OSPF应用研究

OSPF应用研究（精选7篇）

OSPF应用研究 第1篇

1 OSPF协议背景介绍

随着Internet的发展,接入Internet的路由器越来越多,路由负载不断增加,路由表的大小也随着接入的网络数量的增加而增加。路由器和链路的数目越多,就越可能出现问题,原来的单一网络很难管理庞大的路由表以及路由更新等。于是引入了动态路由。顾名思义,动态路由协议是一些动态生成(或学习到)路由信息的协议。这些协议使路由器能动态地随着网络拓扑中产生(如某些路径的失效或新路由的产生等)的变化,更新其保存的路由表,使网络中的路由器在较短的时间内,无需网络管理员介入自动地维持一致的路由信息,使整个网络达到路由收敛状态,从而保持网络的快速收敛和高可用性。

动态路由协议中使用最广泛的是OSPF协议。所以很有必要对该协议进行深入研究并进行测试。OSPF(Open Shortest Path First)路由协议是Internet网络TCP/IP协议族中一种内部网关路由协议,是Internet OSPF网络协议工作组于1991年制定出,并以Internet协议标准RFC1583确立下来,被广泛应用于Internet路由器路由协议、ATM交换机选路上的一种功能很强的通用性非常高的路由协议。OSPF路由协议是为TCP/IP网络制定的,是基于网络链路状态变化而动态进行路由选择的一种内部网关路由协议。在IP网络内,每一个路由器维护着一个描述网络结构的数据库,路由器根据数据库,通过计算建立最短路径树而建立起路由表。

2 软件测试理论和测试方法研究

2.1 软件测试概述

信息技术的飞速发展,使软件产品应用到社会的各个领域,软件产品的质量自然成为人们共同关注的焦点。不论软件的生产者还是软件的使用者,均生存在竞争的环境中,软件开发商为了占有市场,必须把产品质量作为企业的重要目标之一,以免在激烈的竞争中被淘汰出局。用户为了保证自己业务的顺利完成,当然希望选用优质的软件。质量不佳的软件产品不仅会使开发商的维护费用和用户的使用成本大幅增加,还可能产生其他的责任风险,造成公司信誉下降,继而冲击股票市场。在一些关键应用(如民航订票系统、银行结算系统、证券交易系统、自动飞行控制软件、军事防御和核电站安全控制系统等)中使用质量有问题的软件,还可能造成灾难性的后果。

事实上,对于软件来讲,还没有象银弹那样的东西。不论采用什么技术和什么方法,软件中仍然会有错。采用新的语言、先进的开发方式、完善的开发过程,可以减少错误的引入,但是不可能完全杜绝软件中的错误,这些引入的错误需要测试来找出,软件中的错误密度也需要测试来进行估计。

2.2 软件测试的基本方法

软件测试的方法和技术是多种多样的。软件测试方法,可以从宏观和微观两个方面看。

从宏观看软件测试方法,也就是讨论软件测试的方法论。从方法论看,更多体现了一种哲学的思想,例如辩证统一的方法,在测试中有许多对立统一体,如静态测试和动态测试、白盒测试和黑盒测试、自动化测试和手工测试等。软件测试的方法论来源于软件工程的方法论,例如有面向对象的开发方法,就有面向对象的测试方法;有敏捷方法,就有和敏捷方法对应的测试方法。

从微观看软件测试方法,就是软件测试过程中所使用的、具体的测试方法,例如等价类划分、边界值分析、正交试验方法等。

包括下列各种方法:

1)白盒测试方法;

2)黑盒测试方法;

3)静态测试和动态测试;

4)主动测试和被动测试;

5)形式化测试方法;

6)基于风险的测试;

7)模糊测试方法;

8)ALAC测试和随机测试方法;

9)软件可靠性评估方法。

3 OSPF协议测试方法应用与测试

3.1 常用测试方法测试

1)配置测试。

这类测试是要检查计算机系统内各个设备或各种资源之间的相互联结和功能分配中的错误。它主要包括配置命令测试、循环配置测试和修复测试。

2)等价类划分测试。

等价类划分是一种典型的黑盒测试方法,使用这一方法时,完全不考虑程序的内部结构,只依据程序的规格说明来设计测试用例。等价类划分方法把所有可能的输入数据,即程序的输入域划分成若干部分,然后从每一部分中选取少数有代表性的数据做为测试用例。

3)边界值测试。

边界值分析方法是对等价类划分方法的补充。长期的测试工作经验告诉我们,大量的错误是发生在输入或输出范围的边界上而不是发生在输入输出范围的内部。因此针对各种边界情况设计测试用例,可以查出更多的错误。

4)功能测试。

功能测试又称正确性测试,即测试软件系统的功能是否正确,其依据是需求文档,如产品需求规格说明书。它检查软件的功能是否符合规格说明。

3.2 自我总结方法测试

对OSPF协议与软件测试方法深入研究,经过反复测试和总结,在常用测试方法基础上进行优化,作者总结了自己的一套测试方法。

1)用户角度测试。

软件系统的需求来源于用户,最终使用权也是用户,所以用户的感受很重要,只有满足用户需求和习惯的软件系统才能称之为真正意义的好系统,在此基础上,作者总结出了用户角度测试方法。用户角度测试是指测试人员进行换位思考,从用户角度考虑来对被测对象进行功能、界面等测试,从而判断被测试对象的界面等操作是否符合用户习惯,是否易用。

2)系统有故障下测试。

人生病了,可能是人体的某个功能器官发生了病变,需要针对性治疗,但是一般情况没有发生病变的功能器官运行正常,不会受到或者很少受到影响。比如手受伤了,并不会影响脚的行走。对于软件系统来讲,同样也适用。所以作者总结了系统有故障下测试方法。系统有故障下测试是指软件系统在有故障情况下,还能“带病运行”,只是某些功能点缺失,不会对整个系统造成大的影响。

3)满配测试。

当我们发现软件系统在正常情况或者配置量小的情况能工作正常,那么如果对软件施加压力进行满配置,软件系统是否还能正常运行呢?在此基础上作者总结了满配测试,有点类似于压力测试或者容量测试,但是又有区别。满配测试是指对被测对象的某项指标进行满配,看看系统是否正常运行,然后配置超过标称容量,看看系统是否正常运行,最后使配置又恢复到满配置或者略小于满配置,系统是否正常运行。

4)版本升级回退测试。

我们在使用某款软件时,会发现软件经常会升级,比如从1.0升级2.0。那么是否也可以引申出一种测试方法呢?在此基础上作者总结了版本升级回退测试方法。版本升级回退是指软件系统从低版本升级到高版本或者从高版本回退到低版本时,软件是否正常运行。

5)一种操作反复测试。

电灯大家都会用到,每天都要操作多次开和关。好的电灯频繁开和关都没有问题,不好的电灯有可能反反复复后就坏掉了。既然这个可以作为检验电灯好坏的一种方法,那么对于我们的软件系统是否也适用呢?在此基础上作者总结了一种操作反复测试方法。一种操作反复测试是指对软件系统反复多次进行同一种或者几种操作,看看软件系统是否能正常运行。

6)兼容测试。

我们日常生活中经常会使用螺丝和配套的螺帽,螺丝和螺帽的生产厂商有很多个,但是不同厂商出厂的螺丝和螺帽为什么能匹配呢?需要一个标准,厂商根据标准生产螺丝和螺帽。符合标准的即使是不同厂商的也没有关系,也能够匹配,如果不匹配则不符合标准,则有问题。那么我们的软件系统是否也存在同样的问题呢?在此基础上作者总结了兼容测试方法。

兼容测试按照功能可以划分为三种兼容测试方法:向上兼容、向下兼容和不同厂商兼容测试方法。前两种测试方法是针对同一软件系统,而第三种测试方法是针对不同的软件系统。

7)后台告警测试。

开过汽车的都知道,汽车启动时会进行整车系统自检,如果检测失败会有相应提示,告知哪个部件有问题。能否将这应用于我们的软件测试呢?在此基础上作者总结了后台告警测试方法。后台告警测试是指系统在出现故障或者出现隐患时,在软件系统的后台上会看到告警提示,并提示信息正确等。

