高海燕

(晉中職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子信息學(xué)院,山西 晉中 030600)

0 引言

OSPF具有收斂速度快、無(wú)環(huán)路由等諸多特性,理論上支持單區(qū)域不超過(guò)200臺(tái)路由器、路由表?xiàng)l目數(shù)不超過(guò)3萬(wàn)條的網(wǎng)絡(luò)部署,是大中型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建過(guò)程中首選的路由協(xié)議。OSPF是基于鏈路狀態(tài)的路由協(xié)議,通過(guò)各類協(xié)議報(bào)文維系著路由表的正常運(yùn)行,工作機(jī)制異常復(fù)雜。隨著部署規(guī)模的擴(kuò)大,OSPF協(xié)議報(bào)文流量及路由條目數(shù)會(huì)隨之增大,如果不加以優(yōu)化,會(huì)嚴(yán)重影響資源的利用率和網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。因此,路由優(yōu)化是OSPF部署實(shí)施過(guò)程中必須考慮的應(yīng)用技術(shù)。

1 OSPF協(xié)議工作機(jī)制

OSPF協(xié)議的基本思想是,路由器之間通過(guò)收集鏈路狀態(tài)通告信息(LSA),同步拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫(kù)(LSDB),依據(jù)該數(shù)據(jù)庫(kù),每臺(tái)路由器都列出以自己為根節(jié)點(diǎn)的到達(dá)其它各個(gè)子網(wǎng)的所有路徑,再通過(guò)最短路徑優(yōu)先算法(SPF),將到達(dá)每個(gè)子網(wǎng)的開(kāi)銷最小的路徑加入到路由表中,最后構(gòu)建出完整的路由表。

1.1 區(qū)域概念

OSPF基于區(qū)域劃分的層次式設(shè)計(jì)是其大規(guī)模部署的前提。區(qū)域劃分將一個(gè)OSPF路由域劃分成多個(gè)區(qū)域,包含一個(gè)主干區(qū)域(area 0)和若干個(gè)標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域,并且標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域必須通過(guò)區(qū)域邊界路由器(ABR)與主干區(qū)域相連。區(qū)域劃分一方面可以避免路由器中的拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫(kù)規(guī)模太大,每臺(tái)路由器只同步其所在區(qū)域的LSDB,而不是整個(gè)路由域的LSDB,極大地縮小了LSDB的規(guī)模,進(jìn)而減小SPF計(jì)算的復(fù)雜度;另一方面可以有效控制鏈路狀態(tài)通告的范圍,標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域內(nèi)的路由器,只在其所在的區(qū)域內(nèi)泛洪鏈路狀態(tài)信息,而不會(huì)擴(kuò)散到其它的區(qū)域,區(qū)域之間通過(guò)區(qū)域邊界路由器來(lái)交換路由信息,從而極大地減少了整個(gè)路由域中的協(xié)議報(bào)文流量。

1.2 LSA類型

OSPF路由器通過(guò)與鄰居交換鏈路狀態(tài)信息來(lái)同步LSDB,進(jìn)而計(jì)算路由。在OSPF多區(qū)域環(huán)境下,存在多種類型的LSA。OSPF協(xié)議定義了11中LSA類型,下面從傳播范圍、通告者、傳遞內(nèi)容等三方面對(duì)常見(jiàn)的6種LSA來(lái)進(jìn)行區(qū)分和描述，如表1所示。

表1 OSPF LSA類型Table 1 OSPF LSA type

從表1可以看出,1類、2類LSA是用來(lái)計(jì)算單個(gè)區(qū)域內(nèi)各個(gè)子網(wǎng)的最佳路由,3類LSA是用來(lái)計(jì)算區(qū)域間的最佳路由,4類、5類和7類LSA是用來(lái)計(jì)算重發(fā)布到OSPF路由域中的外部路由。其中7類LSA是一種特殊的LSA,由自制系統(tǒng)邊界路由器(ASBR)產(chǎn)生,只存在于次末節(jié)區(qū)域(NSSA)或完全次末節(jié)區(qū)域,當(dāng)該LSA通過(guò)ABR傳遞到其他區(qū)域時(shí),則會(huì)轉(zhuǎn)化成5類LSA[1]。結(jié)合OSPF區(qū)域劃分,各類LSA傳播過(guò)程如圖1所示。

