（计算机软件与理论专业论文）基于ipv6的ospf技术及实现.pdf

四川大学硕士学位论文铲 7 7 9 0 8 0 基于i p v 6 的o s p f 技术及实现 计算机软件与理论专、 研究生杨岚兰指导教师唐宁九 在过去十年旱，i n t e r n e t 取得了巨大的成功并逐渐深入到人们生活的各个 领域。然而随着i n t e r n e t 规模的迅速扩大，当前的jn t e r n e t 协议同渐暴露出 本身固有的缺陷。i p v 6 是“冈特网协议第六版”的缩写，是由i e t f ( 1 n l ”n e t 工程任务绁) 设计的下。代网特网协议，f f l 的是取代前的因特网协议第p q 版 ( i p v 4 ) 。它能较好的解决二前i p 协议面临的问题，并且更加灵活和高效。 o s p i ? ( 丌放最短路径优先) 协议属于内部网关协议，运行在个自主系统 内部。o s p f 是一种基于链路状态算法的路由选择协议，它可以解决r ip ( 路由 信息协议) 的些局限性，例如：较小的路由范吲，较长的路由收敛时间和不 能反映俐络特征的度量。而且，o s p f 能处理更大的路由表来支持更多的路径。 i e t f 存r f c l 2 4 7 中发表了o s p f 协议的第i 版。在多次修改后，在1 f c 2 3 2 8 中 发表了目前使用的o s p f 协议版本2 。然而，随着i p v 4 向i p v 6 的过渡，需要对 基于ip v 4 的o s p f 协议版本2 作出相应的修改以以支持i p v 6f 的路由选择信息 的交换。基fi p v 6 的o s p f 协议版木3 在r f c 2 7 4 0 中发表。现在o s p f v 3 相关的 草案仍然n 小断的完善中。 本文对堆丁1 p v 6 的o s p f 技术和实现做了详细的论述。首先，文章介绍了 o s p f 协议中主要的基本概念，包括o s p f 中定义的区域类型、路由器类型及网 络类型。然后，本文简要分析了i p v 6 下的路由选择过程，o s p f v 3 与o s p f v 2 的 差别，并重点阐述ro s p f v 3 协议规范，包括0 s 盯v ： 数据结构，报文格式。其 次，在对i p v 6 下o s p f v 3 相关的协议技术的深入理解后，详细沦述了在l i n u x 甲台l 基于i p v 4 i p v 6 双协议栈的o s p f v 3 系统实现的机制，同时对系统使用到 的核心数据结构、火键处理流程等都进行了详细的说明。并且文中采用了逻辑 结构图来说明r 各个数据结构i 日j 的相匾关系。最后，本文阐述r 系统核心的处 理流程与算法，给出了详细的处理步骤说明和流程图。并且提出了一种可以减 i 四川人学硕十学化论文 少】s d b 所占窄删和计算最短路径的计算量新泛洪算法和在o s p f 协议中支持多 地址族的机制。 关键词：丌放最短路径优先路山协议o s p f v 3 士 四川大学硕士学位论文 t h et e c h n o l o g ya n di m p l e m e n t a t i o no fo s p fp r o t o c o l b a s e do ni p v 6 c o m p u t e rs o f t w a r ea n dt h e o r y p o s t g r a d u a t ey a n gl a n l a n d i r e c t o rt a n gn i n g j i u i nt h el a s tt e ny e a r s ，i n t e r n e th a sg a i n e dt r e m e n d o u ss u c c e s sa n da f f e c t e d p e o p l e sl i f ed e e p l y h o w e v e r , w i t hg r e a ts c a l i n g ，t h ec u r r e n ti n t e r n e tp r o t o c o lh a s r e v e a l e dm a n yi n h e r e n tf l a w s i p v 6i st h ea b b r e v i a t i o no f “i n t e r n e tp r o t o c o lv e r s i o n 6 ( i p v 6 ) ”i ti st h en e x tg e n e r a t i o no fi n t e r a c tp r o t o c o ld e s i g n e db yi e t f ( n t e m e t e n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) ，a n dd e s i g n e dt or e p l a c e “i n t e r n e tp r o t o c o l v e r s i o n 4 ( i p v 4 ) ”i tc a r ls o l v et h ep r o b l e m sf a c e db yt h ec u r r e