8)分析关键点测试。

我们在政治学上学到事物有很多矛盾,我们要抓住主要矛盾。那么我们的软件子系统测试呢?如果软件子系统测试提供很多功能点,又需要在短时间测试完怎么办?在此基础上作者总结了分析关键测试方法。分析关键点测试是指被测对象有很多功能点需要测试,在测试过程中需要分析哪些功能点是关键点,哪些功能点容易出错误,然后有针对性测试。

3.3 OSPF协议在校园网中的应用

1)校园网设计。

某校园网网络拓扑图如图1所示。

整个校园网采用三层星型拓扑结构,配置一台高端核心交换机,支持双电源双引擎热备,支持万兆扩展和IPV6平滑升级过渡;在教学楼和信息楼等区域配置汇聚交换机,为本楼的接入交换机提供汇聚功能,汇聚交换机支持高密度的千兆接口,并能扩展万兆和IPV6,构建万兆骨干IPV6校园网;食堂、操场等区域直接采用接入交换机通过千兆光纤连接核心交换机。接入交换机要求支持丰富的安全功能,能够防御各种ARP欺骗,支持环路检测和自动阻断并在设置的时间内自动恢复,支持端口防雷等功能,确保接入的安全、稳定;出口采用一台千兆防火墙,负责出口的地址转换,流量控制和安全策略控制,并能够进行出口NAT、URL日志记录,输出到专用的日志审计系统中进行至少60天的自动覆盖保存,满足公安部的要求。

为了方便学校进行统一管理,需要提供一套对用户身份认证进行管理和网络设备进行管理的系统,实现对用户上网认证、地址绑定、日志审计,拓扑管理,配置保存等功能,方便学校使用和管理。

2)校园网路由设计。

核心交换机、汇聚交换机和接入交换机我们可以选择三层交换机(也可以理解为路由器)即支持动态路由协议的交换机。

在动态路由选择上,OSPF协议无疑是我们的最佳选择。

1)路由区域的划分。

根据地理环境或管理体制,在路由设计中将网络拓扑上相邻的节点密集区域集合成若干相互连接的路由区域,这就是路由区域的划分。因此我们把核心交换机和汇聚交换机都划分在area 0区域即骨干区域。

2)边界路由器的设计。

校园网边界路由决定校园网与INTERNET间的数据通信转发,它负责校园网路由信息的对外发布与INTERNET路由信息的注入。由于校园网都是通过核心交换机和INTERNET交换数据,所以我们把核心交换机作为边界路由器。

3)校园网OSPF测试应用。

校园网组设计和组建好了后,我们可以应用前一章提到的测试方法对校园网进行测试,测试交换机以及整个网络拓扑设计是否合理,运行是否良好。下面以一个简单的实际网络出现故障的案例来阐述问题的定位以及相应测试方法的应用。

在运行过程中发现教学楼的有一片区域不能上网。因为有了关于OSPF协议的知识和测试方法的研究,我们于是对故障进行定位。通过研究校园网的网络拓扑结构,我们可以顺藤摸瓜,一步一步定位出问题的所在。

1)查看不能上网的教学楼某区域相对应的接入交换机是否有问题。首先我们通过串口登陆到接入交换机上查看对接入交换机的各个端口是否up,发现有一个端口状态一直是down状态,这个出问题的接口是和上游交换机连接的,于是判断应该是组网问题,需要对上游汇聚交换机进行定位。在定位过程中,我们使用了功能测试方法(查看端口状态信息)和关键点测试方法(根据经验选择最有可能出问题的功能点端口状态进行测试)。

2)查看与出问题的接入交换机对接的汇聚交换机是否有问题。同样我们通过串口登陆到汇聚交换机出问题的那个端口,发现其端口状态一直是down掉的。于是定位出来是汇聚交换机和接入交换机相邻端口连接出问题了。在这个定位过程中,我们使用了功能测试方法(查看端口状态信息)和关键点测试方法(直接对出问题的端口查看端口状态,其它的功能点都不需要进行测试)。

3)更换网线,查看问题是否解决。分别登陆到出问题的汇聚交换机和接入交换机查看问题端口的状态,发现端口up,而且在界面上有端口up的打印信息。这时不能上网的教学楼某区域已经可以上网,问题解决。在定位过程中,我们使用了了功能测试方法(查看端口状态信息)、关键点测试方法(网线出问题的概率最大,直接更换网线)和后台告警方法测试(界面有端口up的打印信息)。

4 展望

本文虽然对主流的测试方法进行了研究,并在此基础上总结了一套自己的测试方法,但是并没有覆盖所有的测试方法,下一步可以对其它的测试方法也进行研究。在对OSPF协议进行测试时,由于主要目的是将常见的和自己总结的测试方法应用到OSPF协议的测试中,虽然涉及到一些主要测试方法,但是并没有覆盖到被测试对象的OSPF协议的所有功能点,所以说测试还不是很全面,下一步可以对照OSPF协议标准,对OSPF协议做一致性测试覆盖所有功能点。

摘要：该论文介绍了OSPF协议的背景;对软件测试理论和软件测试方法进行研究;将两者相结合得出常见的测试方法,并且在此基础上总结了自己的一套测试方法。这些测试方法可以对支持OSPF协议的不同厂商的路由器进行针对性测试,从而判断路由器的OSPF协议是否正确。最后举例说明校园网OSPF协议的应用。

关键词：OSPF协议,软件测试理论,软件测试方法,校园网

参考文献

[1]张尚韬.OSPF路由协议的研究[J].福建信息技术教育,2007(3):14-15.

[2]Paul C.Jorgensen.软件测试[M].2版.北京:机械工业出版社,2003.

OSPF应用与设计 第2篇

1 OSPF应用分析

进行IP网络设计需要考虑的因素主要有:网络拓扑 (Network Topology) 、选址与路由汇总 (Addressing and Route S u m m a r i z a t i o n) 、路由选择 (R o u t e Selection) 、路由收敛 (convergence) 、网络可伸缩性 (Network Scalability) 、安全性 (security) 等几点。可以分别从这些方面来考虑在什么样的环境下使用OSPF, 而什么样的环境不能使用OSPF。

1.1 网络拓扑

网络拓扑由网络设备 (比如路由器、交换机) 及其连接他们的网络构成。OSPF是专门为大网络而设计的IP路由协议, 它没有路由跳数限制, 允许网络域被细分成各个易于管理的子域, 支持的路由器数量在实际网络环境中没有限制。不过, 如果要求不使用层次性的结构组网, OSPF就丧失了支持大型网络的优势。另外, OSPF仅支持两级层次性结构, 使用中也要注意。与OSPF竞争的路由协议主要有RIP, EIGRP等。其中RIP由于固有的缺点, 在大型网络中不被考虑, 仅适用于中、小型网络, 一般要求的路由器数目少于20个。EIGRP在指标上比OSPF强大, 结合了距离矢量协议和连接状态协议的优点, 可以更好地支持大型网络, 比如EIGRP支持层次化和平面网络结构, 支持多级拓扑层次等, 但是由于它是CISCO私有协议, 开放性不如OSPF, 并非所有厂商都支持。所以EIGRP与OSPF二者如何选择还要看其他方面的要求, 比如兼容性、路由汇总等。

1.2 选址与路由汇总

OSPF为无类路由协议, 支持VLSM, 所以能很好地支持路由汇总。路由汇总浓缩了路由信息, 能将一些路由信息整合到一起, 减轻了路由器与网络两方面的负担。所以在网络中, 随着规模的增大, 汇总的重要性也逐渐增大。不过, OSPF的汇总有一个缺点是需要手工设置, 这就需要管理员分配IP地址时, 必须注意各区间IP地址的层次性, 以方便手工设置路由汇总。在一些网络条件复杂的环境中, 如果不能方便设置路由汇总, 管理员又无法承当手工设置的负担, 就要考虑是否改用其他协议了。比如EIGRP, 它可以实现自动路由汇总。