圖1 LSA傳播示意圖Fig.1 LSA propagation diagram

2 路由優(yōu)化

路由優(yōu)化的思想就是在保證網(wǎng)絡(luò)通信的前提下,通過(guò)命令工具等技術(shù)手段對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的路由信息進(jìn)行控制,以減少協(xié)議報(bào)文流量和簡(jiǎn)化路由表為出發(fā)點(diǎn),盡可能地提升網(wǎng)絡(luò)的通信性能。常見(jiàn)的路由優(yōu)化技術(shù)主要有路由過(guò)濾、路由匯總。針對(duì)OSPF路由協(xié)議還存在一些特殊的優(yōu)化技術(shù),如默認(rèn)路由、末節(jié)區(qū)域等。

2.1 路由過(guò)濾

OSPF路由過(guò)濾主要有兩種方式。一種是通過(guò)過(guò)濾LSA來(lái)控制路由的計(jì)算。此方式只能針對(duì)3類、5類(7類)LSA進(jìn)行,因?yàn)閱蝹€(gè)區(qū)域內(nèi)的路由器必須知道該區(qū)域所有的1類、2類LSA,否則可能會(huì)導(dǎo)致路由環(huán)路。OSPF機(jī)制也不允許對(duì)1類、2類LSA 進(jìn)行過(guò)濾。另一種是對(duì)SPF算法計(jì)算出的路由進(jìn)行過(guò)濾。此方式采用分發(fā)列表過(guò)濾工具,對(duì)要加入路由表中的路由進(jìn)行過(guò)濾。

2.1.1過(guò)濾3類LSA

3類LSA的通告者是ABR,因此針對(duì)3類LSA的過(guò)濾要在ABR上進(jìn)行。ABR對(duì)其連接的每個(gè)區(qū)域內(nèi)的子網(wǎng),都通過(guò)創(chuàng)建3類LSA,泛洪到其它區(qū)域,以此來(lái)交換區(qū)域間的路由信息,并且遵循D-V邏輯。3類LSA的過(guò)濾,影響的范圍是該區(qū)域內(nèi)的所有路由器,其過(guò)濾過(guò)程如圖2所示。

圖2 3類LSA過(guò)濾示意圖Fig.2 Class 3 LSA filtering diagram

3類LSA的過(guò)濾通過(guò)以下配置命令來(lái)實(shí)現(xiàn)。

areanumberfilter-list prefixnamein/out

1)number:區(qū)域號(hào)(配置區(qū)域);

2)name:定義的前綴列表,用來(lái)匹配要過(guò)濾的3類LSA;

3)in:其它區(qū)域的3類LSA進(jìn)入配置區(qū)域時(shí)進(jìn)行過(guò)濾;

4)out:配置區(qū)域的3類LSA進(jìn)入其它區(qū)域時(shí)進(jìn)行過(guò)濾。

圖2中,區(qū)域1中要實(shí)現(xiàn)對(duì)10.1.4.0的過(guò)濾,在ABR上可以采用in或out兩種方式實(shí)現(xiàn)。首先定義前綴列表,名稱為filter。

ip prefix-listfilterseq 5 deny 10.1.4.0/24

ip prefix-listfilterseq 10 permit 0.0.0.0/0 le 32

圖3 5類LSA過(guò)濾示意圖Fig.3 Class 5 LSA filtering diagram

方式一:area 1 filter-list prefixfilterin

方式二:area 0 filter-list prefixfilterout

2.1.2過(guò)濾5類LSA

5類LSA的通告者是ASBR,因此針對(duì)5類LSA的過(guò)濾要在ASBR上進(jìn)行。ASBR對(duì)引入的外部路由,創(chuàng)建5類、7類LSA,泛洪到整個(gè)OSPF路由域,并且遵循D-V邏輯。5類LSA的過(guò)濾,影響的范圍是整個(gè)路由域中的所有路由器,其過(guò)濾過(guò)程如圖3所示。

