李 勇，沈秀娟

(曲靖師范學(xué)院 數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院，云南 曲靖 655011)

0 引 言

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)水平的日益提高，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)用戶數(shù)量呈指數(shù)增長，這使得開放最短路徑優(yōu)先(Open Shortest Path First，OSPF)協(xié)議的應(yīng)用日趨廣泛.為有效提升OSPF路由協(xié)議服務(wù)于企業(yè)網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)踐的質(zhì)量，近年來，研究者對(duì)其進(jìn)行了一系列相關(guān)研究.如，文獻(xiàn)[1-5]將OSPF協(xié)議的原理以仿真實(shí)驗(yàn)的方式實(shí)現(xiàn)，為其他領(lǐng)域運(yùn)用OSPF協(xié)議提供了理論依據(jù)和配置方法.文獻(xiàn)[6]對(duì)OSPF協(xié)議的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐進(jìn)行了相關(guān)研究，有利于學(xué)生掌握OSPF協(xié)議的路由設(shè)計(jì)原理及相關(guān)的組網(wǎng)配置技巧.文獻(xiàn)[7-8]對(duì)OSPF多區(qū)域配置進(jìn)行了深入研究，有效拓展了OSPF協(xié)議服務(wù)于大型復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)踐的能力.文獻(xiàn)[9]為了降低網(wǎng)絡(luò)中冗余數(shù)據(jù)包傳輸和拓?fù)渥兏鼤r(shí)路由重計(jì)算量，提高網(wǎng)絡(luò)收斂速度和網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性，對(duì)電力通信網(wǎng)絡(luò)中OSPF區(qū)域劃分問題進(jìn)行了研究.文獻(xiàn)[10]研究了OSPF協(xié)議在企業(yè)骨干網(wǎng)領(lǐng)域的優(yōu)化測試問題.文獻(xiàn)[11]系統(tǒng)研究了NFV中OSPF路由欺騙檢測與防御等問題.文獻(xiàn)[12]針對(duì)OSPF路由協(xié)議思想的虛擬維修誘導(dǎo)技術(shù)進(jìn)行分析.上述已有相關(guān)研究成果為OSPF進(jìn)一步更好地服務(wù)于理論教學(xué)、科學(xué)研究、以及工程實(shí)踐提供了寶貴的參考和借鑒經(jīng)驗(yàn).

由于在物理實(shí)驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行OSPF協(xié)議研究與分析會(huì)存在不易操作、學(xué)生難以理解等問題.加之物理實(shí)驗(yàn)場地及設(shè)備數(shù)量等局限不利于實(shí)驗(yàn)教學(xué).因此，為便于開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，加深學(xué)生對(duì)OSPF工作原理的理解和對(duì)OSPF配置命令的掌握，本文在eNSP環(huán)境下設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)場景，介紹在eNSP環(huán)境下進(jìn)行OSPF實(shí)驗(yàn)仿真的詳細(xì)過程.

1 OSPF協(xié)議原理分析

OSPF協(xié)議作為一種基于分布式的鏈路狀態(tài)內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，其使用洪泛的方式給所在自治系統(tǒng)中的所有路由器發(fā)送信息，其信息發(fā)送通信過程如圖1所示.

圖1 OSPF協(xié)議信息通信的基本過程

圖1中所示，OSPF協(xié)議信息通信的基本過程主要包括如下三個(gè)階段.

(1)確定可達(dá)性階段.為了便于理解，兩個(gè)在不同站點(diǎn)的路由器之間相互通信，假設(shè)左邊的路由器為發(fā)送端，右邊的路由器為接收端.首先發(fā)送端路由器給接收端路由器發(fā)送一個(gè)信息，接收端路由器收到信息后，作出應(yīng)答消息，以確定可達(dá)性.

(2)達(dá)到數(shù)據(jù)庫的同步階段.首先發(fā)送端路由器給接收端路由器發(fā)送一個(gè)路由消息，接收端路由器收到發(fā)送端路由器的路由消息后，作出應(yīng)答消息，收發(fā)雙方之間來回傳遞消息后，最終都將獲取對(duì)方的摘要信息，達(dá)到數(shù)據(jù)庫同步收斂狀態(tài).

(3)新情況下的同步階段.為使接收端路由器給發(fā)送端分享鏈路狀態(tài)項(xiàng)目的詳細(xì)信息，發(fā)送端路由器給接收端路由器發(fā)送一個(gè)路由消息；接收端路由器收到發(fā)送端路由器傳送的信息后，接著又向發(fā)送端路由器分享一個(gè)應(yīng)答消息，接收端路由器發(fā)送此消息的目的是為了讓發(fā)送端路由器收到用洪泛法更新的全網(wǎng)的鏈路狀態(tài)的信息；最后發(fā)送端路由器又向接收端路由器傳送一個(gè)信息，以便讓接收端路由器知道鏈路狀態(tài)，從而達(dá)到新情況下的數(shù)據(jù)同步.

