问答题
阅读以下关于网络规划设计的叙述，根据要求回答问题。
[说明]
某城市XX运营商决定建设一个为政府、企事业单位、学校、商业区等提供高速接入的城市骨干通信平台——IP城域网，同时基于该平台提供VPN、主机托管等增值业务。该城市IP城域网在网络结构上分成核心层和接入层，如图所示。根据该城市区域划分及功能分布特性，在5个不同的地点设置5个核心结点。核心路由器R1～R6结点之间选用POS 2.5Gbps光纤链路。各接入路由器结点负载各种业务的接入。接入结点和核心结点之间选用GE 1000Mbps光纤链路。
[说明]
某城市XX运营商决定建设一个为政府、企事业单位、学校、商业区等提供高速接入的城市骨干通信平台——IP城域网，同时基于该平台提供VPN、主机托管等增值业务。该城市IP城域网在网络结构上分成核心层和接入层，如图所示。根据该城市区域划分及功能分布特性，在5个不同的地点设置5个核心结点。核心路由器R1～R6结点之间选用POS 2.5Gbps光纤链路。各接入路由器结点负载各种业务的接入。接入结点和核心结点之间选用GE 1000Mbps光纤链路。
问答题
根据该城域网的应用需求，且要求尽可能少的IP地址消耗量(即最大限度地利用IP地址)，结合你的网络规划设计经验，请给出该城域网核心层区域IPv4地址的地址类别，并将表1中空缺处的内容填写完整。
| {{B}}表1
某城域网核心区域IP地址分配表{{/B}} | |||
| 核心路由器Loopback 0地址 | 6 | ⑶ | ⑻ |
| 接入路由器Loopback 0地址 | 5 | ⑷ | ⑼ |
| POS链路 | ⑴ | ⑸ | ⑽ |
| ISP接入链路 | 2 | ⑹ | ⑾ |
| 千兆接入链路 | ⑵ | ⑺ | ⑿ |
【正确答案】C类、公网IP地址
⑴11 ⑵5
⑶6 ⑷5
⑸44 ⑹8
⑺20 ⑻255.255.255.255或/32
⑼255.255.255.255或/32 ⑽255.255.255.252或/30
⑾255.255.255.252或/30 ⑿255.255.255.252或/30
【答案解析】设计本问题的目的是考核读者对变长子网掩码方面IP地址规划设计的综合应用能力。本题的解答思路如下。
由于该城域网是为政府、企事业单位、学校、商业区等提供高速接入业务，并提供VPN、主机托管等增值业务，是一个IP公网，因此该城域网核心层区域所有的网络设备及其互联的IP地址全部采用合法的公网IP地址，包括接入结点和节心结点之间的千兆接入链路网段。
在上图中，对于该城域网核心层区域的点对点链路，其IP地址使用数量可初步判断小于254个。结合试题已给出解题要求“尽可能少的IP地址消耗量”，而在A类、B类、C类公网IP地址块中，C类IP地址块的主机数量最少，因此该城域网核心层区域建议选用C类公网IP地址(如200.3.2.0/24)。另外，在上图所示的城域网拓扑结构中，为了进行路由聚合和负载分担，需要划分域(Area)，对每一个Area，以C类IP地址为单位进行地址分配。
为了方便管理，通常在该城域网核心层区域中，核心路由器R1～R6、接入路由器R7～R11上都配置一个Loopback接口。该接口是一个虚拟的接口，其接口号的有效值为0～2147483647。Loopback接口不受网络故障的影响，永远处于激活状态。Loopback接口的主要作用有：可作为一台路由器的管理地址，使网络管理员可以随时登录到路由器上，对路由器进行配置管理；可作为OSPF协议和BGP的RouterID，使路由功能更稳定、可靠。通常，Loopback接口的子网掩码设置为255.255.255.255。
