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[摘要]描述中国纺织工业设计院网络概况和存在问题,根据实际情况提出使用OSPF路由选择协议解决方案。对OSPF路由选择协议的概念作详细介绍,给出纺织工业设计院网络OSPF路由设计与实现的具体实例。
[关键词]OSPF 路由 设计
中图分类号:TP3文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0910030-02
一、引言
目前中纺院没有二级单位,整个网络中包含Cisco、D-LINK和INTER等厂商设备,网络主体的建设时间比较早。目前核心层交换机为一台Cisco的4506交换机,没有汇聚层交换机。介入层采用百兆到桌面的设计模式,各层设备之间采用网线或光纤连接。Internet介入部分有一台Cisco的2620XM路由器和一台防火墙组成。
中石油广域骨干网分为11个区域中心,每个区域中心采用两台NE40路由器作为区域汇聚路由器。中纺院属于华北区,采用一台AR46路由器,租用一条电信的2M专线,接入华北区域的NE40路由器。
此次网络升级主要是将核心层和接入层单位的陈旧设备替换,将原有链路进行相应的改造,并对IP地址规划进行调整。
现在常用的开放动态路由协议主要有OSPF、RIP、IS-IS、BGP等。结合网络实际情况,经过多方论证,并根据中石油广域网改进项目管理要求和业界流行的做法,中石油最终决定纺织工业设计院网络局域网内采用开放最短路径优先协议(Open Shortest Path First)作为全网的路由协议,使各种不同品牌的网络设备能够更好地协调工作,构造出一个开放、稳定、高效、安全、扩展性好的网络,为我院的信息化建设提供一个强大的网络平台。
二、OSPF动态路由协议概述
OSPF协议是开放式最短路由优先协议(Open Shortest Path First)的缩写,是由INTERNET工程任务协会IETF在RFC1583定义的公开的国际标准,主要是IETF为大规模的、不同种类的自治IP网络所设计,用于计算机网络上发现路由、计算路由的一种协议。与距离向量路由协议RIP相对,OSPF是一种链路状态路由选择协议,它产生于IP网络,用于单个自治系统(autonomous system,简称AS)分发路由选择信息。OSPF是一个内部网关协议(Interior Gateway Protocol,简称IGP),用于在单一自治系统内决策路由[1]。
OSPF用链路状态算法计算每个区域中到所有目的地的最短路径,当一个路由器首先开始工作,或任一路由发生变化,该设备将把包括这个路由器链接状态和它与邻居路由器联系在内的信息LSA(链路状态通告)扩散到同一级区域内的所有路由器。从这些LSA的收集中形成链路状态数据库,该区域中的所有路由器都有一个特定的数据库来描述该区域的拓扑结构[2]。这个路由器运行Diskjtra算法,利用链路状态数据库在该区域中形成到所有目的地的最短路径树,并从中形成IP路由表,网络中发生的任何改变都将被链路状态包扩散出去,同时使路由器利用这些新信息重新计算最短路径树。
三、OSPF动态路由协议的特性
适应范围广——支持各种规模的网络,最大可支持数百台路由器。
快速收敛——网络拓扑结构发生变化后立刻发送更新报文,使这一变化在自治系统中同步。
无自环——由于OSPF根据收集到的链路状态用SPF算法计算路由,从算法本身保证了不会生成自环路由。
区域划分——允许将自治系统划分成区域,区域间传送的路由信息被进一步抽象,从而减少了占用的网络带宽。
等价路由——支持到同一目的地的多条等价路由。
路由分级——4类不同的路由,按优先顺序来说分别是:区域内路由、区域间路由、第一类外部路由和第二类外部路由。
支持验证——支持基于接口的报文验证,以保证路由计算的安全性。
组播发送——在某些类型的地址上以组播形式发送报文,以减少对其他设备的干扰。
四、OSPF协议的基本原理
因特网中包含许多称为自治系统(Autonomous System)的路由域即AS(关于自治系统,可参阅:Internetworking with TCP/IP Volumel:
Principles,Protocols and Architecture.By Douglas E.Comer),它是指一组使用统一的路由政策(即路由协议)互相交换路由信息的网络。在AS之间通常使用边界路由协议BGP,而在每个AS内部,通常使用OSPF或IS-IS等协议。
