路由協議是網絡的核心技術之一。要設計一個IP網絡, 首先遇到的問題是選用何種路由協議。常見的路由協議包括RIP、OSPF、ISIS、BGP等。何時應該選用OSPF, 何時不能選用OSPF是值得重視的問題。所以, 本文的第一個目標就是要回答這個問題——什么環境下選用OSPF。其次, 當我們選擇了OSPF作為網絡的路由協議后, 如何將OSPF成功地應用到網絡環境中, 這是本文的第二個目標。
1 OSPF應用分析
進行IP網絡設計需要考慮的因素主要有:網絡拓撲 (Network Topology) 、選址與路由匯總 (Addressing and Route S u m m a r i z a t i o n) 、路由選擇 (R o u t e Selection) 、路由收斂 (convergence) 、網絡可伸縮性 (Network Scalability) 、安全性 (security) 等幾點?？梢苑謩e從這些方面來考慮在什么樣的環境下使用OSPF, 而什么樣的環境不能使用OSPF。
1.1 網絡拓撲
網絡拓撲由網絡設備 (比如路由器、交換機) 及其連接他們的網絡構成。OSPF是專門為大網絡而設計的IP路由協議, 它沒有路由跳數限制, 允許網絡域被細分成各個易于管理的子域, 支持的路由器數量在實際網絡環境中沒有限制。不過, 如果要求不使用層次性的結構組網, OSPF就喪失了支持大型網絡的優勢。另外, OSPF僅支持兩級層次性結構, 使用中也要注意。與OSPF競爭的路由協議主要有RIP, EIGRP等。其中RIP由于固有的缺點, 在大型網絡中不被考慮, 僅適用于中、小型網絡, 一般要求的路由器數目少于20個。EIGRP在指標上比OSPF強大, 結合了距離矢量協議和連接狀態協議的優點, 可以更好地支持大型網絡, 比如EIGRP支持層次化和平面網絡結構, 支持多級拓撲層次等, 但是由于它是CISCO私有協議, 開放性不如OSPF, 并非所有廠商都支持。所以EIGRP與OSPF二者如何選擇還要看其他方面的要求, 比如兼容性、路由匯總等。
1.2 選址與路由匯總
OSPF為無類路由協議, 支持VLSM, 所以能很好地支持路由匯總。路由匯總濃縮了路由信息, 能將一些路由信息整合到一起, 減輕了路由器與網絡兩方面的負擔。所以在網絡中, 隨著規模的增大, 匯總的重要性也逐漸增大。不過, OSPF的匯總有一個缺點是需要手工設置, 這就需要管理員分配IP地址時, 必須注意各區間IP地址的層次性, 以方便手工設置路由匯總。在一些網絡條件復雜的環境中, 如果不能方便設置路由匯總, 管理員又無法承當手工設置的負擔, 就要考慮是否改用其他協議了。比如EIGRP, 它可以實現自動路由匯總。
1.3 路由選擇
如果網絡使用星型連接 (指沒有冗余的結構) , 則路由選擇就沒有存在的意義了。對于半網狀或全網狀的結構 (部分冗余或完全冗余) , 到達一個目的有多條路徑, 路由協議就要進行路由度量 (route metrics) , 比較路徑的路由代價, 從中選擇最佳的一個。路由度量根據賦予每條路徑的權值來計算。每個路由協議使用不同的計算方法來計算路由度量, OSPF缺省使用路徑的帶寬作為路徑代價的度量, 選擇擁有最小代價的路徑作為最佳路徑。在多條路徑擁有相同的代價時, OSPF能支持同時使用這些路徑, 較好地支持了負載平衡。與OSPF相比, EIGRP采用五維參數來決定最佳路徑:帶寬、時延、可靠性、線路負載和最大數據包尺?？梢灾С指訌碗s的應用。所以, OSPF的路由選擇支持得比較有限, 僅能根據帶寬進行劃分。當然, 用戶也可以手工配置路徑的代價, 但這樣要求的管理工作量就非常巨大?；蛘? 還有一些其他的屬性可以形成路由選擇的有效補充, 比如TOS-based路由, 但這樣對其他方面又產生了限制。所以, OSPF僅在一些對路由選擇要求不高的環境使用。用戶如果要求比較苛刻, 就要考慮使用其他協議, 比如EIGRP。
