唐國良 李浩杰

(河南中醫(yī)學(xué)院信息技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450008)

1.引言

OSPF（Open Shortest Path First，開放最短路徑優(yōu)先）是一個開放標(biāo)準(zhǔn)的路由選擇協(xié)議，被各種網(wǎng)絡(luò)開發(fā)廠商廣泛支持，其中包括思科的路由器和交換機(jī)，OSPF是目前使用最廣泛的IGP（Interior Gateway Protocol，內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議）路由協(xié)議[1]。Packet Tracer V5.3模擬器是Cisco公司開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)仿真工具軟件，利用Packet Tracer V5.3學(xué)習(xí)各種組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)，是一種高效低成本的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)解決方案，是開展網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)行之有效的方法，具有較高的實(shí)用價值。

2.OSPF路由協(xié)議[2-4]

2.1 開放最短路徑優(yōu)先

OSPF協(xié)議是一個典型的鏈路狀態(tài)路由協(xié)議，是一個IETF標(biāo)準(zhǔn)。作為一種內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，用于在同一個AS（Autonomous System，自治系統(tǒng)）中的路由器之間交換路由信息。采用OSPF的路由器彼此交換并保存整個網(wǎng)絡(luò)的鏈路信息，從而掌握全網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，獨(dú)立計(jì)算路由。由于OSPF采用多播和Dijkstra算法，產(chǎn)生一個無環(huán)路徑圖表，具有快速收斂、支持VLSM（Variable Length Subnet Mask，可變長子網(wǎng)掩碼）、適合組建大型網(wǎng)絡(luò)、帶寬利用率高、對壞消息有較小的敏感性等優(yōu)點(diǎn)，使得在當(dāng)前應(yīng)用的路由協(xié)議中占有相當(dāng)重要的地位。目前廣為使用的是OSPF第二版，最新標(biāo)準(zhǔn)為RFC2328。

2.2 OSPF工作過程

路由協(xié)議OSPF的工作原理如圖1所示。具體由以下5步：

圖1 OSPF的工作原理示意圖

(1)路由器間相互發(fā)送Hello報(bào)文，建立鄰居關(guān)系。

(2)每臺路由器向每個鄰接發(fā)送 LSA（Link-State Advertisement，鏈路狀態(tài)通告）。每個鄰接在收到LSA之后要依次向它的鄰接轉(zhuǎn)發(fā)這些LSA。

(3)通過在一個區(qū)域中泛洪LSA，所有的路由器構(gòu)建完全相同的LSDB（Link-State Database，鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫）。

(4)待數(shù)據(jù)庫完成后，每臺路由器基于本地的LSDB，執(zhí)行SPF（Shortest Path First，最短路徑優(yōu)先）算法，以本地路由器為根，生成一個SPF樹。

(5)基于SPF樹，計(jì)算到每一個目的網(wǎng)絡(luò)的最短路徑，也就是路由表。

3.模擬點(diǎn)到點(diǎn)鏈路的OSPF組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)

3.1 模擬單區(qū)域點(diǎn)到點(diǎn)鏈路的OSPF組網(wǎng)

運(yùn)行Packet Tracer V5.3，在“Custom Made Devices”模式下，向工作區(qū)域中拖入3個2811路由器，并修改名字分別為R1、R2和R3，然后在“Connections”模式下，用“Serial DCE”將各路由器進(jìn)行連接，最后用工具欄中的“Draw ing Palette”將拓?fù)鋱D圈起來，并用工具欄中的“Place Note”標(biāo)簽將各路由器的基本信息在圖中標(biāo)出，最終的實(shí)驗(yàn)拓?fù)鋱D如圖2所示：

圖2 單區(qū)域點(diǎn)到點(diǎn)鏈路的實(shí)驗(yàn)拓?fù)鋱D

各設(shè)備的IP分配情況如表1所示：

表1 IP地址分配

第一步：配置3臺路由器，實(shí)現(xiàn)基本連通性

第三步：實(shí)驗(yàn)調(diào)試

(1)查看OSPF的Hello包

以路由器R1為例，在特權(quán)模式下，用“debug ip ospf events”命令，部分輸出結(jié)果如下：

從上面可以看到，在00：14：15的時候，OSPF中發(fā)送一個hello，是從Area0中router-id為2.2.2.2的路由器發(fā)出的；是通過IP地址為12.1.1.2的Serial0/0/0這個接口發(fā)出的，接下來的10秒00：14：25的時候，收到了同樣的hello包。

類似的，在路由器R2和R3的特權(quán)模式下，查看hello信息，只不過時刻、接口和地址不同罷了。

(2)查看OSPF鄰居表

在特權(quán)模式下，用“show ip ospf neighbor”查看相鄰路由器信息，以R2為例，由下面的輸出可看出，R2連接兩個路由器，RouterID為1.1.1.1和3.3.3.3，兩臺路由器的接口OSPF的優(yōu)先級均為0，不具有DR/BDR的選舉權(quán)，且都達(dá)到了FULL狀態(tài)。

（3）查看OSPF數(shù)據(jù)庫表

在特權(quán)模式下，使用“show ip ospf database”命令查看OSPF鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。路由器R1的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫如下。