OSPF協(xié)議采用區(qū)域劃分的方法，以適應(yīng)大型復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)踐需求，把一個(gè)大型復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)更小的范圍，這些更小的管理范圍稱為區(qū)域(area)，并且采用層次結(jié)構(gòu)的區(qū)域劃分方法，主干區(qū)域在上層，統(tǒng)一使用32位的區(qū)域標(biāo)識(shí)符(0.0.0.0)來標(biāo)識(shí)管理下屬的多個(gè)子區(qū)域.

2 OSPF協(xié)議的兩種仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

為加深學(xué)生對(duì)OSPF原理及工作方式的理解，使其熟練掌握實(shí)現(xiàn)OSPF單區(qū)域和多區(qū)域部署的配置方法、理解OSPF的應(yīng)用場景、并學(xué)會(huì)使用OSPF多區(qū)域配置擴(kuò)展與延伸大型網(wǎng)絡(luò)，本文后續(xù)篇幅將詳細(xì)介紹OSPF協(xié)議的兩種仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程.

2.1 單區(qū)域OSPF仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)以某公司的網(wǎng)絡(luò)場景為參考，把網(wǎng)絡(luò)場景劃分成辦公區(qū)A、辦公區(qū)B和辦公區(qū)C三大辦公區(qū)，每個(gè)辦公區(qū)分別安裝一個(gè)路由器，辦公區(qū)A安置R1，該區(qū)的負(fù)責(zé)人的PC1直接與路由器R1連接；在辦公區(qū)B安置R2路由器，使該區(qū)負(fù)責(zé)人的PC2主機(jī)可以直接與路由器R2通信；在辦公區(qū)C安置R3路由器，使該區(qū)負(fù)責(zé)人的主機(jī)PC3可以直接與路由器R3通信.3個(gè)路由器互相直連，在所有路由器上部署OSPF，以保證整個(gè)公司網(wǎng)絡(luò)間能互相通信，三個(gè)路由器都在主干區(qū)域.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示，各設(shè)備接口IP參數(shù)規(guī)劃如表1所示.

圖2 OSPF單區(qū)域配置拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

表1 OSPF單區(qū)域配置實(shí)驗(yàn)編址

2.2 單區(qū)域OSPF協(xié)議仿真實(shí)現(xiàn)過程

單區(qū)域OSPF協(xié)議仿真實(shí)現(xiàn)過程如下.

步驟1：根據(jù)表1中實(shí)驗(yàn)設(shè)備接口的IP參數(shù)規(guī)劃列表，完成PC和路由器R1、R2、R3中接口的IP地址配置.

步驟2：在R1、R2、R3路由器上啟用OSPF協(xié)議，啟用路由的配置命令如下.

[R1]ospf

[R1-ospf-1]area 0

[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]network 172.16.1.0 0.0.0.255

[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]network 172.16.10.0 0.0.0.255

[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]network 172.16.20.0 0.0.0.255

[R2-ospf-1-area-0.0.0.0]network 172.16.2.0 0.0.0.255

[R2-ospf-1-area-0.0.0.0]network 172.16.10.0 0.0.0.255

[R2-ospf-1-area-0.0.0.0]network 172.16.30.0 0.0.0.255

[R3-ospf-1-area-0.0.0.0]network 172.16.3.0 0.0.0.255

[R3-ospf-1-area-0.0.0.0]network 172.16.20.0 0.0.0.255

[R3-ospf-1-area-0.0.0.0]network 172.16.30.0 0.0.0.255

步驟3：查看路由器的鄰居狀態(tài)及路由表信息、檢測各網(wǎng)段之間的連通性，結(jié)果如圖3所示：

圖3 PC1 ping PC2和PC3的結(jié)果

2.3 多區(qū)域OSPF協(xié)議仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)場景如拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖4所示，將路由器R1，R2，R3，R4安置在主干區(qū)域0內(nèi).R5安置于非主干區(qū)域1內(nèi)，R6安置于非主干區(qū)域2內(nèi).PC1在非主干區(qū)域1內(nèi)，PC2在非主干區(qū)域2內(nèi)，PC3和PC4是主干區(qū)域0管理員的登錄設(shè)備，用于管理網(wǎng)絡(luò).實(shí)驗(yàn)過程中各主要設(shè)備及其接口IP配置如表2所示.

圖4 OSPF多區(qū)域配置拓?fù)浣Y(jié)

2.4 多區(qū)域OSPF協(xié)議仿真實(shí)現(xiàn)過程

多區(qū)域OSPF協(xié)議仿真實(shí)現(xiàn)過程如下.