n ti pw i t hm o r ef l e x i b i l i t y a n de f f i c i e n c y o s p f ( o p e ns h o r t e s tp a t hf i r s t ) i sc l a s s i f i e da sa l li g p , w h i c h a r eu s e dw i t h i n a u t o n o m o u ss y s t e m s ，o s p fi sar o u t i n gp r o t o c o lb a s e do nl i n ks t a t ea l g o r i t h m i t w a sd e s i g n e dt oo v e r c o m es o m eo ft h el i m i t a t i o n si n t r o d u c e db yr i p , s u c ha st h e s m a l ld i a m e t e r , l o n gc o n v e r g e n c et i m e ，a n dam e t r i ct h a td o e sn o tr e f l e c tt h e c h a r a c t e r i s t i c so ft h en e t w o r k i na d d i t i o n ，o s p fh a n d l e sam u c hl a r g e rr o u t i n g t a b l e t oa c c o m m o d a t el a r g en u m b e ro fr o u t e s o s p fw a sf i r s t l yi s s u e di nr f c l 2 4 7b y i e t f a f t e rb e i n gm o d i f i e dr e p e a t e d l y , t h ev e r s i o n2o s p fi sp u b l i s h e di nr f c 2 3 2 8 h o w e v e r ，a l o n gw i t ht h et r a n s i t i o nf r o mi p v 4t oi p v 6 ，s o m ec h a n g e so fo s p f v 2 h a v eb e e nn e c e s s a r yf o rs u p p o s i n gt h ee x c h a n g eo fr o u t i n gi n f o r m a t i o nb a s e do i l i p v 6 t h ev e r s i o n30 s p fb a s e do ni p v 6i sp u b l i s h e di nr f c 2 7 4 0 a n ds o m ed r a f t o fo s p f v 3h a sb e e nw o r k i n gi np r o g r e s s t h i sp a p e rh a sd e t a i l e d l yd i s c u s s e dt h et e c h n o l o g ya n di m p l e m e n t a t i o no f o s p f v 3 a tf i r s t ，t h e s i sg i v ea ni n t r o d u c t i o no f t h eb a s i cc o n c e p to f o s p fp r o t o c o l ， i n c l u d i n gt h ed e f i n i t i o no fa r e at y p e s ，r o u t e rt y p e s ，n e t w o r kt y p e s t h e ni tb r i e f l y a n a l y s e st h ep r o c e d u r eo fr o u t i n gb a s e do n i p v 6a n dt h ed i f f e r e n c e sb e t w e e n o s p f v 3a n do s p f v 2 ，a n dd e t a i l e d l yi n t r o d u c e st h es p e c i f i c a t i o no fo s p f v 3 p r o t o c o l ，i n c l u d i n gd a t as t r u c t u r ea n do s p fp a c k a g ef o r m a t a tl a s t ，w eg i v eo u tt h e 四川火学硕士学位论文 k e yd e t a i l so fi m p l e m e n t a t i o n ，a n da tt h e s a l r l et i m ed i s c u s ss o m ec r u c i a ld a t a s t r u c t u r e ，p r o c e s sf l o w