多区域OSPF在园区网中的应用研究与仿真.docx
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多区域OSPF在园区网中的应用研究与仿真
郑重声明
我谨在此郑重声明:
本人所写的毕业论文《多区域OSPF在园区网络中的应用研究与仿真》均系本人独立完成,没有抄袭行为,凡涉及其他作者的观点和材料,均作了注释,若有不实,后果由本人承担。
承诺人(签名):
年月日
多区域OSPF在校园网中的应用研究与仿真
摘要:
随着Internet技术在全球范围内的飞速发展,IP网络作为一种最有前景的网络技术,受到了人们的普遍关注。
而作为IP网络生存、运作、组织的核心——IP路由技术提供了解决IP网络动态可变性、实时性、QoS等关键技术的一种可能。
关键词:
OSPF路由协议;VLAN技术;CiscoPacketTracer模拟器;设置方法;设置命令
MANYREGIONALOSPFRESEARCHONTHEAPPLICATIONINTHESCHOOLNETSWITHSIMULATION
Abstract:
WithInternettechnologyintherapiddevelopmentofglobalscope,theIPnetworkasamostpromisingnetworktechnology,andbythepeople'sattention.ButastheIPnetworksurvival,operation,thecoreoforganizations--IProutingtechnologyprovidessolveIPnetworkdynamicvariability,real-time,QoSkeytechniquesuchasapossibility.
Keywords:
OSPFroutingprotocol;VLAN;PacketTracersimulator;Settingmethod;Setcommand
目 录
1绪论
1.1引言
为了摆脱诸多因素的困扰,在20世纪80年代中期,Internet工程任务组(TETF)开发了另一种新的内部网关协议,它就是开放最短路径优先协议(OpenShortesPathFirst,OSPF),其中的“开放”是说明它的规范是公开的;“最短路径”是因为它使用了Dijkstra提出的最短路径算法(SPF),即在所有的自治系统内部使用的路由选择协议都是要寻找一条最短的路径。
OSPF协议是一种分布式的链路状态信息协议,在众多的路由技术中,OSPF协议已成为目前广域网Internet和企业网Intranet采用最多、应用最广泛的路由技术之一。
[1]
1.2课题内容
研究开放最短路径优先协议的工作原理及其应用技术,在毕业设计中研究ip子网划分;对实习所在的校园网进行ospf多区域地再规划、设计;网络设计中合理配置ospf协议,并研究路由器的设置方法、掌握设置命令,通过模拟器实现设计方案。
2OSPF技术
随着Internet技术在全球范围的飞速发展,OSPF已成为目前Internet广域网和Intranet企业网采用最多、应用最广泛的路由协议之一。
OSPF(OpenShortestPathFirst)路由协议是由IETF(InternetEngineeringTaskForce)IGP工作小组提出的,是一种基于SPF算法的路由协议,目前使用的OSPF协议是其第二版,定义于RFC1247和RFC1583。
2.1概述
OSPF路由协议是一种典型的链路状态(Link-state)的路由协议,一般用于同一个路由域内。
在这里,路由域是指一个自治系统(AutonomousSystem),即AS,它是指一组通过统一的路由政策或路由协议互相交换路由信息的网络。
在这个AS中,所有的OSPF路由器都维护一个相同的描述这个AS结构的数据库,该数据库中存放的是路由域中相应链路的状态信息,OSPF路由器正是通过这个数据库计算出其OSPF路由表的。
作为一种链路状态的路由协议,OSPF将链路状态广播数据包LSA(LinkStateAdvertisement)传送给在某一区域内的所有路由器,这一点与距离矢量路由协议不同。
运行距离矢量路由协议的路由器是将部分或全部的路由表传递给与其相邻的路由器。
[2]
2.2数据包格式
在OSPF路由协议的数据包中,其数据包头长为24个字节,包含如下8个字段:
(1)Versionnumber-定义所采用的OSPF路由协议的版本。
(2)Type-定义OSPF数据包类型。
OSPF数据包共有五种:
(3)Hello-用于建立和维护相邻的两个OSPF路由器的关系,该数据包是周期性地发送的。
(4)DatabaseDescription-用于描述整个数据库,该数据包仅在OSPF初始化时发送。
(5)Linkstaterequest-用于向相邻的OSPF路由器请求部分或全部的数据,这种数据包是在当路由器发现其数据已经过期时才发送的。
