王 琰，朱 林，洪 軍，張文超

(中國人民解放軍63886部隊，河南 洛陽 471000)

0 引言

在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，一般網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較小，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單，采用星形網(wǎng)絡(luò)單鏈路傳輸。為提高網(wǎng)絡(luò)傳輸效率，方便設(shè)備配置，交換機(jī)的路由配置采用靜態(tài)路由協(xié)議［1］。靜態(tài)路由協(xié)議通過手動配置數(shù)據(jù)包的下一跳地址，能夠精確控制路由選擇，減少交換機(jī)性能開銷，但存在不能夠動態(tài)反映網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓娜秉c，僅適用于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較簡單的小型網(wǎng)絡(luò)。

單位即將建設(shè)的辦公網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，如果使用靜態(tài)路由協(xié)議將會產(chǎn)生大量路由信息，給設(shè)備配置及交換機(jī)運(yùn)行帶來巨大壓力，不能滿足網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行及設(shè)備維護(hù)的需要。因此，需要結(jié)合辦公網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)實際，對網(wǎng)絡(luò)基本配置進(jìn)行初步研究。由于受交換機(jī)、終端設(shè)備等硬件條件制約，不便進(jìn)行實際組網(wǎng)配置測試?；赑acket Tracer的仿真軟件構(gòu)建具有開放式的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實驗平臺，能夠較好地解決上述問題，通過Packet Tracer仿真軟件搭建各種虛擬計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，對辦公網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行設(shè)備配置、仿真測試和分析研究，為辦公網(wǎng)的建設(shè)提供一定的參考。

1 Packet Tracer簡介

Packet Tracer是思科公司為思科認(rèn)證網(wǎng)絡(luò)工程師層次的網(wǎng)絡(luò)課程學(xué)習(xí)實踐而開發(fā)的一套網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng)。該軟件最大的特點在于可以在圖形化用戶界面上直接使用拖曳的方法完成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的搭建，并允許使用與實際設(shè)備幾乎完全相同的方法對其進(jìn)行配置操作。軟件支持多種常用協(xié)議，支持路由器、交換機(jī)、無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器、各種連接電纜、終端等設(shè)備仿真模型，提供圖形化和終端兩種配置方法，實時模式與實際傳輸過程一樣，可以通過網(wǎng)絡(luò)診斷工具來測試網(wǎng)絡(luò)的連通性［2］。通常用于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程建設(shè)中進(jìn)行開放性的預(yù)期規(guī)劃、方案設(shè)計、用戶溝通和性能測試等。

2 網(wǎng)絡(luò)基本情況分析

2.1 辦公網(wǎng)概況

辦公網(wǎng)是為提高單位辦公效率，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化辦公而設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)，能夠滿足辦公應(yīng)用需求，實現(xiàn)“上網(wǎng)實名、涉密信息集中存儲、個人終端不存密、全過程管理”的目標(biāo)。為保證重要單位網(wǎng)絡(luò)不間斷運(yùn)行，對網(wǎng)絡(luò)可靠性提出了很高的要求，因此采用雙機(jī)熱備等形式增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)可靠性，設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 辦公網(wǎng)基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

2.2 路由協(xié)議分析

為保證在出現(xiàn)單點故障的情況下盡可能不出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中斷，結(jié)合辦公網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)實際，采用適應(yīng)大型復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的OSPF動態(tài)路由協(xié)議進(jìn)行交換機(jī)路由配置。

在具有高可靠性需求的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中使用OSPF動態(tài)路由協(xié)議具有其它路由協(xié)議不可比擬的優(yōu)勢。OSPF協(xié)議全稱Open Shortest Path Frist，即開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議，是一種內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，具有適應(yīng)范圍廣、收斂速度快、路由協(xié)議開銷小、路由表容量小、網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性強(qiáng)等特點，在大中型網(wǎng)的路由設(shè)計中得到廣泛應(yīng)用。OSPF協(xié)議采用特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(LSA)來描述網(wǎng)絡(luò)中的鏈路狀態(tài)，包括端口IP地址、端口狀態(tài)、鏈路帶寬等，并且不同的鄰居之間把這些鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行全網(wǎng)同步，最終在每個交換機(jī)上形成能夠描述出相同網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞逆溌窢顟B(tài)數(shù)據(jù)庫(LSDB)［3］。每個設(shè)備都把自己當(dāng)作樹根，目的網(wǎng)絡(luò)為葉子，根據(jù)最短路徑優(yōu)先算法(SPF)計算出一棵最短路徑樹，這就從根本上避免了環(huán)路的產(chǎn)生。OSPF網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在所有內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議中是比較復(fù)雜的一種，比較適合具有多層次、多出口的大型復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。