i n g ，e t c w h i l e t h el i n ks t a t e u p d a t e p a c k e t so fa s ( a u t o n o m ys y s t e m ) e x t e r n a lr o u t i n ga r e ab r o a d c a s tt oi n t e r n a lr o u t e r s ，t h e yu s e m u c hr o u t e rm e m o r ya n dd a t al i n kb a n d w i d t h w ep r e s e n tab e t t e rf l o o d i n g a l g o r i t h m ，w h i c hc a nr e d u c et h em e m o r ya n dd a t al i n kb a n d w i d t hn e e d e d ，a n d d e s c r i b eam e c h a n i s mf o rs u p p o r t i n gm u l t i p l ea d d r e s sf a n i i l i e si no s p f v 3 k e yw o r d s ：0 s p f r o u t i n gp r o t o c 0 1 o s p f v 3 “ 四川大学硕士学位论文 l 绪论 1 1o s p f 协议概述 路由协议是i p 网络的核心技术，它涉及到路由器，网络协议和路由协议栈 软件等多方面的技术内容。 现在网络上大量使用的动态路由协议有r i p ( r o u t e ri n f o r m a t i 0 1 3 p r o t o c 0 1 ，路由信息协议) ，o s p f ( o p e ns h o t t e s tp a t hf i r s t ，开放最短路径 优先) 等内部网关协议和b g p ( b o r d e rg a t e w a yp r o t o c o l ，边界网关协议) 等外 部网关协议，它们主要基于i p v 4 协议栈。 经过多年的研究与开发，基于i p v 4 的路由协议栈已经成熟，并形成了相应 的协议族，如r i p v l ，r l p v 2 ，o s p f v l ，o s p f v 2 及b g p v 4 等都已大量应用于全球 的路由器中，成为网络沟通的“灵魂”。i p v 6 的出现导致相关路由协议的迁移 与升级。最新的路由协议如r i p n g ，o s p f v 3 ，b g p 4 + + 等都能很好地支持i p v 6 协 议。 i e t f ( i n t e r n e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) 于i 9 8 8 年提出的o s p f 协议是一 种基于链路状态的动态路由协议，协议的基本思路如下：在自治系统中每台 运行o s p f 的路由器收集各自的接口邻接信息称为链路状态，通过f l o o d i n g ( 泛 洪) 算法在整个系统广播自己的链路状态信息，使得在整个系统内部维护一个 同步的链路状态数据库，根据链路状态数据库，路由器计算出以自己为根，其 它网络节点为叶的最短的路径树，从而计算出自己到达系统内部各部分的最佳 路由。o s p f 属于i g p ( i n t e r i o rg a t e w a yp r o t o c o l ，内部网关协议) ，它处理在 一个a s ( a u t o n o m o u ss y s t e m ，自治系统) 内路由器的网络的路由表信息。 1 20 s p f 的发展和演进 o s p f 是一种链路状态路由选择协议。这类协议也被称为最短路径优先协议 或分布式数据库协议。第一个链路状态路由选择协议在a r p a 网的报文分组交换 网络中使用和发展。这个协议形成了所有其它链路状态协议的起始点。均匀的 a r p a 网的环境简化了这个最初协议的设计和实现。a r p a 网最初使用一种距离矢 量路由选择协议，后来进化成了现在仍在使用的r i p 。随着网络规模的增长， r i p 具有严重的局限性和问题。这就引起了对一种新协议的需要，这种新协议 四川人学硕士学位论文 能在+ 个a s 内运行并嗣具有把网络规模扩大成由许多路由器和网络链路组成 的大型网络的能力。 j o h nt m o y 和o s p f 工作组在1 9 8 9 年1 0 月以r f c l l 3 1 公布的o s p f 版本l 填补了这项空白。o s p f 使用著名的d ij k s t r a 算法。这个算法并不是新近发现 的，也不是为了满足网络发展的需要而特意创建的。事实上，这个数学公式是 在提出o s p f 的3 0 年前创建的。e d s g e rw d i j k s t r a 对计算机界最突出的贡献 就是他的最短路径算法。今天，他的算法被应用在公路建设，通讯的路由选择 和航空公司中。使其成为著名的d i j k s t r a 算法的应用是用它来发现两点间的最 短路径。 o s p f 是一个开放的标准，允许与它的设计和功能相关的所有资料公开发 表。