在上图中，核心路由器R1～R6结点之间选用POS 2.5Gbps光纤链路，共有11条。若要求“尽可能少的IP地址消耗量”，则每条POS链路的对端路由器接口的子网掩码可设置为255.255.255.252，链路对端的路由器接口各分配一个IP地址。例如，对于路由器R1、R2之间的POS链路，R1侧接口IP地址设置为200.3.2.1、子网掩码设置为255.255.255.252，而R2侧接口IP地址设置为200.3.2.2、子网掩码设置为255.255.255.252。但对于子网掩码255.255.255.252，还将消耗一个网络地址(如200.3.2.0/30)和一个网段的直接广播地址(如200.3.2.3/30)，因此每条点对点链路总共占用的IP地址数量为4个。
在上图中，共有2条ISP接入链路，5条千兆接入链路(即接入结点和核心结点之间选用GE 1000 Mbps光纤链路)。结合前面的分析思路进行计算，可得出表3所示的核心区域IP地址分配表。
为了有效使用IP地址，必须对IP地址进行子网化，通过对每个Area用VLSM(变长子网掩码)进行地址分配可以最大限度地利用IP地址。例如，在上图所示的城域网核心层区域中，18条点对点链路可使用200.3.2.0～200.3.2.223的IP地址块、子网掩码为255.255.255.252进行地址分配；11台路由器的Loopback 0地址可使用200.3.2.224～200.3.2.255的IP地址块、子网掩码为255.255.255.255进行地址分配。
由于该城域网是为政府、企事业单位、学校、商业区等提供高速接入业务，并提供VPN、主机托管等增值业务，是一个IP公网，因此该城域网核心层区域所有的网络设备及其互联的IP地址全部采用合法的公网IP地址，包括接入结点和节心结点之间的千兆接入链路网段。
在上图中，对于该城域网核心层区域的点对点链路，其IP地址使用数量可初步判断小于254个。结合试题已给出解题要求“尽可能少的IP地址消耗量”，而在A类、B类、C类公网IP地址块中，C类IP地址块的主机数量最少，因此该城域网核心层区域建议选用C类公网IP地址(如200.3.2.0/24)。另外，在上图所示的城域网拓扑结构中，为了进行路由聚合和负载分担，需要划分域(Area)，对每一个Area，以C类IP地址为单位进行地址分配。
为了方便管理，通常在该城域网核心层区域中，核心路由器R1～R6、接入路由器R7～R11上都配置一个Loopback接口。该接口是一个虚拟的接口，其接口号的有效值为0～2147483647。Loopback接口不受网络故障的影响，永远处于激活状态。Loopback接口的主要作用有：可作为一台路由器的管理地址，使网络管理员可以随时登录到路由器上，对路由器进行配置管理；可作为OSPF协议和BGP的RouterID，使路由功能更稳定、可靠。通常，Loopback接口的子网掩码设置为255.255.255.255。
在上图中，核心路由器R1～R6结点之间选用POS 2.5Gbps光纤链路，共有11条。若要求“尽可能少的IP地址消耗量”，则每条POS链路的对端路由器接口的子网掩码可设置为255.255.255.252，链路对端的路由器接口各分配一个IP地址。例如，对于路由器R1、R2之间的POS链路，R1侧接口IP地址设置为200.3.2.1、子网掩码设置为255.255.255.252，而R2侧接口IP地址设置为200.3.2.2、子网掩码设置为255.255.255.252。但对于子网掩码255.255.255.252，还将消耗一个网络地址(如200.3.2.0/30)和一个网段的直接广播地址(如200.3.2.3/30)，因此每条点对点链路总共占用的IP地址数量为4个。
在上图中，共有2条ISP接入链路，5条千兆接入链路(即接入结点和核心结点之间选用GE 1000 Mbps光纤链路)。结合前面的分析思路进行计算，可得出表3所示的核心区域IP地址分配表。