3 網(wǎng)絡(luò)仿真模擬

3.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ徒?/h3>

表1 交換機(jī)路由端口配置表

圖2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型

辦公網(wǎng)實際網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，經(jīng)過對該網(wǎng)絡(luò)的分析，將網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模擬簡化為圖2所示，基本能夠反映真實的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。圖2中，SW1、SW2為核心交換機(jī)，SW3至SW10為匯聚交換機(jī)，PC1至 PC10為計算機(jī)終端。其中 SW3至SW5、SW9模擬乙地匯聚，SW8模擬丙地匯聚，SW10模擬丁地匯聚，SW6、SW7可模擬A站匯聚、B站匯聚、安全防護(hù)域交換機(jī)、應(yīng)用服務(wù)交換機(jī)等匯聚交換機(jī)。

為方便對交換機(jī)、計算機(jī)終端進(jìn)行配置，結(jié)合圖2將各設(shè)備路由端口號、交換端口號、端口地址、VLAN劃分規(guī)劃如表1至表3所示。由于在仿真模擬中可用IP范圍大，各接口均采用24位掩碼，不會影響真實網(wǎng)絡(luò)中的IP分配。

表2 交換機(jī)交換端口配置表

表3 終端設(shè)備配置表

3.2 路由端口配置［4］

在辦公網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃中，采用三層交換機(jī)作為核心及匯聚設(shè)備。在路由配置過程中，需要開啟端口的路由功能，對端口進(jìn)行IP地址配置，默認(rèn)狀態(tài)下，交換機(jī)端口使用的是交換功能，不能直接對端口配置IP地址，因此，配置路由端口時應(yīng)先將端口的交換功能關(guān)閉。以SW1的24號端口為例，關(guān)閉其交換功能，同時開啟路由功能并配置IP地址，主要配置命令如下:

3.3 交換端口配置

交換端口用于連接計算機(jī)終端設(shè)備，為了方便管理，減少廣播風(fēng)暴的產(chǎn)生，采用劃分VLAN的方式進(jìn)行配置。通過創(chuàng)建VLAN并將交換端口加入VLAN中，對VLAN配置IP地址作為計算機(jī)終端的網(wǎng)關(guān)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。以交換機(jī)SW6的1號端口為例，將其加入VLAN20并配置IP地址，主要配置命令如下:

PC終端的配置只需在配置界面中輸入對應(yīng)的IP地址，掩碼為 255.255.255.0，網(wǎng)關(guān)為各自直連的VLAN地址，即可接入網(wǎng)絡(luò)。

3.4 OSPF 路由配置

為保證網(wǎng)絡(luò)可靠性和可維護(hù)性，核心層及匯聚層交換機(jī)采用OSPF協(xié)議配置動態(tài)路由，將OSPF區(qū)域劃分為5個，減少網(wǎng)絡(luò)故障造成拓?fù)渥兓瘯r的路由震蕩并加快路由表收斂速度。以交換機(jī)SW1為例，主要配置命令如下:

4 網(wǎng)絡(luò)性能測試及分析

4.1 路由信息

在交換機(jī)命令行中輸入show ip route命令，可以查看該交換機(jī)路由表中的路由信息，顯示該交換機(jī)中保存的通往某一網(wǎng)段數(shù)據(jù)報的下一跳路由地址。以交換機(jī)SW1為例，路由表信息如圖3所示。

圖3 SW1路由表

在每一行路由信息中，第一個標(biāo)志C表示該條路由為直連路由，O表示該條路由為通過OSPF協(xié)議學(xué)習(xí)到的路由。對照表1、表2可以看出，交換機(jī)SW1已經(jīng)通過OSPF協(xié)議學(xué)習(xí)到了網(wǎng)絡(luò)中所有網(wǎng)段的路由信息，能夠提供到達(dá)網(wǎng)絡(luò)中任意位置的路由選擇路線。

4.2 連通性測試

網(wǎng)絡(luò)的連通性主要采用Ping命令，該命令通過發(fā)送一個ICMP請求數(shù)據(jù)報給目的地址來接收其回應(yīng)，判斷與其他終端的網(wǎng)絡(luò)連通性，了解網(wǎng)絡(luò)的通斷狀態(tài)。以終端PC1ping終端PC8為例，屏幕顯示結(jié)果:Reply from 192.168.70.10。

終端PC1收到了終端PC8應(yīng)答的數(shù)據(jù)包，表示兩臺主機(jī)間網(wǎng)絡(luò)連通性正常。隨機(jī)選擇兩個不同終端進(jìn)行測試，均通過測試，證明通過對交換機(jī)、終端的相關(guān)配置，網(wǎng)絡(luò)整體連通性良好。

4.3 網(wǎng)絡(luò)可靠性測試

在終端上使用Tracert命令，可以得到數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中具體的路由走向。Tracert是路由跟蹤程序，用于確定IP數(shù)據(jù)報訪問目標(biāo)所采取的路徑，它通過向目標(biāo)發(fā)送不同生存時間值的Internet控制消息協(xié)議回應(yīng)數(shù)據(jù)包，從而得到路徑信息。在測試中，使用該命令可以直觀地看到當(dāng)某條鏈路發(fā)生故障時路由的變動情況。以終端PC1與終端PC8通信為例，在PC1上運(yùn)行Tracert命令，其結(jié)果如圖4所示。

