王 亮, 胡冠宇, 陳 明

(長春工業(yè)大學(xué)軟件職業(yè)技術(shù)學(xué)院,吉林長春 130022)

0 引 言

開放式最短路徑優(yōu)先(Open Shortest Path First,OSPF)是一個內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(IGP)[1],由IETF的IGP工作組定義,用于在單一自治系統(tǒng)(AS)內(nèi)選擇路由。與其它IGP相比,它具有容納網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大,每個運行OSPF的路由器保存整個網(wǎng)絡(luò)的鏈路信息、獨立計算路由,不會產(chǎn)生路由環(huán)路等優(yōu)勢,受到很多網(wǎng)絡(luò)設(shè)計者的青睞。

IETF的IGP工作組為其定義了許多相關(guān)技術(shù)來完成OSPF網(wǎng)絡(luò)的路由選擇和優(yōu)化[2]:

1)利用鏈路狀態(tài)的路由選擇算法SPF提高復(fù)雜環(huán)境中路由選路的精確度。

2)利用7種鏈路狀態(tài)通告(LSA)實現(xiàn)路由信息的發(fā)布與學(xué)習(xí)。

3)利用多種區(qū)域(Area)控制鏈路信息通告的范圍以節(jié)省資源。

4)利用指定路由器(DR)來保證多路訪問網(wǎng)絡(luò)(BMA)路由信息傳遞的一致性問題。

5)利用點到點子接口控制在 PVC上發(fā)布LSA[3]。

文中將上述技術(shù)有機地結(jié)合起來,組建一個高效、安全的異地企業(yè)網(wǎng)絡(luò)。

1 配置末節(jié)域簡化路由表

OSPF定義了5種不同類型的區(qū)域,其中末節(jié)域指的是不接收本區(qū)域以外的路由信息的區(qū)域。如果需要轉(zhuǎn)發(fā)通往自治系統(tǒng)外的信息,使用默認路由0.0.0.0/0。

如果將一個區(qū)域作為末節(jié)域,必須滿足下列條件:

1)該區(qū)域只有一個出口。

2)該區(qū)域不需要作為虛鏈路(Virtual Link)的過渡區(qū)。

3)該區(qū)域沒有自治系統(tǒng)邊界路由器(ASBR)。

4)該區(qū)域不是主干區(qū)域(BA)。

Cisco定義了自己的專屬區(qū)域完全末節(jié)域(TSA),同樣不接收區(qū)域外的路由信息,用默認路由作為通外部自治系統(tǒng)數(shù)據(jù)包的途徑。

無論是末節(jié)域還是完全末節(jié)域都使得區(qū)域內(nèi)的路由器不需要學(xué)習(xí)區(qū)域外大量的路由信息[4],這樣既節(jié)省了路由器的資源,同時也簡化了路由表,提高了路由器查找路由信息的效率。

在Cisco的IOS中,配置完全末節(jié)域的命令為:

Router(config-router)#area ＜id＞stub

2 中央-分支拓撲結(jié)構(gòu)

我們很難自己敷設(shè)線纜來完成異地網(wǎng)絡(luò)的連接,為此,必須租用ISP的線纜。在租用線纜時,以永久虛電路(PVC)為連接方式的幀中繼(Frame Relay)技術(shù)應(yīng)用非常廣泛[5],而這種技術(shù)是按PVC的條數(shù)收費的,所以在保證網(wǎng)絡(luò)能夠互聯(lián)的前提下減少PVC的條數(shù)是必要的。

假設(shè)一個連接N地的網(wǎng)絡(luò),為了實現(xiàn)全網(wǎng)通信需要購買C2N條PVC來實現(xiàn)。在這里,可以采用中央-分支拓撲結(jié)構(gòu)來減少 PVC[6]。也就是說,所有的分支機構(gòu)都連接一條PVC到中央節(jié)點,分支節(jié)點之間的通信都通過中央節(jié)點來實現(xiàn),這樣只需要N-1條PVC就能實現(xiàn)全網(wǎng)的通信,中央-分支拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 中央-分支拓撲結(jié)構(gòu)