| {{B}}表3 某城域网核心区域IP地址分配表{{/B}} | |||
| 类别 | 数量 | IP地址消耗量 | 子网掩码 |
| 核心路由器Loopback 0地 址 |
6 | 6 | 255.255.255.255(或/32) |
| 接入路由器L00pback 0地 址 |
5 | 5 | 255.255.255.255(或/32) |
| POS链路 | 11 | 44 | 255.255.255.252(或/30) |
| ISP接入链路 | 2 | 8 | 255.255.255.252(或/30) |
| 千兆接入链路 | 5 | 20 | 255.255.255 252(或/30) |
问答题
在该城域网IGP选择时，规划师需要从路由协议支持的度量、网络规模、收敛时间、容量(带宽开销)、CPU利用率、内存利用率、安全性支持及路由认证、设计及配置与故障排查的容易程度等方面来评估各种路由协议。请将表2中空缺处的内容填写完整。
| {{B}}表2
各种路由协议的总结和对比表{{/B}} | |||
| 路由算法 | ⑴ | 链路状态 | ⑵ |
| 分类或无类 | ⑶ | 无类 | ⑷ |
| 支持的度量 | ⑸ | 代价(100万除以Cisco路由上的带 宽) |
⑹ |
| 网络规模 | ⑺ | 每区域几百台路由器，支持几百个 区域 |
1000台路由器 |
| 收敛时间 | ⑻ | ⑼ | ⑽ |
| 资源消耗 | 内存：低：CPU：低； 带宽：高 |
⑾ | ⑿ |
| 安全性支持及路由认证 | ⒀ | 有 | 有 |
| 设计、配置和故障排查的容 易程度 |
容易 | ⒁ | 中等 |
【正确答案】⑴距离向量 ⑵路径向量
⑶分类 ⑷无类
⑸跳数 ⑹路径属性值和其他可匹配因子
⑺15跳 ⑻可能很长(如果没有负载均衡)
⑼快 ⑽非常快
⑾内存：高；CPU：高；带宽：低 ⑿内存：高；CPU：高；带宽：低
⒀有 ⒁中等
【答案解析】设计本问题的目的是加深读者对各种路由协议主要特征的理解。本题的解答思路如下。
为所设计的网络选择并应用合适的路由协议是路由设计的重要内容。路由协议的选择和应用要根据特定网络环境的需求来确定。在评估路由协议时，可从路由协议支持的度量、网络规模、收敛时间、容量(带宽开销)、CPU利用率、内存利用率、安全性支持及路由认证、设计及配置与故障排查的容易程度等方面来评价各种路由协议的性能及其稳定性。表4是对RIPv2、OSPF、BGPv4等常用路由协议进行评估后在协议性能、特征、开销及适用性等方面的总结和对比，从中可以获悉各路由协议的特征及适用场合。
从选择一个路由协议的视角看，网络的层次结构和互连通性可以帮助确定所要求的路由协议的复杂性和特性。例如，路由协议的收敛时间是与网络中互连通性的程度直接相关的。在冗余性高的网络中存在高级别的互连通性以满足网络的可靠性需求，能够提供可预测或有保证的服务。网络高级别的互连通性的实现要求路由协议能够在其拓扑结构改变时迅速收敛。
在层次化网络中，网络的层级性要求网络按树状结构执行路由决策、交换路由信息及进行数据包转发。因此，为了提高路由协议的效率，要求路由协议本身支持层级性，例如，OSPF中的层次化区域抽象。
路由协议的复杂性、易用性及协议的互操作性是路由设计时需要考虑的另一方面因素。这些标准可能取决于厂商如何实现路由协议，这使得在主观上评估它们更为困难。路由协议的复杂性、易用性和互操作性往往是相互关联、相互矛盾的，如简单的路由协议往往更容易使用，而互操作性好的协议往往会带来比较高的复杂性。在路由协议选择过程中，需要权衡复杂性、易用性与互操作性等特征，有时需要做折中的考虑。
在实际的路由设计过程中，根据实际的系统需求要尽可能地简化路由，应该最小化网络中所用的路由协议的数目。通常在网络规划设计过程中，应该从最简单的路由策略和路由机制/协议开始。当网络复杂时，路由和路由协议的选择的复杂性也会增加，应当注意的一点是，在选择复杂的路由协议时，一定要对做出的决策进行评估。
