OSPFv3動態(tài)路由協(xié)議在NBMA鏈路上的實現(xiàn)

2019-11-04 12:07:33

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供稿：網(wǎng)友

　　1 問題的提出
　　隨著網(wǎng)絡(luò)信息時代的到來，Internet技術(shù)在全球范圍內(nèi)得到了迅速的發(fā)展，開放最短路徑優(yōu)先（Open Shortest Pass First，簡稱OSPF）動態(tài)路由協(xié)議已成為解決網(wǎng)絡(luò)路由的首選內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議。
　　
　　在從ipv4向IPv6過渡的階段，OSPFv3（開放最短路徑優(yōu)先第3版）作為下一代網(wǎng)絡(luò)中的核心路由技術(shù)已經(jīng)引起學(xué)術(shù)界的足夠重視和深入研究，但當(dāng)前的研究與實現(xiàn)多是在串行線路相連的路由器構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渖线\行的情況，而Internet包含多種子網(wǎng)技術(shù)（也就是數(shù)據(jù)鏈路技術(shù)）：如以太網(wǎng)、802.5令牌環(huán)網(wǎng)、FDDI環(huán)、幀中繼子網(wǎng)、ATM、分組無線網(wǎng)等。為此，有必要研究OSPFv3協(xié)議在多種鏈路上的實現(xiàn)機制，本文將基于NBMA鏈路類型研究OSPFv3協(xié)議的實現(xiàn)方案。
　　
　　2 OSPFv3的基本原理
　　開放式最短路徑優(yōu)先（OSPF）算法是由互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（IETF）的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議工作組為IP網(wǎng)絡(luò)專門設(shè)計的路由協(xié)議，是一種基于區(qū)域?qū)崿F(xiàn)的、建立在鏈路狀態(tài)（Link State）算法和Dijkstra算法基礎(chǔ)之上的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)動態(tài)路由協(xié)議。OSPFv3是該協(xié)議的第3版本，是IPv6網(wǎng)絡(luò)中路由技術(shù)的主流協(xié)議。
　　
　　2.1 鄰居的發(fā)現(xiàn)與保持
　　
　　OSPFv3通過呼叫協(xié)議來完成發(fā)現(xiàn)鄰居并保持鄰接狀態(tài)，呼叫協(xié)議主要是通過定時發(fā)送Hello協(xié)議包來實現(xiàn)的。每個運行OSPF的接口都發(fā)送Hello包，Hello包用于發(fā)現(xiàn)和維護(hù)鄰居關(guān)系，并最終形成近鄰關(guān)系（Adjacency）。
　　
　　在廣播（Broadcast）和非廣播多點接入NBMA（Not Broadcast Multicast access）網(wǎng)絡(luò)上，Hello還用于選擇指派路由器DR（Designed Router）和備份指派路由器BDR（Backup Designed Router）。
　　
　　2.2 數(shù)據(jù)庫的同步
　　
　　每個運行OSPFv3協(xié)議的路由器都維護(hù)一個用于跟蹤網(wǎng)絡(luò)鏈路狀態(tài)的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫（LSDB：Link State DataBase）。數(shù)據(jù)庫中存儲的是反映路由器及其鏈路狀態(tài)的各種鏈路狀態(tài)通告（LSA：Link State Advertisement ），這些狀態(tài)包括路由器可用接口、已知可達(dá)路由和各鏈路的狀態(tài)信息。鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫實際上就是一張有關(guān)該區(qū)域的完整的網(wǎng)絡(luò)映射圖，是路由器建立路由表的依據(jù)，一個自治系統(tǒng)內(nèi)的路由器要形成對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的一致視圖，就必須同步它們的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。OSPFv3依靠“鄰接協(xié)議”、“交換協(xié)議”、“擴散協(xié)議”來完成數(shù)據(jù)包的交互，并最終實現(xiàn)同一個路由域中所有路由器的LSDB同步。
　　
　　2.3 OSPFv3在NBMA上的工作原理
　　
　　OSPFv3把不同的子網(wǎng)技術(shù)分為以下幾類：點到點子網(wǎng)、廣播子網(wǎng)、NBMA子網(wǎng)（Non-Broadcast Multi-Access，非廣播多路接入子網(wǎng)）以及點到多點子網(wǎng)。其中，點到點鏈路指連接一對路由器的鏈路，例如56Kb串行線路；廣播鏈路具備廣播能力，其上的每對路由器可以相互直接通信，例如以太網(wǎng)；NBMA鏈路不具備廣播能力，要求鏈路上兩兩路由器可以相互直接通信，模擬在廣播鏈路上的操作，如ATM網(wǎng)；點到多點鏈路指把非廣播鏈路視為多個點到點鏈路的集合，如幀中繼網(wǎng)。
　　
　　OSPFv3在NBMA鏈路上的工作特點如下：
　　