5類LSA的過(guò)濾可以通過(guò)分發(fā)列表(distribute-list)工具和路由重發(fā)布兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.1.2.1 使用分發(fā)列表過(guò)濾

distribute-list {acl | prefix | route-map} out[interface]

1)acl | prefix | route-map:可以通過(guò)三種方式對(duì)要過(guò)濾的路由進(jìn)行標(biāo)識(shí);

2)out:表示對(duì)離開(kāi)路由表的外部路由進(jìn)行過(guò)濾,只能使用out;

3)interface:對(duì)從指定接口接收的路由信息進(jìn)行過(guò)濾,可選項(xiàng)。

2.1.2.2 路由重發(fā)布時(shí),調(diào)用route-map來(lái)過(guò)濾

redistribute [源路由] route-mapname

1)源路由:包含直連路由、靜態(tài)路由及其它路由協(xié)議產(chǎn)生的路由;

2)name:定義的路由映射圖,需要調(diào)用acl或prefix-list來(lái)標(biāo)識(shí)要被過(guò)濾的路由。

圖3中,要實(shí)現(xiàn)對(duì)外部路由20.1.2.0的過(guò)濾,在ASBR上的配置如下：

方式一:定義訪問(wèn)控制列表filter來(lái)標(biāo)識(shí)要過(guò)濾的路由。

ip access-list standardfilter

deny 20.1.2.0 0.0.0.255

permit any

distribute-listfilterout

方式二:定義路由映射圖filter-map,調(diào)用訪問(wèn)控制列表filter(規(guī)則定義與方式一中filter相同)來(lái)標(biāo)識(shí)要過(guò)濾的路由,假設(shè)外部路由為RIP。

route-mapfilter_mappermit 10

match ip addressfilter

redistribute rip route-mapfilter-map

2.1.3對(duì)SPF算法計(jì)算出的路由進(jìn)行過(guò)濾

因?yàn)長(zhǎng)SA是以泛洪的方式傳播,基于LSA的路由過(guò)濾,影響的范圍是區(qū)域內(nèi)的所有路由器,而實(shí)際環(huán)境中可能只要求區(qū)域內(nèi)的部分路由器對(duì)某些子網(wǎng)進(jìn)行過(guò)濾。這時(shí)可以使用分發(fā)列表工具來(lái)實(shí)現(xiàn)。

distribute-list邏輯上置于SPF算法和路由表之間。它的啟用不會(huì)影響到LSA的泛洪,也不會(huì)影響SPF算法對(duì)最佳路由的選擇[2]。如果路由器啟用了distribute-list過(guò)濾功能,那么在將路由加入路由表之前要先進(jìn)行匹配過(guò)濾如圖4 所示。

圖4 distribute-list路由過(guò)濾示意圖Fig.4 Distribute-list route filtering diagram

對(duì)SPF算法計(jì)算出的路由進(jìn)行過(guò)濾，通過(guò)以下配置命令實(shí)現(xiàn):

distribute-list {acl | prefix | route-map} in [interface]

1)acl | prefix | route-map:可以通過(guò)三種方式對(duì)要過(guò)濾的路由進(jìn)行標(biāo)識(shí);

2)in:對(duì)進(jìn)入路由表的路由進(jìn)行過(guò)濾,只能選擇in方向;