为所设计的网络选择并应用合适的路由协议是路由设计的重要内容。路由协议的选择和应用要根据特定网络环境的需求来确定。在评估路由协议时，可从路由协议支持的度量、网络规模、收敛时间、容量(带宽开销)、CPU利用率、内存利用率、安全性支持及路由认证、设计及配置与故障排查的容易程度等方面来评价各种路由协议的性能及其稳定性。表4是对RIPv2、OSPF、BGPv4等常用路由协议进行评估后在协议性能、特征、开销及适用性等方面的总结和对比，从中可以获悉各路由协议的特征及适用场合。
| {{B}}表4 各种路由协议的总结和对比表{{/B}} | |||
| 路由算法 | 距离向量 | 链路状态 | 路径向量 |
| 内部或外部 | 内部 | 内部 | 外部 |
| 分类或无类 | 无类 | 无类 | 无类 |
| 支持的度量 | 跳数 | 代价(100万除以Ciscel路由上 的带宽) |
路径属性值和其他可匹配 因子 |
| 网络规模 | 15跳 | 每区域几百台路由器，支持几百 个区域 |
1000台路由器 |
| 收敛时间 | 可能很长(如果没有负载均 衡) |
快(使用更新和保持活跃数据以及 回撤路由) |
非常快(快速DUAL) |
| 资源消耗 | 内存，低；CPU，低；带宽，高 | 内存，高；CPU，高；带宽，低 | 内存，高；CPU：高，带宽，低 |
| 安全性支持及路由认证 | 有 | 有 | 有 |
| 设计、配置和故障排查的 容易程度 |
容易 | 中等 | 中等 |
在层次化网络中，网络的层级性要求网络按树状结构执行路由决策、交换路由信息及进行数据包转发。因此，为了提高路由协议的效率，要求路由协议本身支持层级性，例如，OSPF中的层次化区域抽象。
路由协议的复杂性、易用性及协议的互操作性是路由设计时需要考虑的另一方面因素。这些标准可能取决于厂商如何实现路由协议，这使得在主观上评估它们更为困难。路由协议的复杂性、易用性和互操作性往往是相互关联、相互矛盾的，如简单的路由协议往往更容易使用，而互操作性好的协议往往会带来比较高的复杂性。在路由协议选择过程中，需要权衡复杂性、易用性与互操作性等特征，有时需要做折中的考虑。
在实际的路由设计过程中，根据实际的系统需求要尽可能地简化路由，应该最小化网络中所用的路由协议的数目。通常在网络规划设计过程中，应该从最简单的路由策略和路由机制/协议开始。当网络复杂时，路由和路由协议的选择的复杂性也会增加，应当注意的一点是，在选择复杂的路由协议时，一定要对做出的决策进行评估。
问答题
结合你的网络规划设计经验，在规划设计该城域网与ISP网络的互联时，为了防止该城域网与ISP网络之间的相互影响，需要考虑哪些主要路由策略?
【正确答案】相关考虑要点包含但不限于以下内容：
①可将该城域网与ISP网络设计成两个不同的自治系统(AS)；
②重分布默认路由进入IP城域网，并合理采用静态路由，以提高路由的可靠性；
③通过OSPF的metric值选择不同的出口；
④通过EBGP在多个出口和ISP网络进行互连；
⑤通过BGP的MED属性选择进口，进行负载分担
【答案解析】设计本问题的目的是加深读者对具体应用场合中路由设计要点的理解。本题的解答思路如下。
该城域网拓扑设计采用“核心—分布”分层结构，便于实现网络的可扩展性。该城域网核心层采用部分网状结构，以支持核心层冗余物理连接，保证核心层的可靠性。
作为该IP城域网的核心，核心路由器R1～R6要承载包括IPv4和MPLS VPN两种不同的业务流量，因此这些路由器还需要支持MPLS标记交换功能。此时，MPLS VPN的业务流量基于标记进行交换。
考虑以下几个方面的原因，该城域网核心层网络内部采用OSPF作为IGP。
