徐濟(jì)成，劉 超，李 嶒

（1.安徽中澳科技職業(yè)學(xué)院 信息工程與藝術(shù)設(shè)計(jì)系，安徽 合肥 230041；2.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 信息與計(jì)算機(jī)學(xué)院，安徽 合肥 230036）

OSPF 是基于鏈路狀態(tài)的動(dòng)態(tài)路由協(xié)議，它具備一般IGP 協(xié)議的基本特點(diǎn)，同時(shí)支持區(qū)域劃分，對(duì)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)具有良好的適應(yīng)性，而且網(wǎng)絡(luò)收斂速度快，解決了路由自環(huán)問(wèn)題的困擾，所以O(shè)SPF成為大中型園區(qū)網(wǎng)中使用最廣泛、性能最佳的IGP 協(xié)議之一［1］。在按照?qǐng)@區(qū)網(wǎng)分層設(shè)計(jì)模型進(jìn)行大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)［2］，從路由協(xié)議規(guī)劃層面，常常需要利用OSPF 支持區(qū)域劃分的特性，在內(nèi)部形成一個(gè)多區(qū)域OSPF的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景。這種網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景的通信需要遵循OSPF 區(qū)域劃分的基本準(zhǔn)則，即非骨干區(qū)域必須和骨干區(qū)域相鄰。然而，在某些特殊場(chǎng)景下，由于不可抗力因素導(dǎo)致在進(jìn)行OSPF 區(qū)域劃分設(shè)計(jì)時(shí)，無(wú)法遵循既有準(zhǔn)則，只能采用非標(biāo)準(zhǔn)的異形劃分，最終導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)通信故障。因此，研究多區(qū)域OSPF異形劃分的通信實(shí)現(xiàn)方法具有積極的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

1 多區(qū)域OSPF異形劃分的存在形式

OSPF 采用的是基于Hub-And-Spoke［3］架構(gòu)的區(qū)域化設(shè)計(jì)，在其定義的所有區(qū)域中，依據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的功能會(huì)設(shè)置一個(gè)骨干區(qū)域Area0，其他的區(qū)域均為非骨干區(qū)域并且與骨干區(qū)域Area0 直接相連，如圖1 所示。非骨干區(qū)域通過(guò)與骨干區(qū)域Area0 交換鏈路狀態(tài)通告報(bào)文LSA獲取路由信息，建立鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)LSDB［4］，最終實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)收斂。

圖1 OSPF區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)劃分

定義1：在OSPF 多區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中［5］，若骨干區(qū)域Area0 與非骨干區(qū)域不是直接相連，則稱(chēng)該形式的區(qū)域劃分為異形劃分。

顯然，凡是符合定義1 描述的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景，均不符合Hub-And-Spoke 架構(gòu)的區(qū)域化設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，會(huì)給網(wǎng)絡(luò)通信造成故障。從實(shí)際網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上分析，多區(qū)域OSPF 異形劃分有遠(yuǎn)端異形和分割異形兩種存在形式。

1.1 遠(yuǎn)端異形

遠(yuǎn)端異形是指在多區(qū)域OSPF 的劃分中，所有的非骨干區(qū)域都在骨干區(qū)域Area0 的同一側(cè)，形成一個(gè)或多個(gè)位于Area0 遠(yuǎn)端的非骨干區(qū)域，無(wú)法與骨干區(qū)域Area0 直連的拓?fù)湫问?，如圖2 所示。在這種情況下，由于非骨干區(qū)域Area2 遠(yuǎn)離骨干區(qū)域Area0，即使非骨干區(qū)域Area1 和Area0 直接相連，區(qū)域邊界路由器也無(wú)法將鏈路狀態(tài)通告報(bào)文LSA發(fā)送至Area2，最終導(dǎo)致Area2 被孤立，無(wú)法與其他區(qū)域正常通信。

