（计算机科学与技术专业论文）基于ospf路由协议的动态配置技术.pdf

国防科学技术人学研究生学院学位论文 摘要 随着网络流量的爆炸性增长，人们对网络设各的速度要求己经越来越高，三层交换机 必将成为业界新的研发热点。同时， 用户对网络服务质量的要求也越来越高，交换机上的 网络管理系统变得日益重要。目前，各交换机厂家网络管理的一个重要发展趋势就是向管 理智能化方向发展，而实现 o s p f路由协议的动态配置是实现三层交换机管理智能化的基 础。所以，只有实现 o s p f路由协议的动态配置，才能充分发挥三层交换机的各项功能， 进而改善整个网络系统的实际性能。 本文以o s p f 路由协议动态配置技术的实现为重点，通过对t m s 系统结构和o s p f 路由 协议的分析，以o s p f协议包处理为核心，给出了 o s p f的实现框架，并指出了基于 o s p f 的静态配置存在的缺陷.进一步总结了 o s p f路由协议配置管理需要解决的问题，在此基 础上，建立和实现了 o s p f路由协议的动态配置模型，最后完成了三层交换机和动态配置 的一致性测试。 主要完成的工作有: i )分析研究了有关t m s的系统结构、嵌入式开发的编译调试、 o s p f 协议的相关r f c 文档和网络管理等方面的大量资料，为动态配置的需求分析和测试做了必要的准 各工作: 2 )以o s p f 协议包处理为核心，分析研究了o s p f 协议的工作原理和实现机制，确定 了与动态配置相关的协议事件和操作， 以及如何与配置管理模块相互通信等问题: 3 )分析了o s p f 协议的网络管理配置模块，确定了o s p f 协议配置技术必须从t m s 系 统的 i d b +引擎开始设计，并通过分析n v m + 引擎确定了m i b 的存储方法: 4 )建立和实现了o s p f 协议的动态配置模型， 该模型实现了多层过滤机制、 异步通信 处理机制、m i b接口 机制、有限状态机机制、协同互动机制和 m i b映射机制，完 成了配置系统的边界处理和m i b 变量的行状态处理，进一步实现了各类m i b 变量 的动态配置技术和动态配置对静态配置的兼容性处理技术。 关键i t : o s p f 路由协议，动态配二。m i b 变f，行状态 一一一一一一 第 【臾 围防科学技术人 学研究生学院学位论文 a b s t r a c t w i t h t h e v o l a t i l e i n c r e a s e o f n e t w o r k t r a f f i c , t h e t h i r d - l a y e r s w i t c h h a s b e c o m e t h e h o t s p o t o f d e v e l o p m e n t a n d r e s e a r c h i n i n d u s t r y b e c a u s e o f i t s l i n e - s p e e d f u n c t i o n , w h i l e p e o p l e l o n g f o r t h e h i g h e r s p e e d n e t w o r k d e v i c e s m e a n w h i l e , t h e n e t w o r k m a n a g e m e n t o f s w i t c h b e c o m e s m o r e a n d m o r e i m p o r t a n t b e c a u s e o f r e q u i r e m e n t o f t h e h i g h e r q u a l i t y i n s e r v i c e . f o r t h e m o m e n t , m a n y s w i t c h c o m p a n i e s t e n d t o t h e r e s e a r c h o f t h e n e t w o r k m a n a g e m e n t i n t e l l i g e n t i z e d , a n d t h e d y n a m i c c o n f i g u r a t i o n o f o s p f p r o t o c o l i s t h e b a s e o f t h e i m p l e m e n t i n g o f m a n a g e m e n t i n t e l l i g e n t i z e d . 