EPON系統三層路由及接口設計

　　2.1路由管理模塊設計

　　路由可以分為靜態(tài)路由和動(dòng)態(tài)路由兩大類(lèi)。靜態(tài)路由由網(wǎng)絡(luò )管理者直接配置產(chǎn)生，動(dòng)態(tài)路由由路由協(xié)議學(xué)習生成。為了實(shí)現軟件路由表和交換芯片路由表的同步和路由擇優(yōu)等功能，需要進(jìn)行路由信息收集、過(guò)濾、優(yōu)選等操作，因此系統中需要路由管理模塊維護不同的路由表項。路由管理模塊(RTM)位于各軟硬件平臺驅動(dòng)層之上，三層功能協(xié)議層及管理層之下，是三層功能實(shí)現的核心模塊。根據設計，它在系統中需要完成的工作如下：

　?、?管理員配置添加三層接口，包括添加SUPER-VLAN、SUB-VLAN以及IP;

　?、?接口管理模塊向路由管理模塊通告接口事件，如接口的UP/DOWN事件;

　?、?協(xié)議模塊學(xué)習到動(dòng)態(tài)路由，進(jìn)行動(dòng)態(tài)路由的添加/刪除;

　?、?路由管理模塊處理接口變化事件，并通知各三層功能協(xié)議模塊;同時(shí)管理來(lái)自協(xié)議模塊的動(dòng)態(tài)路由的寫(xiě)入與刪除;

　?、?OS IP協(xié)議棧ARP功能提供主機路由表的維護，并向路由管理模塊提供路由條目中下一跳Gate-way相關(guān)的ARP功能;

　?、?交換芯片驅動(dòng)為路由管理模塊提供硬件FIB表的刪除與寫(xiě)入功能。

　?、?OS IP協(xié)議棧向路由管理模塊提供硬件FIB表的刪除與寫(xiě)入功能。

　　對應上述功能，設計將路由管理模塊劃分成更小的模塊來(lái)分別實(shí)現。如圖2所示，路由管理模塊(RTM)由路由表控制模塊(RTM_CTRL)、主機路由控制模塊、管理與配置模塊、動(dòng)態(tài)路由消息處理模塊、接口消息處理模塊、操作系統適配層以及驅動(dòng)適配層組成。

　　路由表(RIB table)由節點(diǎn)鏈表組成，每個(gè)節點(diǎn)表示到達一個(gè)目的網(wǎng)段的所有路由。如圖3所示，每一個(gè)node中都記錄3張RIB表，分別是RIB-active表、RIB-standby表和RIB-pend表，每一個(gè)表的子項都是到達該目的網(wǎng)段的路由信息，即RIB路由條目、RIB里面記錄路由類(lèi)型(RIP/OSPF/靜態(tài)等)、下一跳網(wǎng)關(guān)、距離、metric和生成時(shí)間等。

　　RIB-active中的RIB路由表示當前激活的路由，該路由會(huì )被寫(xiě)入到硬件FIB和OS FIB中去，實(shí)現業(yè)務(wù)流的三層轉發(fā)功能。通常一個(gè)目的網(wǎng)段只有一個(gè)active路由。

　　RIB-standby中的路由條目是可到達但不是最優(yōu)路徑的路由，當active路由不可用時(shí)，路由管理模塊會(huì )在standby RIB找一個(gè)最優(yōu)路由升級為active路由。

　　RIB-pend路由表中的路由是由于該路由的下一跳網(wǎng)關(guān)不可達(查ARP表)而暫時(shí)掛起的路由路徑，當下一跳網(wǎng)關(guān)可達后，該路由會(huì )升級為standby路由或者是active路由。

　　2.2 OSPF路由原理

　　OSPF是一種鏈路狀態(tài)路由協(xié)議，被設計用于單一的自制系統(AS)中。每個(gè)OSPF路由器都維持著(zhù)同樣的數據庫以描述AS的拓撲結構，并以此數據庫來(lái)創(chuàng )建最短路徑樹(shù)和計算路由表。OSPF提供等值多路徑。在發(fā)現拓撲改變后，OSPF僅利用很少的路由流量就可以快速地重新計算出路徑。通過(guò)提供區域路徑，來(lái)提供額外的路徑保護并可以減少協(xié)議所需要的流量。有關(guān)路由表的計算是OSPF的核心內容，它是動(dòng)態(tài)生成路由器內核路由表的基礎。這里將復雜的OSPF計算過(guò)程總結為以下四點(diǎn)：

　?、?當路由器初始化或當網(wǎng)絡(luò )結構發(fā)生變化(例如增減路由器，鏈路狀態(tài)發(fā)生變化等)時(shí)，路由器會(huì )產(chǎn)生鏈路狀態(tài)廣播數據包LSA(Link-State Advertisement)，該數據包里包含路由器上所有相連鏈路，也即為所有端口的狀態(tài)信息。

　?、?所有路由器會(huì )通過(guò)一種被稱(chēng)為刷新(Flooding)的方法來(lái)交換鏈路狀態(tài)數據。Flooding是指路由器將其LSA數據包傳送給所有與其相鄰的OSPF路由器，相鄰路由器根據其接收到的鏈路狀態(tài)信息更新自己的數據庫，并將該鏈路狀態(tài)信息轉送給與其相鄰的路由器，直至穩定的一個(gè)過(guò)程。

　?、?當網(wǎng)絡(luò )重新穩定下來(lái)，即OSPF路由協(xié)議收斂下來(lái)時(shí)，所有的路由器會(huì )根據其各自的鏈路狀態(tài)信息數據庫計算出各自的路由表。該路由表中包含路由器到每一個(gè)可到達目的地的Cost以及到達該目的地所要轉發(fā)的下一個(gè)路由器(next-hop)。

　?、?當網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)比較穩定時(shí)，網(wǎng)絡(luò )中傳遞的鏈路狀態(tài)信息是比較少的。這也正是鏈路狀態(tài)路由協(xié)議區別于距離矢量路由協(xié)議的一大特點(diǎn)。

　　通過(guò)以上步驟，OSPF動(dòng)態(tài)監視網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)，一旦發(fā)生變化則迅速擴散，達到對網(wǎng)絡(luò )拓撲的快速聚合，從而確定出新的網(wǎng)絡(luò )路由表。這里的路由表不同于實(shí)現路由轉發(fā)功能時(shí)用到的內核路由表，它只是OSPF本身的內部路由表。因此，完成上述工作后，往往還要通過(guò)路由管理模塊與內核路由表交互，實(shí)現三層轉發(fā)。