1.3 路由选择

如果网络使用星型连接 (指没有冗余的结构) , 则路由选择就没有存在的意义了。对于半网状或全网状的结构 (部分冗余或完全冗余) , 到达一个目的有多条路径, 路由协议就要进行路由度量 (route metrics) , 比较路径的路由代价, 从中选择最佳的一个。路由度量根据赋予每条路径的权值来计算。每个路由协议使用不同的计算方法来计算路由度量, OSPF缺省使用路径的带宽作为路径代价的度量, 选择拥有最小代价的路径作为最佳路径。在多条路径拥有相同的代价时, OSPF能支持同时使用这些路径, 较好地支持了负载平衡。与OSPF相比, EIGRP采用五维参数来决定最佳路径:带宽、时延、可靠性、线路负载和最大数据包尺。可以支持更加复杂的应用。所以, OSPF的路由选择支持得比较有限, 仅能根据带宽进行划分。当然, 用户也可以手工配置路径的代价, 但这样要求的管理工作量就非常巨大。或者, 还有一些其他的属性可以形成路由选择的有效补充, 比如TOS-based路由, 但这样对其他方面又产生了限制。所以, OSPF仅在一些对路由选择要求不高的环境使用。用户如果要求比较苛刻, 就要考虑使用其他协议, 比如EIGRP。

1.4 路由收敛

当网络拓扑改变, 网络流量必须被快速重新路由。此时OSPF执行两个操作:监测到变化。OSPF使用两个算法检测拓扑的变化。首先是检测接口状态的变化, 其次是判断在指定的dead timer时间要求内是否收到邻居的hello报文。选择新的路径。在检测到拓扑变化后, OSPF路由器产生一个连接状态变化报文给本区间内的所有其他路由器, 而后所有路由器将使用SPF算法重新计算他们的路由, 重新计算的时间依赖于area的规模以及数据库中的路由数量。收敛时间描述了路由器在拓扑改变后到采用新的路由的时间。OSPF的收敛时间受限于网络区间规模以及路由数量。OSPF的收敛时间数量级一般为秒级, 可以适用于大多数网络。但OSPF的收敛时间在所有的路由协议中并不是最佳的, EIGRP由于采用DUAL算法, 收敛时间更快。RIP的收敛时间则比OSPF与EIGRP都慢, 因为它是距离矢量协议。

1.4 可伸缩性

可伸缩性是评估路由协议非常重要的指标, 它可以从操作环节与技术环节两个方面分析。从操作环节来说, 鼓励使用大型的区间, 而且不要求层次区分, 以此简化用户操作。而技术环节可以从路由器的存储器、CPU、带宽三者的利用上来分析。存储器;OSPF保存所在区间的所有连接状态以及外部路由, 对存储器利用是比较高的。当设计的区间太大, 或者有大量外部路由, 而同时路由器的存储器又不够大时, 就可能导致路由器崩溃。要解决此矛盾, 可以将区间减小, 或者合理分配地址, 通过路由汇总减小存储器的使用, 再有就是合理利用存根区间, 减少外部路由的存储器使用。CPU;只要连接状态发生变化, OSPF就要使用大量的CPU资源进行拓扑的重新计算。对CPU的使用率与网络的稳定性息息相关。在稳定性差的环境下, 状态的频繁变化可能导致CPU的负载过大。减小CPU的负载, 要注意保持网络的稳定性, 或者合理使用路由汇总, 通过汇总可以使链路的一些变化不修改路由表, 从而减少CPU使用。带宽;OSPF仅在连接状态变化时才发送状态变化报文, 不过, 它将该变化报文发送到本区间内的所有路由器, 不论变化是否与之有关。OSPF的带宽使用仅与网络稳定性有关, 在网络达到静止时, OSPF也基本不使用带宽, 它的带宽利用率很高。当然, 比EIGRP会相对差一些, 因为EIGRP只将变化发送给相关的路由器。

1.5 安全性

网络安全性是目前用户越来越关注的问题。OSPF可以支持对路由信息进行认证, 只接受认证通过的信息, 提供了较高的安全性。支持的认证方法包括文本认证与MD5认证。但是, OSPF同样存在不足, 它不支持协议过滤, 在广播路由时无法控制如何发送。当然, MD5认证在大多数的网络中, 已经可以保证比较高的安全性。如果在一些安全性要求非常高的场合, 我们可以配合其他的一些特性, 比如ACL, 配合实现协议过滤, 提高安全性。

2 OSPF设计分析

如何使用好OSPF是本节要解决的问题。针对OSPF的特点, 下面分别分析它的各个部分的设计要求。

2.1 选址与路由汇总

网络拓扑建立后, 如何分配IP地址, 以及如何控制路由汇总, 是提高网络效率的重要内容。对于地址分配, 有以下一些原则:区分每个区间的网络号;支持位状态 (bit-wise) 的子网与VLSM;使用私有地址。而对于OSPF路由汇总, 有以下的要求:地址分配合理, 同一个区间内的子网最好连续;设计的地址分配策略必须能适应网络扩展;预先估计增加的路由器的位置, 主干、区间以及边界在增加新的路由器时不会导致太大变化。

2.2路由选择

路由器可能拥有到一个网络的两条或者更多的路径。不同路径的路由代价会有所不同, 按照OSPF的算法, 其中代价最小的被选为路由。有时, 不同路径会拥有相同的路由代价, 此时对于路由选择更重要的是由此产生的冗余与负载平衡的应用。不过, 我司产品目前还无法提供负载平衡的功能, 但可以实现冗余。OSPF路由代价缺省情况根据接口带宽产生。计算公式为cost=100, 000, 000/bandwidthinbps。不过, 由于网络的复杂性, 路由的变化与连接速度的可能改变, 使得路由代价的配置也越来越重要。OSPF可以提供对每个链路的代价配置, 范围为0-65535。如果手工指定了某个接口的路由代价, 此时缺省代价就不起作用了。

2.3 安全性

OSPF可以使用路由认证对网络内的路由信息进行认证, 提高了网络的安全性。支持的认证类型包括文本密码认证, MD5加密认证。其中, 文本密码认证由于容易被破解, 实际使用意义不大, 而MD5加密认证方式由于安全性的提高, 得到更广泛的应用。

2.4 存根区间

存根区间就是OSPF域外部的路由信息无法进入的区间。此时从该区间往域外的路由只能依靠缺省路由。使用存根区间的好处在于减少了区间内的路由信息, 降低了区间内路由器的存储器的使用要求。一个区间能被配置为存根区间的条件是该区仅有一个出口, 或者如果有多个出口时, 必须允许不用考虑最佳路径。其他的限制包括不能作为一个虚拟连接的传输区间, 不能作为ASBR, 不能作为主干。而且所有的存根区间中的路由器必须都配置为stub路由器, 这是因为传送的hello报文中, 有一个标志可以表示路由器是否为stub路由器, 所有该区间的路由器必须具有相同的属性, 否则将无法加入存根区间建立邻接。存根区间的一个扩展是“完全存根区间”;思科将它称为“no-summary”, 此时将丢弃所有的外部路由以及区间间的路由。这样, 就只有区间内部的路由以及缺省的“0.0.0.0”路由才会进入该区间, 进一步简化了区间内的路由器的路由表并降低了存储器使用。

2.5 路由信息重新分配

路由信息重新分配包含两个方面内容:重新分配路由信息进入OSPF与重新分配OSPF进入其他协议。重新分配路由信息进入OSPF, 将使得其他路由协议或者静态路由的路由信息, 成为OSPF的外部路由。外部路由有两种类型:类型1与类型2。两种类型的区别在于路由代价的计算。类型2只计算外部路由的代价, 而不管OSPF本身内部的路由代价。类型1则将外部路由代价与内部路由代价相加作为整个路由的代价。到达相同目的地的类型1路由总是比类型2路由优先。

3 结语

OSPF应用研究 第3篇

1 通信网络和OSPF协议的相关概念

1.1 通信网络的相关概念

传统通信网络, 也就是电话交换网络由交换、传输及终端组成。交换是终端信息交换中介体, 传输是信息传送媒体, 终端是用户的手机、话机、计算机和传真机等。现代的通信网由专业的机构以工作程序和通信设备建立的相关通信系统, 为社会、企事业单位及个人提供的各类通信相关服务总和[1]。因特网属于新兴通信网络, 它的正常运行, 需要一系列的网络协议的保证。

1.2 OSPF的概念

OSPF (Open Shortest Path First开放式最短路径优先) 属于一个内部的网关协议 (Interior Gateway Protocol, 简称IGP) 用在单一的自治系统 (autonomous system AS) 内的决策路由。它能够实现对链路状态的路由协议, 属于内部的网关协议 (IGP) 因此, 在自治系统的内部运作[2]。

2 通信网络中OSPF协议应用

典型线通信网络的组网, 通信网中各站点使用OSPF协议形成层次结构的组网。依据实际的情况, 骨干域能够经以太网的线路, 采用直接的连接多路接至机房的网管终端。或接至局域网及经2 Mbit/s的电路等方式与网管终端相连, 构成多路保护的管理通道, 通常情况下, 上述连接方式将组合使用。