比如,一個連接5地的網(wǎng)絡(luò),在采用了中央-分支拓撲結(jié)構(gòu)后只需要4條虛電路,而原來需要10條虛電路,節(jié)省了60%的開銷。所有分支節(jié)點的通信都需要經(jīng)過中央節(jié)點,不僅節(jié)省了開銷,同時也可以在中央節(jié)點監(jiān)控所有網(wǎng)絡(luò)流量,提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性。

3 控制DR選舉

OSPF網(wǎng)絡(luò)中的路由器利用 LSA來通告鏈路狀態(tài),LSA是以組播的形式傳遞的,這就導(dǎo)致了在BMA網(wǎng)絡(luò)中所有路由器都在向組中其它成員發(fā)送鏈路信息。而這種信息的發(fā)布是沒必要的,并且還可能導(dǎo)致信息的不一致性?？梢圆捎眠x舉DR的方式解決這個問題,在每個廣播多路訪問網(wǎng)絡(luò)都需要一個DR[7],它接收網(wǎng)段中所有路由器的鏈路信息,并將完整的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)發(fā)布給所有路由器。這樣既減少了LSA的數(shù)量,又保證了信息的一致性。

在中央-分支拓撲中,可以通過對DR選舉的控制使中央節(jié)點作為網(wǎng)段的DR。

在Cisco的IOS中,可以利用設(shè)置 Router ID的方式控制DR的選舉,ID值大的將成為DR。當(dāng)然,也可以使用環(huán)回地址的方式控制DR選舉?？刂艱R選舉的命令為:

Router(config-router)#router-id＜X.X.X.X＞

其中ID大的會成為網(wǎng)段的DR。

4 點到點子接口(piont-to-piont)

幀中繼屬于非廣播多路訪問(NBMA)網(wǎng)絡(luò)[8],在這樣的網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布 LSA會使得中央-分支拓撲結(jié)構(gòu)中分支節(jié)點之間不能互相學(xué)習(xí)對方的路由信息?？梢圆捎命c到點子接口的方式讓中央節(jié)點到分支節(jié)點虛電路上傳遞LSA,這樣中央節(jié)點就掌握了整個網(wǎng)絡(luò)的路由信息,再利用前面介紹的控制DR選舉的辦法將中央節(jié)點配置為DR,分支節(jié)點就可以順利的學(xué)習(xí)到整個網(wǎng)絡(luò)的路由信息了。

配置點到點子接口的命令為:

Router(config)#interface type mod/port.X piont-to-piont

5 場景案例

拓撲描述如圖2所示。

圖2 案例拓撲

RA和RD模擬企業(yè)的中央節(jié)點,其中RA為中央節(jié)點的出口,RB,RC分別模擬兩個分支節(jié)點的出口。在中央節(jié)點RA上建立了兩條到分支RB和RC的PVC,通過對圖中4臺路由器的配置實現(xiàn)全網(wǎng)通信。

