劉昕

0 引言

IP協(xié)議誕生于上世紀(jì)70年代中期,并作為網(wǎng)絡(luò)的IP基礎(chǔ)設(shè)施得到廣泛的應(yīng)用。但近年來隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模迅速膨脹和各種新業(yè)務(wù)的不斷出現(xiàn),IPv4網(wǎng)也面臨著越來越多的批評和問題。這些問題主要表現(xiàn)在:①地址空間不足;②服務(wù)質(zhì)量差;③安全性不高等諸多方面,其根本原因則是互聯(lián)網(wǎng)使用的IPv4協(xié)議存在著諸多設(shè)計上的缺陷。鑒于IPv4存在的上述缺陷在某種程度上限制了網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步發(fā)展,從20世紀(jì)90年代就著手制定了下一代網(wǎng)絡(luò)協(xié)議——IPv6。經(jīng)過多年的研究和實踐,到目前為止IPv6已形成了比較完善的協(xié)議體系,并得到了廣泛的應(yīng)用，無論是IPv4網(wǎng)還是IPv6網(wǎng),路由協(xié)議一直處于核心地位,而OSPF作為一種優(yōu)秀的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在了IPv4網(wǎng)絡(luò)中。因此,在大力推廣IPv6的今天,對IPv6下OSPF路由協(xié)議的研究和應(yīng)用具有很強的現(xiàn)實意義。

經(jīng)過多年的研究和實踐,到目前為止IPv6已形成了比較完善的協(xié)議體系為了讓OSPF協(xié)議支持IPv6，技術(shù)人員開發(fā)了OSPFv3（OSPF版本3），OSPFv3由RFC2740定義。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，伴隨著IPv6時代的到來，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(jī)融合的新一代網(wǎng)絡(luò)上的目標(biāo)。

1 OSPFv3協(xié)議

1.1 OSPFv3協(xié)議的原理

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)（Li-nk 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。

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)。

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；如果在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，如果在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，如果收到了鄰居的回應(yīng)（如果鄰居激活，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；反之如果在查詢時間內(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）。

1.1 OSPFv3的數(shù)據(jù)包

OSPFv3協(xié)議直接運行在IPv6上，因此，OSPFv3的數(shù)據(jù)由IPv6報文攜帶。在IPv6報文頭的”下一個報文頭”字段中，用協(xié)議號89代表該數(shù)據(jù)包中攜帶的是OSPFv3的數(shù)據(jù)。

緊跟著IPv6報文頭的后面是OSPFv3的報文頭，其格式如圖1所示:

圖1 OSPFv3報文頭

2 OSPFv3協(xié)議在全網(wǎng)的實現(xiàn)

2.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計

實驗?zāi)繕?biāo):根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實現(xiàn)全網(wǎng)啟用OSPFV3協(xié)議。

實驗拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖2所示:

圖2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

本實驗需要4臺路由,其中R2與R3,R1連接在同一臺交換機(jī),R1與72-2串口相連。R2與R3，在區(qū)域0中,R1與72-2在區(qū)域1中。R2與R3連接在同一臺交換機(jī)，并與R1的E0/1接口連接，并在接口上配置IPV6地址，使能OSPFv3。R1的接口S0/1與72-2的接口S0/1連接，配置IPv6地址并且使能OSPFv3。最后查看路由表。

2.2 根據(jù)拓?fù)溟_啟IPv6路由并設(shè)置相應(yīng)IPv6地址

----72-2的配置-------

[72-2]ipv6

[72-2]interface Ethernet 0/0

[72-2]ipv6 address 2001:db8:0:2::1 64

[72-2]interface s0/1

[72-2]ipv6 address 2001:db8:0:1::1 64

----R1的配置-------

[R1]ipv6

[R1]interface S1/0

[R1]ipv6 address 2002:db8:0:2::2 64

[R1]interface Ethernet0/0

[R1]ipv6 address 2001:db8:0:3::1 64

----R2的配置-------

[R2]ipv6

[R2]interface s0/1

[R2]ipv6 address 2001:db8:0:4::2 64

[R2]interface e0/1

[R2]ipv6 address 2001:db8:0:10::1 64

----R3的配置-------

[R3]ipv6

[R3]interface s0/1

[R3]ipv6 address 2001:db8:0:2::2 64

[R3]interface e0/1

[R3]ipv6 address 2001:db8:0:100::1/64

2.3 根據(jù)拓?fù)鋯覱SPFv3

要在路由器上實現(xiàn)OSPFv3功能，必須先創(chuàng)建OSPFv3進(jìn)程、指定該進(jìn)程的Router ID以及在接口上使能OSPFv3功能。