①OSPF是开放的IETF标准协议。
②OSPF已被证明是可靠的和可扩展的。
③在OSPF中存在高效的路由聚合和默认路由机制。
④易于与其他网络集成。
⑤OSPF和MPLS的结合被证明是成功的，而IS-IS和MPLS的结合需要对IS-IS进行修改。
采用开放的、标准的路由协议将城域网分为6个路由区域。Area 0为核心区域，而根据该城市区域划分及功能分布特性，在5个不同的地点设置的每个核心结点各自构成一个单独的区域，即Area 1～Area 5。层次化路由便于网络的扩展，同时也提高了路由协议的执行效率。
通常，为了防止该城域网与ISP网络之间相互影响，可将它们设计成两个不同的自治系统(AS)，并在这两个网络的互连上采用以下的路由策略。
①重分布默认路由进入IP城域网，并合理采用静态路由，以提高路由的可靠性。
②通过OSPF协议的Metric值选择不同的出口。
③通过EBGP在多个出口和ISP网络进行互连。
④通过BGP的MED属性选择进口，进行负载分担。
另外，IP城域网通常采用保留的AS号码，以免与同一家ISP的其他省份城域网的AS号及中国电信其他保留的AS号发生冲突。
问答题
该城域网路由器R1与R7之间采用一条1300nm单模光缆直接铺设(有1个连接头)，其光功率预算为13dB。通常，在光缆铺设工程中，每个连接器的损耗为0.75dB，接头损耗为0.1dB，安全缓冲损耗预留3.0dB。暂不考虑光纤损耗的其他因素(如色散损耗等)，请计算路由器R1与R7之间光缆的最长走线距离。(请简要列出计算过程)
【正确答案】该光纤段净光功率预算=13dB-0.75×2-0.1-3.0=8.4dB；
1300nm单模光缆的最大衰减系数为0.3dB/km；
最长走线距离为：8.4dB/0.3dB/km=28.0km
【答案解析】设计本问题的目的是加深读者对光纤测试损耗极限值计算方法的理解。本题的解答思路如下。
影响光纤损耗的变量主要包括：
①衰减：所有光纤布线都有由于玻璃中所含杂质而产生的光吸收与背射。衰减是波长的一种功能，需要用所使用的波长进行确定与测量。
②模态色散：数据的速率越高，则在模态色散造成无法准确将信号1与0分开之前，信号的传送距离越短。模态色散只与多模光纤有关，并与数据速率成正比。
③色散损耗：虽然单模光纤不会出现模态色模的情况，但其他方面的色散作用却会引起脉冲展宽，从而限制作为数据传输速率一个功能的距离。某些类型发送器较宽的频谱会导致光脉冲的不同部分的传送时间有所不同。通常，色散只是在千兆比特速率的情况下，会成为一种局限因素。
④接头：虽然接头很小，不引入注意，但却没有十全十美的损耗得更少的接头。在光纤损耗计算过程中，所发生的许多错误是由于没有将接头损耗计算在内而造成的。通常，接头损耗要小于0.1dB。
⑤连接器：即使是质量最好的连接器也会变脏，灰尘等杂物会完全蒙蔽光纤的波长，从而造成巨大的损耗。每个光纤段至少有两个连接器，所以光纤损耗计算过程中，要记得将连接器损耗乘以2。
⑥安全富余量：考虑到诸如光纤老化、不良的接头、温度与湿度等因素，为了保证系统的可靠性，通常在设计上预留2dB～3dB的富余损耗。
通常，光纤信号损耗=光纤衰减×公里数+接头衰减×接头数量+连接器衰减×连接器的数量+安全富余量，而光功率预算=最小起始功率-接收灵敏度。
依题意，路由器R1与R7之间直接铺设的单模光缆只有1个光纤段，其连接器至少有两个，因此该光纤段净光功率预算=13dB-0.75×2-0.1-3.0=8.4dB。
通常，光纤每公里的最大衰减系数是：850nm(多模)=3dB/km，1300nm(多模)=1dB/km，1300nm(单模)=0.3dB/km，1550nm(单模)=0.2dB/km。
据此，路由器R1与R7之间的1300nm单模光缆的最长走线距离为：8.4dB/0.3dB/km=28.0km。