基于Virtual-Link的OSPF非标准化区域互连应用研究

2019-04-30高海燕

太原学院学报(自然科学版) 2019年1期

高海燕

(晋中职业技术学院,山西晋中 030600)

OSPF基于区域设计的理念,使得网络可以以层次化结构部署,极大减少了路由器的资源消耗及路由协议报文的通信量。OSPF协议基于最短路径优先(SPF)算法,具有快速的收敛性,适用于中大型规模网络的部署。非标准化区域互连现象的出现多因链路故障造成了分段区域,或多个OSPF路由域合并导致,因此虚链路技术并非是工程师规划设计网络时的常规技术方案,只是当复杂的网络环境中出现非标准化区域时的一种过渡方案[1]。

1 OSPF区域概念

在OSPF多区域的层次设计中,每一个区域内的路由器之间交换详细的拓扑信息,构建该区域的链路状态数据库(LSDB)。基于LSDB,通过最短路径优先算法计算出到达区域内各个子网的最佳路由。若区域内因链路故障等因素导致了网络拓扑发生变化,则会立即触发LSA泛洪,在本区域内同步LSDB,并重新计算最佳路由。若协议运行稳定,未发生拓扑变化,则每隔30分钟周期性地进行LSA的泛洪,同步LSDB。

图1 OSPF标准化区域设计Fig.1 OSPF standardized area design

在OSPF区域之间交换的是简明的路由信息,而不再是复杂的拓扑信息,并且SPF算法只在区域内进行,区域内的拓扑变化只影响本区域内路由器的路由计算,其它区域路由器只需更新具体的路由条目即可。这就使得OSPF路由域中路由器不用耗费大量的开销去频繁计算路由,与此同时又减少了协议报文流量,因而OSPF的大规模部署成为可能[2]。目前,OSPF路由协议已成为运营商、大中型企业网络首选的路由协议。OSPF标准化的区域层次设计如图1所示。

在一个OSPF路由域中,只能定义一个骨干区域,其余区域都为非骨干区域,骨干区域通过ABR与所有非骨干区域互连。骨干区域作为中转站,负责交换各个区域的路由信息,从而使得每个区域内的路由器都能获得整网的路由。为了更直观地描述OSPF的区域划分,基于图1的区域2进行逻辑改造如图2所示。对路由器R来讲,其他区域的子网相当于直接挂接在ABR2上,R通过ABR2可以学习到这些子网的路由,但并不需要清楚它们的拓扑信息,这样就减少了不必要的LSA泛洪流量,缩小了R的LSDB规模,节省了路由计算的开销。因此,基于区域的层次化设计,使得OSPF可以大规模部署。

图2 OSPF区域逻辑结构图Fig.2 OSPF area logical structure diagram

2 OSPF非标准化区域互连

在特定情况下,会出现非标准化的区域互连,主要存在以下几种情形:

1)非骨干区域未直接与骨干区域互连,而是连接到了其它的非骨干区域。如图3中,在OSPF路由域中,新增一个区域12,而区域12因客观条件不能直接连接到骨干区域,但是可以很方便地与非骨干区域11互连。

图3 非骨干区域未直接与骨干区域互连Fig.3 The non-backbone area is not directly interconnected with the backbone area

2)路由域中存在多个骨干区域。如图4中,公司A和B都是基于OSPF协议部署的网络,两家公司因业务需要进行了重组合并。在进行网络合并的时候,因地理位置限制,骨干区域不方便直接相连,于是选择了位置更近的分支机构进行互连。因为在各自原先的路由域中都有骨干区域0,这样就导致了合并后的路由域中存在了两个骨干区域。

图4 路由域中存在多个骨干区域Fig.4 Multiple backbone areas exist in the routing domain

3)因链路故障导致的骨干区域不连续,形成了多个骨干区域同时存在的现象。如图5中,因骨干区域中链路设计的冗余性不够,骨干路由器之间的链路一旦发生故障,就会导致骨干区域的分段。

以上三种非标准化互连现象,基本上是由于网络后期的改造合并及链路故障造成的,可以概括为两种逻辑结构,一种是非骨干区域没有直接和骨干区域互连,如情形一;另一种是一个OSPF路由域中存在了多个骨干区域,如情形二和三。针对这两种结构关系,目前只能通过Virtual-Link技术来进行解决。

图5 骨干区域不连续Fig.5 The backbone area discontinuous

3 虚链路(Virtual-Link)技术介绍

虚链路技术的思想是通过穿越非骨干区域,实现骨干区域间的互连,或是非骨干区域到骨干区域的互连。建立虚链路的端设备至少一端位于骨干区域,配置成功后相当于建立了一条点到点的逻辑链路,该链路遵循OSPF协议的相关工作机制。

3.1 虚链路建立原则

1)虚链路的端设备必须是ABR;

2)虚链路所穿越的区域(中转区域)必须是标准的非骨干区域,且该区域具有完整的路由信息;

3)虚链路不能穿越末节区域。因为末节区域是OSPF区域设计中简化路由条目的一种优化方案,该区域内的路由器可能不具有完整的路由明细。

3.2 虚链路的工作原理

虚链路就是在两台ABR上建立的点到点的逻辑链路,并且该逻辑链路属于骨干区域。ABR路由器之间通过虚链路建立邻接关系,每条虚链路实际上包含有多台节点路由器,这些路由器就像转发普通IP分组一样传递OSPF报文信息,从而使虚链路两侧区域能够互相获取路由。因为虚链路是建立在物理链路上的,所以其运行过程中会占用相应节点路由器的资源,如果中转区域到达虚链路两端的路由失效时,虚链路也会随之失效[3]。

虚链路在OSPF工作机制上与物理链路稍有不同,一是虚链路是以单播的方式传送协议报文,其目的地址是两侧ABR路由器的地址。而OSPF普通物理链路上是以组播224.0.0.5或224.0.0.6的方式传送协议报文;二是虚链路端设备开启了LSA的DNA(Do Not Age)位,不会像普通OSPF链路一样每隔30 min周期性地泛洪LAS,这有助于降低虚链路的开销。