Router ID用來在一個自治系統(tǒng)中唯一的標(biāo)識一臺路由器。在OSPFv3中，用戶必須手工配置一個Router ID，而且必須保證自治系統(tǒng)中任意兩臺路由器的Router ID都不相同。因此，為了保證OSPFv3運行的穩(wěn)定性，在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時，應(yīng)確定路由器ID的劃分并手工配置。需要注意的是，如果在同一臺路由器上運行了多個OSPFv3進(jìn)程，必須為不同的進(jìn)程指定不同的Router ID。

在一臺路由器上可以創(chuàng)建多個OSPFv3進(jìn)程，OSPFv3進(jìn)程號是本地概念，不影響與其它路由器之間的報文交換。因此，不同的路由器之間，即使進(jìn)程號不同也可以進(jìn)行報文交換。

----72-2的配置-------

[72-2]ospfv3

[72-2-ospfv3-1]router-id 1.1.1.1

[72-2-ospfv3-1]quit

[72-2-Vlan-interface200]ospfv3 1 area 1

[72-2-Vlan-interface200]quit

--R1的配置-------

[R1-ospfv3-1]router-id 2.2.2.2

[R1]interface s0/0

[R1]ospfv3 1 area 1

[R1]interface s1/0

[R1]ospfv3 1 area 1

--R2的配置-------

[R2-ospfv3-1]router-id 3.3.3.3

[R2]interface e0/0

[R2]ospfv3 1 area 0

[R2]interface s0/1

[R2]ospfv3 1 area 0

--R3的配置-------

[R3-ospfv3-1]router-id 4.4.4.4

[R3]interface e0/0

[R3]ospfv3 1 area 0

[R3]interface s0/1

[R3]ospfv3 1 area 1

2.4 測試結(jié)果

路由R2 ping路由72-2的結(jié)果，如圖3所示:

圖3 R2 ping路由72-2

3 OSPFv3協(xié)議在windows環(huán)境實現(xiàn)

3.1 試驗網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計

實驗?zāi)繕?biāo):實現(xiàn)PC機(jī)之間OSPFv3互通。

實驗拓?fù)浣Y(jié)構(gòu):如圖4所示:

圖4 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

用3臺路由器串聯(lián),R3與R1的Ethernet接口接PC機(jī).把整個網(wǎng)絡(luò)分成兩個區(qū)域。R1與PC1相連。PC1與R1在區(qū)域0中,R3與PC2在區(qū)域1中。R1的與R3連接在同一臺路由器R2。在各接口上配置IPv6地址，使能OSPFv3。最后查看路由表并用PC1 ping PC2。