在光通信网中, OSPF协议相关的各域内的站点连接, 通常采用广播型的拓扑和点到点拓扑。对于同域内的各站点, 启动OSP F协议后, 首先, 需要进行手动的各端口的域值及IP等信息的配置, 并初始化协议的内部相关参数, 然后进行邻居的发现和连接, 并开始链路状态的信息交互, 同时, 域内各站点需要进行定期的网络拓扑检测和更新。网络收敛完成之后, 同域内的各站点, 具备了相同信息的数据库, 并依据信息计算构建自己为根最短的路径树, 且路由表依据最短的路径树自动生成。

3 通信网络中OSPF协议的算法优化

通常情况下, 通信网络会首先进行网络拓扑的规划, 进行站点的手动配置, 并开始调测到网络监管[3]。网络拓扑的规划重点, 指对于骨干网络的布局, 下级网络通常随业务动态扩充。使用OSPF协议的层次拓扑网络, 接入网络站点的数量通常是骨干网数十倍。网络建立中, 前期骨干网络的站点数量少, 运维人员配备相对多, 后期的非骨干的站点建立, 工作量将成倍增长, 运维人员将难以保证网络正常高质量的运行, 因此, 开站流程环节的规范和简化, 已被运行商和设备的制造商广泛的重视。

骨干网络规划好后, 需要进行OSPF协议的算法的初始化和优化, 促使非骨干的域内站点的接入, 能够自动进行正确域值和IP的分配, 并保证网管的实时监控识别。

3.1 OSPF协议的通信网中Hello协议和总体方案优化

在使用OSPF协议的通信网络中, 邻居的建立、维护及正确双向通信, 需要Hello协议的使用。建成底层的物理通道后, 站点会对多播地址进行Hello包的发送, 以动态的获取邻居的站点。收到正确的Hello包的站点, 将报文中的信息加进自己Hello报文内, 如果双方的报文中均含有对方站点信息, 通道的状态变为2-Way, 表示邻居的建立成功。OSPF协议的算法优化基础是邻居建立。

非骨干域的站点没有经正确的相关配置, 需要于Hello协议的基础上, 增加新型配置的请求和答应包, 在邻居Down的状态下运行, 进行连接点和边界的路由器正确配置连接, 自动正确的分为完成域值和站点IP后, 经边界的路由器上报网管执行监管。

Hello协议总体方案优化, 首先进行骨干域的网络站点正确配置;无正确配置非骨干域的站点, 入网后只能进行Hello包收发, 不建立邻居, 邻居站点控制于Down状态;连接站点配置的请求包收到后, 向边界的路由器的站点进行转发;会将错误Hello信息丢弃。连接站点未正确配置站点, 也将丢弃包, 不予转发。

边界的路由器的站点分配和管理非骨干域IP信息表, 对请求包判别后, 分配区域值和IP信息。连接站点接受配置的响应包之后进行申请站点的转发, 申请站点的配置响应包收到后, 启用正确的配置入网, 进行正常的OSPF协议和邻居建立等。

3.2 站点运行流程的优化

非骨干域的站点, 需要请求和应答机制的增加配置, 进而得到正确域值和IP信息。对于边界路由器的站点, 需要算法机制的增加, 进而完成域值和IP的维护和分配。

在进行边界路由器的站点优化时, 需要进行l P表的分配算法机制的增加, 保证IP表连续性, 提高查找的效率, 进行先进先出 (FIFO) 的缓冲池的建立, 进行多站点同时申请包处理。还需要进行IP表的记录和分配功能的增加, 及进行非骨干域IP表的定期维护, 进行站点的l P信息的回收和刷新, 使IP值能够进行循环使用。需要进行非骨干域的站点信息动态上报至网管的支持功能的增加, 使网管能够动态的监管识别。

综上所述, 随着网络通信的快速发展, 通信网络OSPF协议组网的应用日益重要, OSPF协议能够完成通信站点的网络拓扑发现, 根据实际的通信网络建网情况, 进行OSPF协议的算法改进和优化, 能够节省非骨干域的网络建站的区域及IP信息的规划配置, 更加高效正确的实现网管的自动接入监管。随着通信网络规模的日渐扩张, OSPF协议的改进优化对通信网络的发展具有重要意义。

摘要：随着科技与经济的飞速发展, 现代的通信网络日益趋向智能化、数字化、宽带化、个人化、综合化。通信网络中开放最短路径优先 (OSPF) 协议的应用日益重要。本文介绍了开放最短路径优先 (OSPF) 协议和通信网络的相关概念, 对OSPF协议的应用机制和算法优化进行分析。

关键词：通信网络,OSPF协议,应用,算法,优化

参考文献

[1]邵国荣.OSPF应用研究[J].电脑知识与技术, 2011, 25 (14) :67-29.

[2]熊小兵, 舒辉, 董卫宇, 等.基于简化OSPF协议的自组织网络[J].计算机工程, 2009, 33 (4) :46-47.

OSPF应用研究 第4篇

1.1 OSPF协议简介

OSPF是Open Shortest Path First的缩写, 中文译为“开放式最短路径优先”, 是一个内部网关协议 (Interior Gateway Protocol, 简称IGP) , 用于在单一自治系统 (autonomous system, AS) 内决策路由。

OSPF是目前IP网上使用最广泛、最成熟的路由协议之一, 以迪杰斯特拉算法为基础, 通过配置的电路代价, 在复杂的网状网内, 计算出两个节点之间最小代价的路径。

1.2 算法详解

以一个实例详述OSPF协议计算最短路径的原理。建立一个如图1所示的网络模型, 每条链路的代价标注在电路上方, 互联链路属于矢量。

OSPF协议维护并操作三张表格, 分别是Link State、Candidate和Tree。Link State存储链路信息, Candidate存储中间状态, Tree为最短路径生成树结果。

备注:设置A为根节点, 将 (A, A, 0) 这条链路也加入Link State。

将 (A, A, 0) 移动到Candadate表, 计算从邻居节点A到根节点A的总开销, 计算结果为0。删除Link State表中的 (A, A, 0) 路径。

将Candidate表中最小路径 (A, A, 0) 移动到表Tree, 删除Candidate表中的 (A, A, 0) 路径。此时, 在Tree表中就描出了目标节点A到根节点A的路径代价最小值0。

将从刚加入Tree表的节点A作为起始节点的电路条目 (A, B, 4) 和 (A, C, 5) , 从Link State表中移动到Candidate表。检查Tree表中已存在的目的节点是否在Candidate表中的目的节点重合。这里Tree表中仅有节点A, Candidate表目前两个目的节点为B和C, 不重合则算法继续;如果重合, 需将Candidate表中目的节点已存在于Tree表中的条目删除。

计算目的节点到根节点A的代价, 填入Candidate中的“到根节点代价”关键字中。计算得B到根节点A的代价为4, C到根节点A的代价为5。将Candidate表中到根节点代价最小的条目 (A, B, 4) 移动到Tree表中。判断Candidate是否为空, 不空则继续计算。

将从刚加入Tree表的节点B作为起始节点的电路条目, 从LinkState表中移动到Candidate表。

检查Tree表中已存在的目的节点是否在Candidate表中的目的节点重合。这里Tree表中仅有节点A和B, Candidate表目前目的节点有C、A、D、F, 其中 (B, A, 3) 的目的节点A与Tree表中已知的节点A重复, 故删除 (B, A, 3) 条目。

计算Candidate表中目的节点D、F到根节点A的代价, 填入Candidate中的“到根节点代价”关键字中。计算得D到根节点A的代价为10, F到根节点A的代价为7。

将Candidate表中到根节点代价最小的条目 (A, C, 5) 移动到Tree中。这样我们就在Tree表中得到了A、B、C三个节点的最短路径。

重复上述循环, 直到所有Link State和Candidate中的条目都被删除或移动到Tree表。最终结果见表1所示:

Tree表中描述的各链路是以A为根节点出发, 到各节点代价最小的关键路径及其代价值。在原网络图上绘制结果见图2所示:

