OSPF在5G承载网中的应用与配置

任红霞?孙文彩?张淑桐?高凤毅

摘要：OSPF协议应用十分广泛，在5G网络中也有应用。在5G时代加强对OSPF协议的重视和关注，利用系统性研究，分析其工作过程的不同阶段，有利于其在5G网络中的应用。简要介绍了OSPF的工作原理，结合某运营商5G承载网部署案例，分析了OSPF在5G承载网中的具体应用，基于eNSP软件仿真组网并完成了OSPF配置，以期对实际应用提供参考和借鉴。

关键词：OSPF；5G承载网；OSPF配置

一、前言

随着5G移动网络技术的逐渐成熟和各行业对5G网络的迫切需求，2019年，工业和信息化部向国内运营商颁发5G牌照，中国正式进入5G商用元年[1]。3GPP定义了5G的三大应用场景，即eMBB、uRLLC和mMTC，为满足其大带宽、超高可靠性、超低时延、海量连接等需求，5G承载网采用了诸多关键技术[2]。其中为实现业务报文的灵活转发和设备运维更加敏捷，引入了新的路由协议和技术。那5G时代是否还需要OSPF、IS-IS、BGP等传统路由协议呢？答案是肯定的，5G承载网需要通过OSPF、IS-IS以及BGP等协议来为SR等隧道的建立提供所需信息。本文主要讨论OSPF协议在5G承载网中的应用及配置方法。

二、OSPF协议介绍

OSPF（Open Shortest Path First），即开放最短路径优先协议，是一种广泛应用于各类网络的动态路由协议[3-4]，在5G承载网中也有使用。OSPF属于链路状态路由协议[5-6]，其工作过程主要分为四个阶段：第一阶段是寻找邻居。通过周期性地发送Hello报文，和邻居候选人协商参数，如果参数协商成功，则确定邻居关系。第二阶段是建立邻接关系。需要特别指出的是，在广播型网络中邻接关系是比较复杂的，如果两两邻居之间均建立邻接关系，则需要消耗较多的设备资源，因此需要选举指定路由器（Designated Router，DR）和备份指定路由器（Backup Designated Router，BDR），其他路由器只要和DR和BDR建立邻接关系即可。第三阶段是链路状态信息传递。建立邻接关系的路由器之间交互LSA（Link State Advertisement，链路状态公告），最终形成包含完整链路状态信息的LSDB（Link State DataBase，链路状态数据库），每个路由器对全网具有相同的认识。第四阶段是计算路由。根据第三阶段生成的LSDB，使用最短路径优先算法计算路由。

随着网络规模不断扩大，单台路由器上的LSDB数据量庞大，路由器负担加重，且不易于管理维护[7]。为解决此问题，OSPF将一个大的自治系统划分为若干区域，路由器仅和同区域内的其他路由器维护相同的数据库即可[8]。OSPF区域包括骨干区域和非骨干区域，骨干区域为Area 0，非骨干区域和骨干区域相连，区域间通信均通过骨干区域，非骨干区域之间不能直接交换数据[9]。

三、OSPF在5G承载网中的应用

5G承载网架构一般分为接入环、汇聚环、核心环三个层次，环与环之间通过两套设备进行连接[10]。不同运营商5G承载网方案一般都是不同的，本文以一家运营商某个5G承载网部署方案为例，分析OSPF协议在承载网中的应用。OSPF规划部署案例如图1所示。为使承载网具备良好的扩展性和控制路由发布，在承载网内规划多个进程，本文只讨论OSPF进程的规划。OSPF通常部署在接入环设备以及接入和汇聚衔接的设备之中。不同汇聚设备下挂载的接入环规划为不同的进程，如图1中的OSPF进程1和OSPF进程2 ；相同汇聚设备下挂载的不同接入环规划为不同的Area，如图1中一对汇聚设备之间互连规划为骨干区域Arae 0，其下挂的不同接入环规划为非骨干区域Area 1和Area 2，路由通过Area 0相互传递。

四、OSPF的配置

本文基于华为eNSP网络仿真工具平台，利用不同路由器分别模拟承载网中的汇聚环设备和接入环设备，介绍如何在5G承载网中部署OSPF协议。

（一）背景介绍

某运营商5G承载网接入环和汇聚环设备连接拓扑如图2。两个接入环连接到一对汇聚环设备，利用eNSP仿真平台CX设备模拟汇聚环设备，利用AR2220设备模拟接入环设备。CX3和CX4连接区域规划为骨干区域Area 0，左侧接入环规划为Area 1，右侧接入环规划为Area 2。在当前接入和汇聚设备上部署OSPF协议，实现全网互通。

（二）配置IP信息

根据IP地址规划表（见表1），配置AR1、AR2、AR5、AR6、CX3、CX4设备各接口IP信息和四台PC的IP信息。PC用于最终验证全网互通性。以AR1设备Ethernet1/0/0和CX3设备Ethernet1/0/0端口为例，IP配置命令如下，其他端口配置类似。