3.2 根據(jù)拓?fù)溟_啟IPv6路由并設(shè)置相應(yīng)IPv6地址

----PC1的配置-------

C:>ipv6 install

C:>ipv6 adu 4/2001:db8:0:10::1000 64

----PC2的配置-------

C:>ipv6 install

C:>ipv6 adu 4/2004:db8:0:10::100 64

----R1的配置-------

[R1]ipv6

[R1]ospfv3

[R1-ospfv3-1]router-id 1.1.1.1

[R1]interface e0/1

[R1]ipv6 address 2001:db8:0:10::1 64

[R1]interface s2/0

[R1]ipv6 address 2002:db8:0:10::1 64

----R2的配置-------

[R2]ipv6

[R2-ospfv3-1]ospfv3

[R2-ospfv3-1]router-id 2.2.2.2

[R2]interface s1/0

[R2]ipv6 address 2002:db8:0:10::2 64

----R3的配置-------

[R3]ipv6

[R3]ospfv3

[R3-ospfv3-1]router-id 3.3.3.3

[R3]interface s1/0

[R3]ipv6 address 2003:db8:0:10::1 64

3.3 根據(jù)拓?fù)鋯覱SPFv3

----R1的配置-------

[R1]ospfv3 1 area 0 //在接口上使能OSPFv3

[R1]interface s2/0 //進(jìn)入接口s1/0視圖

[R1]ipv6 address 2002:db8:0:10::1 64 //配置s2/0接口的地址

[R1]ospfv3 1 area 0 //在接口上使能OSPFv3

[R1]quit

----R2的配置-------

[R2]ospfv3 1 area 0 //在接口上使能OSPFv3

[R2]interface s0/0 //進(jìn)入接口s0/0視圖

[R2]ipv6 address 2003:db8:0:10::2/64 //配置 s0/0 接口的地址

[R2]ospfv3 1 area 0 //在接口上使能OSPFv3

----R3的配置-------

[R3]ospfv3 1 area 1 //在接口上使能OSPFv3

[R3]interface Ethernet 0/0 //進(jìn)入e0/0接口視圖

[R3]ipv6 address 2004:db8:0:10::1/64 //配置e0/0接口的地址

[R3]ospfv3 1 area 1 //在接口上使能OSPFv3

3.4 測試結(jié)果

1.路由表信息及其OSPFv3鄰居信息，如圖5所示:

圖5 路由表信息

通過幾個路由表看到各個路由器通過OSPFv3協(xié)議來自動的管理各自的動態(tài)路由表了,當(dāng)有新的網(wǎng)絡(luò)加入時,會自動的更新路由表,以保證各網(wǎng)絡(luò)間的連通性。

2.PC機(jī)的試驗結(jié)果

為了驗證配置過程是否正確我們用PC1來 ping一下PC2如圖6所示:

圖6 PC1 ping PC2結(jié)果

4 試驗中常見錯誤分析

4.1 OSPFv3鄰居無法建立

故障現(xiàn)象

OSPFv3鄰居無法建立。

分析

如果物理連接和下層協(xié)議正常，則檢查接口上配置的OSPFv3參數(shù)，必須保證與相鄰路由器的參數(shù)一致，區(qū)域號相同。

相鄰的兩臺路由器接口的網(wǎng)絡(luò)類型必須一致。若網(wǎng)絡(luò)類型為廣播網(wǎng)，則至少有一個接口的DR優(yōu)先級應(yīng)大于零。

處理過程

(1)使用display ospfv3 peer命令查看OSPFv3鄰居狀態(tài)。

(2)使用display ospfv3 interface命令查看OSPFv3接口的信息。

(3)檢查物理連接及下層協(xié)議是否正常運行，可通過Ping命令測試。若從本地路由器Ping對端路由器不通，則表明物理連接和下層協(xié)議有問題。

4.2 OSPFv3路由信息不正確

故障現(xiàn)象

OSPFv3不能發(fā)現(xiàn)其他區(qū)域的路由。

分析

應(yīng)保證骨干區(qū)域與所有的區(qū)域相連接。若一臺路由器配置了兩個以上的區(qū)域，則至少有一個區(qū)域應(yīng)與骨干區(qū)域相連。骨干區(qū)域不能配置成Stub區(qū)域。

在Stub區(qū)域內(nèi)的路由器不能接收外部AS的路由。如果一個區(qū)域配置成Stub區(qū)域，則與這個區(qū)域相連的所有路由器都應(yīng)將此區(qū)域配置成Stub區(qū)域。

處理過程

(1)使用display ospfv3 peer命令查看OSPFv3鄰居狀態(tài)。

(2)使用display ospfv3 interface命令查看OSPFv3接口的信息。

(3)使用display current-configuration configuration命令查看區(qū)域是否配置正確。若配置了兩個以上的區(qū)域，則至少有一個區(qū)域與骨干區(qū)域相連。

5 總結(jié)

OSPFv3作為未來IPv6網(wǎng)絡(luò)首選的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議,具有出色的路由能力。但是一種優(yōu)秀的路由技術(shù),不僅要為數(shù)據(jù)傳輸找到一條高速的通道,考慮所選路徑的傳輸容量和服務(wù)質(zhì)量,即具有QoS能力的路由算法,還要分析全網(wǎng)負(fù)荷,以平衡各條通道的數(shù)據(jù)流量。在考慮諸多因素的基礎(chǔ)上,研究OSPFv3動態(tài)路由協(xié)議正是我們今后研究的熱點和重點。

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