5.1 RA的配置

接口配置

interface Serial0/0

no ip address

encapsulation frame-relay

interface Serial0/0.1 point-to-point//配置點到點子接口

ip address 4.4.4.1255.0.0.0

frame-relay interface-dlci 102//配置DLCI編號interface Serial0/0.2 point-to-point

ip address 5.5.5.1255.0.0.0

frame-relay interface-dlci 103

路由配置

router ospf 1

router-id 5.5.5.5//設(shè)置router-id控制DR選舉

area 1 stub//將Area1設(shè)置為完全末節(jié)域

network 1.0.0.00.255.255.255 area 1

network 4.0.0.00.255.255.255 area 0

network 5.0.0.00.255.255.255 area 0

5.2 RB的配置

接口配置

interface Serial0/0

ip address 4.4.4.2255.0.0.0

ip ospf priority 0

encapsulation frame-relay

frame-relay interface-dlci 201

ip ospf network point-to-point//將OSPF網(wǎng)絡(luò)類型設(shè)置為點到點

路由配置

router ospf 1

network 4.0.0.00.255.255.255 area 0

network 2.0.0.00.255.255.255 area 2

RC的配置同RB

5.3 RD的配置

路由配置

router ospf 1

area 1 stub

network 1.0.0.00.255.255.255 area 1

5.4 驗證

RA的路由表

Gateway of last resort is not set

C 1.0.0.0/8 is directly connected,FastEthernet0/0

O IA 2.0.0.0/8[110/65]via 4.4.4.2,01:33:12,Serial0/0.1//外部區(qū)域路由信息

O IA 3.0.0.0/8[110/65]via 5.5.5.2,01:33:12,Serial0/0.2

C 4.0.0.0/8 is directly connected,Serial0/0.1

C 5.0.0.0/8 is directly connected,Serial0/0.2

RB的路由表

Gateway of last resort is not set

O IA 1.0.0.0/8[110/65]via 4.4.4.1,01:32:18,Serial0/0

C 2.0.0.0/8 is directly connected,FastEthernet0/0

O IA 3.0.0.0/8[110/129]via 4.4.4.1,01:32:18,Serial0/0

C 4.0.0.0/8 is directly connected,Serial0/0

O 5.0.0.0/8[110/128]via 4.4.4.1,01:32:18,Serial0/0

RD的路由表

Gateway of last resort is 1.1.1.1 to network 0.0.0.0

C 1.0.0.0/8 is directly connected,FastEthernet0/0

O IA 2.0.0.0/8[110/66]via 1.1.1.1,01:30:28,

FastEthernet0/0

O IA 3.0.0.0/8[110/66]via 1.1.1.1,01:30:28,

FastEthernet0/0

O IA 4.0.0.0/8[110/65]via 1.1.1.1,01:30:28,

FastEthernet0/0

O IA 5.0.0.0/8[110/65]via 1.1.1.1,01:30:28,

FastEthernet0/0

O*IA 0.0.0.0/0[110/2]via 1.1.1.1,01:30:28,

FastEthernet0/0//

外部AS為默認路由,說明完全末節(jié)域生效了,簡化了路由表。

OSPF Hello報文和OSPF LSA報文分別如圖3和圖4所示。

圖3 OSPF Hello報文

圖4 OSPF LSA報文

圖3和圖4是對捕獲數(shù)據(jù)包的分析。通過對OSPF Hello和LSA報文的分析,證明了本方案的通信過程是可行的。

6 結(jié) 語

OSPF作為一款流行的IGP協(xié)議,得到了廣泛的應(yīng)用。與其它網(wǎng)絡(luò)相比較,在幀中繼網(wǎng)絡(luò)上配置OSPF路由相對復(fù)雜一些。在典型的異地企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用在幀中繼網(wǎng)絡(luò)上配置OSPF路由的辦法實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的正常通信,同時優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),從性價比角度考慮,本方案是一個非常好的解決辦法。

當(dāng)然,我們相信隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,OSPF協(xié)議在網(wǎng)際路由選擇過程中一定還會出現(xiàn)更多、更好的解決方案。

[1]謝希仁.計算機網(wǎng)絡(luò)[M].5版.北京:電子工業(yè)出版社,2010.

[2]梁廣民.網(wǎng)絡(luò)設(shè)備互聯(lián)技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2010.

[3]張俊虎,侯鐵兵.OSPF在按需電路上配置的研究與應(yīng)用[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)應(yīng)用,2010(5):68-70.

[4]曾斌,申詠周,楊輝,等.OSPF協(xié)議擴展屬性 NSSA的研究與應(yīng)用[J].計算機工程,2006,32:278-280.

[5]Behrouz A,Forouzan,Sophia Chung Fegan.TCP/IP協(xié)議族[M].3版.謝希仁,譯.北京:清華大學(xué)出版社,2006.

[6]胡峰,郭慶平.OSPF在幀中繼中的應(yīng)用[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報:信息與管理工程版,2006,28:31-33.

[7]Larry L,Peterson,Bruce S.Davie computer networks a systems approach[M].北京:機械工業(yè)出版社,2007.

[8]毛擁華,倪冰,史凡.CCIE路由與交換Lab實戰(zhàn)[M].北京:人民郵電出版社,2005.