、 a s l o n g a s w e i m p l e m e n t t h e d y n a m i c c o n f i g u r a t i o n o f o s p f p r o t o c o l , w e c a n e x e r t t o e x e c u t e a l l k i n d s o f f u n c t i o n s o f t h e t h i r d - l a y e r s w i t c h a n d t o i m p r o v e t h e a c t u a l p e r f o r m a n c e o f t h e n e t w o r k s y s t e m . i n t h i s p a p e r , w e m a i n l y r e s e a r c h i n t o h o w t o c o n f i g u r e o s p f r o u t i n g p r o t o c o l i n d y n a m i c w a y . a f t e r a n a l y z i n g t h e a r c h i t e c h t u r e o f t m s s y s t e m a n d o s p f r o u t i n g p r o t o c o l , w e g a i n t h e c r u c i a l s p a c e o f p r o c e s s i n g o s p f p r o t o c o l p a c k e t , a n d g i v e t h e f r a m e o f p r o c e s s i n g a n d i m p l e m e n t i n g , a n d p o i t o u t t h e s h o r t c o m i n g o f s t a t i c c o n f i g u r a t i o n b a s e d o n o s p f . m o r e o v e r , w e s u m m a r i z e a l l p r o b l e m s o f s o l v i n g t h e d a n a m i c c o n f i g u r a t i o n o f o s p f r o u t i n g p r o t o c o l . c o n s e q u e n t l y , w e p r i m a r i l y c r e s t a n d i m p l e m e n t t h e d y n a m i c - c o n f i g u r a t i o n m o d e l o f o s p f r o u t e r p r o t o c o l , a n d t e s t t h e c o n s i s t e n c y o f r o u t e r s w i t c h a n d d y n a m i c c o n f i g u r a t i o n . t h e m a i n w o r k w e c o m p l e t e d i s l i s t e d a s f o l l o w s : 1 ) w e a n a l y z e a n d r e s e a r c h i n t o t h e s y s t e m i c a r c h i t e c h t u r e o f t m s , c o m p i l e r a n d d e b u g g e r o f e m b e d d e d d e v e l o p m e n t , r f c d o c u m e n t s r e l a t e d t o o s p f r o u t i n g p r o t o c o l a n d n e t w o r k m a n a g e m e n t e t c . i t i s e s s e n t i a l p r e p a r e a t i o n f o r u s t o a n a l y z e d y n a m i c c o n f i g u r a t i o n a n d t o t e s t t h e m . 2 ) w e a n a l y z e a n d r e s e a r c h e h o w t h e o s p f r o u t i n g p r o t o c o l w o r k s a n d t h e m e c h a n i s m o f i m p l e m e n t i n g o s p f i n t h e c o r e o f t h e p r o c e s s o f o s p f p r o t o c o l . w e s t i l l c o n f i r m t h e p r o b l e m s o f t h e e v e n t a n d o p e r a t o r r e l a t e d t o t h e d y n a m i c c o n f i g u r a t i o n a n d h o w t o c o m m u n i c a t e w i t h t h e m o d e l o f c o n f i g u r a t i o n m a n a g e m e n t . 