圖2 遠(yuǎn)端異形劃分

1.2 分割異形

分割異形是指在多區(qū)域OSPF 劃分中，骨干區(qū)域Area0 被其他非骨干區(qū)域割裂，形成范圍更小且無(wú)法直接相連的多個(gè)Area0 區(qū)域的拓?fù)湫问?，如圖3 所示。在這種情況下，骨干區(qū)域Area0 被非骨干區(qū)域Area1 分割，左右兩邊的Area0 無(wú)法交換LSA實(shí)現(xiàn)路由信息的傳遞。

圖3 分割異形劃分

2 虛連接的工作機(jī)制與實(shí)現(xiàn)方法

在多區(qū)域OSPF 網(wǎng)絡(luò)中，非骨干區(qū)域通過(guò)與骨干區(qū)域Area0 交換鏈路狀態(tài)通告報(bào)文LSA 獲取路由信息。遠(yuǎn)端異形和分割異形的不合理劃分阻礙了OSPF 區(qū)域之間的LSA 交換，使得路由信息無(wú)法傳遞，最終造成通信故障。OSPF 虛連接（Virtual Link）技術(shù)［6］可以在兩臺(tái)區(qū)域邊界路由器ABR 之間穿透非骨干區(qū)域，建立一條邏輯通道，實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)ABR 的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。以下逐一分析遠(yuǎn)端異形和分割異形利用OSPF 虛連接解決通信問(wèn)題的工作機(jī)制，并給出具體的實(shí)現(xiàn)方法。

2.1 遠(yuǎn)端異形的虛連接

遠(yuǎn)端異形的虛連接如圖4 所示，非骨干區(qū)域Area1 與Area0 直連，而Area2 處 于Area0 的遠(yuǎn)端。若要Area0的LSA可以通過(guò)區(qū)域邊界路由器ABR1傳遞至Area2，就必須使得Area0 和遠(yuǎn)端的Area2 建立直連關(guān)系。根據(jù)這種邏輯思路，OSPF 虛連接采用擴(kuò)展和拉伸的方法，將骨干區(qū)域Area0 的范圍延伸和擴(kuò)展至Area1 和Area2 的區(qū)域邊界路由器ABR2的位置，實(shí)現(xiàn)了與Area2的虛擬直連。

圖4 遠(yuǎn)端異形的虛連接

2.2 分割異形的虛連接

分割異形的虛連接如圖5 所示，骨干區(qū)域Area0 被非骨干區(qū)域Area1 分割成獨(dú)立不相連的兩個(gè)區(qū)域。這兩個(gè)Area0 區(qū)域若要交換LSA 實(shí)現(xiàn)通信，同樣需要跨過(guò)Area1 建立直連關(guān)系?？紤]到這兩個(gè)Area0 區(qū)域的對(duì)等性，在采用OSPF 虛連接進(jìn)行拉伸和擴(kuò)展時(shí)，可以從兩側(cè)Area0 區(qū)域向中間的Area1區(qū)域同時(shí)均衡伸展。此時(shí)形成的新骨干區(qū)域Area0 就覆蓋了拓?fù)渲械乃袇^(qū)域，原本割裂的兩個(gè)Area0也就實(shí)現(xiàn)了虛擬直連。

圖5 分割異形的虛連接

不論是遠(yuǎn)端異形還是分割異形，都可以通過(guò)OSPF 虛連接將骨干區(qū)域Area0 的范圍拉伸和擴(kuò)展至相鄰的非骨干區(qū)域，從而使原本不能與骨干區(qū)域Area0相連的區(qū)域，最終可以實(shí)現(xiàn)與骨干區(qū)域Area0直連。該方法本質(zhì)上是將與骨干區(qū)域Area0 相鄰的非骨干區(qū)域拉伸和擴(kuò)展，形成Transit Area，并且將Transit Area 虛擬成骨干區(qū)域，使得異形劃分的非骨干區(qū)域能夠成功獲得其他OSPF 區(qū)域的路由。這些路由將從Inter-Area Route 轉(zhuǎn)變?yōu)镮ntra-Area Route，路由的表示形式也將從OIA 改變?yōu)镺 的形式。