2 光缆需求算法改进和软件实现

2.1 光缆最短路径查找实现

OSPF协议的迪杰斯特拉算法提供了计算两点间最小代价的路径计算过程, 如果将中继光缆网的各局点看作网络节点, 将各局点间中继光缆的距离看作电路代价, 通过OSPF算法就可以计算出任意两节点间的最短距离路径了。通过统计电路通过的最短路径, 可以得到每一段路径 (光缆) 上承载的电路数量, 进而计算出该路径的资源需求。

与矢量电路模型不同, 中继光缆的链路代价属于标量, 即A局到B局的距离与B局到A局的距离相等。因此, 光缆输入仅需输入A到B的代价即可, 在Link State表中算法应能自动补充B到A的代价。例如在Link State中输入 (B, A, 10) 的链路条目同时, 同时加入 (A, B, 10) 的条目。

2.2 上行双路由需求

由于IP城域网电路需通过城市内的中继光缆网来承载, 光缆在城区一般穿放在预留的管道中, 同一局向的多条光缆由于管道资源限制, 有可能穿放在同一个管道中。因此, 当发生事故导致管道损坏时, 管道内的所有光缆有可能同时中断, 如果此时IP城域网设备的两条上行电路如果都通过同一条光缆承载, 光缆的损坏将导致设备两条上行电路同时中断, 发生设备脱网、业务中断等严重后果。因此, IP城域网设备的2条上行电路要求尽可能分布在不同局向的光缆中。

2.3 上行双路由算法实现

光缆双路由算法与路由收敛算法类似, 但又有所不同。OSPF协议在网络中某些电路中断时, 会基于中断后的Link State表重新计算网络拓扑, 只会绕过已中断的电路, 而网络流量经过的其他电路段可以不发生改变。

而光缆双路由要求两条互为备份的电路“尽可能”不共光缆段, 因此在设备上行要求双路由时, 需将第一次生成的代价最小路径通过的所有光缆段从Link State删除, 重新生成两点间的最小代价路径, 得到完全不共光缆局向的代价第二小的路径。

问题似乎解决了, 但还存在缺陷, 接下来解释上文“尽可能”三个字存在的原因。

如图3所示的范例中, A到C的连接仅能通过B局转接。

在生成A到C的最小代价路径A->B->C后, 若将A-B、B-C段光缆从Link State中删除, 将会发现A-C之间无法通达的情况。现实中, 可能某局点由于种种原因, 只有一个方向的出局光缆, 无法实现两条上行电路完全不共光缆段, 算法需对该情况进行优化改进。

光通路的故障率和光缆距离、跳接次数等因素相关。一般情况下, 光缆距离越长, 故障率越高, 因此无法不共光缆段的两条电路, 共光缆的距离越短, 同时中断的概率越低。

基于上述考虑, 双路由优化算法的实现如下:

A) 输入光缆段明细;

B) 输入需计算的电路明细;

C) 计算电路中指定两点间的最小代价路径即距离最短的路径;

D) 若需计算的电路明细中, 两点间有第二条电路要求走不同路由, 则将 (C) 中计算出最短路径上经过的所有链路信息从Link State表中删除形成Link State1;

E) 利用Link State1重新计算两点间的最短路径, 如计算成功有最短路径, 该路径即为第二短 (次优) 路径;如找不到另一条路径, 则表示这两点除最短路径外, 不存在与最短路径完全不共光路的其他路径, 此时往往只能接受现实, 考虑与最优路径共用光缆段距离最短的第二条路由。

F) 将 (C) 中第一次计算出的最短路径上, 所有的n段链路 (用Xn表示) 做如下排列:

从X1到Xn的n条链路中挑出1条链路:有Cn1种选择方式;

从X1到Xn的n条链路中挑出2条链路:有Cn2种选择方式;

从X1到Xn的n条链路中挑出3条链路:有Cn3种选择方式;

从X1到Xn的n条链路中挑出n条链路:有Cnn种选择方式;

以上面所有的挑选方式选出的全部电路代价之和形成一个数组, 该数组共由Cn1+Cn2+Cn3++Cnn=Pnn个元素组成。

G) 将 (F) 中生成数组的最小代价对应的电路加入Link State1, 重新计算两点间的最短路径, 若能生成最短路径, 就找到了与最短路径共用光路距离最短的次优路径;若无法生成, 则在Link State中删除刚加入的电路, 加入Pnn数组第二小代价对应的电路, 重复计算, 直到计算出结果为止。极端情况下, 此计算直到加入了 (F) 中X1到Xn所有n条电路后才能算出结果, 即表示最优和次优两条路径完全同路由, 无法在任何一段光缆上找到不共局向的第二条路由。

H) 我们可以将上述插入排列组合的链路后, 再生成次短路径的算法叫做双路由补偿算法。

3 结语

通过程序设计, 作者已经实现了基于光缆网现状, 自动计算电路的最短路由、第二路由, 同时逐段统计光缆资源消耗, 并累计承载光缆的距离。

为丰富软件功能, 软件并没有直接将《路径表》中的光缆距离当作OSPF协议中的代价值进行计算, 而是利用excel对“电路代价”进行灵活赋值。前文所述的案例是将光缆距离作为电路代价进行计算, 因此计算出的电路为距离最短的路径。使用者可以将光缆造价或光缆故障率等其他参数赋值给电路代价, 从而计算出全程光缆造价最小的电路路由和故障率最低等不同情况下代价最小的电路路由。

OSPF应用研究 第5篇

关键词：开放最短路径优先,邻居发现,动态路由选择

0 引 言

随着各领域带宽需求的迅速增长,通信领域3G技术已经迅速普及并向4G逐步演进,通信网中传输及接入站点数量成倍增长,而且在长时间内会保持这种快速扩张的态势。同时运营商对通信网络的管理能力要求更加严格,通信网络要保证24 h无故障运行,网络中各站点要求实时可控,这也对通信网络站点组网能力以及局部出现故障时的保护恢复机制提出了更高要求。开放最短路径优先(OSPF)是一种动态路由选择协议,它可以快速地探知其运行网络拓扑的改变(例如部分网络节点或其接口的故障失效),并经过一段时间的收敛后计算出无环路的新路由,收敛时间很短并且只使用到很小的数据流量。经过长期在互联网中的成功应用,该协议已经成为现代通信网络组网的最佳选择,其路由收敛迅速、网络结构层次分明、性能高效可靠等特点满足了现代通信网络组网的需求。

1 通信组网中OSPF协议的应用

图1为典型的光通信网络组网图,各站点运行OSPF协议进行层次结构组网。站点R1～R6组成的网络N1为骨干域(区域标识为0.0.0.0),连接着光通信网的大容量负载传输站点,这些站点一般也是光通信传输网络中的骨干节点。每个骨干节点是各个地域的业务中心,其下连接的N2、N3Nn等非骨干域网络为骨干节点所带的下一层业务节点组成,负责承载某地域各区间的业务量。根据实际情况,骨干域可以通过以太网线直接连接方式多路接入至机房网管终端,或者通过2 Mbit/s电路以及接入局域网等其他方式连接至网管终端。为形成管理通道的多路保护,以上方式经常组合使用。

光通信网络中, OSPF协议下各域内站点间连接方式的划分采用较多的有广播型拓扑(多个站点通过HUB/SWITCH等以太网接入相互通信,如图1中的N1内R1-R2-R3-R4)和点到点(PPP)拓扑(两站点通过光纤等方式形成串行链路连接,如图1中的R5-R6)。对某一域内各站点,OSPF协议启动后,首先根据网络规划手动配置各相关连接端口的IP及域值信息等,并进行协议内部参数的初始化工作;接着进行邻居发现及形成邻接,并进行链路状态信息交互,同时各站点进行网络拓扑定期检测及更新。通过这一系列机制完成网络收敛后,同一域内各站点拥有相同的链路状态信息数据库,据此计算并构建出以自己为根的最短路径树,并由最短路径树生成路由表。

2 OSPF协议算法的优化

目前的通信网络基本上是首先规划好网络拓扑,并实地对各站点进行一系列手动配置,然后进行调测直至网络监管。网络拓扑规划的重点是对骨干网络进行布局,其下带的接入网络一般是随着业务增加不断扩充的。对采用OSPF层次拓扑的网络,最终接入网络的站点数量一般为骨干网络的数十倍,平均每个骨干节点会在自己的非骨干域网络中带上数十个站点。建网过程中,前期的骨干网络铺建站点数量较少,运维人员相对较多;而到了后期各非骨干网络站点建设中,工作量要几十倍地增长,同样多的运维人员却很难保证网络的高质量运行,简化和规范化开站流程已成为设备制造商和运营商着重考虑的环节。