3 ) w e a n a l y z e t h e c o n f i g u r a t i o n m o d e l o f n e t w o r k m a n a g e m e n t o f o s p f r o u t i n g p r o t o c o l , f i n d t h a t t h e r e a l i z a t i o n o f d y n a m i c c o n f i g u r a t i o n o f t h e o s p f p r o t o c o l m u s t b e g i n w i t h t h e i d b + e n g i n e o f t m s s y s t e m a n d d e c i d e h o w t o s t o r e m i b b y a n a l y z i n g t h e n v m + e n g i n e . 4 ) w e m o d e l t h e d y n a m i c c o n f i g u r a t i o n f o r o s p f r o u t i n g p r o t o c o l , a n d i m p l e m e n t i t . t h e m o d e l d e s i g n s s o m e m e c h a n i s m s s u c h a s m u l t i - h i e r a r c h y f i l t e r , a s y n c h r o n o u s c o m m u n i c a t i o n , m i b i n t e r f a c e , c o o p e r a t i o n a n d a d j u s t m e n t , a n d m i b r e f l e c t i o n . w e c o m p l e t e t h e b o u n d a r y d i s p o s i t i o n o f d y n a m i c c o n f i g u r a t i o n a n d t h e r o w s t a t e d i s p o s i t i o n o f m i b v a r i a b l e . t h e t w o i m p o r t a n t p r o c e s s i n g t e c h n i q u e s a r e i n v o l v e d i n t h e m o d e l w h i c h a r e t h e d y n a m i c c o n f i g u r a t i o n o f a l l k i n d s o f m i b v a r i a b l e s , t h e c o m p a t i b i l i t y o f c o n f i g u r a t i o n b e t w e e n t h e d y n a m i c a n d t h e s t a t i c . k e y w o r d s : o s p f r o u t i n g p r o t o c o l 。d y n a m i c c o n f i g u r a t i o n , m 旧 v a r i a b l e , r o w s t a t e 独创性声明 本人声明 所呈交的学位论文 是我 本人在导师 指导卞进行的 研究工作及取得 的研究成果. 尽我所知， 除了 文中 特别加以 标注和致谢的地方外， 论文中 不包含 其他人已 经发表和撰写过的 研究成果， 也不 包含为获得国防 科学技术大学或其它 教育 机构的 学位或证书而 使用过的 材料. 与我一同 工作的同志对本研究 所做的 任 何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示谢意. 学位论文趣目 学位论文作者签名 学位论文版权使用授权书 本人完全了 解国防 科学技术大学有关保留、 使用学位论文的规定. 本人授权 国防 科学技术大学可以 保留 并向国家有关部门 或机构送交论文的复印 件和电 子 文 档， 允 许论文 被查阅 和借阅 ; 可以 将学 位论文的全部或部分内 容编入有关数 据 库 进 行 检索， 可以 采用影印 、 缩 却或扫 描等 复 制 手 段 保 存、汇 编学 位 论文。 ( 保密学 位论文在解密 后适 用本授权书. ) 学位论文题目: 基于o s p f 路由 协议的动态配里技术_ 学 位 论 文 作 者 签 名 :/ q 作者指导教师签名: u a 防科学技术人 学研究生学院学位论文 图 目 录 10131617192021盟22242629303l323536373956656566676768686969 图 2 一 1 图 2 一 2 图 2 一 3 图 2 - 4 图2 一 5 图 2 一 6 图 2 - 7 图2 - 8 图 2 - 9 图 2 - 1 0 图 3 - 1 图 3 一 2 图 3 - 3 图4 - 1 图4 - 2 图5 一 1 图 5 - 2 图5 - 3 图 5 - 4 图5 - 5 附图 1 . 邻 接 图 . . ， 一 ” ” 邻居状态机的总变迁图. 协议包的处理流程图. 协议包的产生流程图 . 甲 . d d 包接收处理图 . . . . . . 链接状态更新包的接收处理图二 协议包发送的各级模块调用关系 链路数据库管理模块处理流程图 链路数据库概要管理处理流程图 路由计算模块调用关系 . i d b + 引擎与外围模块连接图 r a m中的n v m 十 数据结构. 。. o s p f 协议与配置参数的实时响应图 . . . . . . . . . . . . . . . . . ， . 静态配置处理流程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o s p f 协议初始化处理流程 . ， 二 ， 二， 二， 二， ，. o s p f 动态配置支持系统层次模型 . . . . . . . . . . . . . . . . . 消息队列的生产与消费 . . . 。 . ， . . . . . . . . . ， . 动态配置支持系统状态机. . ， . . . . . . . . . . . r f c 1 8 5 0 模块的m i b 表处理机制 . . . . . . . . . . . . . . . . ， . 动态配置兼容静态配置处理流程 . . . . . . . . . . . . . . . 附图2 . . . . . . . . . . . ， . . . ， 附图3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 。 . . . . . . . . 附图4 . . . . . . . . . . ， . . . . . . . . . . . . . . . . ， . . . . 附图5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .， ， 附图6 . 卜 ， ， . . ， 、 ， . . . ， 卜 . ， . . 卜 附图 7 . . . . . . . . . . ，. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 附图8 . . . . . . . . ， . . . . . . . . . . . . ， . . . . . . . . . . . . . . . . . 附图 9 . ，. ， . . . ， ， . ， . . 第 i v i 1 国防科学技术大学研究生学院学位论文 81112156566666767686970 表 2 一 1 表 2 一 2 表 2 - 3 表 2 - 4 附表 1 . 附表 2 . 附表 3 . 附表 4 . 附表 5 . 附表6 . 附表 7 附表 8 ， 表 目 录 链路类型及链路标识 ， . . ， 二 . . ， . . 邻居状态机状态表. . . . . . . . . . . . . . . ， . . . . . . . . . . . . 邻居状态机事件 ， . . . . . . . . . . . . ， . . . . . . . . . . 接口状态机的状态变迁图 . ， . 。. . . . . . 卜 第 ，r i 一一-一一一一一一-一 iil pli + 4 * ik * l : l f)t 丝 1 it ix. -一 . _ 第一章引言 1 . 1 研究背景 计算机网络技术和应用的迅猛发展，推动了社会信息化程度的不断提高，而信息化需 求的提升又推动着新的网络技术的涌现。这些技术使得网络在可扩充性、灵活性、透明性 以及传输速率等方面都得到了很大提高。在众多的网络产品中.交换机对于构建高性能的 网络起着至关重要的作用。 几年前，交换机市场还是国外厂商一统天下，如今，国外厂商的市场份额逐步下降己 经成为不可阻挡的趋势，目 前进入网络领域的国内厂商已经超过了6 0 家。然而， 交换机 产品毕竟具有较高的技术含量，因此，在国内厂商咄咄逼人的攻势面前，以c i s c o , 3 c o m 为代表的国外厂商决不会轻易就范。他们一方面凭借强大的技术研发实力，固守高利润的 高端阵地。同时，他们也不甘心从中低端利润区淡出，相反更加积极地调整自己的产品和 市场战略，牢牢维护着己有的市场份额。c i s c o 公司、3 c o m公司在中小型企业交换机产品 领域也继续保持着明显的优势。然而在我国，华为、神州数码、实达、 t p - l i n k , 清华比 威、t c l 网络、全向等一大批民族品牌正在迅速崛起。在市场份额稳步提高的情况下，国 内 厂商正在加快高端交换机的研制， 伺机进军利润丰厚的高端市场。 