目前,國內電信運營商在其ip骨幹網中大量使用is-is協議,在這種規模較大的網路中,is-is 的收斂速度是很重要的,如果網路發生故障,而is-is協議收斂速度太慢的話,直接會影響到業務的響應速度,所以is-is 採用了以下手段來提高收斂速度:
增量spf演算法(i-spf)。
部分路由計算(prc)。
智慧型定時器。
lsp快速擴散。
按優先順序收斂
和ospf使用的i-spf相同相同,對於傳統的dijkstra spf演算法來說,網路拓撲越複雜,spf 演算法的資源開銷就越大。如果網路拓撲發生變化,比如網路中加入了一台新路由器,或者是某個鏈路故障,這些事件都會導致網路中的所有路由器進行-次完整的spf計算過程,也就是需要計算所有節點的spt (最短路徑樹)。如果網路故障頻繁,spf計算會影響所有的路由器的效能而對整個網路的穩定性產生衝擊。
針對上述情況,增量spf演算法對傳統的spf演算法進行了改進。所有節點只是在首次進行完整的spf計算,計算出並保持好以自己為根的spt。之後如果網路發生變化,根據情況只需要進行增量spf演算法就行,從而避免了節點重複進行spf計算而消耗過多的網路資源,具體包括以下幾種情況。
圖1:spf計算
圖2:i-spf計算
第一種情況
圖1所示的右邊顯示了r1在首次進行spf計算後形成的spt網路執行過程中如果有拓撲變化,比如向網路中增加或刪除一台 新的路由器,網路中的節點只是將這台新的路由器作為葉子節點新增到現有的spt,只需要很簡單的spf計算(類似距離向量路由協議一樣的計算),而不需要所有節點重新進行一次完整的spf計算。如圖2所
示,當r7作為新節點接入網路中時,r1不需要重新計算到其他節點的spt,而只是將r7作為葉子新增到自己的spt上就行了。
第二種情況
有時候鏈路出現故障會導致節點重新進行spf計算,但是出現故障的鏈路如果不在spt上,那麼對節點是沒有影響的,比如在圖1中,如果r3-r4之間的鏈路出現故障,由於這條鏈路不在r1的spt上,所以r1不需要spf計算。如果是鏈路的開銷變化,有可能會導致路由器去往其他目標網路的最優路徑發生變化,這時需要進行spf計算。
第三種情況
最後一種情況就是當spt上的路徑出現故障後,需要重新計算到"下游節點的路徑,那些不受影響的節點是不需要進行spf計算的,比如在圖1的拓撲中,如果r2到r4之間的路徑發生故障,那麼r2只需要重新計算到r4和r5的最短路徑,到其他節點的最短路徑不需要重新計算。
當網路中增加一條末梢鏈路( stub link),或者網路中的-乙個子網網段發生變化,這些情況並未導致整個拓撲的改變,所以網路中的節點不需要進行spf計算,而只需要像距離向量路由協議那樣,將新的鏈路對應用的路由及metric資訊新增進路由表就行,從而節省了裝置的開銷,這就是部分路由計算。
部分路由計算的特性起初是在is-is 定義的,ospfv2後來也引入了該特性,但跟is-is的部分路由計算特性還是有些區別,本節後面就會介紹。在前文中我們學習到,is-is的lsp是基於tlv結構的,不同的資訊通過不同的tlv來傳遞,比如對於一台路由器的鄰居和網路字首資訊,分別使用了is reachability tlv和ip reachability tlv來承載和傳遞。當一台路由器接收到乙個只有ip areachability資訊的lsp後,將其中的網路字首資訊作為路由安裝進路由表即可,不需要重新計算spf。