路由器R2的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫如下：

（4）查看OSPF路由表

以R1為例，在特權(quán)模式下，用“show ip route”查看路由表信息，從下面的輸出可以看到，除了直連網(wǎng)段12.1.1.0外，R1還學(xué)習(xí)到了網(wǎng)段23.1.1.0/30，標(biāo)識符為“O”（表示是通過OSPF學(xué)習(xí)到的）。[110/128]中，“110”表示OSPF的管理距離，“128”表示cost值。“12.1.1.2”表示到達(dá)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)23.1.1.0的下一跳，“Serial0/0/0”為下一跳的接口。

3.2 模擬多區(qū)域點(diǎn)到點(diǎn)鏈路的OSPF組網(wǎng)

運(yùn)行Packet Tracer V5.3在“Custom Made Devices”模式下，向工作區(qū)域中拖入4個2811路由器，并修改名字為R1、R2、R3和R4，然后在“Connections”模式下，用“Serial DCE”將各路由器連接，最后用工具欄中的“Draw ing Palette”將各區(qū)域圈起來，并用右邊工具欄中的“Place Note”標(biāo)簽將各路由器的基本信息在圖中標(biāo)出，最終的實(shí)驗(yàn)拓?fù)淙鐖D3所示：

圖3 多區(qū)域點(diǎn)到點(diǎn)鏈路的實(shí)驗(yàn)拓?fù)鋱D

各路由器的IP分配情況如表2：

表2 IP地址分配

第一步：配置4臺路由器，實(shí)現(xiàn)基本連通性

第二步：啟用OSPF路由協(xié)議

第三步：實(shí)驗(yàn)調(diào)試

稍等一會兒，在特權(quán)模式下，使用“show ip route”命令，可以查看各路由器上的路由條目。從各路由器顯示的結(jié)果來看，每個路由器都學(xué)到了到達(dá)全網(wǎng)中每個目的網(wǎng)段的路由，即掌握了整個網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫畔ⅰ?/p>

3.3 虛鏈路

虛鏈路是指一條通過一個非骨干區(qū)域連接到骨干區(qū)域的鏈路。包括兩種情況：一是沒有與Area0直接相連的區(qū)域；二是分割的Area0區(qū)域。這樣做，一方面是變相的允許非骨干區(qū)域不用物理的連接到骨干區(qū)域；另一方面是可以修改不連續(xù)的骨干區(qū)域。

3.3.1 沒有與Area0連接的區(qū)域組網(wǎng)

第一步：在3.2的基礎(chǔ)上將Area0與Area1互換

第二步：實(shí)驗(yàn)調(diào)試

在特權(quán)模式下，對各路由器用“show ip route”命令可以看到，只有路由器R3知道到達(dá)全網(wǎng)的路由，而路由器R1和R2只知道12.1.1.0/30和23.1.1.0/30的網(wǎng)段，路由器R4路由表中只有其直連網(wǎng)段34.1.1.0/30的路由。雖然在這個自治系統(tǒng)中運(yùn)行著OSPF，但各路由器并不能都了解整個網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞臓顟B(tài)信息，這就需要對路由器R2和R3進(jìn)行虛鏈路的配置。

第三步：虛鏈路的配置

第四步：實(shí)驗(yàn)調(diào)試

待配置完成后，需要一定的延時。然后在特權(quán)模式下，對各路由器再用“show ip route”命令可以看到，所有的路由器都學(xué)習(xí)到了到達(dá)全網(wǎng)中每個目的網(wǎng)段的路由條目。

3.3.2 分割的Area0的組網(wǎng)

第一步：在3.3.1的基礎(chǔ)上將Area2換成Area0

第二步：實(shí)驗(yàn)調(diào)試

稍等一會兒，在特權(quán)模式下，對4臺路由器用“show ip route”查看各路由器的路由信息。結(jié)果發(fā)現(xiàn)路由器R1和R2沒有學(xué)習(xí)到34.1.1.0/30的網(wǎng)段，而路由器R3和R4沒有學(xué)習(xí)到12.1.1.0/30的網(wǎng)段，也就是說，在此情況下，該自治系統(tǒng)中的各路由器沒有學(xué)習(xí)到整個網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫畔?。這就需要配置虛鏈路以達(dá)到每臺路由器對全網(wǎng)中每個目的網(wǎng)段的掌握。

第三步：虛鏈路的配置

第四步：實(shí)驗(yàn)調(diào)試

稍等一會兒，在特權(quán)模式下，對4臺路由器再用“show ip route”命令查看各路由器的路由信息。從顯示的結(jié)果可以看到4臺路由器均學(xué)習(xí)到了到達(dá)全網(wǎng)中每個目的網(wǎng)段的拓?fù)湫畔ⅰ?/p>

4.總結(jié)

在實(shí)驗(yàn)室中采用Packet Tracer V5.3模擬軟件將有效改善教學(xué)效果，節(jié)約學(xué)校的設(shè)備投入，具有廣泛的推廣價值。通過虛擬平臺對OSPF點(diǎn)到點(diǎn)鏈路的區(qū)域組網(wǎng)的模擬，初步了解了點(diǎn)到點(diǎn)鏈路OSPF區(qū)域組網(wǎng)的類型及相關(guān)的配置方法。有助于學(xué)生對OSPF路由協(xié)議的進(jìn)一步理解和掌握，提升一定的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

[1]崔北亮.CCNA認(rèn)證指南（640-802）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[2]萬曉琳.利用PACKET TRACER 5.0組建CISCO網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)平臺[J].電腦知識與技術(shù)，2009，5(21)：5914-5915.

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[4]Jeff Doyle.Routing TCP/IP VolumeⅠ (CCIE Professional Development).Routing TCP/IPVolumeⅠ(CCIE Professional Development)，1998.