对于国内 厂商来说， 高端市场是最终的出路。华为公司于去年底发布了自己的高端交换机产品。其中q u i d w a y s 8 0 1 6 企业核心路由交换机， 定位于i p 城域网骨干汇聚层和企业网络的大容童骨干交换网 络，在交换速率指数、业务支撑平台以及高可靠性特性支持上都达到了国际领先水平。在 其他国内厂商中， 清华比威从一开始就立足高端。去年它们就推出了b i t s t r e a m 3 0 2 4 到 b i t s t r e a m 8 5 0 0 系列交换机， 这些产品能在不同领域和行业满足各种类型和规模用户的组 网需求。神州数码网络也于4 月初发布了高端市场战略，同时推出了d c r s - 7 5 0 0 这一标志 性的产品， 它还计划陆续推出一系列三层交换机， 逐步完善高端交换机产品线!州 。 对于国内厂商来说，进军高端并非易事。用户多年来己 经习惯了采购国外知名厂商的 产品，决策者购买新品牌时所要承担的风险远远大于购买传统的国外品牌。因此，国内厂 商只能一个一个行业地慢慢突破.比如近期广受关注的教育和政府行业属于对价格比较敏 感的 行业. 他们通常比金融和电 信用户更愿意采购国内 品牌。 此外，宽带接入市场虽然有 所萎缩， 但它是本十厂商的优势领域。不少厂商都推出了为宽带接入定制的交换机产品。 业内人士认为，在未来的市场竞争中，产品的系列化将具有十分重要的意义，拥有低中高 全系 列 产品 的 厂商才能在 激烈的 市 场竟争中 有更大的 回 旋余地la . 现在， “ 第三层交换”这个词在业界己经比较流行了，在大中型网络中，已经有了很 多以千兆三层交换机为核心的网络。随着我国企业网、校园网以及宽带网的迅速发展，第 三层交换机成为新的市场增长点，它的应用也从最初网络中心的骨干层、汇聚层一直渗透 到网络边缘的接入层。 以 往普通交换机的一个重要功能是 v l a n ( v i r t u a l l a n ,虚拟局域网)的划分。 v l a n 的好处主要有三个方面:第一是端口的分隔，即便在同一个交换机上，处于不同 v l a n的 端口也是不能通信的，这样一个物理的交换机可以当作多个逻辑的交换机使用:第二是网 络的安全，不同v l a n 不能直接通信，杜绝了 广 播信息的不安全性: 第三是灵活的管理， 更改用户所属的网络不必换端口和连线，只修改软件配置就可以了。 v l a n可以按端口或 第 i g i 囚防科学技术人 学研究生学院学位论文 m a c 地址来划分。 有时，我们需要在交换机所构成的网络上保持v l a n 的配置的一致性。 这 就需要交换机之间按j?( v t p m a n t r u n k p r o t o c o l , v l a n 骨干协议)交流v l a n 信息。 v t p 协议只在骨干端口 ( t r u n k p o r t )即交换机之间的端口上运行。 与交换机关联的孪生设备是路由器.它也是网络间的连接设备。其重要工作之一是路 径选择， 这个功能是路由器智能的核心， 它是由管理员的配置和一系列的路由算法实现的。 路 由 算 法 有 动 静 之 分 ， 静 态 路 由 是 一 种 特 殊 的 路 由 ， 它 是 由 管 理 员 手 工 设 是 的 。 手 工 配 置 所有的路由 虽然可以使网络正常运转. 但是也会带来一些局限性. 网络拓扑发生变化之后， 静态路由 不会白 动改变，必须有网络管理员的介入。缺省路由是静态路由的一种，也是由 管理员设置的。在没有找到目标网络的路由表项时，路由器将信息发送到缺省路由器 ( g a t e w a y o f l a s t r e s o r t ) 。而动态路由， 顾名思义，是由 路由器自 动计算出的路由， 常说的r i p , o s p f 等等都是动态算法的典型代表。 另外还可以将动态路由算法分为d v 和 l s两种。 d v ( d i s t a n c e v e c t o r ) 算法将当 前路由器的路由 信息传送给相邻路由 器， 相邻 路由 器将这些信息加入自 身的路由表。而l s ( l i n k s t a t e ) 算法将链路状态信息传给域内 所有的路由器， 接收路由器利用这些信息构建网络拓扑图，并利用图论中的最短路径优先 算法决定路由。 相比之下， 距离向量算法比较简单， 而链路状态算法较为复杂， 占用的c p u 和内存也要多一些。但是由于链路状态算法采用的是自身的计算结果，所以比较不容易产 生路由循环。 r i p 是d v 类算法的典型代表， 而o s p f 是l s 的代表协议。 在路由器上运行的 四 种最常见路由 协议是r i p , i g r p , o s p f 和e i g r p . r i p ( r o u t i n g i n f o r m a t i o n p r o t o c o l s , 路由信息协议)是使用最广泛的距离向量协议，它是由施乐 ( x e r o x )在7 0 年代开发的。 