基于OSPF特殊區(qū)域和LSA的教學設計與實踐

章麗玲

(湖北第二師范學院 計算機學院，武漢 430205)

OSPF(Open Shortest Path First Protocol，開發(fā)最短路徑優(yōu)先協(xié)議)是一種基于鏈路狀態(tài)路由算法的動態(tài)路由協(xié)議，其典型特點是：支持CIDR、手動路由匯總、收斂時間快、不會產生路由環(huán)路等。OSPF協(xié)議中涉及的概念較多，其中最為復雜和難懂的兩個主要的概念為：OSPF的特殊區(qū)域和LSA類型，它們是OSPF最核心最底層的知識，只有掌握了這兩個基本概念，才能算是真正意義上理解了OSPF這個協(xié)議。本文將針對OSPF特殊區(qū)域和LSA類型進行教學設計和實踐，讓學生能夠高效理解并掌握OSPF協(xié)議。

1 理解OSPF多區(qū)域概念

為了適應大規(guī)模網絡，OSPF協(xié)議通過將OSPF網絡劃分為不同區(qū)域，以提高路由的可靠性和網絡的可擴展性。多域OSPF將自治系統(tǒng)劃分為若干個相對獨立的區(qū)域，其中一個為骨干區(qū)域，其他為非骨干區(qū)域，每個非骨干區(qū)域與骨干區(qū)域相連并通過骨干區(qū)域交換自治系統(tǒng)的路由信息，即下文所提到的各種LSA。有了多域的概念后，路由器的類型分為內部路由器(Internal Routers，IR)、骨干路由器(Backbone Routers，BR)、區(qū)域邊界路由器(Area Border Routers，ABR)和自治系統(tǒng)邊界路由器(Autonomous System Boundary Routers，ASBR)。

2 理解LSA

LSA(Link-State Advertisement)鏈路狀態(tài)通告，是在OSPF鄰居之間傳遞的路由信息，OSPF路由器之間相互學習到的路由信息均是通過LSA學習到的。LSA的類型有7種，其中6類LSA為組成員LSA，MOSPF(組播OSPF)通過允許路由器用它們的鏈路狀態(tài)數據庫為轉發(fā)數據流建立組播分發(fā)樹來增強OSPF的功能，在本文不做詳細的描述，其他類別的LSA的特征詳解見表1 LAS類型特征描述。

3 理解OSPF的特殊區(qū)域

根據OSPF原理，當網絡拓撲發(fā)生變化后，相關路由器會立即發(fā)送鏈路狀態(tài)通告LSA信息，使拓撲結構的變化很快擴散到整個OSPF網絡。為了減少LSA在區(qū)域間的泛洪的數據量，提高網絡性能，非骨干區(qū)域進一步劃分為標準區(qū)域(Standard Area)、末節(jié)區(qū)域(Stub Area)、完全末節(jié)區(qū)域(Totally Stub Area)、次末節(jié)區(qū)域(Not-So-Stubby Areas)和完全次末節(jié)區(qū)域(Totally Not-So-Stubby Areas)五種類型。