OSPF是目前使用较多的协议。使用OSPF协议时,所有的OSPF路由器都维护一个相同的描述这个AS拓扑结构的数据库,该数据库中存放的是该AS系统中每条网络链路的状态信息,每台OSPF路由器就是使用这个数据库的信息采用SPF算法(也称Dijkstra算法)来计算从本路由器到达各目的网络的最短路径,得到的最短路径标明了到达各目的网络地址的最佳下一跳步路由器,将下一跳步路由器的IP地址填入IP路由表中[3]。此时虽然每个路由器都是从自己的角度寻找到达各目的网络的最短路径,但由于它们都拥有相同的拓扑数据库,所以最短路径都是一致的。
OSPF协议计算中使用的距离是一个无单位的度量值。它可以根据管理和技术的需求来选取,例如:该值可以直接反映使用接口的实际费用;可以反映接口的网络带宽;可以是处于某种管理目的,鼓励或控制人们使用该接口。在一般情况下,它采用以10E8除以带宽得到的值。如10M以太网链路度量值为10,100M快速以太网的度量值为1。
OSPF实现包括如下四个步骤:
1.初始化形成端口初始信息。在路由器初始化或网络结构发生变化(如链路发生变化,路由器新增或损坏)时,相关路由器会产生链路状态广播数据包LSA(Link-State Advertisement),该数据包里包含路由器上所有相连链路,也即为所有端口的状态信息。
2.路由器间通过泛洪法(FLOODING)交换链路状态信息。各路由器一方面将其LSA数据包传送给所有与其相邻的OSPF路由器,另一方面接收其相邻的OSPF路由器传来的LSA数据包,根据其更新自己的数据库。
3.形成稳定的区域拓扑结构数据库。OSPF路由协议通过泛洪法逐渐收敛,形成该区域拓扑结构的数据库,这时所有的路由器均保留了该数据库的一个副本[4]。
4.形成路由表。所有的路由器根据其区域拓扑结构数据库副本采用最短路径法计算形成各自的路由表。
五、OSPF改造方案
在原有的局域网络核心性能、带宽不足,或者冗余可靠性差的情况下,核心层改进主要是采用千兆链路带宽扩展,采用一个高容量的新的核心交换机ZXR10 8908代替原有的核心机C4506,同时考虑将原有核心设备淘汰或者下移。并且新核心设备需要完成的与所有老的相关网络设备的连接,保证原有的交换机系统在连接新核心设备后,能够维持原有的业务系统运行。改造后中纺院网络拓扑如下图所示。
六、OSPF的链路Cost分配
SPF算法是OSPF路由协议的基础。SPF算法有时也称为Dijkstra算法,这是因为最短路径优先算法是Dijkstra发明的。SPF算法将每一个路由器作为根(ROOT)来计算其到每一个目的地路由器的距离,每一个路由器根据一个统一的数据库计算出路由域的拓扑结构图,该结构图类似于一棵树,在SPF算法中,被称为最短路径树,在OSPF路由协议中,最短路径树的树干长度称为OSPF的Cost,其算法为:Cost=100*106/链路带宽。在这里,链路带宽以bps来表示。也就是说,OSPF的Cost与链路的带宽成反比,带宽越高,Cost越小,表示OSPF到目的地的距离越近。举例来说,FDDI或者更快的以太网的Cost为1,2M串行链路的Cost为48,10M以太网的Cost为10等。根据中石油项目组的要求,各个地区公司OSPF的链路Cost按照下表规划。
对于OSPF协议,路由表中标识目的网络的参数为Cost,该参数为一虚拟值,与网络中链路的带宽等相关,也就是说OSPF路由信息不受物理设备跳数限制。并且,OSPF路由协议还支持TOS路由,因此,OSPF比较适合中纺院的网络中。同时,OSPF是一种链路状态的路由协议,当网络比较稳定时,网络中的路由信息是比较少的,并且其广播业不是周期性的,因此,OSPF路由协议机制在今后扩展后也能比较快的收敛。
七、网络IP地址规划
八、总结
OSPF是一种开放的动态路由协议,具有稳定、高效、安全、扩展性好的特点,能够适应大型网络的要求,现已成为中纺院骨干网的主要路由协议。该协议解决了以前使用EIGRP协议时,选用非CISCO产品所需考虑的是否兼容的问题,为构建可融合不同厂商、不同网络设备的企业网络提供了技术基础。
参考文献:
[1]Christian Huitema著,陶文星译,Routing in the Internet.[M].北京:清华大学出版社,1998,1.
[2]Cisco Systems Inc.,OSPF Design Guide,http://www.cisco.com/warp/
public/104/2.htm1,1996.
[3]J.Moy,and Padma Pillay-Esnault,Graeeful OSPF Restart,March2003.