当时，r i p 是x n s ( x e r o x n e t w o r k s e r v i c e ，施乐网络服务)协议簇的一部分. t c p / i p 版 本的r i p 是施乐协议的改进版。i g r p 是c i s c o 专有的协议，只在c i s c o 路由器中实现。它 也属于距离向量类协议， 所以在很多地方与r 工 p 有共同点，比如广播更新等等。 o s p f 协议 是8 0 年代后期开发的，9 0 年代初成为工业标准，是一种典型的链路状态协议.o s p f 的主 要特性包括: 支持v l s m ( 变一长 的子网掩码) 、 收敛迅速、 带宽占用率低等等。 e i g r p 是i g r p 的增强版， 它也是c i s c o 专有的路由 协议。e i g r p 采用了扩散更新 ( d u a l )算法，在某种 程度上， 它和距离向最算法相似， 但具有更短的 收敛时间和更好的可操作性。 作为 对i g r p 的扩展， e i g r p 支持多种路由 协议， 如i p , i p x 和a p p l e t a l k 等等。 运行在i p 环境时， e i g r p 还可以与i g r p 进行平滑的连接，因为它们的度量方法是一致的。 以上四种路由协议都是 域内路由协议，他们通常使用在自治系统的内部.当进行自治系统间的连接时，往往采用 诸如b g p ( b o r d e r g a t e w a y p r o t o c o l s ， 边界路由 协议) 和e g p ( e x t e r n a l g a t e w a y p r o t o c o l s . 外部路由协议)这样的域间路由协议。目前在 i n t e r n e t上使用的域间路由协议是b g p第 四版。 收敛是路由算法选择时所遇到的一个重要问题。收敛时间是指从网络的拓扑结构 发生变化到网络上所有的相关路由器都得知这一变化，并且相应地做出改变所需要的时 间 。 这 一 时 间 越 短 ， 网 络 变 化 对 全 网 的 扰 动 就 越 小 。 收 敛 时 间 过 长 会 导 致 路 由 循 环 的 山 现 。 在上述几种域内 路由 算法中， r i p 和i g r p 的收敛时间相对较长， 都是分钟数量级的: o s p f 要短一些，数十秒内可以收敛;e i g r p最短，网络拓扑发生变化之后，几秒钟即可达到收 敛状态。 传统的园区网络是路由器加交换机的结构.交换机负责网络内部的传输，划分 v l a n 以保证二层的安全性和灵活性，路由器则完成网间的寻址和数据转发工作。 通常，路由 器的性能比交换机要差一些.因为路由器是基于软件的查表转发，而交换机可以实现硬件 的直通式转发。但在传统的园区网络中，路由器并不会成为网络的瓶颈。因为 8 0 % 的数据 第 2 ii 工 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一m w i 4 4 竺 ji b (7 t eic it x一 一 一 一 一一 一 量 是 在 网 络内 部 的 通 信， 只 有2 0 9 6 的 数 据 是 做 远 程 访问 ， 也 就是 说， 大多 数 经 过 交 换 机 的 信 息并 不 经过 路由 器。 这就是 传 统网 络的8 0 / 2 0 流量 模型. 近 年来由 于i n t e r n e t / i n t r a n e t 计 算 模 式 的 兴 起， 应 用被 集中 管 理， 而不 是 像从 前 那样 分 散 在各 个部门 的 网 络中 ， 园 区 网 络 的 流 量 模 型 发 生了 很 大的 变 化。 大 量 的 网 络 访问 是 远 程 的， 也 就是 要 经 过 路由 器 的 。 这 被 称为 新 的2 0 / 8 0 流 量 模型. 因 此， 路由 器逐 渐 成为网 络的 瓶颈。 为 了 从 技 术 上解决 这个问 题， 网 络 厂 商开 发了 三 层交 换 机， 也叫 做路由 交 换 机。 它 是 传 统 交 换 机的 性 能 和 路由 器的 智 能 结合 的 产 物。 路由 选 择由 路由 模 块完 成，选 择 的 结 果 被 交 换 机 保留 在自 身 的 路由 缓存中 。 这样， 一 个 数 据 流中的 第 一个 数 据包 经过 软件 路由 表， 后 继的 所 有数 据 包直 接由 交 换机查 找 硬 件 路由 表 进行 转发。 得益于 硬 件转 发， 三 层 交 换 机 可以 做到 线 速路由。 许多 厂家生 产的 三 层交 换机本身即 是交 换机和路由 器的 结合 体， 如 c i s c 。 的5 0 0 0 , 5 5 0 0 , 6 5 0 。 系 列的 交 换 机可以 选配 路由 模 块， 实 现三 层 功能. 这 样， 园 区 网的 内 部就非 常 适 应 普 通 交换 机和 三 层 交换机的 快 速发 展， 全 交 换 的园 区 网 络 适 应 新的 流 量 模型， 彻 底克 服了 传 统网 络的 路由 器 瓶 颈， 极大 地提高了 网 络的 效 率。 同 时， 路由 器并没有失业，仍然被用在远程连接、拨号访问 等场合。 