為了使學生能夠正確掌握特殊區(qū)域對不同LSA類型泛洪信息的過濾規(guī)則，筆者設計如下實驗進行驗證。

表1 LAS類型特征描述

4 特殊區(qū)域與LSA的洪泛范圍實驗設計

4.1 實驗拓撲

實驗拓撲圖如圖1：圖中共劃分了4個區(qū)域，路由器R3為外部自治系統(tǒng)路由器，連接外部網絡10.1.0.0/16。

圖1 特殊區(qū)域與LSA的洪泛范圍實驗拓撲圖

4.2 路由器各接口的IP地址分配

表2為各個路由器接口IP地址分配表

表2 路由器接口IP地址分配表

4.3 實驗步驟：

(1) 在GNS3模擬器中，搭建拓撲，按圖配置各臺路由器接口的IP 地址。

(2) 配置各個路由器ID,發(fā)布OSPF路由。

·路由器R1的配置

R1(config)#router ospf 1

R1(config-router)#network 10.254.254.12 0.0.0.3 area 2

R1(config-router)#network 1.1.1.0 0.0.0.255 area 2

#路由器R2的配置

R2(config)#router ospf 1

R2(config-router)#network 10.254.254.0 0.0.0.3 area 1

R2(config-router)#network 5.5.5.0 0.0.0.255 area 1

·路由器ABR1的配置

ABR1(config)#router ospf 1

ABR1(config-router)#network 10.254.254.0 0.0.0.3 area 1

ABR1(config-router)#network 10.254.254.4 0.0.0.3 area 0

·路由器ABR2的配置

ABR2(config)#router ospf 1

ABR2(config-router)#network 10.254.254.8 0.0.0.3 area 0

ABR2(config-router)#network 10.254.254.12 0.0.0.3 area 2

·路由器ABR3的配置

ABR3(config)#router ospf 1

ABR3(config-router)#network 10.254.254.8 0.0.0.3 area 0

ABR3(config-router)#network 10.254.254.4 0.0.0.3 area 0

ABR3(config-router)#network 10.254.254.16 0.0.0.3 area 3

·路由器ASBR1的配置

ASBR1(config)#router ospf 1

ASBR1(config-router)#network 10.254.254.16 0.0.0.3 area 3

ASBR1(config)#ip route 10.1.0.0 255.255.0.0 10.254.254.22

·在ASBR1中進行靜態(tài)路由重發(fā)布，將該靜態(tài)路由注入到OSPF中。

ASBR1(config-router)#redistribute static subnets

(3)用Show ip route 命令查看各路由器路由表情況，用Show ip ospf database 命令查看各路由器的鏈路狀態(tài)數據庫情況。

R1的路由表如圖2,該路由表中有兩條直聯路由,學習到了 5條 “O IA”路由，學習到了一條到達10.1.0.0/16 的“O E2” 路由。

圖2 路由器R1的路由表

路由器R2的路由表如圖3，該路由表中有兩條直聯路由，學習到了5條 “O IA”路由，學習到了一條到達10.1.0.0/16 的“O E2” 路由。

圖3 路由器R2的路由表

路由器ABR3的路由表如圖4，該路由表中有三條直聯路由，學習到了4條 “O IA”路由，學習到了一條到達10.1.0.0/16 的“O E2” 路由。

路由器ASBR1的路由表如圖5，該路由表中有3條直聯路由，發(fā)布了一條目的網絡為10.1.0.0/16的靜態(tài)路由，學習到六條“O IA”路由。

圖4 路由器ABR3的路由表

圖5 路由器ASBR1的路由表

從實驗結果可知，各個路由器均學習到了不同網段的路由，其中“O” 條目是通過1類LSA學習到的，“O IA”條目是通過3類LSA和4類LSA學習到的，“O E2”條目是通過5類LSA 學習到的。為了減少LSA的泛洪量，將標準區(qū)域配置成特殊區(qū)域。

(4)將區(qū)域1配置成末節(jié)區(qū)域(Stub Area)配置命令如下：

R2(config-router)#area 1 stub

ABR1(config-router)#area 1 stub

采用show ip route命令查看路由器R2的路由表，配置成Stub區(qū)域后，R2路由表的變化情況如圖6。

圖6 Stub區(qū)域的R2路由器的路由表

對比圖3和圖6，發(fā)現配置成Stub Area 末節(jié)區(qū)域后，少了O E2 的路由條目，多了一條O*IA的路由條目，可以驗證對于末節(jié)區(qū)域來說，路由器屏蔽了4、5、7類LSA，但會自動下發(fā)一條默認路由到達外部自治系統(tǒng)的網絡。

(5)將區(qū)域2配置成完全末節(jié)區(qū)域，配置命令如下：

R1(config-router)#area 2 stub no-summary

ABR2(config-router)#area 2 stub no-summary

采用show ip route命令查看路由器R1的路由表，配置成Totally Stub區(qū)域后R1的路由表如圖4-7.