在骨干网络已规划建成的情况下,要对上述OSPF协议中协议初始化算法和邻居发现算法进行优化,使得非骨干域网络中新站点接入时即能自动分配到正确的IP和域值,并被网管识别监控。

2.1 Hello协议机制及总体改进方案

OSPF使用Hello协议建立和维持站点的邻居关系,并确保邻居间的双向通信。在底层物理通道建成后,站点向多播地址发送自己的Hello包来动态地探知邻居站点。当收到其他站点送来的正确Hello包时,把收到的Hello报文内的各站点信息加入到自己的Hello报文内,如果某站点发现收到的邻居站点Hello包中包含了本站点信息,则表明邻居站点已发现自己,该站点对此邻居站点的通道状态会变为2-Way状态,表明邻居建立成功。邻居的建立是OSPF协议机制算法优化的基础。

对于未进行过正确配置的非骨干域站点,在Hello协议基础上增加一种新类型的配置请求包和应答包,该类型协议包运行于邻居的Down状态下,通过这些站点的连接站点及正确配置的边界路由器站点,完成对这些站点IP和域值的自动正确分配,并由边界路由器站点上报网管进行监管。具体机制如下:

(1) 骨干域网络站点的正确配置。对于同时配置了骨干域(区域值0.0.0.0)和非骨干区域的站点(称为边界路由器站点),可以设置代管非骨干域网络的站点规模N(N为接入非骨干域的站点数量)。

(2) 未进行过正确配置的非骨干域站点,接入网络后通过其连接站点发送配置请求包,这些站点只对Hello包进行收发,不进行邻居建立,邻居站点状态控制在Down状态。

(3) 连接站点收到配置请求包后向边界路由器站点转发;对申请站点送来的Hello包会判断域信息是否正确,将不正确的信息丢弃。如连接站点本身也是未得到正确配置的站点,则进行丢弃包操作,不予转发。

(4) 边界路由器站点负责管理及分配非骨干域的IP信息表,对收到的请求包进行判别后分配IP及区域值信息。

(5) 连接站点收到边界路由器站点的配置响应包后转发给申请站点。

(6) 申请站点收到配置响应包后启用正确配置接入网络,进行正常邻居建立和OSPF协议其他相关处理。

2.2 站点运行流程

对非骨干域站点,增加配置请求及应答机制以获取正确的IP和域值。具体流程如图2所示。

对边界路由器站点,增加一系列算法机制,完成IP和域值的分配维护,具体流程如图3所示。

边界路由器站点增加IP表分配的算法机制,对其所管辖的非骨干域IP表进行分配操作;设计为优先根据申请站点的连接站点IP及域值进行最佳匹配算法,得出在该域值IP表内与连接站点最接近的未使用的IP值,分配给申请站点,以尽量保证IP表内容的连续性,提高查找效率。此外,设立先进先出(FIFO)缓冲池解决多个站点同时发出申请包的问题。

边界路由器站点增加IP表记录功能,对每次分配的IP域值以及申请站点硬件信息进行配对存储记录,对相同硬件信息站点的多次申请维持同一IP和域值的分配。

边界路由器站点启动定时器定期维护非骨干域的IP表,结合链路状态数据库检测非骨干域站点是否长时间处于中断情况,设计回收该站点已分配的IP信息并刷新对应的IP表信息,使得回收的IP值能被循环使用。

同时边界路由器站点增加支持上报变化的非骨干域站点信息至网管的功能,使得网管能动态发现新增站点并及时监管,并可对各非骨干域IP表资源进行管理及再规划,对IP表资源不足或接近配置网络极限的情况予以通告。

按照图1设定的由R1-R2-R3-R4组成的骨干域(0.0.0.0)网络,这些站点均为区域边界路由器站点,同时配置了骨干域以及连接的非骨干区域,如表1所示。

假定站点R5-R6为属于边界路由器站点R4下带非骨干域(10.4.0.0)中的新增站点,这些站点均未被人工配置;设置非骨干域网络不超过60个,站点R4维护IP分配表区间从10.4.0.1～10.4.0.60;经过上述优化机制处理后,站点R6上电后直接从R4分配到了10.4.0.1的IP值和10.4.0.0的域值;站点R5上电后经站点R6转发从R4获取到10.4.0.2的IP值和10.4.0.0的域值。

网管从站点R4的上报中得知R5-R6信息后通知网管中心人员进行业务配置,及时予以监管,对新增站点均能采用此方式。

3 结束语

本文针对光通信网络中OSPF协议的组网应用进行了分析,阐述了通信站点在OSPF协议支撑下完成对网络拓扑的发现,并根据实际通信网络的建网情况,对OSPF协议算法进行了改进优化,节省了对非骨干域网络建站要进行IP及区域信息规划配置的过程,实现了网管自动发现接入站点。面对规模日渐扩张的通信网络,这种改进后的OSPF协议无疑具有更大的优势和更好的应用前景。

参考文献

[1]MoyJohn T.OSPF:Anatomy of an Internet Routing Protocol[M].北京:中国电力出版社,2002.

[2]托马斯.OSPF网络设计解决方案(第二版)[M].北京:人民邮电出版社,2004.

[3]Kurose James F.计算机网络:自顶向下方法与Inter-net特色(影印版)[M].北京:高等教育出版社,2005.

OSPF应用研究 第6篇

OSPF协议可以让整个信息网络中的路由进行相互识别和通信, 还能够对整个网络中的路由信息进行收集和保存, 对于单一自治系统具有很好的支持性。

在大型企业中, 其网络结构复杂, 需要传输的信息内容和需要连接的工作设备众多, 且还会包含多个空间较为分散的网络结构, 故在大型企业的OSPF网络部署中通常会将其网络在AS范围内按照实际应用需求划分为多个不同区域如骨干区域、其他自然子区域等, 每个自然子区域和骨干区域按照一定的路由组成法则组合成一个完整的信息网络。

基于OSPF协议的网络运行环境具有如下特点:网络中的路由器规模较大, 至少不能少于5个;网络的拓扑结构呈网状分布, 不同路由器之间均需要进行数据通信;网络用户对带宽的需求较多较高, 且需要尽量避免路由回路等会消耗路由网络带宽的行为;硬件运行和数据处理功能较为强大, 可以很好地支持OSPF协议的使用要求。

2 OSPF网络系统规划

配置OSPF协议的网络中最关键的部分在于系统规划, 良好的系统规划可以充分发挥信息网络的网络性能和优势, 特别是OSPF协议是一种相对复杂的动态的路由协议, 其对网络系统的规划要求更为苛刻。在实际应用中OSPF网络系统的区域划分应该遵循如下几种原则:

首先应该按照网络的物理区域进行划分。如企业分布在全省范围内, 则应该在核心区域内成立骨干区域, 然后将该网络覆盖范围内的其他地级市企业划分为独立区域, 每个区域通过特定的连接方式与骨干区域进行连接。

其次应该按照网络中的路由器的级别进行进一步划分。大型企业中会配置高中低三档的路由器, 上一级的路由器会与下一级的路由器进行连接, 为便于管理和选择ABR可以将高端路由器为划分界限, 将每一台高端路由器与其下的所有路由器划分为一个区域。

再次应该按照网络中的IP地址分配进行区域划分。实际可以按照网络的网段对整个企业网络进行划分, 如企业网络中存在10和172开头的两个网段, 此时就可以将这两个网段内的路由划分为两个区域。通过这种划分方式可以很好地应用ABR对路由器进行配置, 对于实现最短路由具有实际意义。

但是需要说明的是, 在实际配置过程中, 应该避免出现某一区域路由器过多的现象, 若某一区域的路由过多, 可以将其再划分为多个子区域。由于OSPF协议要求子区域必须与骨干区域进行连通, 故在骨干区域的选择方面应该进行重点分析, 若是无法实现连接, 可以利用虚连接的方式解决该问题。ABR在整个网络中具有非常重要的作用, 故在选择ABR时应该尽量选用性能高的路由器。

