淺談OSPF中的虛連接技術(shù)

王金焱

摘要：OSPF是一種基于鏈路狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算的動(dòng)態(tài)路由協(xié)議，RIP是一種基于距離矢量算法的路由協(xié)議，存在著收斂慢、易產(chǎn)生路由環(huán)路、可擴(kuò)展性差等問(wèn)題，目前逐步被OSPF所取代。在利用OSPF路由協(xié)議規(guī)劃和設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程當(dāng)中，有時(shí)存在設(shè)計(jì)不合理的現(xiàn)象，比如非骨干區(qū)域直接相互連接等，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)不能正常通信，文章利用虛擬連接技術(shù)來(lái)解決此類問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：路由;OSPF;協(xié)議;虛連接

中圖分類號(hào)：TP393.04? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

根據(jù)協(xié)議的范圍，路由協(xié)議可以劃分成域內(nèi)路由協(xié)議（IGP）和域間路由協(xié)議（EGP）。域內(nèi)路由協(xié)議的作用范圍被限制在自治系統(tǒng)內(nèi)部，域間路由協(xié)議適用于不同自治系統(tǒng)間的路由交換。域內(nèi)路由協(xié)議主要包括RIP、OSPF（開(kāi)放式最短路徑優(yōu)先）、IS-IS等，域間路由協(xié)議應(yīng)用廣泛的是BGP協(xié)議。

目前，在工作和生活中接觸最多的就是內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議OSPF，OSPF協(xié)議主要運(yùn)用在大中型網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，要求骨干區(qū)域必須和非骨干區(qū)域相連接，這樣才能建立鄰居關(guān)系以及正常通信。例如，學(xué)校把網(wǎng)絡(luò)中心所在樓設(shè)置為骨干區(qū)域，緊挨著網(wǎng)絡(luò)中心所在樓的圖書(shū)館、教學(xué)樓、學(xué)生宿舍都為非骨干區(qū)域，但是在網(wǎng)絡(luò)中心所在樓和主教學(xué)樓之間又有學(xué)生宿舍所在區(qū)域，這時(shí)主教學(xué)樓到達(dá)網(wǎng)絡(luò)中心所在樓必須經(jīng)過(guò)學(xué)生宿舍所在區(qū)域，導(dǎo)致非骨干區(qū)域和非骨干區(qū)域之間的連接出現(xiàn)問(wèn)題，所以針對(duì)此類問(wèn)題，想要實(shí)現(xiàn)主教學(xué)樓和網(wǎng)絡(luò)中心所在樓進(jìn)行通信，需要運(yùn)用虛擬連接技術(shù)。

1? 原理與概述

在OSPF出現(xiàn)之前，網(wǎng)絡(luò)上使用比較廣泛的內(nèi)部協(xié)議是RIP，RIP由于是基于距離矢量的算法路由協(xié)議，存在收斂慢、路由環(huán)路、可擴(kuò)展性差等問(wèn)題，因此逐漸被OSPF所代替。

最初的OSPF規(guī)范體現(xiàn)在RFC 1131中，其第一版（OSPF V1）很快被進(jìn)行了非常大的改進(jìn)，新版本體現(xiàn)在RFC 1247文檔中，稱為OSPF V2，第二版在穩(wěn)定性和功能方面有很大的提升?，F(xiàn)在，IPV 4網(wǎng)絡(luò)中所使用的都是OSPF V2，針對(duì)IPV 6協(xié)議使用OSPF V3。

為了了解OSPF協(xié)議運(yùn)行的過(guò)程，我們需要弄清楚以下概念：自治系統(tǒng)（As）、區(qū)域（Area）、路由器類型和路由類型。一臺(tái)運(yùn)行OSPF協(xié)議的路由器中，每個(gè)OSPF進(jìn)程必須指定一個(gè)用于標(biāo)識(shí)本地路由器的Router-ID，Router-ID是一個(gè)32 b無(wú)符號(hào)整數(shù)。OSPF的另外一個(gè)重要特征就是Area（區(qū)域），每臺(tái)OSPF路由器只能在所屬的區(qū)域內(nèi)部學(xué)習(xí)完整的鏈路狀態(tài)信息，并使用組播（224.0.0.5和224.0.0.6），以開(kāi)銷作為度量值，觸發(fā)更新，每30 min發(fā)送一次定時(shí)更新，不支持自動(dòng)匯總，支持手動(dòng)匯總[1]。

OSPF支持區(qū)域的劃分，從邏輯上將路由器分為不同的組，每個(gè)組用區(qū)域號(hào)來(lái)標(biāo)識(shí)。一個(gè)網(wǎng)段只能屬于一個(gè)區(qū)域，或者說(shuō)每個(gè)運(yùn)行OSPF的接口必須指明屬于哪一個(gè)區(qū)域。區(qū)域0為骨干區(qū)域，骨干區(qū)域主要負(fù)責(zé)在非骨干區(qū)域之間發(fā)布區(qū)域間的路由信息。一個(gè)OSPF區(qū)域中有且只有一個(gè)骨干區(qū)域。