二 层 交换 机 的汗 发重 点足 f t 原 来 非 常成 熟的 三 层交 换 机的 基础 _ : 注 入路由 功 能， 国 内 外 三 层 交 换 机生 产和 研 发厂 商. 基 本 上 是 在二 层以 太网 交 换机的 基 础上， 以 硬 件实 现 三 层 i p 包的 转发。 即 在同 一台 设备上既实 现二层以 太网 交换又实 现三层i p 路由 功能， 并且i p 包的 转 发是 以 线 速实 现的。 这 样， 新 建 系 统对 原 有系 统的 改 进， 能 完 全避免 原有 系 统的 局 限 性， 更 好的 适 应用 户网 络 环境的 需 要. 新 建 系 统实 现v l a n之间 路由 的 同 时， 不 过于 增 加 构 建网 络的 成 本， 不降 低网 络的 性 能。 这 样， 路由 协议 的开 发无 疑是 二层 交换 机的 研发 工点。 o s p f第 版是 互联网 络工 程任务 组 ( i e t f )内 部网 关协议工作组专为 i p开 发的 ， 作为i n t e r n e t 通 信体中r i p 后继的 链 路 状态 层次 路由 算 法。 o s p f 特性包 括 最少 花费 路由 、 多 路 径和负 载 均衡。 o s p f 由i s - i s 协 议的 早期 版本发 展而来， 有两个主要 特征: 一是该协 议 是开 放的， 如r f c 1 2 4 7 . r f c 1 5 8 3 和r f c 2 3 2 8 就有o s p f 的不同 版本:二是o s p f 建立在 s p f 算法上，s p f 也叫d i j k s t r a 算法【 ， ， . 囚外不少著名公司已 经不114k 度t : 实现了o s p f 协议。 2 0 0 2 年初，美国w i n d r i v e r 公 司推出的t m s ( t o r n a d o f o r m a n a g e d s w i t c h e s ) 系统， 它为三层交换机的研发提供7 墓础 构 架， 路由 协议部 分己 经基本实现 o s p f协 议， 但协议的 配里部分只实现了 静 态配置。 整 个t m s 系统的其它部分也必须经过修改后，才能应用到三层交换机。 1 . 2 发展动态 我们的课题涉及问题的两个方面:( i )在分析整个 t m s ( t o r n a d o f o r m a n a g e d s w i t c h e s )系 统结构的基础上， 深入分析o s p f 路由 协议的实现和对o s p f 协议实施静态配 置的 缺陷;( 2 ) 在核个t m s 框架和o s p f 协议及其静态配置实现的基础上， 重点实现o s p f 协议的动态配置。下面就o s p f 协议介绍一下国内外的发展情况: 1 ) o s p f 协议研究 目 前， 选路 信 息协 议r i p 是 使 用 最 广 泛的内 部网 关 协 议 ( i g p ) 之 一 但是. r i p 协 议 本身存在难以克服的缺陷，它的收敛速度很慢，且只能在 1 5跳范围内收敛路由信息，难 以 适 合 大型 网 络的 路由 变 化. 特别 是， 当 网 络中 一 个 通告 路由 器出 现故障时， 选路 环 路问 题、 慢收敛问 题将明显暴露出来，专家 们采取了 触发更新技术、毒性反转技术、 抑制技术 和分割技术等一系列措施.虽然这些技术能够解决一些问题，但它们又带来了一些新的问 第 3 血 国防科学技术人学研究生学院学位论文 题 ( 如:j ” 播雪崩) ， 最终难以彻底解决r i p 协议本身的症结。因此在1 9 8 8 年，i e t f 成立 了i g p 上作小组着手开发其后继版本o s p f ，到 1 9 9 0 年，o s p f 成为因特网上通用的标准， 现在的路由供应商都支持它。 o s p f 是由 若干个研究机构通力合作才得以开发成功的， 它主要包括以下几个部分 . n . b o l t , b e r a n e k 和n e w m a n( 合称b b n ) 在1 9 7 8 年为a r p a n e t 开发的s p f 算法: . p e r i m a n 博士关于路由选择信息容错性广播的研究成果: . b b n 关于区域路由选择的工作: . o s i 的i s - i s 路由选择算法。 因 此. 为 有 效克 服r i p 路由 协 议的 缺陷， 我 们 选 择o s p f 协议 作为 开发 三 层交 换 机路 由 功能的核心模块。 o s p f 路由 协议是动态路由 协议，在自 治系统内部， 它能很快地检测到 整个网络拓扑图的变化， 包括路由器的增删以及路由 器接口故障等，通过路由收敛，它能 重新计算出新的无环路由，而且它的收敛时间不长 ， 只需很少的路由费用.o s p f还提供负 载的均衡能力， 支持各种鉴别机制， 等等。 当网络规模变大时， o s p f 的优点更加突出. 1 9 9 4 年3 月， o s p f v 2 的协议标准r f c i j3 8 3 出现后， o s p f 协议无疑是国内外专家开发和研究的 焦点。 