(6)Linkstateupdate-这是对linkstate请求数据包的响应,即通常所说的LSA数据包。
(7)Linkstateacknowledgment-是对LSA数据包的响应。
(8)Packetlength-定义整个数据包的长度。
(9)RouterID-用于描述数据包的源地址,以IP地址来表示。
(10)AreaID-用于区分OSPF数据包属于的区域号,所有的OSPF数据包都属于一个特定的OSPF区域。
(11)Checksum-校验位,用于标记数据包在传递时有无误码。
(12)Authenticationtype-定义OSPF验证类型。
(13)Authentication-包含OSPF验证信息,长为8个字节。
2.4OSPF路由协议的基本特征
OSPF路由协议是一种链路状态的路由协议,为了更好地说明OSPF路由协议的基本特征,我们将OSPF路由协议与距离矢量路由协议之一的RIP(RoutingInformationProtocol)作一比较,归纳为如下几点[4]:
(1)RIP路由协议中用于表示目的网络远近的唯一参数为跳(HOP),也即到达目的网络所要经过的路由器个数。
在RIP路由协议中,该参数被限制为最大15,也就是说RIP路由信息最多能传递至第16个路由器;对于OSPF路由协议,路由表中表示目的网络的参数为Cost,该参数为一虚拟值,与网络中链路的带宽等相关,也就是说OSPF路由信息不受物理跳数的限制。
并且,OSPF路由协议还支持TOS(TypeofService)路由,因此,OSPF比较适合应用于大型网络中。
2.5区域及域间路由
在OSPF路由协议的定义中,可以将一个路由域或者一个自治系统AS划分为几个区域。
在OSPF中,由按照一定的OSPF路由法则组合在一起的一组网络或路由器的集合称为区域(AREA)[6]。
在OSPF路由协议中,每一个区域中的路由器都按照该区域中定义的链路状态算法来计算网络拓扑结构,这意味着每一个区域都有着该区域独立的网络拓扑数据库及网络拓扑图。
对于每一个区域,其网络拓扑结构在区域外是不可见的,同样,在每一个区域中的路由器对其域外的其余网络结构也不了解。
这意味着OSPF路由域中的网络链路状态数据广播被区域的边界挡住了,这样做有利于减少网络中链路状态数据包在全网范围内的广播,也是OSPF将其路由域或一个AS划分成很多个区域的重要原因。
2.5.1.1当一个区域与area0没有物理链路相连时
一个骨干区域Area0必须位于所有区域的中心,其余所有区域必须与骨干区域直接相连。
但是,也存在一个区域无法与骨干区域建立物理链路的可能性,在这种情况下,我们可以采用虚拟链路。
虚拟链路使该区域与骨干区域间建立一个逻辑联接点,该虚拟链路必须建立在两个区域边界路由器之间,并且其中一个区域边界路由器必须属于骨干区域。
在上面所示的例子中,区域1与区域0并无物理相连链路,我们可以在路由器A及路由器B之间建立虚拟链路,这样,将区域2作为一个穿透网络(Transit-network),路由器B作为接入点,区域1就与区域0建立了逻辑联接。
2.5.1.2当骨干区域不连续时
OSPF路由协议要求骨干区域area0必须是连续的,但是,骨干区域也会出现不连续的情况,例如,当我们想把两个OSPF路由域混合到一起,并且想要使用一个骨干区域时,或者当某些路由器出现故障引起骨干区域不连续的情况,在这些情况下,我们可以采用虚拟链路将两个不连续的区域0连接到一起。
这时,虚拟链路的两端必须是两个区域0的边界路由器,并且这两个路由器必须都有处于同一个区域的端口。
2.6OSPF协议路由器及链路状态数据包分类
2.6.1OSPF路由器分类
当一个AS划分成几个OSPF区域时,根据一个路由器在相应的区域之内的作用,可以将OSPF路由器作如下分类:
(1)内部路由器:
当一个OSPF路由器上所有直联的链路都处于同一个区域时,我们称这种路由器为内部路由器。
内部路由器上仅仅运行其所属区域的OSPF运算法则。
(2)区域边界路由器:
当一个路由器与多个区域相连时,我们称之为区域边界路由器。
区域边界路由器运行与其相连的所有区域定义的OSPF运算法则,具有相连的每一个区域的网络结构数据,并且了解如何将该区域的链路状态信息广播至骨干区域,再由骨干区域转发至其余区域。
(3)AS边界路由器:
AS边界路由器是与AS外部的路由器互相交换路由信息的OSPF路由器,该路由器在AS内部广播其所得到的AS外部路由信息;这样AS内部的所有路由器都知道至AS边界路由器的路由信息。
AS边界路由器的定义是与前面几种路由器的定义相独立的,一个AS边界路由器可以是一个区域内部路由器或是一个区域边界路由器。
指定路由器—DR:
在一个广播性的、多接入的网络(例如Ethernet、TokenRing及FDDI环境)中,存在一个指定路由器(DesignatedRouter),指定路由器主要在OSPF协议中完成如下工作:
(1)指定路由器产生用于描述所处的网段的链路数据包—networklink,该数据包里包含在该网段上所有的路由器,包括指定路由器本身的状态信息。