2? ?網(wǎng)絡(luò)類型及報(bào)文

OSPF協(xié)議支持多種類型的網(wǎng)絡(luò)都運(yùn)行在IP協(xié)議之上，使用IP協(xié)議號(hào)89，根據(jù)鏈路層協(xié)議類型將這些網(wǎng)絡(luò)分為廣播型、NBMA型、點(diǎn)到多點(diǎn)型、點(diǎn)到點(diǎn)型。

因?yàn)镺SPF是專門為TCP/IP網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計(jì)的路由協(xié)議，所以，OSPF的各種報(bào)文都是封裝在IP報(bào)文內(nèi)，可以采用單播或組播的方式發(fā)送。OSPF報(bào)文主要有以下5種。

2.1? Hello報(bào)文

該報(bào)文主要用于建立和維護(hù)相鄰路由器之間的鄰接關(guān)系，該報(bào)文簡(jiǎn)單，容量也很小，僅用來(lái)向相鄰路由器證明自己的存在，就像人與人之間打招呼一樣。

2.2? DD報(bào)文

該報(bào)文主要用于描述本地路由器的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)（LSDB），即在本地LSDB中包括哪些LSA。

2.3? LSR報(bào)文

該報(bào)文主要用于請(qǐng)求相鄰路由器鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中的一部分?jǐn)?shù)據(jù)。兩臺(tái)路由器互相交換完DD報(bào)文后，知道對(duì)端路由器有哪些LSA是本LSDB所沒(méi)有的及哪些LSA是已經(jīng)失效的，則需要發(fā)送一條LSR報(bào)文，向?qū)Ψ秸?qǐng)求所需的LSA。

2.4? LSU報(bào)文

LSU報(bào)文是LSR請(qǐng)求報(bào)文的應(yīng)答報(bào)文，用來(lái)向?qū)Χ寺酚善靼l(fā)送所需要的真正LSA內(nèi)容，可以是多條LAS完整內(nèi)容的集合。

2.5? LSACK報(bào)文

LSACK報(bào)文是路由器在收到對(duì)端發(fā)來(lái)的LSU報(bào)文后發(fā)出的確認(rèn)報(bào)文，內(nèi)容是需要確認(rèn)的LSA頭部。

3? 狀態(tài)機(jī)

OSPF是一種鏈路狀態(tài)路由協(xié)議，相鄰設(shè)備間交換的是鏈路狀態(tài)信息，OSPF路由是在鏈路狀態(tài)信息構(gòu)成的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)下形成的。所以在OSPF中，建立設(shè)備間的鄰居關(guān)系，交換彼此的LSDB很重要，而鄰居關(guān)系的建立流程主要體現(xiàn)在OSPF接口的狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中。OSPF中共有8種狀態(tài)機(jī)制，分別是Down、Attempt、Init、2-Way、ExStart、Exchange、Loading、Full[2]。

3.1? Down

鄰居會(huì)話的初始階段，表明沒(méi)有在鄰居失效時(shí)間間隔內(nèi)收到來(lái)自鄰居路由器的Hello報(bào)文。

3.2? Attempt

該狀態(tài)僅發(fā)生在NBMA網(wǎng)絡(luò)中，表明在鄰居失效時(shí)間間隔超時(shí)后仍沒(méi)有收到對(duì)端發(fā)來(lái)的Hello應(yīng)答報(bào)文。此時(shí)路由器依然會(huì)以輪詢Hello報(bào)文發(fā)送時(shí)間間隔向?qū)Χ税l(fā)送Hello報(bào)文。

3.3? Init

在此狀態(tài)下，收到不包含自己路由器ID的Hello報(bào)文后則狀態(tài)轉(zhuǎn)換為Init。

3.4? 2-Way

在此狀態(tài)下，收到包含有自己的路由器ID的Hello報(bào)文后則狀態(tài)轉(zhuǎn)換為2-Way。

3.5? ExStart

在進(jìn)行DR、BDR選舉后形成鄰居關(guān)系，則從Init狀態(tài)轉(zhuǎn)換為ExStart狀態(tài)，通過(guò)不帶LSA Header字段內(nèi)容的DD報(bào)文協(xié)商主、從關(guān)系，并確定DD報(bào)文序列號(hào)。

3.6? Exchange

主、從關(guān)系協(xié)商完畢后，主設(shè)備開(kāi)始向從設(shè)備正式發(fā)送帶有LSA Header字段內(nèi)容的DD報(bào)文，此時(shí)雙方狀態(tài)轉(zhuǎn)換為Exchange。

3.7? Loading

DD報(bào)文交換完成后從設(shè)備狀態(tài)轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)oading，此時(shí)，通信雙方可以通過(guò)LSR報(bào)文向?qū)Ψ秸?qǐng)求LSA更新，而以LSU報(bào)文應(yīng)答對(duì)方請(qǐng)求。

3.8? Full

設(shè)備收到對(duì)端發(fā)來(lái)的且由自己所請(qǐng)求的LSA報(bào)文后，向?qū)Χ税l(fā)送LSAck報(bào)文，同時(shí)發(fā)給對(duì)端的LSA報(bào)文后也收到了來(lái)自對(duì)端的LSAck報(bào)文，之后，本地設(shè)備自動(dòng)切換為Full狀態(tài)。

