基于GNS3的EIGRP路由設(shè)計與實現(xiàn)?

孫 光 懿

(天津音樂學(xué)院圖書與信息中心,天津 300171)

0 引 言

EIGRP 協(xié)議是思科公司通過整合鏈路狀態(tài)路由協(xié)議與距離矢量路由協(xié)議各自優(yōu)點(diǎn)后,推出的一種私有路由協(xié)議[1-4].EIGRP 路由器之間的通信不依靠廣播來進(jìn)行,而是通過組播或單播的方式來進(jìn)行(在 IPV4 和 IPV6 網(wǎng)絡(luò)中,運(yùn)行 EIGRP 協(xié)議的路由器分別使用組播地址224.0.0.10 和 FF00：：A 進(jìn)行HELLO 數(shù)據(jù)包的傳輸),具有收斂速度快、占用網(wǎng)絡(luò)帶寬小、部署簡單便捷、穩(wěn)定性高、可有效避免網(wǎng)絡(luò)中路由環(huán)路的存在、支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、支持VLSM、支持MD5 認(rèn)證、支持在度量值不同的路徑中實施流量負(fù)載均衡等特點(diǎn).因此,當(dāng)前EIGRP 協(xié)議在大中型網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛的應(yīng)用.與傳統(tǒng)的鏈路狀態(tài)路由協(xié)議OSPF 和距離矢量路由協(xié)議RIP 相比既有相似又有不同之處.相似之處在于：第一,EIGRP 協(xié)議與OSPF和RIP協(xié)議均支持MD5認(rèn)證;第二,在EIGRP路由器與OSPF路由器中都會存在一張拓?fù)浔?這主要是用來存放鄰居路由器中的路由表.不同之處在于：第一,運(yùn)行 RIP協(xié)議的路由器會周期性的向相鄰路由器發(fā)送整張的路由表,而運(yùn)行EIGRP協(xié)議的路由器不會周期性的向相鄰路由器發(fā)送整張的路由表,只有在路由路徑或度量值發(fā)生改變后,才發(fā)送相應(yīng)的路由更新信息;第二,EIGRP 協(xié)議的跳數(shù)可達(dá)255 跳,而 RIP 協(xié)議的最高跳數(shù)只有15 跳;第三,運(yùn)行 OSPF 的路由器會向區(qū)域內(nèi)的所有路由器發(fā)送路由更新信息,而運(yùn)行EIGRP 協(xié)議的路由器只是將路由更新信息發(fā)送給有需求的路由器;第四,EIGRP 協(xié)議具有路由自動匯總功能,而OSPF 協(xié)議要想實現(xiàn)路由匯總,必須手動進(jìn)行;第五,EIGRP 協(xié)議與OSPF 協(xié)議度量值的計算方法不同.從嚴(yán)格意義上來講,EIGRP 協(xié)議是一種有著鏈路狀態(tài)路由協(xié)議特征的高級距離矢量路由協(xié)議.