1 9 9 8 年4 月， o s p f 的协议标准，己发展到r f c 2 3 2 8 ， 但协议本身的改进很小，国 内众多厂商研发的目 标， 都是对协议实现的稳定性、可靠性、易用性、以及安全性等方面 做些改进或扩充。当然，随着 i p v 6的发展， o s p f v 3的协议标准 r f c 2 7 4 0已经发布，原 o s p f v 2 版本的核心:洪泛、d r 选举、 域的划分和s p f 算法基本没有变化， 其它部分则做 7 较大改动. 美国w i n d r i v e r 公司推出的t m s ( t o r n a d o f o r m a n a g e d s w i t c h e s ) 为三层交 换机的开发提供了的嵌入式软件解决方案的基础构架， 其中的o s p f 协议， 是按照r f c 1 5 8 3 实 现 的 。 2 ) o s p f 协议的网络管理及管理智能化研究 随着网络流量的爆炸性增长 ， 网络规模日 益膨胀， 以及对网络服务质量的要求越来越 高，路由器上的网络管理系统变得日益重要。在保证质量的情况下最大限度地利用带宽、 及早 发 现并 诊 断 设 备 故障， 迅速 方 便 地 根 据需 要改 变 配置， 这些网 络管理 功能 都日 益 成为 直接影响网络用户和网络运营商利益的重要因素。在网络协议七层模型中，网络管理属于 高层应用，目 前各厂家网 络管理的一个重要发展趋势是向 智能化方向 发展。 所谓智能化又 体现在两个方面，一是网络设备 ( 如路由器) 之间信息交互的智能化;二是网络设备与网 络管理者之间信息交互的智能化7 . x . 4 三层交换机之间信息交互的智能化发展，其路由协议部分主要体现在 o s p f协议及其 配置系 统的不断完善上。 r f c 1 8 5 0 定义7一百多 个m i b ( m a n a g e m e n t i n f o r m a t i o n b a s e ) ， 其中就包含有 “ 基于策略管理”和 “ 流量工程管理”的m i b 变量。通过这些m i b 变量，三 层交换机之间可以实现信息交互的智能化。 但是， 三层交换机与网络管理者之间要实现智能化交互，其实就是要实现网管的智能 化，网管是指网络管理员通过网络管理程序对网络上的资源进行集中化管理的操作，包括 配置管理、 性能和记账管理、问题管理、 操作管理和变化管理等。一台设备所支持的管理 程度反映了该设备的可管理性及可操作性。 各三层交换机厂商， 在网络管理方面做了 大量工作，在新推出的产品中都标榜自 己 的 网络管理系统具有或部分具有 “ 基于策略管理” 和 “ 流量下程管理” 两个方面的功能 队 美国w i n d r i v e r 公司按照r f c 1 5 8 3 实现的o s p f 协 议， 其实现不够完善， 有部分功能 第 4 9 1 nu l i 科学技术人 学研究生学院学位论义 没有实现，特别是网络管理模块只实现了静态配置，而不支持用户对 o s p f的动态配置， 当时，由于c p i; 的处理速度和网络的传输速度比较有限，特别是网络规模较小，这样就没 有实现 o s p f的动态配置的必要。但是，目 前随着 c p u的处理速度和网络的传输速度大幅 度提高.以及网络规模的爆炸增一长，静态配置给用户的使用带来了诸多不便，三层交换机 的多次重启，增加了所在拓扑网络的负荷和不稳定因素，浪费了宝贵的网路资源。当然更 谈不上智能化的网络管理 ( 本文第四章详细分析了基于 o s p f的静态配置模型的特点和缺 陷) 。而且o s p f 路由协议的动态配置是实现三层交换机管理智能化的基础。所以.本文的 重点是实现o s p f 路由协议的动态配置，从而解决上述问题。 夸 1 . 3 本文的工作 本文以o s p f 路由协议动态配置技术的实现为重点， 通过对t m s 系统结构和o s p f 路由 协议的分析，以o s p f协议包处理为核心，给出了o s p f的实现框架，并指出了基于 o s p f 的静态配置存在的缺陷，进一步总结了 o s p f路由协议配置管理需要解决的问题，在此基 础上，建立和实现了o s p f路由 协议的 动态配置 模型，最后完成了 三层交换机和动态配置 的一致性测试。主要完成的具体工作有: 1 ) 分析研究了有关 t m s的系统结构、嵌入式开发的编译调试、o s p f协议的相关 r f c 文档和网络管理等方面的大量资料，为动态配置的需求分析和测试做必要的准备 工作: 2 )以o s p f 协议包处理为核心，分析研究了o s p f 协议的工作原理和实现机制，确定 了与动态配置相关的协议事件和操作，以 及如何与配置管理模块相互通信等问题: 3 )分析了o s p f协议的网络管理配置模块，确定了o s p f协议配置处理技术的起点必 须从t m s系统的 i d b +引擎开始设计，并通过分析n v m + 引擎确定了m i b 的存储方 法; 4 )建立和实现了o s p f 协议的动态配置模型，该模型实现了多层过滤机制、异步通信 处理机制、 m i b 接口 机制、 有限状态机机制、 协同互动机制和