2.3 虛連接的實(shí)現(xiàn)方法

在進(jìn)行OSPF 虛連接拉伸和擴(kuò)展時(shí)，具體的方法是將Transit Area中與骨干區(qū)域直連的ABR 和連接另一個(gè)常規(guī)區(qū)域的ABR 相連，連接這兩個(gè)ABR時(shí)，使用雙方的Router-ID 來(lái)連接。該方法的關(guān)鍵步驟如下所示：

Step 1：router ospfprocess id//聲明OSPF的進(jìn)程號(hào)

Step 2：router-idip-address//設(shè)置 該ABR的Router-ID

Step 3：networknetwork-address wildcard-maskareaid//指定該ABR直連的網(wǎng)絡(luò)及所屬區(qū)域

Step 4：areaidvirtual-linkrouter-id//指定該ABR直連的網(wǎng)絡(luò)及所屬區(qū)域

3 仿真實(shí)驗(yàn)與分析

3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)利用Packet Tracer仿真平臺(tái)［7-8］，設(shè)計(jì)了標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域T0、遠(yuǎn)端異形區(qū)域T1和分割異形區(qū)域T2等3個(gè)拓?fù)鋵?duì)照組，如圖6所示。其中，T0為已完成配置且網(wǎng)絡(luò)收斂的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照組，用來(lái)驗(yàn)證2.3 節(jié)中所述方法對(duì)T1和T2的有效性。

圖6 仿真實(shí)驗(yàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

為保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的公正性，在3 個(gè)對(duì)照組的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，路由器均選用cisco 2811型號(hào)，線纜采用Copper Cross-Over，R2 和R3 均為ABR，路由器的具體配置參數(shù)如表1所示。

表1 路由器的配置參數(shù)

3.2 結(jié)果分析

采用2.3節(jié)中所述的方法分別對(duì)T1和T2拓?fù)渲械穆酚善鬟M(jìn)行詳細(xì)配置，網(wǎng)絡(luò)充分收斂后，顯示R1的路由表并測(cè)試R1 ?R2 ?R3 ?R4 的網(wǎng)絡(luò)連通性。

如圖7 所示，R1?R2?R3?R4 的網(wǎng)絡(luò)是連通的，R1 路由表路由信息來(lái)源中出現(xiàn)了OIA，表明這些路由成功地從Inter-Area Route 轉(zhuǎn)變?yōu)镮ntra-Area Route。

圖7 R1路由表和網(wǎng)絡(luò)連通性測(cè)試顯示結(jié)果

為了更進(jìn)一步驗(yàn)證表1方法對(duì)于T1和T2兩種異形區(qū)域通信效率的影響，通過(guò)統(tǒng)計(jì)3 個(gè)對(duì)照組收發(fā)不同數(shù)量ping 包的平均時(shí)延，對(duì)比T1、T2 與T0的離散程度，如圖8所示。

圖8 T0-T1-T2平均時(shí)延對(duì)比

通過(guò)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，使用OSPF 虛連接方法配置的T1 和T2 在通信效率上與標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域T0 基本持平，能夠較好地實(shí)現(xiàn)OSPF 異形區(qū)域的正常通信。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)分析多區(qū)域OSPF異形劃分的兩種存在形式，引入OSPF虛連接技術(shù)，成功解決了異形區(qū)域的通信問(wèn)題。仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，該方法有效可行且通信效率維持了與標(biāo)準(zhǔn)劃分的相同水準(zhǔn)。雖然OSPF 虛連接可以解決此類(lèi)故障，但在多區(qū)域OSPF 規(guī)劃時(shí)，除非是出現(xiàn)不可抗力因素，否則應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)劃分，避免出現(xiàn)異形區(qū)域，造成額外的路由通信負(fù)擔(dān)。此外，在OSPF 虛連接的實(shí)現(xiàn)機(jī)制上，需要注意虛連接是在兩個(gè)擁有共同區(qū)域的ABR 之間建立的，且其中至少有一個(gè)ABR 連接骨干區(qū)域。同時(shí)，OSPF 虛連接也需要建立OSPF 鄰居，只不過(guò)鄰居建立后，鏈路上沒(méi)有hello 包傳遞。