企业骨干网高可靠性分析与设计

摘　要：论文提供了建立企业高可靠性骨干网的方法，对涉及到的主要路由协议，如：VRRP、OSPF、STP等，进行了说明和分析。

关键词：可靠性；骨干网；网络设计；VRRP；OSPF；STP
1  引言
　　根据国家标准GB-6583的规定，产品的可靠性是指：设备在规定的条件下、在规定的时间内完成规定的功能的能力。对于网络系统的可靠性，除了耐久性外，还有容错性和可维护性方面，涉及到网络通信设备、拓扑结构、通信协议等多方面因素。
　　在网络架构的设计中，充分保证整网运行的可靠性是基本原则之一。网络系统可靠性设计的核心思想则是，通过合理的组网结构设计和可靠性特性应用，保证网络系统具备有效备份、自动检测和快速恢复机制，同时关注不同类型网络的适应成本。构建可靠的网络，需要从耐久性、容错性以及可维护性三个方面进行网络规划设计。
2  高可靠骨干网的典型结构设计
　　大型企业网通常有较大的地理覆盖范围和较多的网络设备，根据这些设备所在的位置和其所影响的范围可将它们分别称为核心层设备、汇聚层设备和接入层设备，如图1所示。在网络的方案设计中，通常采用层次化的网络设计结构，不同层次解决不同级别的可靠性要求，网络层次越高其可靠性要求也越高。
　　在企业的核心骨干网里，各网络节点设备都担负着重要的业务，要进行大量的数据传输和处理，因此，对这些设备自身的可靠性有很高的要求。除设备本身的可靠外，还需要设备之间的热备份，只有这样才能避免单点故障的存在。
　　另外，合理的子网(VLAN)划分对整个网络的可靠、安全、性能以及管理有非常重要的影响。根据企业各部门的业务性质不同以及管理的需要，通常需要把企业网划分为多个VLAN，即多个逻辑上互相隔离虚拟网络。这些虚拟子网之间必须通过路由功能才能实现彼此之间的通信。

　　图1 高可靠企业网络的典型结构
　　每个虚拟子网都有一个中心交换机，并通过两条物理链路分别上连到核心交换机上，用于提高可靠性并实现链路负载均衡。在此基础上还必须正确选择并配置相关协议，才能使冗余的设备和链路相互配合、协同工作，真正成为无单点故障的高可靠性网络。图1所示是根据上述分析设计出来的高可靠企业网的一般典型结构。
　　需要注意的是，可靠性技术的实施并不是设备和链路的简单叠加和无限制冗余。否则，一方面会增加网络建设整体成本，另一方面还会增加管理维护的复杂度，给网络引入潜在的故障隐患。因此在进行规划时，应该根据网络结构、网络类型和网络层次，分析网络业务模型，确定基础网络拓扑，明确对网络可靠性最佳的关键节点和链路，合理规划和部署各种网络高可用技术。
3  高可靠网络路由协议选择与分析
　　在高可靠企业网的设计与实现中，通常要涉及到的3个重要的协议，分别是：VRRP(Virtual Router Redundancy Protocol)、OSPF(Open Shortest Path First)和STP(Spanning Tree Protocol)，正确选择并配置它们，是高可靠性网络设计的重要组成部分。
3.1 VRRP协议
　　虚拟路由器冗余协议VRRP[1]是一种容错协议，可以保证当主机的下一跳路由器失效时，及时的由另一台路由器来替代，从而保持通信的不间断性。VRRP的应用实际上是对网络可靠性和安全性要求的一种体现。
　　VRRP的运行是以路由器为基础，为了使VRRP工作，需要在路由器上配置虚拟路由器号和虚拟IP地址，同时产生一个虚拟MAC地址，这样在这个网络中就加入了一个虚拟路由器。对于运行在三层交换机上的VRRP，与路由器上的VRRP并没有本质的区别，因为虚拟IP和虚拟MAC地址是和网络接口绑定在一起的。
　　VRRP将网络中的一组路由器组织成一个虚拟路由器，称之为一个备份组。其中仅有一台设备处于活动状态，称为主用设备(Master)，其余设备都处于备份状态，并随时按照优先级高低做好接替任务的准备，称为备份设备(Backup)。
　　如图2所示，路由器Ra、Rb和Rc组成了一个备份组，一个备份组相当于一台虚拟路由器，虚拟IP为192.168.16.1。备份组内Ra充当Master设备，IP地址为192.168.16.2；Rb和Rc都充当Backup设备，IP地址分别为192.168.16.3和192.168.16.4。对于VRRP而言，只有Master设备才能转发以虚拟IP为下一跳的报文。

图2 VRRP原理图
　　内部网络中的所有主机仅仅知道该虚拟IP为192.168.16.1，而并不知道具体的主用或备用设备的IP，因此各主机都将缺省网关配置为该虚拟IP地址。于是，内部网络中的各主机就通过该备份组与外部网络进行通信。
　　Master路由器的VRRP模块监视通信接口状态，并通过组播方式向Backup路由器发送通告报文。如果Master路由器故障或链路出现问题，则会导致无法正常发送VRRP通告报文。当Backup路由器在指定时间内收不到VRRP通告时，备份组内的其它Backup路由器将会根据优先级高低选出一个路由器充当新的Master，继续向网络内的主机提供路由服务。因此，采用VRRP技术可以实现内部网络中的主机不间断地与外部网络进行通信，提高了网络的可靠性与安全性。
　　在高可靠网络设计方案中，可以采用两台路由交换机S6810组成双核心，作为整个网络的核心，如图1所示。从位置上看，这两台设备刚好位于整个网络的中心，因此还应充分发挥它们数据中转的能力。为此，需要定义两个VRRP组，在不同的组里面，两个设备分别为Master和Backup。这样，在正常情况下，两台设备都可以进行数据包的转发，一个出故障时还有一台在转发，既实现了容错又实现了负载的均衡，充分发挥了核心数据中转的能力，提高了子网之间访问的速度。
3.2 OSPF协议
　　OSPF是网间工程任务组织(IETF)的内部网关协议工作组为IP网络而开发的一种动态路由协议。动态路由是指网络中的路由器之间周期性的相互传递路由信息，重新计算路由，更新路由表以适应网络结构的变化。对于规模大、网络拓扑复杂的校园网来说，采用动态路由协议能在关键链路或设备不能正常工作时，实现自动切换，保证网络的畅通。
　　根据是否在一个自治域内部(AS)使用，动态路由协议[2]分为内部网关协议(IGP)和外部网关协议(EGP)。这里的自治域指一个具有统一管理机构、统一路由策略的网络。自治域内部采用的路由选择协议称为内部网关协议，常用的有RIP(Routing Information Protocols，路由信息协议)、OSPF；外部网关协议主要用于多个自治域之间的路由选择，常用的是B GP(Border Gateway Protocol，边界网关协议)和BGP-4。
　　RIP协议.内蒙古科技与经济,2007,(14):68,70. 本文链接：http://www.qk112.com/lwfw/jsjlw/jisuanjiyingyong/242793.html