1 EIGRP協(xié)議路由建立的過程[5-6]

在這里我們以運(yùn)行 EIGRP 協(xié)議的路由器 R1、R2 為例,給出EIGRP 協(xié)議路由建立與維護(hù)的過程.第一步,建立路由器R1 與路由器R2 的鄰居關(guān)系：路由器R1 會每隔5 秒向路由器R2 發(fā)送一次HELLO 數(shù)據(jù)包.路由器R2 收到 HELLO 數(shù)據(jù)包后,會自動發(fā)送更新數(shù)據(jù)包與HELLO 數(shù)據(jù)包進(jìn)行應(yīng)答(此更新數(shù)據(jù)包不僅包含路由器R2 中的所有路由信息,而且還包含鄰居路由器去往各目的地址的度量值).路由器R1 在收到來自路由器R2 的HELLO 數(shù)據(jù)包后,雙方的鄰居關(guān)系就此正式建立.第二步,雙方鄰居關(guān)系成功建立后,路由器R1 為表明已收到路由器R2 發(fā)送的更新數(shù)據(jù)包,會向其發(fā)送一個確認(rèn)數(shù)據(jù)包既ACK.第三步,路由器R1 將收到的更新數(shù)據(jù)包中的信息加入到自身拓?fù)浔碇?第四步,路由器R1 向路由器R2 發(fā)送更新數(shù)據(jù)包.(此更新數(shù)據(jù)包不僅包含路由器R1 中的所有路由信息,而且還包含鄰居路由器去往各目的地址的度量值).第五步,路由器R2 在收到來自路由器R1 的更新數(shù)據(jù)包后,同樣會向其發(fā)送一個確認(rèn)數(shù)據(jù)包.第六步,路由器R1 與R2 的更新數(shù)據(jù)包互相交換完成后,進(jìn)而計算出后繼路由與備用路由(如果后繼路由發(fā)生故障,而拓?fù)浔碇写嬖诘膫溆寐酚删蜁蔀樾碌暮罄^路由),并基于后繼路由更新自己的路由表.

2 EIGRP協(xié)議的基本配置

啟用EIGRP 協(xié)議的兩臺路由器如想成功建立鄰居關(guān)系[7-8],應(yīng)將二者自治系統(tǒng)編號(用來唯一標(biāo)識EIGRP 協(xié)議進(jìn)程)和計算度量值的 K 值設(shè)置為一致.需要明確的一點(diǎn)是：相同自治系統(tǒng)編號內(nèi)的EIGRP 路由器,可實現(xiàn)自動交換路由信息.而不同自治系統(tǒng)編號的路由器如想交換路由信息,需配置路由重分發(fā)才可以.與 OSPF 路由協(xié)議類似,EIGRP 域內(nèi)路由器的身份標(biāo)識工作,也是交由路由ID 來負(fù)責(zé)進(jìn)行.如果網(wǎng)絡(luò)管理人員沒有手動為EIGRP 路由器設(shè)置路由ID,那么路由器會將最高的LOOPBACK 接口IP 地址作為自己的路由 ID.如果EIGRP 路由器不存在LOOPBACK 接口,那么這臺路由器會將所屬活躍接口的最高IP 地址設(shè)置為路由ID.路由ID 一旦成功建立就不會自動改變,除非路由器不再運(yùn)行EIGRP 協(xié)議或?qū)ζ溥M(jìn)行人為更改.

通過思科網(wǎng)絡(luò)仿真軟件 GNS3,本研究搭建了一個由3臺 Cisco3640 路由器構(gòu)成的 EIRGP 網(wǎng)絡(luò).為節(jié)省文章篇幅,這里只給出路由器R1 的詳細(xì)配置過程,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示.

圖1 EIGRP協(xié)議基本配置

路由器R1 的配置：

R1(config)#router eigrp 25

R1(config-router)# eigrp router-id 11.11.11.11//設(shè)置路由器ID

R1(config-router)#network 172.18.1.0

R1(config-router)#network 192.168.6.0

以路由器R2 為例,并使用 show ip eigrp nei 命令查看與路由器R1、R3 的鄰居關(guān)系是否成功建立.如圖2所示.其中,H 表示EIGRP 會話建立的順序,Address 表示 EIGRP 對端鄰居的 IP,Uptime 表示路由器R2 與R1、R3 的鄰居關(guān)系已成功建立了多長時間,Q 表示將要發(fā)送EIGRP 數(shù)據(jù)包的數(shù)量.當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時,此值將大于0.從中我們不難發(fā)現(xiàn)：路由器R2 已成功啟動了編號為25 的 EIGRP 進(jìn)程,并與路由器R1、R3 成功建立了鄰居關(guān)系.其 EIGRP 對端鄰居IP 地址分別為175.18.1.1 和 175.17.1.2.

圖2 路由器R2的EIGRP鄰居關(guān)系

另外,為了清楚直觀的了解EIGRP 協(xié)議的工作過程,以路由器 R2 接口 s2/0 為源,對其進(jìn)行抓包分析.如圖3所示.

