由信息，为了避免城域IP网内部做IBGP的全网状连接，减少骨干路由器需要处理的IBGP会话数，可以采用IBGP RR技术，根据相应原则（如地理区域）将整个城域IP网划为多个RR Cluster（为管理方便，还应为每个Cluster分配一个Clusetr_ID），同时，为了防止单点故障，每个Cluster应至少选择两台骨干路由器作为IBGP RR服务器，Cluster内的其他路由器都做为所属Cluster的客户。考虑到某些路由器的路由性能可能较弱，因而设置RR服务器只向这些路由器发送BGP默认路由，当这些路由器上有用户需要接收BGP全路由表时，可以通过EBGP多跳的方式与所属Cluster的RR服务器建立EBGP的Peer。每个Cluster内的IBGP客户只与RR服务器作为IBGP的Neighbor，同时所有Cluster的RR服务器做IBGP的全连接（见图3）。
图3 城域IP网的IBGP逻辑结构图
其中，IBGP RR服务器与客户的对应关系如下：
4、IGP和EGP的配合
BGP路由选择负责将下一跳指向边界之外，因此下一跳路由的解析与可达是由IGP路由协议确定的。IGP并不承载外界路由，它通过对下一跳的选径来控制到外界的数据流。为了提高网络的稳定性，在域内和域间路由协议之间不进行路由协议的互相注入。
5、多播路由协议的选择和设计
多播能力可以最大程度地节省网络带宽资源，它可以使同样的数据无需在网络中传送多次即可到达终端用户。多播的应用主要包括无线节目的发送、实时股票的发布查询、远程教学、网上娱乐和网络游戏等。
终端用户可以通过IGMP协议通知路由器其希望加入的多播组，路由器确定出每个多播组内的用户所在的位置。
对于城域IP网来说，一般可以选择PIM-SM作为域内多播路由协议，选择两个或更多个骨干节点作为PIM汇聚点RP，负责网内的多播源的注册服务，RP之间通过MSDP协议建立对等关系，在网络多播业务需求进一步增加的时候，可以增设多个RP，增加MSDP的对等关系。与客户的连接采用Multicast BGP协议，在同一个BGP进程内，分别传送单播和多播路由。
但是，目前多播技术缺乏大量应用的经验，而且多播网络技术难以提供有效的用户认证和计费手段，缺乏有效的手段保证服务质量、包括延时、丢失率和对异质链路的支持等。因而初期可以考虑在网络中的部分节点进行试验。
6、与用户路由器之间的路由策略
为了防止用户路由器由于网络的不稳定、定时开关设备或IP地址设置错误所引起的城域IP网的路由震荡或路由错误，IP网络的路由器与用户相连的端口不应参加IGP的运算，也就是说，不与用户端路由器通过IGP协议进行路由交换。因而需要对接入用户采用相应的路由策略，目前主要采用下述的两种路由策略。
6.1 静态路由
对绝大多数小规模用户接入来说，一种行之有效的路由策略就是：在用户端路由器设备采用默认路由（Default Route），与用户端路由器相连的局端路由器采用静态路由，并把用户路由信息广播到BGP路由。这样，可以避免用户路由波动对骨干路由造成影响。
6.2 BGP路由
对极少数自带IP地址的大型用户来说，可以采用EBGP方式与用户交换路由信息，采用BGP的Communities标识不同的BGP路由信息，方便业务的提供。
7、城域IP网的QoS设计
IP QoS也就是IP的服务质量，如何在城域IP网上提供丰富的、有QoS保证的业务正日益摆在各大电信运营商的面前。谁处理好了这个问题，能提供让客户满意的应用服务，谁就能在激烈的市场竞争中取得主动，占据广阔的市场空间。因而在规划和设计城域IP网时，应着重解决好IP网的QoS问题。
常见的IP QoS实现方法有IntServ和DiffServ方式，但简单的采用这两种方式来实现IP QoS会存在一个严重的缺陷，即IntServ和DiffServ的信令/配置与IP网中运行的路由进程相分离，因而在IP网络中可能会存在某条由路由协议（如OSPF、IS-IS、EIGRP、BGP-4）选择的、而RSVP/DiffServ无法找到相应资源的路径。因而要想实现真正的QoS，必须引入MPLS和流量工程（TE）技术，MPLS同时支持IntServ和DiffServ。
MPLS最有用的应用之一就是完成流量工程（TE）。流量工程简单地说就是在独立和缺省的路径上引导业务流量的能力，以实现在网络中平均分配网络业务量负荷，调度和利用全网资源，提供更大容量的传输能力，避免可能产生的瓶颈。MPLS被认为是解决流量工程的一个理想方案。它可以在任何数据链路上轻松地预定一个特定径流的非缺省显式路径。在MPLS环境中预定显式路径可以采用以下两种方法：
使用LDP建立一个通过LSR网络的显式选路式LSP（ER-LSP）；
使用RSVP和显式路由对象（ERO）及标签请求对象。
虽然目前的MPLS TE还有一些发展的局限性，但由于各个厂商一直致力于MPLS TE的开发和标准化，而且MPLS TE在某些条件下还是非常有用的。
使用TE隧道重新定向避开拥塞的链路；
物理链路失败时，利用MPLS TE可快速收敛；
多条路径的不均等负载均衡。
由于目前还缺少扩展性能良好的TE工具，因而建议暂时将MPLS TE应用在以下场合：
使用TE隧道重新定向以避开拥塞链路；
利用MPLS TE进行物理链路失败后的快速收敛。
8、结束语
由于城域IP网的规划与设计是一项综合性的网络系统工程，因而在实际建设中还需要考虑许多其他的重要问题，如业务支撑系统（如域名服务系统、网络同步系统和用户认证系统等）、网络管理系统以及计费系统等，限于篇幅，这里就不再一一赘述了。合理的网络路由政策是宽带城域IP网高效稳健的运行关键，而QoS的保证则是IP网走向成熟运营的象征，是IP网运营走出低谷的关键环节。本文主要就这两方面的问题展开讨论，希望能给广大工程设计人员和电信运营商在进行网络建设时提供一定的参考作用。