起初因為is-is 的部分路由計算特性,而使得is-is 協議在單區域中的擴充套件性比ospfv2更好,因為ospf將網路可達性資訊和拓撲資訊都放在type-1的lsa中進行傳遞,而且ospfv2 lsa不是基於tlv的結構,所以這兩種資訊無法分開放置和傳遞。這樣的話,網路中不論是節點或鏈路發生變化,還是增加一條新的末梢鏈路,ospfv2 節點都會進行完整的spf計算。在ospfv2中,只有lsa3/4/5/7 才會進行部分路由計算。
注意:is-is和ospf只是在初次路由計算時使用full spf之後任何變化都只計算受影響的節點周邊拓撲,這就是ispf (增量spf); 至於ispf 樹上節點上的葉子路由發生變化,則只需要prc計算,即只對那片葉子(路由)做計算即可,大大減少cpu的計算負荷。但是,ospf 在區域內任何路由變化(需要擴散新的lsa1和lsa2) 時都會觸發ispf計算,如果是區域間或外部路由(lsa3/4/5/7) 發生變化只需要進行prc,而is-is 在任何路由變化時都只進行prc。
在乙個不穩定的網路中,網路頻繁發生變化時,is-is 協議會頻繁地產生新的lsp和進行spf計算,這會消耗裝置大量的cpu和記憶體資源,從而影響到裝置的業務**。智慧型定時器就是在網路頻繁發生變化時,減少對網路的效能和穩定性的衝擊,它包括以下兩種型別。
一、 lsp智慧型定時器
lsp的生成存在乙個最小間隔的限制,一般預設最小時間間隔為5s,做了這種限制後,如果在網路發生變化時,因為這個時間的限制,而不能快速擴散新的lsp,將導致收斂速度受到影響;如果網路變化比較頻繁時,不斷地生成新的lsp又會占用大量的系統資源。lsp 智慧型定時器就是根據網路的穩定性情況確保lsp的生成間隔趨於合理,同時滿足快速收斂和低cpu佔用率的要求。使用lsp智慧型定時器後,路由裝置可以對突發事件(如介面up/down)快速響應,加快網路的收斂速度。同時,當網路變化頻繁時,智慧型定時器的間隔時間會自動延長,避免過度占用cpu資源。
二、spf智慧型定時器
預設情況下,is-is 協議使用固定的spf計算間隔,這個間隔預設最大值為5s。當網路頻繁發生變化時,可以將計算間隔時間調小以加快收斂速度,但這樣會使得spf消耗系統大量的cpu資源;如果將計算間隔調大,又會影響收斂速度。spf智慧型定時器能使spf計算更好地適應網路的需求。
在使用spf智慧型定時器後,路由器剛開始進行spf計算時,兩次計算的間隔時間較小,以保證is-is路由的收斂速度。之後隨著整個is-is網路的振盪頻率加快,可以適當地延長兩次spf計算的間隔時間,從而減少不必要的資源消耗。
正常情況下,路由器從乙個介面收到乙個新的lsp後,會將其拷貝安裝進資料庫並進行spf計算,隨後再將這個新的lsp從其他is-is介面泛洪出去。is-is 協議一般是採用週期性的方式泛洪lsp,預設情況下,介面傳送lsp的最小間隔時間是50ms,每次最多傳送10個lsp當網路頻繁發生變化時,由於要等待計時器到期才能泛洪新的lsp出去,這就拖慢了網路的收斂速度。lsp的快速擴散特性改進了這種方式,當接收到的新的lsp而導致spf計算時,不需要等到週期時間到期,按規定數目直接將這些lsp泛洪出去,這就加快了鏈路狀態資料庫的同步過程,提高了網路的收斂速度。
is-is按優先順序收斂是指在大量路由情況下,能夠讓某些特定的路由(例如匹配指定ip字首的路由)優先收斂的一種技術。因此使用者可以把和關鍵業務相關的路由配置成相對較高的優先順序,使這些路由更快的收斂,從而使關鍵的業務收到的影響減小。通過對不同的路由配置不同的收斂優先順序,達到重要的路由先收斂的目的,提高網路的可靠性。
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