從中不難發(fā)現(xiàn)：第一,路由器 R1 與路由器 R2為了建立與維持EIGRP 鄰居關(guān)系,互相之間每隔5秒發(fā)送一次HELLO 數(shù)據(jù)包(HELLO 數(shù)據(jù)包無需被確認(rèn),其發(fā)送周期是由網(wǎng)絡(luò)帶寬大小來決定的.如果網(wǎng)絡(luò)帶寬大于1.544 兆,那么發(fā)送周期為5 秒;如果網(wǎng)絡(luò)帶寬小于1.544 兆,那么發(fā)送周期為60 秒),保持時間為15 秒(默認(rèn)為 HELLO 數(shù)據(jù)包發(fā)送周期的三倍),目標(biāo)地址均為組播地址224.0.0.10(這也決定了EIGRP 協(xié)議只能在內(nèi)網(wǎng)中使用).第二,路由器R1 與路由器 R2 所發(fā)送的HELLO 數(shù)據(jù)包中包含有相同的自治系統(tǒng)編號與度量值.第三,EIGRP 協(xié)議的 HELLO 數(shù)據(jù)包與OSPF 協(xié)議的 HELLO 數(shù)據(jù)包一樣,也是被封裝在IP 數(shù)據(jù)包內(nèi)進(jìn)行傳輸?shù)?第四,計算 EIGRP 度量值所使用的變量,K1、K2、K3、K4、K5 的值分別為 1、0、1、0、0.

圖3 路由器R2接口s2/0的數(shù)據(jù)包

3 EIGRP協(xié)議的身份驗證[9-11]

為了保證EIGRP 網(wǎng)絡(luò)的安全性,防止未經(jīng)授權(quán)的路由器進(jìn)入EIGRP 網(wǎng)絡(luò),并向相鄰路由器發(fā)送虛假的路由更新信息,有必要對組成EIGRP 網(wǎng)絡(luò)的各路由器進(jìn)行身份驗證.需要說明的是：EIGRP 協(xié)議僅支持MD5 身份驗證,并且在默認(rèn)情況下,不啟用身份驗證功能.MD5 身份驗證具有更高的安全性與可靠性,相比明文身份驗證方式,它只對散列值(以路由協(xié)議、密鑰、密鑰 ID 為依據(jù),通過運(yùn)行某種算法而生成)進(jìn)行發(fā)送,而對密鑰本身則不進(jìn)行發(fā)送,以此來確保黑客無法從傳輸線路上獲取用于進(jìn)行路由器身份驗證的密鑰.EIGRP 網(wǎng)絡(luò)在啟用身份驗證后,網(wǎng)絡(luò)管理人員均需為每臺EIGRP 路由器設(shè)置相應(yīng)的密鑰(允許設(shè)置多個密鑰,每個密鑰還可以設(shè)置有效時間)與密鑰ID,與此同時還可以對密鑰的使用壽命進(jìn)行設(shè)置.

通過思科網(wǎng)絡(luò)仿真軟件GNS3,本研究搭建了一個由2 臺 Cisco3640 路由器 R1、R2 構(gòu)成的 EIRGP網(wǎng)絡(luò),并啟用其MD5 身份驗證功能.每臺路由器均存在2個密鑰分別為 sgy79 與 lzz81.其中,密鑰sgy79 只在 2018年5月1日至 2018年5月15日23點(diǎn)期間負(fù)責(zé)對路由器發(fā)送與收到的EIGRP 分組進(jìn)行身份驗證,而密鑰lzz81 只在2018年5月16日至2018年5月31日23 點(diǎn)期間負(fù)責(zé)對路由器發(fā)送與收到的EIGRP 分組進(jìn)行身份驗證.為了讓廣大讀者能夠輕松的掌握EIGRP 協(xié)議MD5 身份驗證的配置方法,在這里給出路由器R1 的詳細(xì)配置過程,路由器R2 的配置過程與其類似,故省略.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D4所示.