4? 虛連接

4.1? 虛連接背景

因?yàn)镺SPF規(guī)定在劃分OSPF區(qū)域之后，非骨干區(qū)域之間的OSPF路由更新是通過(guò)骨干區(qū)域交換完成的，所以要求所有非骨干區(qū)域必須與骨干區(qū)域保持連通，并且骨干區(qū)域之間也要保持連通。但有時(shí)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境達(dá)不到這個(gè)要求，如有些骨干區(qū)域不能與骨干區(qū)域之間直接進(jìn)行連接，而有時(shí)骨干區(qū)域又是分離的，這時(shí)就需要通過(guò)配置OSPF虛連接（Virtual Link）來(lái)解決。

4.2? 虛連接實(shí)驗(yàn)

4.2.1? 實(shí)驗(yàn)編址、拓?fù)浼芭渲?/p>

實(shí)驗(yàn)拓?fù)鋱D如圖1所示，實(shí)驗(yàn)的編址如表1所示。有4臺(tái)路由器，利用OSPF路由協(xié)議中的虛擬連接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)R1和R4正常通信[3]。

R1路由器配置：

4.2.2? 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

通過(guò)基本配置，用Ping命令來(lái)測(cè)試R1和R4是否能夠正常通信，通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)R1和R2不能正常通信，測(cè)試結(jié)果如圖2所示。

通過(guò)命令，分別查看R1和R4上的路由學(xué)習(xí)情況，發(fā)現(xiàn)R1沒(méi)有學(xué)習(xí)到R4上的路由，R4也沒(méi)有學(xué)習(xí)到R1上的路由，驗(yàn)證結(jié)果如圖3、圖4所示。

通過(guò)拓?fù)鋱D，結(jié)合OSPF基本原理，發(fā)現(xiàn)非骨干區(qū)域之間不能進(jìn)行數(shù)據(jù)的相互學(xué)習(xí)，必須通過(guò)骨干區(qū)域進(jìn)行信息傳遞，所以需要用到虛擬連接技術(shù)，分別在R1和R2上通過(guò)建立虛擬連接來(lái)完成信息交換。

這時(shí)分別在R2和R3上進(jìn)行虛擬鏈路的配置如下：

再驗(yàn)證配置命令，建立虛擬連接的情況如圖5、圖6所示。

通過(guò)圖5和圖6所示的驗(yàn)證結(jié)果，發(fā)現(xiàn)R2和R3已經(jīng)建立了虛擬連接，再測(cè)試R1和R4是否能夠正常通信，通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，R1和R4可以正常通信了，測(cè)試結(jié)果如圖7所示。

4.2.3? 實(shí)驗(yàn)分析

通過(guò)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及測(cè)試，發(fā)現(xiàn)在兩個(gè)非骨干區(qū)域間的路由不能通信，只有通過(guò)虛擬連接技術(shù)，讓非骨干區(qū)域和骨干區(qū)域在邏輯上進(jìn)行連接，而不是真正從物理上進(jìn)行連接，這樣才能臨時(shí)解決數(shù)據(jù)之間的通信。

在網(wǎng)絡(luò)改造或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的過(guò)程中存在不合理的現(xiàn)象，OSPF路由協(xié)議的工作原理是要求所有的非骨干區(qū)域必須和骨干區(qū)域相連接，否則可能造成網(wǎng)絡(luò)不能正常通信，無(wú)法正常建立鄰居關(guān)系。但是在實(shí)際的工作當(dāng)中，往往可能由于地理位置或者工程師的設(shè)計(jì)問(wèn)題，違背了OSPF區(qū)域的連接規(guī)則，因此，需要運(yùn)用虛擬連接技術(shù)來(lái)解決非骨干區(qū)域直接的連接問(wèn)題。

在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計(jì)及改造的過(guò)程中，如果地理位置或者其他問(wèn)題造成骨干區(qū)域和非骨干區(qū)域沒(méi)有正常連接，違背了OSPF的連接規(guī)則等，則可以利用虛擬連接技術(shù)來(lái)解決這種問(wèn)題。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中最好每一步都驗(yàn)證，從而對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題快速排錯(cuò)。

5? ?結(jié)語(yǔ)

由于網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)問(wèn)題或者現(xiàn)實(shí)條件的限制，不同建筑物之間進(jìn)行互聯(lián)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，可以利用虛擬連接技術(shù)來(lái)解決當(dāng)前的問(wèn)題。

（責(zé)任編輯：侯辛鋒）

參考文獻(xiàn)：

[1]華為技術(shù)有限公司.HCNA網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)驗(yàn)指南[M].北京：人民郵電出版社，2017.

[2]劉軍軍.中型企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計(jì)和實(shí)施[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2012（9）：126，128.

[3]張洋洋.GEO衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的路由攻擊技術(shù)研究[D].石家莊：河北科技大學(xué)，2015.