3)interface:對(duì)從指定接口接收的路由信息進(jìn)行過(guò)濾,可選項(xiàng)。

圖4中,R1要對(duì)加入到路由表中的10.1.4.0路由進(jìn)行過(guò)濾,同樣定義前綴列表filter來(lái)標(biāo)識(shí)路由。在R1上配置如下:

ip prefix-listfilterdeny 10.1.4.0/24

ip prefix-listfilterpermit 0.0.0.0/0 le 32

distribute-list prefixfilterin

2.2 路由匯總

路由匯總是指將多個(gè)子網(wǎng)的路由條目用一條地址范圍較大的路由代表,既不影響連通性,同時(shí)也縮小了路由表的規(guī)模,提高了路由器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的效率。OSPF協(xié)議規(guī)定路由匯總只能在ABR或ASBR上進(jìn)行,如果在區(qū)域內(nèi)的路由器上進(jìn)行匯總,可能導(dǎo)致LSDB的不完整,造成路由環(huán)路。OSPF路由匯總的實(shí)施依賴于IP地址的合理規(guī)劃,以及路由域中ABR或ASBR的位置。

2.2.1域間路由匯總

在ABR上進(jìn)行的路由匯總稱之為域間路由匯總。如果一個(gè)區(qū)域內(nèi)的所有子網(wǎng)都隸屬于一個(gè)大的地址范圍,并且其它區(qū)域中也沒(méi)有該范圍內(nèi)的子網(wǎng),那么就可以在連接該區(qū)域的ABR上創(chuàng)建一條匯總路由,通過(guò)3類LSA泛洪到其它區(qū)域。其它區(qū)域獲悉的路由僅僅是一條匯總路由,而不是子網(wǎng)路由。

圖5 域間路由匯總示意圖Fig.5 Inter-domain route summary diagram

ABR路由匯總命令如下:

areaarea-idrangeip-addressmask[costcost]

1)area-id:進(jìn)行路由匯總的區(qū)域;

2)ip-addressmask:匯總路由,由前綴和掩碼確定匯總范圍;

3)cost:設(shè)置匯總路由的度量值。

域間路由匯總需要注意幾個(gè)問(wèn)題。一是必須保證區(qū)域內(nèi)至少存在一個(gè)隸屬子網(wǎng),否則匯總不生效;二是指路由匯總生效后,ABR不再通告隸屬子網(wǎng)的3類LSA;三是可以手動(dòng)設(shè)置匯總路由的度量值,若未設(shè)置,ABR會(huì)將隸屬子網(wǎng)中最小的度量值賦值給匯總路由。域間路由匯總原理如圖5 所示。

2.2.2自治系統(tǒng)間路由匯總

在ASBR上進(jìn)行的路由匯總稱之為自治系統(tǒng)間路由匯總。ASBR路由匯總是針對(duì)外部路由進(jìn)行的。ASBR通過(guò)路由重發(fā)布將其它路由源的路由引入到OSPF路由域中,如果外部子網(wǎng)路由可以隸屬于一個(gè)大的地址范圍,就可以進(jìn)行路由匯總,ASBR會(huì)為匯總路由創(chuàng)建一個(gè)5類LSA,在整個(gè)OSPF路由域中泛洪。

ASBR路由匯總命令如下:

summary-addressip-addressmask

ip-addressmask:匯總路由,通過(guò)前綴和掩碼確定匯總范圍。

自治系統(tǒng)間路由匯總與域間路由匯總工作原理相似。ASBR匯總路由必須存在至少一個(gè)隸屬子網(wǎng),否則匯總不生效;路由匯總生效后,ASBR不再通告隸屬子網(wǎng)的5類LSA;ASBR匯總路由度量值為隸屬子網(wǎng)

圖6 自制系統(tǒng)間路由匯總示意圖Fig.6 Self-made system routing summary diagram

中最小的度量值,區(qū)別在于不能手動(dòng)設(shè)置。自治系統(tǒng)間路由匯總原理如圖6 所示。

2.3 默認(rèn)路由

在連接互聯(lián)網(wǎng)的出口設(shè)備上,都會(huì)創(chuàng)建一條默認(rèn)路由,下一跳指向運(yùn)營(yíng)商,以保證網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部可以訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)。如果OSPF路由域足夠龐大,手動(dòng)配置默認(rèn)路由便成為一種負(fù)擔(dān),并且不能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓M(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。事實(shí)上,OSPF協(xié)議提供了一種便捷的方式,在連接Internet的路由器上,通過(guò)default-information originate命令可以為默認(rèn)路由創(chuàng)建一個(gè)5類LSA,并在整個(gè)路由域中泛洪,這樣路由域中的所有路由器都會(huì)獲得一條默認(rèn)路由,這些默認(rèn)路由會(huì)將訪問(wèn)外部網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)逐步轉(zhuǎn)發(fā)到出口設(shè)備。