圖4 EIGRP協(xié)議MD5身份驗證

路由器R1 的配置：

R1(config)#servi password-encryption/ /設(shè)置密鑰字符串將以加密的方式存儲在路由器R1 中

R1(config)#key chain sl

R1(config-keychain)#key1

R1(config-keychain-key)#key-string sgy79

R1(config-keychain-key)#accept-lifetime 00：00：01 1 MAY 2018 23：00：00 15 MAY 2018/ /指定密鑰可用于對收到的EIGRP 分組進(jìn)行身份驗證的時間段.

R1(config-keychain-key)#send-lifetime 00：00：01 1 MAY 2018 23：00：00 15 MAY 2018

R1(config-keychain)#key2

R1(config-keychain-key)#key-string lzz81

R1(config-keychain-key)#accept-lifetime 00：00：01 16 MAY 2018 23：00：00 31 MAY 2018

R1(config-keychain-key)#send-lifetime 00：00：01 16 MAY 2018 23：00：00 31MAY 2018

R1(config)#int s2/0

R1(config-if)#ip authenti mode eigrp 25 md5

R1(config-if)#ip authenti key-chain eigrp 25 sl/ /在 s2/0 接口上配置 EIGRP 密鑰鏈

4 EIGRP協(xié)議的路由匯總[12-14]

眾所周知EIGRP 路由器獲取路由信息的唯一途徑就是依靠鄰居路由器.當(dāng)其丟失到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)的路由時,EIGRP 路由器就會向除備用路由接口外的其它所有可用接口,發(fā)送查詢數(shù)據(jù)包.鄰居路由器在收到查詢數(shù)據(jù)包后,會檢查自身路由表中是否存在有到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)的路由.如存在,它會對查詢數(shù)據(jù)包進(jìn)行回復(fù),并停止向自己的鄰居路由器發(fā)送查詢數(shù)據(jù)包.如不存在,則會向自己的每個鄰居路由器繼續(xù)發(fā)送查詢數(shù)據(jù)包.這樣以來不僅會造成網(wǎng)絡(luò)流量的大幅增加,而且也會造成網(wǎng)絡(luò)帶寬資源的緊張.為了避免這一情況的發(fā)生,可以采用路由匯總的方式對EIGRP 協(xié)議查詢消息進(jìn)行優(yōu)化處理.在EIGRP 網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用路由匯總后,不僅可有效降低網(wǎng)絡(luò)中查詢消息的數(shù)量,而且還助于控制路由表的規(guī)模.需要注意的是：雖然EIGRP 協(xié)議支持自動路由匯總(只對本地路由器產(chǎn)生的路由進(jìn)行匯總),但是對于無類網(wǎng)絡(luò)而言(相對與有類網(wǎng)絡(luò),無類網(wǎng)絡(luò)IP 地址的子網(wǎng)掩碼是變長的.)容易造成不可連通問題,因此在實際應(yīng)用中多采用手動路由匯總.

通過思科網(wǎng)絡(luò)仿真軟件GNS3,搭建1個由4臺Cisco3700路由器 R1、R2、R3、R4 構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D5所示.其中,路由器 R1 為校園網(wǎng)出口路由器,路由器 R4 為教育網(wǎng)邊界路由器,路由器R2、R3 均為校園網(wǎng)內(nèi)部路由器,且存在多個連續(xù)的有類網(wǎng)絡(luò)(相當(dāng)于無類網(wǎng)絡(luò),有類網(wǎng)絡(luò)的IP地址可以歸結(jié)為A類、B類、C類IP).為了降低網(wǎng)絡(luò)中查詢信息的數(shù)量以及控制路由器中路由表的規(guī)模,有必要在路由器R2與R3上部署手動路由匯總.在這里給出路由器 R2、R3 的詳細(xì)配置過程.

