基于虚连接的OSPF 异形区域通信实现方法研究

徐济成，刘 超，李 嶒

（1.安徽中澳科技职业学院 信息工程与艺术设计系，安徽 合肥 230041；2.安徽农业大学 信息与计算机学院，安徽 合肥 230036）

OSPF 是基于链路状态的动态路由协议，它具备一般IGP 协议的基本特点，同时支持区域划分，对大规模网络具有良好的适应性，而且网络收敛速度快，解决了路由自环问题的困扰，所以OSPF成为大中型园区网中使用最广泛、性能最佳的IGP 协议之一［1］。在按照园区网分层设计模型进行大规模网络架构设计时［2］，从路由协议规划层面，常常需要利用OSPF 支持区域划分的特性，在内部形成一个多区域OSPF的网络场景。这种网络场景的通信需要遵循OSPF 区域划分的基本准则，即非骨干区域必须和骨干区域相邻。然而，在某些特殊场景下，由于不可抗力因素导致在进行OSPF 区域划分设计时，无法遵循既有准则，只能采用非标准的异形划分，最终导致网络通信故障。因此，研究多区域OSPF异形划分的通信实现方法具有积极的理论意义和实际应用价值。

1 多区域OSPF异形划分的存在形式

OSPF 采用的是基于Hub-And-Spoke［3］架构的区域化设计，在其定义的所有区域中，依据网络节点的功能会设置一个骨干区域Area0，其他的区域均为非骨干区域并且与骨干区域Area0 直接相连，如图1 所示。非骨干区域通过与骨干区域Area0 交换链路状态通告报文LSA获取路由信息，建立链路状态数据库LSDB［4］，最终实现网络收敛。

图1 OSPF区域的标准划分

定义1：在OSPF 多区域网络中［5］，若骨干区域Area0 与非骨干区域不是直接相连，则称该形式的区域划分为异形划分。

显然，凡是符合定义1 描述的网络场景，均不符合Hub-And-Spoke 架构的区域化设计准则，会给网络通信造成故障。从实际网络场景的网络拓扑结构设计上分析，多区域OSPF 异形划分有远端异形和分割异形两种存在形式。

1.1 远端异形

远端异形是指在多区域OSPF 的划分中，所有的非骨干区域都在骨干区域Area0 的同一侧，形成一个或多个位于Area0 远端的非骨干区域，无法与骨干区域Area0 直连的拓扑形式，如图2 所示。在这种情况下，由于非骨干区域Area2 远离骨干区域Area0，即使非骨干区域Area1 和Area0 直接相连，区域边界路由器也无法将链路状态通告报文LSA发送至Area2，最终导致Area2 被孤立，无法与其他区域正常通信。

图2 远端异形划分

1.2 分割异形

分割异形是指在多区域OSPF 划分中，骨干区域Area0 被其他非骨干区域割裂，形成范围更小且无法直接相连的多个Area0 区域的拓扑形式，如图3 所示。在这种情况下，骨干区域Area0 被非骨干区域Area1 分割，左右两边的Area0 无法交换LSA实现路由信息的传递。

图3 分割异形划分

2 虚连接的工作机制与实现方法

在多区域OSPF 网络中，非骨干区域通过与骨干区域Area0 交换链路状态通告报文LSA 获取路由信息。远端异形和分割异形的不合理划分阻碍了OSPF 区域之间的LSA 交换，使得路由信息无法传递，最终造成通信故障。OSPF 虚连接（Virtual Link）技术［6］可以在两台区域边界路由器ABR 之间穿透非骨干区域，建立一条逻辑通道，实现两台ABR 的点对点通信。以下逐一分析远端异形和分割异形利用OSPF 虚连接解决通信问题的工作机制，并给出具体的实现方法。

2.1 远端异形的虚连接

远端异形的虚连接如图4 所示，非骨干区域Area1 与Area0 直连，而Area2 处 于Area0 的远端。若要Area0的LSA可以通过区域边界路由器ABR1传递至Area2，就必须使得Area0 和远端的Area2 建立直连关系。根据这种逻辑思路，OSPF 虚连接采用扩展和拉伸的方法，将骨干区域Area0 的范围延伸和扩展至Area1 和Area2 的区域边界路由器ABR2的位置，实现了与Area2的虚拟直连。