3 OSPF动态路由协议在大型企业中的应用

3.1 组网方式及路由策略配置

大型企业的网络架构包含四个方面的内容:接入层、汇聚层、核心层以及出口网关。

每一层面的硬件配置内容为:接入层的对象为实际终端用户, 在该层中可以配置以太网两层交换机实现;汇聚层则用于提供子区域的信息汇聚和链路支持, 该层中可以结合配置中高端路由器和交换机实现;核心层用于承担整个网络的信息交换和网络管理, 故该层中需要配置高端路由设备实现, 同时还应该配置网关节点、备份链路等;出口网关负责局域网和广域网之间的信息交换, 故需要配置高端路由交换机和防火墙。

为保证整个信息网络运行的稳定和传输内容的安全, 在路由策略配置方面应该按照如下内容进行。

在接入层与汇聚层的路由策略配置中, 其要求较低, 应用纯两层VLAN接入协议即可满足要求;鉴于汇聚层承担了完整的OSPF子路由域, 应该对其设置路由域内网关节点, 在汇聚层和核心层的路由策略配置中可以应用OSPF动态路由协议和双核心组网方式进行, 主用链路和备用链路的流量优先级可以按照实际需求进行调整;在防火墙和核心层的路由策略配置中, 除了上述协议外还应该添加VRRP协议。

3.2 基于OSPF协议配置应用

首先按照网络结构图设计与实际应用相符的网络拓扑图, 按照所涉及的网络拓扑图进行实际连接, 连接完毕后清除路由器中原有的配置信息, 若路由器中不存在配置信息可不比执行清除指令。之后对路由器和IP等具体操作接口等进行配置, 最后在路由器中配置OSPF协议。

其中, 路由器的OSPF配置过程为, 首先执行router ospf 1指令, 然后执行router-id (路由器地址) 指令指定路由器控制DR选举, 之后使用network (IP地址) 0.0.0.0 area (区域号) 指令进行路由配置, 最后执行passive-interface指令、redistribute static metric-type ext-1指令、redistribute connected metric-type ext-1指令等完成对OSPF路由器的配置。

4 结语

基于OSPF动态路由技术创建的信息网络功能十分强大, 具有路由动态更新功能, 能够对网络的数据承载进行均衡, 还具有冗余备份功能, 保证了整个网络的稳定性和可靠性, 可以满足大型企业的网络应用需求, 是一种得到了广泛应用的IGP协议。

参考文献

[1]邵国荣.OSPF应用研究[J].电脑知识与技术, 2011, 07 (14) [1]邵国荣.OSPF应用研究[J].电脑知识与技术, 2011, 07 (14)

[2]邸晖.基于OSPF在中小企业的组网设计[J].山西电子技术, 2013 (2) [2]邸晖.基于OSPF在中小企业的组网设计[J].山西电子技术, 2013 (2)

OSPF应用研究 第7篇

近几年来，特别是在步入21世纪之后，Internet规模的发展非常的迅速，Internet逐渐的走到了千家万户，并成为了人们生活中的一部分。同时当前的Internet的节点并不是单纯指的是计算机，还包括了PDA、移动电话、各种各样的终端甚至包括冰箱、电视等家用电器，这些设备都能够被接入网络之中。我国从上世纪90年代开始就已经建起了面向全社会的网络基础设施，交换机路由器大量的在我国的网络互联设备中应用，并逐步的完善我国的网络建设，伴随着我国电信网，计算机网络以及有线电视网络的三网融合进程的推进，我国的网络建设越来越完善，并在更多的领域发挥着作用。这些服务的提供离不开交换机路由器配置各种路由协议，比如RIP、OSPF、BGP等，在各种类型的网络中，究竟使用何种协议，如何在不同的网络环境下达到网络设备与网络协议最佳匹配，成为三网融合时代企及解决的课题。

文中首先分析计算机网络的常见拓扑结构与网络设备性能的关系，其次对IP数据包在网络设备中的运行原理与IP数据包在路由器中转发过程进行了研究，接着对当前在互联网中广泛部署的两大动态路由协议OSPF与RIP的算法进行了详细分析，最后根据OSPF与RIP的算法特点与网路结构的类型得出OSPF与RIP协议的最佳匹配网络环境。

1 网络拓扑结构与网络设备性能分析

网络（network）是一个复杂的人或物的互连系统。计算机网络，就是把分布在不同地理区域的计算机以及专门的外部设备利用通信线路互连成一个规模大、功能强的网络系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息，共享信息资源。由于连接介质的不同，通信协议的不同，计算机网络的种类划分方法名目繁多。但一般来讲，计算机网络可以按照它覆盖的地理范围，划分成局域网和广域网，以及介于局域网和广域网之间的城域网（MAN, Metropolitan Area Network）。而网络的拓扑（topology）结构依据局域网和广域网的类型也可以分为不同类型[1]。但是在日益庞大的互联网中，网络设备的性能与网络的拓扑结构相辅相成。

拓扑（topology）结构定义了组织网络设备的方法。LAN有总线（bus）型、星型（star）等多种拓扑结构。在总线拓扑中，网络中的所有设备都连接到一个线性的网络介质上，这个线性的网络介质称为总线。当一个节点在总线拓扑网络上传送数据时，数据会向所有节点传送。每一个设备检查经过它的数据，如果数据不是发给它的，则该设备丢弃数据；如果数据是发向它的，则接收数据并将数据交给上层协议处理。典型的总线拓扑具有简单的线路布局，该布局使用较短的网络介质，相应地，所需要的线缆花费也较低。缺点是很难进行故障诊断和故障隔离，一旦总线出现故障，就会导致整个网络故障；而且，LAN任一个设备向所有设备发送数据，消耗了大量带宽，大大影响了网络性能。在这样的拓扑结构中对网络设备的要求比较平均，性能优良的路由器或交换机不能有效发挥其作用。

星型拓扑结构有一个中心控制点。当使用星型拓扑时，连接到局域网上的设备间的通信是通过与集线器或交换机的点到点的连线进行的。星型拓扑易于设计和安装，网络介质直接从中心的集线器或交换机处连接到工作站所在区域；星型拓扑易于维护，网络介质的布局使得网络易于修改，并且更容易对发生的问题进行诊断。在局域网构建中，大量采用了星型拓扑结构。当然，星型拓扑也有缺点，一旦中心控制点设备出现了问题，容易发生单点故障；每一段网络介质只能连接一个设备，导致网络介质数量增多，局域网安装成本相应提升。在这样的拓扑结构中，一般要求中心控制点的网络设备是整个网络中处理性能与稳定性最优的设备。

这些拓扑结构是逻辑结构，和实际的物理设备的构型没有必然的关系，如逻辑总线型和环型拓扑结构通常表现为星型的物理网络组织。WAN常见的网络拓扑结构有星型、树型、全网状（Full meshed）、半网状等等[2]。在对网络进行路由协议的部署时，要依据网络的拓扑结构与网络设备的处理性能进行最优配置。

2 RIP协议与OSPF协议在网络环境中的应用配置研究

路由器提供了将异地网互联的机制，路由就是指导IP数据包发送的路径信息，在路由器上运行一定的路由协议就可实现将一个数据包从一个网络发送到另一个网络。

在互连网中进行路由选择要使用路由器，路由器只是根据所收到的数据报头的目的地址选择一个合适的路径（通过某一个网络），将数据包传送到下一个路由器，路径上最后的路由器负责将数据包送交目的主机。数据包在网络上的传输就好像是体育运动中的接力赛一样，每一个路由器只负责自己本站数据包通过最优的路径转发，通过多个路由器一站一站的接力将数据包通过最优最佳路径转发到目的地，当然有时候由于实施一些路由策略数据包通过的路径并不一定是最佳路由[3]。

路由器转发数据包的关键是路由表。每个路由器中都保存着一张路由表，表中每条路由项都指明数据包到某子网或某主机应通过路由器的哪个物理端口发送，然后就可到达该路径的下一个路由器，或者不再经过别的路由器而传送到直接相连的网络中的目的主机。当网络拓扑结构十分复杂时，手工配置静态路由工作量大而且容易出现错误，这时就可用动态路由协议，让其自动发现和修改路由，无需人工维护，但动态路由协议开销大，配置复杂。

有的动态路由协议在TCP/IP协议栈中都属于应用层的协议。但是不同的路由协议使用的底层协议不同。OSPF将协议报文直接封装在IP报文中，协议号89，由于IP协议本身是不可靠传输协议，所以OSPF传输的可靠性需要协议本身来保证。RIP使用UDP作为传输协议，端口号520。