圖7 Totally Stub區(qū)域的R1路由器的路由表

對比圖2和圖7兩次路由器R1的路由表，發(fā)現路由表R1的條路數明顯減少，只有2條直聯路由和一條默認路由，原因是完全末節(jié)區(qū)域會屏蔽3、4、5、7類LSA,因此，學習不到相關的路由條目，但會用一條默認路由指向區(qū)域外網絡。

(6)將區(qū)域3設置成次末節(jié)區(qū)域(Not-So-StubbyArea，NSSA)，配置命令如下：

ASBR1(config-router)#area 3 nssa

ABR3(config-router)#area 3 nssa

采用show ip route命令查看路由器ABR3的路由表，配置成NSSA區(qū)域后ABR3的路由表如圖8。

對比圖4和8會發(fā)現在ABR3路由表中O E2 的路由條目變成了O N2 的路由條目，原因是7類LSA只在NSSA區(qū)域內泛洪，并且可以被ABR轉換為5類LSA消息，通過7類LSA學到的路由在路由表中用符號”N”表示。

圖8 NSSA區(qū)域的ABR3路由器的路由表

(7)把區(qū)域3配置成完全次末節(jié)區(qū)域，配置命令如下：

ABR3(config-router)#area 3 nssa no-summary

查看ASBR1的路由表情況如圖9，對照圖5，發(fā)現把區(qū)域3配置成完全末節(jié)區(qū)域后，ASBR1的路由器的路由表條目明顯減少，所有的“O IA”條目都沒有了，取而代之的為一條O*IA的默認路由條目，原因是完全末節(jié)區(qū)域屏蔽了3、4、5類LSA，并且會自動下發(fā)一條默認路由指向區(qū)域外網絡。

圖9 Totally NSSA區(qū)域的ASBR1路由器的路由表

4.4 實驗結果分析

通過實驗結果可知，特殊區(qū)域的配置可以減少路由器上LSDB的大小和路由表條目，使網絡的性能更優(yōu)、更穩(wěn)定。

骨干區(qū)域Backbone Area 0，本身是一個標準區(qū)域，負責連接非骨干區(qū)域，其他區(qū)域必須保證和骨干區(qū)域有直接的物理連接，如果沒有，必須配置相應的虛鏈路，才能保證他們之間的互連。

Stub Area 區(qū)域，可以阻擋不必要的LSA4/5類信息進入本地區(qū)域，從而精簡路由表。ABR會生成0/0的缺省路由通過進Stub區(qū)域內部。

Totally Stub Area區(qū)域是對Stub Area的改進，可以阻擋不必要的LSA3/4/5類信息進入本地區(qū)域,進一步精簡路由表。

Not-So-Stubby Area 區(qū)域是Stub區(qū)域的變種，即想阻擋LSA5,自身又想引入外部路由；NSSA既阻擋了外部LSA5的進入，同時它的ASBR又可以引入外部路由LSA7,LSA7在NSSA內洪泛，通過ABR時轉換為LSA5。

Totally NSSA是對NSSA區(qū)域的改進，進一步阻擋LSA3進入NSSA區(qū)域內，同時ABR自動生成0/0默認路由進入NSSA區(qū)域。OSPF區(qū)域的類型與LSA的洪泛范圍如圖10所示。

圖10 OSPF區(qū)域類型與LSA的洪泛范圍

5 總結

通過教學設計與實踐，學生均能深入了解OSPF特殊區(qū)域和LSA類型之間的關系，能夠熟練進行特殊區(qū)域的配置，同時，借助GNS3模擬仿真平臺，學生能夠自主搭建不同企業(yè)網絡環(huán)境，開展創(chuàng)新實驗，自主地把所學的知識應用到實踐中。