图4 远端异形的虚连接

2.2 分割异形的虚连接

分割异形的虚连接如图5 所示，骨干区域Area0 被非骨干区域Area1 分割成独立不相连的两个区域。这两个Area0 区域若要交换LSA 实现通信，同样需要跨过Area1 建立直连关系。考虑到这两个Area0 区域的对等性，在采用OSPF 虚连接进行拉伸和扩展时，可以从两侧Area0 区域向中间的Area1区域同时均衡伸展。此时形成的新骨干区域Area0 就覆盖了拓扑中的所有区域，原本割裂的两个Area0也就实现了虚拟直连。

图5 分割异形的虚连接

不论是远端异形还是分割异形，都可以通过OSPF 虚连接将骨干区域Area0 的范围拉伸和扩展至相邻的非骨干区域，从而使原本不能与骨干区域Area0相连的区域，最终可以实现与骨干区域Area0直连。该方法本质上是将与骨干区域Area0 相邻的非骨干区域拉伸和扩展，形成Transit Area，并且将Transit Area 虚拟成骨干区域，使得异形划分的非骨干区域能够成功获得其他OSPF 区域的路由。这些路由将从Inter-Area Route 转变为Intra-Area Route，路由的表示形式也将从OIA 改变为O 的形式。

2.3 虚连接的实现方法

在进行OSPF 虚连接拉伸和扩展时，具体的方法是将Transit Area中与骨干区域直连的ABR 和连接另一个常规区域的ABR 相连，连接这两个ABR时，使用双方的Router-ID 来连接。该方法的关键步骤如下所示：

Step 1：router ospfprocess id//声明OSPF的进程号

Step 2：router-idip-address//设置 该ABR的Router-ID

Step 3：networknetwork-address wildcard-maskareaid//指定该ABR直连的网络及所属区域

Step 4：areaidvirtual-linkrouter-id//指定该ABR直连的网络及所属区域

3 仿真实验与分析

3.1 实验设计

实验利用Packet Tracer仿真平台［7-8］，设计了标准区域T0、远端异形区域T1和分割异形区域T2等3个拓扑对照组，如图6所示。其中，T0为已完成配置且网络收敛的标准对照组，用来验证2.3 节中所述方法对T1和T2的有效性。

图6 仿真实验拓扑结构

为保证实验数据的公正性，在3 个对照组的拓扑结构中，路由器均选用cisco 2811型号，线缆采用Copper Cross-Over，R2 和R3 均为ABR，路由器的具体配置参数如表1所示。

表1 路由器的配置参数

3.2 结果分析

采用2.3节中所述的方法分别对T1和T2拓扑中的路由器进行详细配置，网络充分收敛后，显示R1的路由表并测试R1 ↔R2 ↔R3 ↔R4 的网络连通性。

如图7 所示，R1↔R2↔R3↔R4 的网络是连通的，R1 路由表路由信息来源中出现了OIA，表明这些路由成功地从Inter-Area Route 转变为Intra-Area Route。

图7 R1路由表和网络连通性测试显示结果

为了更进一步验证表1方法对于T1和T2两种异形区域通信效率的影响，通过统计3 个对照组收发不同数量ping 包的平均时延，对比T1、T2 与T0的离散程度，如图8所示。

图8 T0-T1-T2平均时延对比

通过对比分析发现，使用OSPF 虚连接方法配置的T1 和T2 在通信效率上与标准区域T0 基本持平，能够较好地实现OSPF 异形区域的正常通信。

4 结语

本文通过分析多区域OSPF异形划分的两种存在形式，引入OSPF虚连接技术，成功解决了异形区域的通信问题。仿真实验的结果表明，该方法有效可行且通信效率维持了与标准划分的相同水准。虽然OSPF 虚连接可以解决此类故障，但在多区域OSPF 规划时，除非是出现不可抗力因素，否则应严格按照标准划分，避免出现异形区域，造成额外的路由通信负担。此外，在OSPF 虚连接的实现机制上，需要注意虚连接是在两个拥有共同区域的ABR 之间建立的，且其中至少有一个ABR 连接骨干区域。同时，OSPF 虚连接也需要建立OSPF 邻居，只不过邻居建立后，链路上没有hello 包传递。