[4]郭伟、柯汉波,多区域OSPF校园网路由设计与实现[J].计算机系统应用,2003,8.
[关键词]OSPF 路由 设计
中图分类号:TP3文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0910030-02
一、引言
目前中纺院没有二级单位,整个网络中包含Cisco、D-LINK和INTER等厂商设备,网络主体的建设时间比较早。目前核心层交换机为一台Cisco的4506交换机,没有汇聚层交换机。介入层采用百兆到桌面的设计模式,各层设备之间采用网线或光纤连接。Internet介入部分有一台Cisco的2620XM路由器和一台防火墙组成。
中石油广域骨干网分为11个区域中心,每个区域中心采用两台NE40路由器作为区域汇聚路由器。中纺院属于华北区,采用一台AR46路由器,租用一条电信的2M专线,接入华北区域的NE40路由器。
此次网络升级主要是将核心层和接入层单位的陈旧设备替换,将原有链路进行相应的改造,并对IP地址规划进行调整。
现在常用的开放动态路由协议主要有OSPF、RIP、IS-IS、BGP等。结合网络实际情况,经过多方论证,并根据中石油广域网改进项目管理要求和业界流行的做法,中石油最终决定纺织工业设计院网络局域网内采用开放最短路径优先协议(Open Shortest Path First)作为全网的路由协议,使各种不同品牌的网络设备能够更好地协调工作,构造出一个开放、稳定、高效、安全、扩展性好的网络,为我院的信息化建设提供一个强大的网络平台。
二、OSPF动态路由协议概述
OSPF协议是开放式最短路由优先协议(Open Shortest Path First)的缩写,是由INTERNET工程任务协会IETF在RFC1583定义的公开的国际标准,主要是IETF为大规模的、不同种类的自治IP网络所设计,用于计算机网络上发现路由、计算路由的一种协议。与距离向量路由协议RIP相对,OSPF是一种链路状态路由选择协议,它产生于IP网络,用于单个自治系统(autonomous system,简称AS)分发路由选择信息。OSPF是一个内部网关协议(Interior Gateway Protocol,简称IGP),用于在单一自治系统内决策路由[1]。
OSPF用链路状态算法计算每个区域中到所有目的地的最短路径,当一个路由器首先开始工作,或任一路由发生变化,该设备将把包括这个路由器链接状态和它与邻居路由器联系在内的信息LSA(链路状态通告)扩散到同一级区域内的所有路由器。从这些LSA的收集中形成链路状态数据库,该区域中的所有路由器都有一个特定的数据库来描述该区域的拓扑结构[2]。这个路由器运行Diskjtra算法,利用链路状态数据库在该区域中形成到所有目的地的最短路径树,并从中形成IP路由表,网络中发生的任何改变都将被链路状态包扩散出去,同时使路由器利用这些新信息重新计算最短路径树。
三、OSPF动态路由协议的特性
适应范围广——支持各种规模的网络,最大可支持数百台路由器。
快速收敛——网络拓扑结构发生变化后立刻发送更新报文,使这一变化在自治系统中同步。
无自环——由于OSPF根据收集到的链路状态用SPF算法计算路由,从算法本身保证了不会生成自环路由。
区域划分——允许将自治系统划分成区域,区域间传送的路由信息被进一步抽象,从而减少了占用的网络带宽。
等价路由——支持到同一目的地的多条等价路由。
路由分级——4类不同的路由,按优先顺序来说分别是:区域内路由、区域间路由、第一类外部路由和第二类外部路由。
支持验证——支持基于接口的报文验证,以保证路由计算的安全性。
组播发送——在某些类型的地址上以组播形式发送报文,以减少对其他设备的干扰。
四、OSPF协议的基本原理
因特网中包含许多称为自治系统(Autonomous System)的路由域即AS(关于自治系统,可参阅:Internetworking with TCP/IP Volumel:
Principles,Protocols and Architecture.By Douglas E.Comer),它是指一组使用统一的路由政策(即路由协议)互相交换路由信息的网络。在AS之间通常使用边界路由协议BGP,而在每个AS内部,通常使用OSPF或IS-IS等协议。