圖5 EIGRP協(xié)議路由匯總網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

路由器R2 的配置：

R2(config)#router eigrp25

R2(config-router)#no auto summary

R2(config)#int s2/0/ /選擇用于進(jìn)行路由匯總傳播的接口

R2(config-if)# ip summary-address eigrp 25 192.168.0.0/21

路由器R3 的配置：

R3(config)#router eigrp 25

R3(config-router)#no auto summary

R3(config)#int s2/0/ /選擇用于進(jìn)行路由匯總傳播的接口

R3(config-if)# ip summary-address eigrp 25 192.168.8.0/21

2 條匯總后的路由 192.168.0.0/21 與192.168.8.0/21,除了包括路由器 R2、R3 上 4個連續(xù)的子網(wǎng)外,還包括了一些未在網(wǎng)絡(luò)中部署的子網(wǎng).如果這些還未在網(wǎng)絡(luò)中部署的子網(wǎng)被部署在了其它地方,就會造成無法連通的問題.為了驗證在路由器R2 與R3 中進(jìn)行的手動路由匯總是否配置成功,使用show ip route 命令查看路由器R1、R2、R3的路由表,詳情如下：

從上述各路由器的路由表中不難發(fā)現(xiàn),在路由器R1 的路由表中存在兩條管理距離為90,開銷值為2297856 的 EIGRP 匯總路由即 192.168.0.0/21與192.168.8.0/21,這充分說明路由器 R1 已成功學(xué)習(xí)到了在路由器R2、R3 中進(jìn)行的手動路由匯總.另外,路由器R2、R3 在執(zhí)行完路由匯總后,會各自生成一條黑洞路由,這主要是為了確保網(wǎng)絡(luò)中無路由環(huán)路.以路由器R2 為例,假設(shè)其收到了一條其目的地址在192.168.0.0/21 范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)包,而恰巧路由器R2 的路由表中并不存在到達(dá)這個目的地址的路由.此時,如果路由器R2 的路由表中存在默認(rèn)路由,那么這條數(shù)據(jù)包就會按照默認(rèn)路由的路徑進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā).默認(rèn)路由的下一跳設(shè)備則有可能將收到的數(shù)據(jù)包再轉(zhuǎn)發(fā)回路由器 R2.這樣的話,就不可避免的會產(chǎn)生路由環(huán)路.

圖6 路由器R1的路由表

圖7 路由器R2的路由表

圖8 路由器R3的路由表

5 EIGRP負(fù)載均衡[15-16]

EIGRP 協(xié)議即可支持等開銷負(fù)載均衡又可支持非等開銷負(fù)載均衡.需要注意的是：這里所提到的負(fù)載均衡,只是面向流經(jīng)路由器的數(shù)據(jù)流,并不涉及路由器自身所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流.對于等開銷負(fù)載均衡而言,只要等開銷路由的數(shù)量沒有超過 maximum-paths 所設(shè)置的數(shù)量(如maximum-paths 被設(shè)置為1,則表明禁止等開銷負(fù)載均衡),這些等開銷路由都將會被加入到路由器的路由表中.對于非等開銷負(fù)載均衡而言,通過設(shè)置 variance multiplier 命令可將后繼路由和備用路由都加入到路由器的路由表中.如將備用路由加入到本地路由表中還需要滿足以下兩個必要條件：首先,RD(通告距離)必須小于FD(可行距離).其次,備用路由的 FD 值必須小于后繼路由FD 和multiplier 相乘后的值.

通過思科網(wǎng)絡(luò)仿真軟件GNS3,搭建了一個由4臺 Cisco3640 路由器 R1、R2、R3、R4 構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò),當(dāng)路由器R1 訪問路由器 R4 的 loopback 1 時,有兩條路由可供選擇.通常情況下一條為后繼路由,一條為備用路由,只有后繼路由會被加入到路由器R1的路由表中.為了讓廣大讀者能夠輕松的掌握EIGRP 協(xié)議等開銷負(fù)載均衡與非等開銷負(fù)載均衡的配置方法,在這里給出路由器R1 的詳細(xì)配置過程.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D9所示.