默認(rèn)路由下發(fā)的配置命令如下:

default-information originate [always] [metric metric-value] [metric-typetype-value]

1)always:不管路由器中是否存在默認(rèn)路由,都會(huì)通告默認(rèn)路由;

2)metric:指定默認(rèn)路由的度量值;

3)metric-type:指定默認(rèn)路由為E1或E2類,默認(rèn)為E2。E1計(jì)算內(nèi)部開(kāi)銷,E2不計(jì)算。

默認(rèn)路由的下發(fā)過(guò)程如圖7所示。

圖7 默認(rèn)路由下發(fā)示意圖Fig.7 Default route delivery diagram

2.4 末節(jié)區(qū)域

末節(jié)區(qū)域是OSPF協(xié)議定義的一種特殊區(qū)域。在末節(jié)區(qū)域中,ABR將默認(rèn)路由的3類LSA泛洪到區(qū)域中,使得區(qū)域內(nèi)的所有分組都轉(zhuǎn)發(fā)到ABR。同時(shí)，基于末節(jié)區(qū)域的特性,可以過(guò)濾3類、4類和5類LSA,使得路由表更為簡(jiǎn)化。因?yàn)槟┕?jié)區(qū)域路由器有指向ABR的默認(rèn)路由,所以并不影響通信。

OSPF協(xié)議定義了四種類型的末節(jié)區(qū)域,分別是末節(jié)區(qū)域、次末節(jié)區(qū)域(NSSA)、完全末節(jié)區(qū)域和完全次末節(jié)區(qū)域。四種區(qū)域的主要區(qū)別在于對(duì)LAS的傳播限制[3]。末節(jié)區(qū)域配置及功能描述如表2所示,LSA過(guò)濾特性如圖8所示。

表2 末節(jié)區(qū)域配置及功能描述Table 2 Final section area configuration and function description

圖8 末節(jié)區(qū)域LSA過(guò)濾示意圖Fig.8 Filtered schematic stub area LSA

3 案例實(shí)踐

構(gòu)建如圖9所示拓?fù)?對(duì)OSPF網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化配置。

3.1 規(guī)劃設(shè)計(jì)

3.1.1路由優(yōu)化描述

如圖9所示,骨干區(qū)域掛接兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域area1、area2和一個(gè)完全末節(jié)區(qū)域area3。外部路由域運(yùn)行RIP協(xié)議,通過(guò)路由重發(fā)布將RIP路由引入到OSPF路由域中。采用路由優(yōu)化技術(shù)對(duì)OSPF路由域進(jìn)行優(yōu)化,達(dá)到以下要求。

圖9 實(shí)驗(yàn)拓?fù)鋱DFig.9 Experimental topology

1)使用路由過(guò)濾技術(shù),使邊緣路由器(R1、R2)不獲取設(shè)備互連網(wǎng)段路由;

2)通過(guò)域間路由匯總,將區(qū)域1、2、3子網(wǎng)路由匯總發(fā)布;

3)通過(guò)自治系統(tǒng)間路由匯總,將外部路由匯總發(fā)布；

4)通過(guò)ASBR在OSPF路由域下自動(dòng)下發(fā)默認(rèn)路由,保證訪問(wèn)外部的數(shù)據(jù)流量的傳輸。

3.1.2IP地址規(guī)劃

各區(qū)域及外部路由域的子網(wǎng)規(guī)劃如圖9所示,在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下采用環(huán)回接口(loopback)來(lái)模擬各個(gè)子網(wǎng)。設(shè)備互連接口及IP地址如表3所示。

