基于虛連接的OSPF 異形區(qū)域通信實現方法研究

徐濟成，劉 超，李 嶒

（1.安徽中澳科技職業(yè)學院 信息工程與藝術設計系，安徽 合肥 230041；2.安徽農業(yè)大學 信息與計算機學院，安徽 合肥 230036）

OSPF 是基于鏈路狀態(tài)的動態(tài)路由協議，它具備一般IGP 協議的基本特點，同時支持區(qū)域劃分，對大規(guī)模網絡具有良好的適應性，而且網絡收斂速度快，解決了路由自環(huán)問題的困擾，所以OSPF成為大中型園區(qū)網中使用最廣泛、性能最佳的IGP 協議之一［1］。在按照園區(qū)網分層設計模型進行大規(guī)模網絡架構設計時［2］，從路由協議規(guī)劃層面，常常需要利用OSPF 支持區(qū)域劃分的特性，在內部形成一個多區(qū)域OSPF的網絡場景。這種網絡場景的通信需要遵循OSPF 區(qū)域劃分的基本準則，即非骨干區(qū)域必須和骨干區(qū)域相鄰。然而，在某些特殊場景下，由于不可抗力因素導致在進行OSPF 區(qū)域劃分設計時，無法遵循既有準則，只能采用非標準的異形劃分，最終導致網絡通信故障。因此，研究多區(qū)域OSPF異形劃分的通信實現方法具有積極的理論意義和實際應用價值。

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］架構的區(qū)域化設計，在其定義的所有區(qū)域中，依據網絡節(jié)點的功能會設置一個骨干區(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)域通過與骨干區(qū)域Area0 交換鏈路狀態(tài)通告報文LSA獲取路由信息，建立鏈路狀態(tài)數據庫LSDB［4］，最終實現網絡收斂。

圖1 OSPF區(qū)域的標準劃分

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

顯然，凡是符合定義1 描述的網絡場景，均不符合Hub-And-Spoke 架構的區(qū)域化設計準則，會給網絡通信造成故障。從實際網絡場景的網絡拓撲結構設計上分析，多區(qū)域OSPF 異形劃分有遠端異形和分割異形兩種存在形式。

1.1 遠端異形

遠端異形是指在多區(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，形成一個或多個位于Area0 遠端的非骨干區(qū)域，無法與骨干區(qū)域Area0 直連的拓撲形式，如圖2 所示。在這種情況下，由于非骨干區(qū)域Area2 遠離骨干區(qū)域Area0，即使非骨干區(qū)域Area1 和Area0 直接相連，區(qū)域邊界路由器也無法將鏈路狀態(tài)通告報文LSA發(fā)送至Area2，最終導致Area2 被孤立，無法與其他區(qū)域正常通信。

圖2 遠端異形劃分

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，形成范圍更小且無法直接相連的多個Area0 區(qū)域的拓撲形式，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 無法交換LSA實現路由信息的傳遞。

圖3 分割異形劃分

2 虛連接的工作機制與實現方法

在多區(qū)域OSPF 網絡中，非骨干區(qū)域通過與骨干區(qū)域Area0 交換鏈路狀態(tài)通告報文LSA 獲取路由信息。遠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，使得路由信息無法傳遞，最終造成通信故障。OSPF 虛連接（Virtual Link）技術［6］可以在兩臺區(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，實現兩臺ABR 的點對點通信。以下逐一分析遠端異形和分割異形利用OSPF 虛連接解決通信問題的工作機制，并給出具體的實現方法。

2.1 遠端異形的虛連接

遠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 的遠端。若要Area0的LSA可以通過區(qū)域邊界路由器ABR1傳遞至Area2，就必須使得Area0 和遠端的Area2 建立直連關系。根據這種邏輯思路，OSPF 虛連接采用擴展和拉伸的方法，將骨干區(qū)域Area0 的范圍延伸和擴展至Area1 和Area2 的區(qū)域邊界路由器ABR2的位置，實現了與Area2的虛擬直連。

圖4 遠端異形的虛連接

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 分割成獨立不相連的兩個區(qū)域。這兩個Area0 區(qū)域若要交換LSA 實現通信，同樣需要跨過Area1 建立直連關系?？紤]到這兩個Area0 區(qū)域的對等性，在采用OSPF 虛連接進行拉伸和擴展時，可以從兩側Area0 區(qū)域向中間的Area1區(qū)域同時均衡伸展。此時形成的新骨干區(qū)域Area0 就覆蓋了拓撲中的所有區(qū)域，原本割裂的兩個Area0也就實現了虛擬直連。

圖5 分割異形的虛連接

不論是遠端異形還是分割異形，都可以通過OSPF 虛連接將骨干區(qū)域Area0 的范圍拉伸和擴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，最終可以實現與骨干區(qū)域Area0直連。該方法本質上是將與骨干區(qū)域Area0 相鄰的非骨干區(qū)域拉伸和擴展，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 虛連接的實現方法

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

Step 1：router ospfprocess id//聲明OSPF的進程號

Step 2：router-idip-address//設置 該ABR的Router-ID

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

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

3 仿真實驗與分析

3.1 實驗設計

實驗利用Packet Tracer仿真平臺［7-8］，設計了標準區(qū)域T0、遠端異形區(qū)域T1和分割異形區(qū)域T2等3個拓撲對照組，如圖6所示。其中，T0為已完成配置且網絡收斂的標準對照組，用來驗證2.3 節(jié)中所述方法對T1和T2的有效性。

圖6 仿真實驗拓撲結構

為保證實驗數據的公正性，在3 個對照組的拓撲結構中，路由器均選用cisco 2811型號，線纜采用Copper Cross-Over，R2 和R3 均為ABR，路由器的具體配置參數如表1所示。

表1 路由器的配置參數

3.2 結果分析

采用2.3節(jié)中所述的方法分別對T1和T2拓撲中的路由器進行詳細配置，網絡充分收斂后，顯示R1的路由表并測試R1 ?R2 ?R3 ?R4 的網絡連通性。

如圖7 所示，R1?R2?R3?R4 的網絡是連通的，R1 路由表路由信息來源中出現了OIA，表明這些路由成功地從Inter-Area Route 轉變?yōu)镮ntra-Area Route。

圖7 R1路由表和網絡連通性測試顯示結果

為了更進一步驗證表1方法對于T1和T2兩種異形區(qū)域通信效率的影響，通過統計3 個對照組收發(fā)不同數量ping 包的平均時延，對比T1、T2 與T0的離散程度，如圖8所示。

圖8 T0-T1-T2平均時延對比

通過對比分析發(fā)現，使用OSPF 虛連接方法配置的T1 和T2 在通信效率上與標準區(qū)域T0 基本持平，能夠較好地實現OSPF 異形區(qū)域的正常通信。

4 結語

本文通過分析多區(qū)域OSPF異形劃分的兩種存在形式，引入OSPF虛連接技術，成功解決了異形區(qū)域的通信問題。仿真實驗的結果表明，該方法有效可行且通信效率維持了與標準劃分的相同水準。雖然OSPF 虛連接可以解決此類故障，但在多區(qū)域OSPF 規(guī)劃時，除非是出現不可抗力因素，否則應嚴格按照標準劃分，避免出現異形區(qū)域，造成額外的路由通信負擔。此外，在OSPF 虛連接的實現機制上，需要注意虛連接是在兩個擁有共同區(qū)域的ABR 之間建立的，且其中至少有一個ABR 連接骨干區(qū)域。同時，OSPF 虛連接也需要建立OSPF 鄰居，只不過鄰居建立后，鏈路上沒有hello 包傳遞。