步驟1：根據(jù)表2中實(shí)驗(yàn)設(shè)備接口的IP參數(shù)規(guī)劃列表，完成PC和路由器R1-R6中接口的IP地址配置.

步驟2：在主干區(qū)域0中的路由器R1-R4上啟用OSPF協(xié)議，主要配置命令如下.

[R1]ospf

[R1-ospf-1]area 0

[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.0.12.0 0.0.0.255

[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.0.13.0 0.0.0.255

[R2-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.0.12.0 0.0.0.255

[R2-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.0.24.0 0.0.0.255

[R3-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.0.13.0 0.0.0.255

[R3-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.0.34.0 0.0.0.255

[R3-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.0.3.0 0.0.0.255

[R4-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.0.34.0 0.0.0.255

[R4-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.0.24.0 0.0.0.255

[R4-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.0.4.0 0.0.0.255

步驟3: 測試PC3、PC4主機(jī)之間的連通性，測試結(jié)果如圖5所示.

圖5 PC3 ping PC4的結(jié)果

步驟4：在非主干區(qū)域1中的路由器R5，R1和R3上啟用OSPF協(xié)議，主要配置命令如下.

[R5]ospf

[R5-ospf-1]area 1

[R5-ospf-1-area-0.0.0.1]network 10.0.15.0 0.0.0.255

[R5-ospf-1-area-0.0.0.1]network 10.0.35.0 0.0.0.255

[R5-ospf-1-area-0.0.0.1]network 10.0.1.0 0.0.0.255

[R1-ospf-1-area-0.0.0.1]network 10.0.15.0 0.0.0.255

[R3-ospf-1-area-0.0.0.1]network 10.0.35.0 0.0.0.255

步驟5：查看路由器R5的鄰居狀態(tài)及路由表信息.

步驟6：在非主干區(qū)域2中的路由器R6，R2和R4上啟用OSPF協(xié)議，主要配置命令如下.

[R6]ospf

[R6-ospf-1]area 2

[R6-ospf-1-area-0.0.0.2]network 10.0.26.0 0.0.0.255

[R6-ospf-1-area-0.0.0.2]network 10.0.46.0 0.0.0.255

[R6-ospf-1-area-0.0.0.2]network 10.0.2.0 0.0.0.255

[R2-ospf-1-area-0.0.0.2]network 10.0.26.0 0.0.0.255

[R4-ospf-1-area-0.0.0.2]network 10.0.46.0 0.0.0.255

步驟7：查看路由器R6的鄰居狀態(tài)及路由表信息.

步驟8：測試主機(jī)PC1、PC2之間的連通性，測試結(jié)果如圖6所示：

圖6 PC1 ping PC2的結(jié)果

2.5 實(shí)驗(yàn)分析

通過上述兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴(kuò)大，如果大量的路由器同時(shí)運(yùn)行在OSPF協(xié)議單區(qū)域內(nèi)，則會(huì)使得鏈路狀態(tài)信息占用較多的路由器資源及帶寬資源、網(wǎng)絡(luò)開銷也會(huì)相應(yīng)地增加，且網(wǎng)絡(luò)將處于不穩(wěn)定狀態(tài).而在多區(qū)域OSPF協(xié)議中同時(shí)運(yùn)行大量的路由器就不會(huì)出現(xiàn)上述問題.因此，本文通過有關(guān)OSPF協(xié)議在eNSP模擬器中的仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及其實(shí)現(xiàn)過程的詳細(xì)介紹，使得學(xué)生可以熟練地掌握實(shí)現(xiàn)OSPF單區(qū)域和多區(qū)域部署的配置方法、理解OSPF的應(yīng)用場景、并且學(xué)會(huì)使用OSPF協(xié)議多區(qū)域完成大型復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)組建的工程實(shí)踐技能.此外，學(xué)生還可以參考這種實(shí)驗(yàn)方式，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)，完成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中其他協(xié)議的實(shí)驗(yàn)仿真、學(xué)會(huì)靈活運(yùn)用實(shí)驗(yàn)仿真的方式去解決不同實(shí)際問題，起到舉一反三的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果.

3 結(jié) 語

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量及企業(yè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的日益增長，OSPF協(xié)議的應(yīng)用日趨廣泛.為使學(xué)生熟練地理解OSPF協(xié)議的基本工作原理，掌握OSPF協(xié)議實(shí)踐的配置命令與專業(yè)技能，本文首先綜述了近年來有關(guān)OSPF協(xié)議的一些研究成果.然后詳細(xì)介紹了在eNSP模擬器中進(jìn)行OSPF協(xié)議的兩種仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與配置實(shí)現(xiàn)過程、實(shí)驗(yàn)分析，使計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生深刻地理解了OSPF協(xié)議的工作過程、掌握了OSPF協(xié)議的兩種配置方式，起到了良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果.