圖9 EIGRP負(fù)載均衡網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

5.1 EIGRP協(xié)議非等開銷負(fù)載均衡

路由器R1 的配置：

R1(config)#router eigrp25

R1(config-router)#network 192.168.3.0 0.0.0.255

R1(config-router)# network 192.168.4.0 0.0.0.255

R1(config-router)#no auto-summary

R1(config-router)#variance 5/ /對度量值的范圍進(jìn)行指定

R1(config)#int s2/0

R1(config-if)#ip add 192.168.3.1 255.255.255.0

R1(config-if)#bandwidth 100000/ /將 s2/0 接口的速率設(shè)置為100M

R1(config-if)#delay 2000

R1(config)#ints2/1

R1(config-if)# ip add 192.168.4.1 255.255.255.0

R1(config-if)#bandwidth 100000/ /將 s2/1 接口的速率設(shè)置為100M

R1(config-if)#delay 3000

為了驗證EIGRP 協(xié)議非等開銷負(fù)載均衡是否在網(wǎng)絡(luò)中配置成功,本研究使用sh ip eigrp topology命令與sh ip route 命令分別查看路由器R1 的拓?fù)浔砗吐酚杀?如圖10、圖11所示.

圖10 路由器R1的拓?fù)浔?/p>

從中不難發(fā)現(xiàn),在路由器 R1 的拓?fù)浔碇写嬖? 條到達(dá) 192.168.7.0/24 子網(wǎng)的 EIGRP 路由,其中后繼路由的下一跳 IP 地址為192.168.3.2,RD(通告距離為 2297856)＜FD(可行距離為2809856);備用路由的下一跳 IP地址 為 192.168.4.2,RD值(通告距離為2297856)＜ FD值(可行距離為 3065856),且備用路由的 FD值又恰好小于后繼路由 FD值的5倍,這說明備用路由也是可行的(將被加入到路由表中),因此在路由器R1 的路由表中存在兩條可到達(dá)192.168.7.0/24 子網(wǎng)且開銷值不同的路由.與此同時,兩條 EIGRP 路由所承擔(dān)的數(shù)據(jù)流量與其 FD 值成正比.

圖11 路由器R1的路由表

5.2 EIGRP協(xié)議等開銷負(fù)載均衡

路由器R1 的配置：

R1(config)#router eigrp25

R1(config-router)#maximum-paths 2 / /定義路由器R1 支持二條等開銷路徑負(fù)載均衡

R1(config-router)#network 192.168.3.0 0.0.0.255

R1(config-router)#network 192.168.4.0 0.0.0.255

R1(config-router)#no auto-summary

R1(config)#int s2/0

R1(config-if)#delay 3000

R1(config)#int s2/1

R1(config-if)#delay 3000

為了驗證EIGRP 協(xié)議等開銷負(fù)載均衡是否在網(wǎng)絡(luò)中配置成功,使用show ip route 命令查看路由器R1 的路由表.如圖12所示.

圖12 路由器R1的路由表

從中不難發(fā)現(xiàn),在路由器R1 的路由表中存在兩條可到達(dá)192.168.7.0/24 子網(wǎng)且開銷值相同的EIGRP 路由.其中一條EIGRP 路由經(jīng)過路由器 R2,下一跳IP 地址為192.168.3.2;另一條 EIGRP 路由經(jīng)過路由器 R3,下一跳 IP 地址為192.168.4.2.與此同時,2 條 EIGRP 路由所承擔(dān)的數(shù)據(jù)流量比為1 ∶1.

6 結(jié)束語

EIGRP 協(xié)議憑借其自身特有的收斂速度快、無路由環(huán)路、支持負(fù)載均衡等特性,目前已在大中型網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛應(yīng)用.廣大工程技術(shù)人員在網(wǎng)絡(luò)中實際部署 EIGRP 時,往往需要進(jìn)一步對 EIGRP行為進(jìn)行優(yōu)化,從而限制EIGRP 的查詢范圍,控制路由表的規(guī)模,并保持EIGRP 的高擴(kuò)展性.