圖4 PC1 Tracert測試

經(jīng)過分析可以看出，PC1與PC8之間的通信路徑為PC1→SW6→SW1→SW3→SW5→SW9→PC8，在圖5中可以看出，2臺終端間通信路由為虛線所示，通過的是最優(yōu)路由路徑，能夠提高網(wǎng)絡(luò)傳輸效率。

圖5 最優(yōu)路由

為了模擬真實網(wǎng)絡(luò)的使用情況，設(shè)計一種極端情況，在軟件中將部分鏈路刪除，模擬網(wǎng)絡(luò)多點故障，測試網(wǎng)絡(luò)整體可靠性。

將SW1與SW6之間、SW2與SW4之間、SW3與SW5之間的連接線路刪除，需待動態(tài)路由重新分布完成后，再次查看交換機(jī)SW1的路由表信息如圖6所示。

圖6 變化后SW1路由表

與之前的路由信息相比，路由表發(fā)生變化，表明交換機(jī)通過OSPF協(xié)議學(xué)習(xí)到了最新的路由信息。

再次使用Tracert命令觀察PC1至PC2之間的路由如圖7所示。

圖7 變化后PC1 Tracert測試

經(jīng)過分析可以看出，PC1與PC8之間的通信路徑PC1→SW6→SW2→SW1→SW3→SW4→SW5→SW9→PC8，如圖8中虛線的路由路徑所示。

在真實網(wǎng)絡(luò)中，通常不會發(fā)生多條線路同時中斷的情況，在具有冗余鏈路的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中一旦發(fā)生單點故障，使用OSPF動態(tài)路由協(xié)議的組網(wǎng)方式能夠及時同步最新路由表，保證網(wǎng)絡(luò)暢通。

5 結(jié)束語

本文利用Packet Tracer軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)仿真模擬，將OSPF動態(tài)路由協(xié)議運(yùn)用到辦公網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，對辦公網(wǎng)基本網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼霸O(shè)備進(jìn)行相關(guān)配置研究，對網(wǎng)絡(luò)的連通性及可靠性進(jìn)行模擬測試，實現(xiàn)在多點故障狀態(tài)下路由選擇自動調(diào)整，確保網(wǎng)絡(luò)的暢通，動態(tài)路由的配置策略在下一步辦公網(wǎng)建設(shè)中具有一定參考價值。

圖8 故障狀態(tài)下的路由

［1］謝希仁.計算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)(第5版)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2008.

［2］王浩，司風(fēng)山，周豐杰.Packet Tracer軟件在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)中的應(yīng)用研究［J］.棗莊學(xué)院學(xué)報，2011，28(5):41-46.

［3］Richard Stevens.TCP/IP詳解 卷一:協(xié)議［M］.范建華，晉光輝，張濤，等譯.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

［4］陸魁軍.計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程實踐教程―基于華為路由器和交換機(jī)［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2005.

［5］趙釗.基于OSPF協(xié)議的高校校園網(wǎng)絡(luò)建設(shè)［J］.農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息，2010(12):88-90.

［6］唐燈平.利用Packet Tracer模擬組建大型單核心網(wǎng)絡(luò)的研究［J］.實驗研究與探索，2011，30(1):186-189，198.

［7］楊闊，王立軍，孟祥鹿.基于Packer Tracer的校園網(wǎng)絡(luò)設(shè)計仿真［J］.中國電子商務(wù)，2010(12):121.

［8］唐燈平，吳鳳梅.利用路由子接口解決的網(wǎng)絡(luò)問題［J］.電腦學(xué)習(xí)，2009(4):66-67.

［9］任曉鵬，李偉華.基于Packet Tracer構(gòu)建虛擬網(wǎng)絡(luò)實訓(xùn)平臺［J］.中國職業(yè)技術(shù)教育，2006(27):44，46.

［10］王竹林.校園網(wǎng)組建與管理［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2002.

［11］張順吉，董德春.利用Packet Tracer學(xué)習(xí)校園網(wǎng)的組建［J］.電腦知識與技術(shù)，2010，6(21):5766-5768.

［12］Willam R Parkhurst.Cisco OSPF命令與配置手冊(CCIE職業(yè)發(fā)展系列)［M］.李閩一，林宏，袁春梅，等譯.北京:人民郵電出版社，2003.

［13］杜宇揚(yáng).OSPF協(xié)議的動態(tài)配置及其實現(xiàn)研究［D］.西安:西安電子科技大學(xué)，2009.

［14］邢彥辰.數(shù)據(jù)通信與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)［M］.北京:人民郵電出版社，2011.