2.6.2OSPF链路状态广播数据包种类
随着OSPF路由器种类概念的引入,OSPF路由协议又对其链路状态广播数据包(LSA)作出了分类。
OSPF将链路状态广播数据包共分成5类,分别为:
3.1.6.1按用户定义、非用户授权划分
基于用户定义、非用户授权来划分VLAN,是指为了适应特别的VLAN网络,特别的网络用户的特别要求来定义和设计VLAN,而且可以让非VLAN群体用户访问VLAN,但是需要提供用户密码,得到VLAN管理的认证后才可以加入一个VLAN。
3.1.1VLAN通信
VLAN交换机必须有一种方式来了解VLAN的成员关系,即要让交换机知道哪一个工作站属于哪一个VLAN。
一般地,基于VLAN交换机端口或者工作站的MAC地址来组建的VLAN,其VLAN成员是以直接的形式与其他成员联系的;基于三层如按IP来组建的VLAN,其VLAN成员是以间接的形式与其他成员联系的。
目前VLAN之间的通信主要采取如下4种方式。
3.1.7.1MAC地址静态登记方式
MAC地址静态登记方式是预先在VLAN交换机中设置好一张地址列表,这张表含有工作站的MAC地址JLAN交换机的端口号、VLANID等信息,当工作站第一次在网络上发广播包时,交换机就将这张表的内容一一对应起来,并对其他交换机广播。
这种方式的缺点在于,网络管理员要不断修改和维护MAC地址静态条目列表;且大量的MAC地址静态条目列表的广播信息易导致主干网络拥塞。
3.1.7.2帧标签方式
帧标签方式采用的是标签(tag)技术,即在每个数据包都加上一个标签,用来标明数据包属于哪个VLAN,这样,VLAN交换机就能够将来自不同VLAN的数据流复用到相同的VLAN交换机上。
这种方式存在一个问题,即每个数据包加上标签,使得网络的负载也相应增加了。
3.1.7.3虚连接方式
网络用户A和B第一次通信时,发送地址解析(ARP)广播包,VLAN交换机将学习到的MAC和所连接的VLAN交换机的端口号保存到动态条目MAC地址列表中,当A和日有数据要传时,VLAN交换机从其端口收到的数据包中识别出目的MAC地址,查动态条目MAC地址列表,得到目的站点所在的VLAN交换机端口,这样两个端口间就建立起一条虚连接,数据包就可从源端口转发到目的端口。
数据包一旦转发完毕,虚连接即被撤销。
这种方式使带宽资源得到了很好利用,提高了VLAN交换机效率。
3.1.7.4路由方式
在按IP划分的VLAN中,很容易实现路由,即将交换功能和路由功能融合在VLAN交换机中。
这种方式既达到了作为VLAN控制广播风暴的最基本目的,又不需要外接路由器。
但这种方式对VLAN成员之间的通信速度不是很理想。
3.1.2VLAN交换机的互联
3.1.8.1接入链路
接入链路(AccessLink)是用来将非VLAN标识的工作站或者非VLAN成员资格的VLAN设备接入一个VLAN交换机端口的一个LAN网段。
它不能承载标记数据。
4.1.1对设备进行编辑在右边有一个区域
如图所示,从上到下依次为选定/取消、移动(总体移动,移动某一设备,直接拖动它就可以了)、PlaceNote(先选中)、删除、Inspect(选中后,在路由器、PC机上可看到各种表,如路由表等)、simplePPD、complex。
4.1.2Realtimemode(实时模式)和Simulationmode(模拟模式)
注意到软件界面的最右下角有两个切换模式,分别是Realtimemode(实时模式)和Simulationmode(模拟模式),实时模式顾名思意即时模式,也就是说是真实模式。
举个例子,两台主机通过直通双绞线连接并将他们设为同一个网段,那么A主机PingB主机时,瞬间可以完成,对吗?
这就是实时模式。
而模拟模式呢,切换到模拟模式后主机A的CMD里将不会立即显示ICMP信息,而是软件正在模拟这个瞬间的过程,以能够理解的方式展现出来。
●Flash动画怎么实现呢,你只需点击AutoCapture(自动捕获),那么直观、生动的Flash动画即显示了网络数据包的来龙去脉……这是该软件的一大闪光点,随后会举例详细介绍的。
本地主机PC0对远程主机PC2执行Ping命令
●单击Simulatemode会出现EventList对话框,该对话框显示当前捕获到的数据包的详细信息,包括持续时间、源设备、目的设备、协议类型和协议详细信息。
●要了解协议的详细信息,请单击显示不用颜色的协议类型信息Info,这个功能非常强大:
很详细的OSI模型信息和各层PDU。
(6)效果
效果为R2、R3、R4组成ospf的中心区域,R1和R5组成ospf的分支,ISP为公网的一台路由器。
3台Cisco3650的三层交换机各划分两个VLAN,每个VLAN下接入PC,最终有PC发包后经过三层交换机——到ospf中心区域——到公网的路由器。
5.1.2对校园网的规划
5.1.2.1规划图
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- 关 键 词:
- 区域 OSPF 园区网 中的 应用 研究 仿真