OSPF是目前使用较多的协议。使用OSPF协议时,所有的OSPF路由器都维护一个相同的描述这个AS拓扑结构的数据库,该数据库中存放的是该AS系统中每条网络链路的状态信息,每台OSPF路由器就是使用这个数据库的信息采用SPF算法(也称Dijkstra算法)来计算从本路由器到达各目的网络的最短路径,得到的最短路径标明了到达各目的网络地址的最佳下一跳步路由器,将下一跳步路由器的IP地址填入IP路由表中[3]。此时虽然每个路由器都是从自己的角度寻找到达各目的网络的最短路径,但由于它们都拥有相同的拓扑数据库,所以最短路径都是一致的。
OSPF协议计算中使用的距离是一个无单位的度量值。它可以根据管理和技术的需求来选取,例如:该值可以直接反映使用接口的实际费用;可以反映接口的网络带宽;可以是处于某种管理目的,鼓励或控制人们使用该接口。在一般情况下,它采用以10E8除以带宽得到的值。如10M以太网链路度量值为10,100M快速以太网的度量值为1。
OSPF实现包括如下四个步骤:
1.初始化形成端口初始信息。在路由器初始化或网络结构发生变化(如链路发生变化,路由器新增或损坏)时,相关路由器会产生链路状态广播数据包LSA(Link-State Advertisement),该数据包里包含路由器上所有相连链路,也即为所有端口的状态信息。
2.路由器间通过泛洪法(FLOODING)交换链路状态信息。各路由器一方面将其LSA数据包传送给所有与其相邻的OSPF路由器,另一方面接收其相邻的OSPF路由器传来的LSA数据包,根据其更新自己的数据库。
3.形成稳定的区域拓扑结构数据库。OSPF路由协议通过泛洪法逐渐收敛,形成该区域拓扑结构的数据库,这时所有的路由器均保留了该数据库的一个副本[4]。
4.形成路由表。所有的路由器根据其区域拓扑结构数据库副本采用最短路径法计算形成各自的路由表。
五、OSPF改造方案
在原有的局域网络核心性能、带宽不足,或者冗余可靠性差的情况下,核心层改进主要是采用千兆链路带宽扩展,采用一个高容量的新的核心交换机ZXR10 8908代替原有的核心机C4506,同时考虑将原有核心设备淘汰或者下移。并且新核心设备需要完成的与所有老的相关网络设备的连接,保证原有的交换机系统在连接新核心设备后,能够维持原有的业务系统运行。改造后中纺院网络拓扑如下图所示。
六、OSPF的链路Cost分配
SPF算法是OSPF路由协议的基础。SPF算法有时也称为Dijkstra算法,这是因为最短路径优先算法是Dijkstra发明的。SPF算法将每一个路由器作为根(ROOT)来计算其到每一个目的地路由器的距离,每一个路由器根据一个统一的数据库计算出路由域的拓扑结构图,该结构图类似于一棵树,在SPF算法中,被称为最短路径树,在OSPF路由协议中,最短路径树的树干长度称为OSPF的Cost,其算法为:Cost=100*106/链路带宽。在这里,链路带宽以bps来表示。也就是说,OSPF的Cost与链路的带宽成反比,带宽越高,Cost越小,表示OSPF到目的地的距离越近。举例来说,FDDI或者更快的以太网的Cost为1,2M串行链路的Cost为48,10M以太网的Cost为10等。根据中石油项目组的要求,各个地区公司OSPF的链路Cost按照下表规划。
对于OSPF协议,路由表中标识目的网络的参数为Cost,该参数为一虚拟值,与网络中链路的带宽等相关,也就是说OSPF路由信息不受物理设备跳数限制。并且,OSPF路由协议还支持TOS路由,因此,OSPF比较适合中纺院的网络中。同时,OSPF是一种链路状态的路由协议,当网络比较稳定时,网络中的路由信息是比较少的,并且其广播业不是周期性的,因此,OSPF路由协议机制在今后扩展后也能比较快的收敛。
七、网络IP地址规划
八、总结
OSPF是一种开放的动态路由协议,具有稳定、高效、安全、扩展性好的特点,能够适应大型网络的要求,现已成为中纺院骨干网的主要路由协议。该协议解决了以前使用EIGRP协议时,选用非CISCO产品所需考虑的是否兼容的问题,为构建可融合不同厂商、不同网络设备的企业网络提供了技术基础。
参考文献:
[1]Christian Huitema著,陶文星译,Routing in the Internet.[M].北京:清华大学出版社,1998,1.
[2]Cisco Systems Inc.,OSPF Design Guide,http://www.cisco.com/warp/
public/104/2.htm1,1996.
[3]J.Moy,and Padma Pillay-Esnault,Graeeful OSPF Restart,March2003.
[4]郭伟、柯汉波,多区域OSPF校园网路由设计与实现[J].计算机系统应用,2003,8.