1.4 路由收斂
當網絡拓撲改變, 網絡流量必須被快速重新路由。此時OSPF執行兩個操作:監測到變化。OSPF使用兩個算法檢測拓撲的變化。首先是檢測接口狀態的變化, 其次是判斷在指定的dead timer時間要求內是否收到鄰居的hello報文。選擇新的路徑。在檢測到拓撲變化后, OSPF路由器產生一個連接狀態變化報文給本區間內的所有其他路由器, 而后所有路由器將使用SPF算法重新計算他們的路由, 重新計算的時間依賴于area的規模以及數據庫中的路由數量。收斂時間描述了路由器在拓撲改變后到采用新的路由的時間。OSPF的收斂時間受限于網絡區間規模以及路由數量。OSPF的收斂時間數量級一般為秒級, 可以適用于大多數網絡。但OSPF的收斂時間在所有的路由協議中并不是最佳的, EIGRP由于采用DUAL算法, 收斂時間更快。RIP的收斂時間則比OSPF與EIGRP都慢, 因為它是距離矢量協議。
1.4 可伸縮性
可伸縮性是評估路由協議非常重要的指標, 它可以從操作環節與技術環節兩個方面分析。從操作環節來說, 鼓勵使用大型的區間, 而且不要求層次區分, 以此簡化用戶操作。而技術環節可以從路由器的存儲器、CPU、帶寬三者的利用上來分析。存儲器;OSPF保存所在區間的所有連接狀態以及外部路由, 對存儲器利用是比較高的。當設計的區間太大, 或者有大量外部路由, 而同時路由器的存儲器又不夠大時, 就可能導致路由器崩潰。要解決此矛盾, 可以將區間減小, 或者合理分配地址, 通過路由匯總減小存儲器的使用, 再有就是合理利用存根區間, 減少外部路由的存儲器使用。CPU;只要連接狀態發生變化, OSPF就要使用大量的CPU資源進行拓撲的重新計算。對CPU的使用率與網絡的穩定性息息相關。在穩定性差的環境下, 狀態的頻繁變化可能導致CPU的負載過大。減小CPU的負載, 要注意保持網絡的穩定性, 或者合理使用路由匯總, 通過匯總可以使鏈路的一些變化不修改路由表, 從而減少CPU使用。帶寬;OSPF僅在連接狀態變化時才發送狀態變化報文, 不過, 它將該變化報文發送到本區間內的所有路由器, 不論變化是否與之有關。OSPF的帶寬使用僅與網絡穩定性有關, 在網絡達到靜止時, OSPF也基本不使用帶寬, 它的帶寬利用率很高。當然, 比EIGRP會相對差一些, 因為EIGRP只將變化發送給相關的路由器。
1.5 安全性
網絡安全性是目前用戶越來越關注的問題。OSPF可以支持對路由信息進行認證, 只接受認證通過的信息, 提供了較高的安全性。支持的認證方法包括文本認證與MD5認證。但是, OSPF同樣存在不足, 它不支持協議過濾, 在廣播路由時無法控制如何發送。當然, MD5認證在大多數的網絡中, 已經可以保證比較高的安全性。如果在一些安全性要求非常高的場合, 我們可以配合其他的一些特性, 比如ACL, 配合實現協議過濾, 提高安全性。
2 OSPF設計分析
如何使用好OSPF是本節要解決的問題。針對OSPF的特點, 下面分別分析它的各個部分的設計要求。
2.1 選址與路由匯總