[AR1]int Ethernet 1/0/0

[AR1-Ethernet1/0/0]ip address 10.0.0.1 30

[～CX3]int Ethernet 1/0/0

[～CX3-Ethernet1/0/0]ip address 10.0.0.2 30

[*CX1-Ethernet1/0/0]com

（三）配置OSPF协议

1.汇聚环设备配置OSPF

在汇聚设备CX3和CX4上配置OSPF协议，设置router-id为自身LoopBack0接口地址，在各区域宣告相应直连网段。CX3和CX4配置类似，以CX3设备为例，具体命令如下：

[～CX3]ospf 1 router-id 3.3.3.3

[*CX3-ospf-1]area 0

[*CX3-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.0.0.8 0.0.0.3

[*CX3-ospf-1-area-0.0.0.0]network 3.3.3.3 0.0.0.0

[*CX3-ospf-1]area 1

[*CX3-ospf-1-area-0.0.0.1]network 10.0.0.0 0.0.0.3

[*CX3-ospf-1]area 2

[*CX3-ospf-1-area-0.0.0.2]network 10.0.0.20 0.0.0.3

[*CX3-ospf-1-area-0.0.0.2]com

2.接入环设备配置OSPF

在接入环设备AR1、AR2、AR5、AR6上配置OSPF协议，设置router-id为自身LoopBack0接口地址，在各区域宣告相应直连网段。以AR1和AR5设备为例展示命令如下，AR2和AR6设备配置类似。

[AR1]ospf 1 router-id 1.1.1.1

[AR1-ospf-1]area 1

[AR1-ospf-1-area-0.0.0.1]network 10.0.0.0 0.0.0.3

[AR1-ospf-1-area-0.0.0.1]network 10.0.0.4 0.0.0.3

[AR1-ospf-1-area-0.0.0.1]network 20.0.0.0 0.0.0.3

[AR1-ospf-1-area-0.0.0.1]network 1.1.1.1 0.0.0.0

[AR5]ospf 1 router-id 5.5.5.5

[AR5-ospf-1]area 2

[AR5-ospf-1-area-0.0.0.1]network 10.0.0.20 0.0.0.3

[AR5-ospf-1-area-0.0.0.1]network 10.0.0.24 0.0.0.3

[AR5-ospf-1-area-0.0.0.1]network 30.0.0.0 0.0.0.3

[AR5-ospf-1-area-0.0.0.1]network 5.5.5.5 0.0.0.0

上述配置完成后，本场景下的OSPF协议部署全部完成。使用display ip routing-table命令查看任一设备的路由表，应包含到网络中所有网段的路由，图3为AR1设备的路由表。

利用PC检验网络的连通性。PC1、PC2、PC3、PC4任意两台之间进行ping测试，图4为PC1和PC3通信测试的结果，同样步骤测试其他PC间的连通性。通过ping测试可以发现全网均能实现互通，说明OSPF协议配置无问题。

五、结语

OSPF作为一种链路状态路由协议，具备收敛速度快，支持区域划分、开销控制，安全性高等优点，其应用范围十分广泛，在5G承载网中也有使用。本文从工作过程和区域划分两方面简要介绍了OSPF的工作原理，结合某运营商5G承载网部署案例，分析了OSPF在承载网中的具体应用。最后，借助华为eNSP网络仿真工具平台，搭建网络拓扑，完成OSPF区域规划和具体配置，并对全网互通进行了测试验证，希望对OSPF在5G承载网中的部署提供借鉴和参考。

参考文献

[1]赵新胜，陈美娟. 5G承载网技术及部署（微课版）[M].北京：人民邮电出版社，2021.

[2]段宏，郭昌华，刘文钊.FlexE技术及其在5G承载网中的应用探析[J].邮电设计技术，2020（03）：80-85.

[3]王文龙.仿真环境下的OSPF路由设计与分析[J].实验室研究与探索，2017，36（12）：102-107.

[4]李丙春.路由与交换技术[M].2版.北京：电子工业出版社，2020.

[5]谢希仁.计算机网络[M].8版.北京：电子工业出版社，2021.

[6]张辛欣，褚伟，程丽.OSPF的配置方法和优缺点[J].网络安全和信息化，2022（10）：156-158.

[7]郭佳.多区域OSPF路由协议实验的设计与实现[J].科技创新与应用，2017（29）：114+116.

[8]王龙珍， 孙志军， 杨静， 等.OSPF 协议在构建大中型网络中的应用分析[J]. 现代信息科技，2020，4（15）：73-75.

[9]李竹申.探讨OSPF协议的基本原理与实现[J].电脑知识与技术，2019，15（27）：30-31.

[10]李移琨，杨欣欣，秦斌.5G传输承载网建设需求及应对策略[J].中国新通信，2022，24（21）：17-19.

作者单位：青岛工程职业学院