　　（1）鄰居發(fā)現(xiàn)機制：由于NBMA網(wǎng)絡(luò)類型不能自動發(fā)現(xiàn)鄰居，所以需要手工給其配置鄰居，并采取NBMA特有的鄰居發(fā)現(xiàn)機制進(jìn)行鄰居的查詢。
　　
　　（2）數(shù)據(jù)包的發(fā)送方式：廣播鏈路和點到點鏈路上鏈路狀態(tài)更新包向組播地址發(fā)送，而NBMA沒有多播能力，所以必須復(fù)制鏈路狀態(tài)更新，然后向每個鄰居路由器發(fā)送。
　　
　　（3）泛洪機制：NBMA鏈路和廣播鏈路相同，在DR（指定路由器）和BDR（備份指定路由器）選舉之后，其他所有路由器與DR和BDR進(jìn)行數(shù)據(jù)庫交互。
　　
　　3 OSPFv3在NBMA鏈路上的實現(xiàn)
　　由于NBMA網(wǎng)絡(luò)類型不能自動發(fā)現(xiàn)鄰居，所以需要手工給其配置鄰居，包括鄰居的IPv6鏈路本地地址以及鄰居的Router-ID。首先把路由器的某個接口設(shè)置為NBMA鏈路類型，并在此接口上配置鄰居。
　　
　　根據(jù)工作原理分析實現(xiàn)流程：手動配置鄰居之后，該鄰居被加入到該接口的鄰居列表中，按照正常的發(fā)送hello包的規(guī)則，每間隔HelloInterval會發(fā)送hello包給鄰居，在RouterDeadInterval內(nèi)必須收到鄰居的回應(yīng)才會認(rèn)為該鄰居可以進(jìn)行通信，才會開始DR、BDR的選舉，進(jìn)而進(jìn)行下面的操作；假如在RouterDeadInterval內(nèi)沒有收到對方鄰居的hello包回應(yīng)，則認(rèn)為鄰居是一個虛假的鄰居，把該鄰居進(jìn)行刪除的處理；（在一般鏈路類型如廣播鏈路，鄰居是自動發(fā)現(xiàn)的，RouterDeadInterval后沒有收到hello回應(yīng)，則自動把該鄰居從接口列表中進(jìn)行刪除；而在NBMA鏈路類型中，假如在RouterDeadInterval內(nèi)沒有鄰居的回應(yīng)，則觸發(fā)事件Inactivity_timer，把鄰居轉(zhuǎn)為Down狀態(tài)，同時開啟查詢鄰居定時器（發(fā)Hello包），定時器間隔是PollInterval，假如收到了鄰居的回應(yīng)（假如鄰居激活，會開啟reply_timer定時器，進(jìn)行reply的發(fā)送）則說明該手工配置的鄰居真實存在，同時關(guān)閉poll_timer查詢鄰居定時器；反之假如在查詢時間內(nèi)還沒有收到鄰居的回應(yīng)，則繼續(xù)發(fā)poll查詢，直到手工刪除該鄰居為止）。
　　
　　3.1 鄰居發(fā)現(xiàn)機制的實現(xiàn)
　　
　　NBMA的鄰居發(fā)現(xiàn)是靠poll_timer定時器來查詢鄰居的存在，直到鄰居啟動reply_timer定時器給其回應(yīng)，才算找到了鄰居；同時關(guān)閉poll_timer定時器。
　　
　　（1）查詢鄰居模塊
　　
　　該模塊用于完成鄰居的手工配置，并根據(jù)NBMA的鄰居發(fā)現(xiàn)機制查詢鄰居。
　　
　　（2）接收Hello包處理模塊
　　
　　該模塊用于完成對收到的Hello包進(jìn)行處理，并根據(jù)對收到包中鄰居信息的判定進(jìn)行NBMA相關(guān)的操作。
　　
　　（3）發(fā)送Hello包處理模塊
　　
　　該模塊部分是在找到鄰居后進(jìn)行的處理，所以不涉及poll_timer以及reply_timer等一系列NBMA特有的操作機制，只需在發(fā)送Hello包時判定接口是否為NBMA類型，并根據(jù)判定發(fā)送Hello包。
　　
　　3.2 數(shù)據(jù)庫同步的實現(xiàn)
　　
　　NBMA網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)庫同步與廣播網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)方法一樣，首先選定指定路由器DR和備份指定路由器BDR，其他所有路由器開始執(zhí)行與DR和BDR之間的數(shù)據(jù)庫交換，并且向NBMA網(wǎng)絡(luò)的泛洪總是通過DR到達(dá)連在NBMA網(wǎng)絡(luò)上的其他路由器的。
　　
　　唯一一點不同是：廣播子網(wǎng)中路由器把鏈路狀態(tài)更新向組播地址AllSPFRouter和AllDRouter發(fā)送，而在NBMA網(wǎng)絡(luò)中，必須復(fù)制鏈路狀態(tài)更新，然后分別向每個鄰居路由器發(fā)送。
　　
　　4 結(jié)束語
　　OSPFv3作為IPv6時代的重要內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，在很大程度上增強了網(wǎng)絡(luò)的靈活性與穩(wěn)定性，本文從Internet包含的多種子網(wǎng)技術(shù)出發(fā)，分析并提出了基于NBMA鏈路類型的OSPFv3動態(tài)路由協(xié)議的實現(xiàn)方案。有關(guān)傳統(tǒng)的點到點和廣播鏈路類型的實現(xiàn)方案比較成熟，而點到多點鏈路類型上OSPFv3的實現(xiàn)與NBMA鏈路基本相同，只是泛洪機制中存在DR/BDR選舉以及鄰居/接口狀態(tài)機上有所區(qū)別。隨著IPv6時代的到來，如何將OSPFv3動態(tài)路由協(xié)議高效地運行在多種鏈路狀態(tài)類型有機融合的新一代網(wǎng)絡(luò)上將是我們努力的目標(biāo)。

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