網絡拓撲建立后, 如何分配IP地址, 以及如何控制路由匯總, 是提高網絡效率的重要內容。對于地址分配, 有以下一些原則:區分每個區間的網絡號;支持位狀態 (bit-wise) 的子網與VLSM;使用私有地址。而對于OSPF路由匯總, 有以下的要求:地址分配合理, 同一個區間內的子網最好連續;設計的地址分配策略必須能適應網絡擴展;預先估計增加的路由器的位置, 主干、區間以及邊界在增加新的路由器時不會導致太大變化。
2.2路由選擇
路由器可能擁有到一個網絡的兩條或者更多的路徑。不同路徑的路由代價會有所不同, 按照OSPF的算法, 其中代價最小的被選為路由。有時, 不同路徑會擁有相同的路由代價, 此時對于路由選擇更重要的是由此產生的冗余與負載平衡的應用。不過, 我司產品目前還無法提供負載平衡的功能, 但可以實現冗余。OSPF路由代價缺省情況根據接口帶寬產生。計算公式為cost=100, 000, 000/bandwidthinbps。不過, 由于網絡的復雜性, 路由的變化與連接速度的可能改變, 使得路由代價的配置也越來越重要。OSPF可以提供對每個鏈路的代價配置, 范圍為0-65535。如果手工指定了某個接口的路由代價, 此時缺省代價就不起作用了。
2.3 安全性
OSPF可以使用路由認證對網絡內的路由信息進行認證, 提高了網絡的安全性。支持的認證類型包括文本密碼認證, MD5加密認證。其中, 文本密碼認證由于容易被破解, 實際使用意義不大, 而MD5加密認證方式由于安全性的提高, 得到更廣泛的應用。
2.4 存根區間
存根區間就是OSPF域外部的路由信息無法進入的區間。此時從該區間往域外的路由只能依靠缺省路由。使用存根區間的好處在于減少了區間內的路由信息, 降低了區間內路由器的存儲器的使用要求。一個區間能被配置為存根區間的條件是該區僅有一個出口, 或者如果有多個出口時, 必須允許不用考慮最佳路徑。其他的限制包括不能作為一個虛擬連接的傳輸區間, 不能作為ASBR, 不能作為主干。而且所有的存根區間中的路由器必須都配置為stub路由器, 這是因為傳送的hello報文中, 有一個標志可以表示路由器是否為stub路由器, 所有該區間的路由器必須具有相同的屬性, 否則將無法加入存根區間建立鄰接。存根區間的一個擴展是“完全存根區間”;思科將它稱為“no-summary”, 此時將丟棄所有的外部路由以及區間間的路由。這樣, 就只有區間內部的路由以及缺省的“0.0.0.0”路由才會進入該區間, 進一步簡化了區間內的路由器的路由表并降低了存儲器使用。
2.5 路由信息重新分配
路由信息重新分配包含兩個方面內容:重新分配路由信息進入OSPF與重新分配OSPF進入其他協議。重新分配路由信息進入OSPF, 將使得其他路由協議或者靜態路由的路由信息, 成為OSPF的外部路由。外部路由有兩種類型:類型1與類型2。兩種類型的區別在于路由代價的計算。類型2只計算外部路由的代價, 而不管OSPF本身內部的路由代價。類型1則將外部路由代價與內部路由代價相加作為整個路由的代價。到達相同目的地的類型1路由總是比類型2路由優先。
3 結語
以上從應用角度對OSPF的各環節進行了比較詳細的分析。我們構造的OSPF應用主要基于三層交換機。相比之下, 交換機的接口數要比傳統的路由器多, 此時交換機中定義的一個接口就相當于協議規定的一個路由器。不過, 盡管如此, 二者的應用并沒有太大區別。在實際應用及設計中, 可以按照以上分析的步驟, 逐漸完善整個網絡的應用。
摘要：OSPF作為一種內部網關協議 (Interior Gateway Protocol, IGP) , 用于在同一個自治域中的路由器之間發布路由信息。它是一種連接狀態協議, 區別于距離矢量協議, OSPF具有支持大型網絡、路由收斂快、占用網絡資源少等優點。
關鍵詞：路由器,OSPF設計,IP網絡