表3 設(shè)備互連接口及地址Table 3 Device interconnection interface and address

3.2 配置操作

采用GNS3模擬器作為實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)。

1)路由過(guò)濾配置:

針對(duì)OSPF路由域內(nèi)的3類LSA過(guò)濾:

ABR2(config)#ip prefix-list filter deny 172.31.1.0/24 le 30

ABR2(config)#ip prefix-list filter permit 0.0.0.0/0 le 32

ABR2(config-router)#area 1 filter-list prefix filter in

ABR2(config-router)#area 2 filter-list prefix filter in

針對(duì)外部的5類LSA過(guò)濾:

ASBR(config)#access-list 1 deny 172.31.1.0 0.0.0.255

ASBR(config)#access-list 1 permit any

ASBR(config-router)#distribute-list 1 out

2)域間路由匯總配置:

ABR1(config-router)#area 3 range 10.1.0.0 255.255.252.0

ABR2(config-router)#area 1 range 172.16.0.0 255.255.252.0

ABR2(config-router)#area 2 range 172.17.0.0 255.255.252.0

3)自治系統(tǒng)管路由匯總配置:

ASBR(config-router)#summary-address 20.1.0.0 255.255.248.0

4)默認(rèn)路由配置:

ASBR(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 172.31.1.10

ASBR(config-router)#default-information originate

5)完全末節(jié)區(qū)域配置:

ABR1(config-router)#area 3 nssa no-summary

R3(config-router)#area 3 nssa

3.3 實(shí)驗(yàn)分析

3.3.1路由表前后對(duì)比

R1優(yōu)化前的OSPF路由表如圖10所示。R2、R3與之類似。

圖10 R1優(yōu)化前的OSPF路由表Fig.10 R1 before optimizing OSPF routing table

R1優(yōu)化后,OSPF路由表大幅度簡(jiǎn)化如圖11所示。R2與之類似。

圖11 R1優(yōu)化后的OSPF路由表Fig.11 R1 optimized OSPF routing table

R3優(yōu)化后,OSPF路由表只存在一條ABR1下發(fā)的默認(rèn)路由,更為簡(jiǎn)化如圖12所示。

圖12 R3優(yōu)化后的OSPF路由表Fig.12 R3 optimized OSPF routing table

3.3.2連通性測(cè)試

以R1的子網(wǎng)172.16.1.0/24為源,測(cè)試到達(dá)外部網(wǎng)絡(luò)和內(nèi)部區(qū)域的連通性如圖13所示。

圖13 R1的連通性測(cè)試Fig.13 R1 connectivity test

3.3.3測(cè)試分析

實(shí)施路由優(yōu)化后,OSPF路由域中的路由信息流量大幅度減少,路由表的規(guī)模也得到了極大的簡(jiǎn)化。網(wǎng)絡(luò)的連通性非但沒(méi)有受到影響,而且IP分組轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中路由匹配的時(shí)延更小,提升了設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)效率,同時(shí)也節(jié)省了系統(tǒng)資源。

4 結(jié)論

OSPF協(xié)議通常部署在大中型網(wǎng)絡(luò)中,雖然其層次化的設(shè)計(jì)在一定程度上緩解了系統(tǒng)資源的開(kāi)銷,但是面對(duì)數(shù)量規(guī)模龐大的路由器,若不進(jìn)行優(yōu)化,網(wǎng)絡(luò)也很快就達(dá)到了其通信能力的上限。OSPF協(xié)議提供了功能強(qiáng)大的路由優(yōu)化技術(shù),但是優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用在很大程度上依賴于網(wǎng)絡(luò)的合理規(guī)劃,一個(gè)糟糕的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)很可能導(dǎo)致路由優(yōu)化技術(shù)的無(wú)法實(shí)施。在進(jìn)行路由優(yōu)化的過(guò)程中,要結(jié)合實(shí)際情況和具體需求靈活應(yīng)用,不可盲目疊加套用,因?yàn)槁酚蓛?yōu)化技術(shù)的應(yīng)用本身也會(huì)占用系統(tǒng)的資源。