按照工作区域，路由协议可以分为IGP和EGP。IGP (Interior gateway protocols）内部网关协议在同一个自治系统内交换路由信息，RIP和IS-IS都属于IGP。IGP的主要目的是发现和计算自治域内的路由信息。EGP (Exterior gateway protocols）外部网关协议用于连接不同的自治系统，在不同的自治系统之间交换路由信息，主要使用路由策略和路由过滤等控制路由信息在自治域间的传播，应用的一个实例是BGP。按照路由的寻径算法和交换路由信息的方式，路由协议可以分为距离矢量协议（Distant-Vector）和链路状态协议。距离矢量协议包括RIP和BGP，链路状态协议包括OSPF、IS-IS。

距离矢量路由协议基于贝尔曼-福特算法，使用D-V算法的路由器通常以一定的时间间隔向相邻的路由器发送他们完整的路由表。接收到路由表的邻居路由器将收到的路由表和自己的路由表进行比较，新的路由或到已知网络但开销（Metric）更小的路由都被加入到路由表中[4]。相邻路由器然后再继续向外广播它自己的路由表（包括更新后的路由）。距离矢量路由器关心的是到目的网段的距离（Metric）和矢量（方向，从哪个接口转发数据）。在发送数据前，路由协议计算到目的网段的Metric；在收到邻居路由器通告的路由时，将学到的网段信息和收到此网段信息的接口关联起来，以后有数据要转发到这个网段就使用这个关联的接口。

链路状态路由协议基于Dijkstra算法，有时被称为最短路径优先算法。L-S算法提供比RIP等D-V算法更大的扩展性和快速收敛性，但是它的算法耗费更多的路由器内存和处理能力。D-V算法关心网络中链路或接口的状态（up或down、IP地址、掩码），每个路由器将自己已知的链路状态向该区域的其他路由器通告，这些通告称为链路状态通告（LSA:Link State Advitisement）。通过这种方式区域内的每台路由器都建立了一个本区域的完整的链路状态数据库。然后路由器根据收集到的链路状态信息来创建它自己的网络拓朴图，形成一个到各个目的网段的带权有向图。链路状态算法使用增量更新的机制，只有当链路的状态发生了变化时才发送路由更新信息，这种方式节省了相邻路由器之间的链路带宽。部分更新只包含改变了的链路状态信息，而不是整个的路由表[5][11]。

3 路由协议在网络环境中的性能指标

为了综合比较两种路由协议在网络中性能指标，我们搭建汇聚与接入的两层网络环境，在这两种网络环境中分别部署OSPF与RIP协议，然后用网络分析仪对部署两种不同协议的网络性能指标如带宽与时延等进行对比分析，网络拓扑如图1所示。

带宽（bandwidth）和延迟（delay）是衡量网络性能的两个主要指标。LAN和WAN都使用带宽（bandwidth）来描述网络上数据在一定时刻从一个节点传送到任意节点的信息量。带宽分为两类：模拟带宽和数字带宽。本文所述的带宽指数字带宽。带宽的单位是位每秒（bps, bit per second），代表每秒钟一个网段发送的数据位数。网络的时延（delay），又称延迟，定义了网络把一位数据从一个网络节点传送到另一个网络节点所需要的时间。网络延迟主要由传导延迟（propagation delay）、交换延迟（switching delay）、介质访问延迟（access delay）和队列延迟（queuing delay）组成。总之，网络中产生延迟的因素很多，可能是网络设备的问题，也可能是传输介质、网络协议标准的问题；可能是硬件，也可能是软件的问题[6][11]。

路由的花费（metric）标识出了到达这条路由所指的目的地址的代价，通常路由的花费值会受到线路延迟、带宽、线路占有率、线路可信度、跳数、最大传输单元等因素的影响，不同的动态路由协议会选择其中的一种或几种因素来计算花费值（如RIP用跳数来计算花费值）。该花费值只在同一种路由协议内有比较意义，不同的路由协议之间的路由花费值没有可比性，也不存在换算关系。

在上述网络环境中OSPF与RIP协议，网络分析仪对部署两种不同协议的网络性能指标对比分析如图2～4。

通过上述实验，对ospf与rip的带宽、延迟、路由花费进行比较，可以看出两种协议的性能基本一致。

4 两种路由协议性能指标与协议算法分析

距离矢量路由协议的优点：配置简单，占用较少的内存和CPU处理时间。缺点：扩展性较差，比如RIP最大跳数不能超过16跳。

链路状态路由协议基于Dijkstra算法, 有时被称为最短路径优先算法。L-S算法提供比RIP等D-V算法更大的扩展性和快速收敛性, 但是它的算法耗费更多的路由器内存和处理能力。D-V算法关心网络中链路或接口的状态 (up或down、IP地址、掩码) , 每个路由器将自己已知的链路状态向该区域的其他路由器通告, 这些通告称为链路状态通告 (LSA:Link State Advitisement) 。通过这种方式区域内的每台路由器都建立了一个本区域的完整的链路状态数据库[7]。然后路由器根据收集到的链路状态信息来创建它自己的网络拓朴图, 形成一个到各个目的网段的带权有向图。链路状态算法使用增量更新的机制, 只有当链路的状态发生了变化时才发送路由更新信息, 这种方式节省了相邻路由器之间的链路带宽。部分更新只包含改变了的链路状态信息, 而不是整个的路由表。

RIP:RIP协议是D-V算法路由协议的一个典型实现, 非常古老的路由协议, RIP协议适用于中小型、比较稳定的网络, 有RIPv1和RIPv2两个版本, RIP基于UDP, 端口号为520, 以跳数 (hop) 为路由度量, 两个路由器之间缺省为1跳, 16跳为不可达, RIP更新报文以广播地址周期性发送, 缺省30秒, RIPv2可使用组播地址 (224.0.0.9) 发送, 支持验证和VLSM。优点:实现简单, 配置容易, 维护简单, 可以支持IP, IPX等多种网络层协议[8,12]。缺点:路由收敛速度慢, 在极端的情况下, 存在路由环路问题, 以跳数 (hop) 标记的metric值不能真实反映路由开销, 有16跳的限制, 不适合大规模的网络, 周期性广播, 开销比较大。OSPF (Open Shortest Path First) , 目前IGP中应用最广、性能最优的一个协议 (最新版本是version 2, RFC2328) , 具有如下特点:无路由自环, 可适应大规模网络, 路由变化收敛速度快, 支持区域划分, 支持等值路由, 支持验证, 支持路由分级管理, 支持以组播方式发送协议报文[10,13]。

5 两种协议的最佳匹配网络环境

对于不同网络环境RIP与OSPF各有自己的优缺点，综合网络设备的性能之标与网络的拓扑结构，在小型网络中如果网络维护人员数量有限并且网络设备的成本较低与性能一般，我们有限考虑使用配置简单，占用较少的内存和CPU处理时间的RIP协议，RIP协议在这样的网络环境中能充分发挥其优势。并且RIP队列延与迟交换延迟比使用OSPF要小。同时路由变化收敛速度快也比OSPF协议要快。在中大型网络中我们考虑到RIP容易出现路由自环路，路由收敛速度慢，有16跳的限制，我们最好选用OSPF协议, 在大型网路中骨干网络的网路设备性能比较优越, OSPF协议指定一台骨干路由器作为DR, 完全可以满足处理大量路由信息的需求, 对非骨干网络, 网络设备的性能不需要特别要求即可实现路由变化的快速收敛。

RIP与OSPF两种路由协议在当今互联网中已经广泛应用，但随着电子芯片技术的不断发展，网络设备的处理性能得到突飞猛进的提高，并且其价格越来越低，因此RIP占用较少的内存和CPU处理时间的优势逐渐被打破，但是随着物联网与云计算技术的发展，网络上的节点不再单纯是计算机，还将包括各种各样的终端甚至包括冰箱、电视等家用电器，这些设备都需要接入到网络中，同时还有RFID标签与读写器，对于这样连接这些终端的小型网络环境，RIP仍能充分发挥其优势。

摘要：论文从网络的拓扑结构与网络设备的性能指标入手, 从rip协议与OSPF协议在中小型网络中的运行机理与算法入手, 通过分析协议在网络中的稳定性、传输性能等综合性能标, 研究了rip协议与OSPF协议的具体算法, 最后综合网络设备的性能指标与网络的拓扑结构得出两种协议的最佳匹配网络匹配环境。