这些信息在一系列r f c 中公布。o s p f 协议的发展经过了几个r f c 。最初的 o s p f 舰范体现在r f c l l 3 l 中。这个第1 版( o s p f 版本1 ) 很快被进行了重大改进 的版本所代替这个版本体现在r f c l 2 4 7 文档中。r f c 2 3 2 8 描述了基于i p v 4 的 o s p f 协议版本2 ，也就是目前仍然使用版本。r f c 2 7 4 0 ( 即o s p f 协议版本3 ) 修改r 基于i p v 4 的o s p f 以支持i p v 6 下的路由选择信息的交换。目前，o s p f v 3 相关的草案仍然在不断的完善中。 1 3 本课题的目标和内容 本课题在掌握i p v 6 下o s p f v 3 相关的协议技术的基础上，在l i n u x 平台上 对基于i p v 4 i p v 6 双协议栈的o s p f v 3 协议做了具体的实现，并且在实现中提出 了一种可以减少l s d b 所占空间和计算最短路径的计算量新的泛洪算法，和在 o s p f 协议中支持多地址族的机制。 第二章介绍了o s p f 协议中主要的基本概念包括o s p f 韵区域类型和外部 路径，o s p f 中定义的路由器类型及网络类型。 第三章重点介绍了o s p f v 3 协议规范和报文格式，并简要分析了i p v 6 下的 路由选择过程，o s p f v 3 与o s p f v 2 的差别。 第四章提出o s p f v 3 协议的系统设计，阐述了系统核心的处理流程与算法， 并给出了详细的处理步骤说明和流程图。 第五章提出了对o s p f v 3 协议改进。包括一种新的泛洪算法和支持多地址族 四川大学硕士学位论文 的机制。 第六章介绍了o s p f v 3 系统测试，包括测试环境测试案例及测试结果。 第七章对全文内容进行总结。 四j i i 大学硕士学位论文 2o s p f 协议基本概念 2 1 区域和外部路径 在一个a s ( 自主系统) 内，路由器能被组合起来形成区域。每个区域被分 配。个唯一的区域i d ，通常是一个以点分十进制表示的3 2 位的整数。个具 有区域泛洪域的l s a ( 链路状态通告) 不会被泛洪到区域外，它们合起来就形 成了区域数据结构，也被称为区域l s d b ( 链路状态数据库) 。路由器l s a 和网 络l s a 就属于这类l s a 。一个区域内的每台路由器计算同一个区域的所有路径 的s p f ( 最短路径优先) 树，这些路径被叫做区域内路径。所有的接口都属于 同一个区域的路由器被称为内部路由器。为了发现通向区域外路径的通道，以 a b r ( 区域边界路由器) 的形式提供了一个出口。通过让a b r 至少在骨干区域上 和本地区域上都有一个接口，实现让每个区域都必须连接到一个被称为骨干区 域的公共区域上。a b r 通告本地区域到骨干区域的所有路径，也通告骨干区域 到本地区域的所有路径。 a s 内的路径选择发生在两个层面上。如果一个报文的源和目的i p 地址属 于同个区域，那么仅仅根据从这个区域的l s i ) b 获得的信息转发这个报文。这 被称为区域内路由。如果目的地址是在区域外，将沿着通向本地区域的a b r 的 路径转发这个报文。a b r 知道所有的目的地址并且或者跨过骨干区域将报文转 发到目的地的a b r 或者将报文转发到骨干区域。这被称为区域问路由。 21 1 骨干区域 骨干区域是使用区域i d0 0 0 0 ( 区域0 ) 的一个特殊区域。骨干区域包含 了这个a s 的所有的a b r 。如果这个a s 被分割为区域，骨干区域就是所有非骨 r 区域的所有出口通道的集合。骨干区域必须是邻接的：在同个区域内的每 台路由器至少有一条直接链路通向同区域的另一台路由器，并且这条链路属于 这个区域。然而由于虚链路的引入，骨干区域并不是必须物理上邻接的，可以 使用传送区域来建立一个属于这个骨干区域的隧道( 虚链路) 。 2 1 2 非骨干区域 非骨干区域具有一个除了0 0 0 0 外的唯一的区域i d 。它们必须是物理上 四j 1 1 人学硕十学位论文 邻接的。通过使用一条物理链路或一条虚链路，每个非骨干区域必须有一个连 接到骨干区域的a b r 。一个a b r 通告非骨干区域到骨干区域的所有路径，也通 告骨_ f 区域到非骨干区域的所有路径。通常，这台a b r 使用区域间前缀l s a 来 通告路径。 2 1 - 3 虚链路 虚链路是一条通过非骨干区域传送骨干区域通信量的逻辑链路。通过使用 一个被称为传送区域的公共非骨干区域，可以在两台a b r 之间配置一条虚链路。 o s p f 把虚链路看作一条点到点链路。 2 ，1 4 外部路径 路由器可以从多种来源( 例如，路由信息协议，静态表项，边界网关协议 等) 了解路径。来自于一个非o s p f 源的每条路径被认为是一条o s p f 外部路径， 并且能被引入到o s p f 中。为了将外部路径引入到o s p f ，台路由器必须至少 有个接口被配置成o s p f ，并且至少知道一个非o s p f 网络。这台路由器旋称 为a s b r ( 自主系统边界路由器) 。通过为每条外部路径使用一条a s 外部l s a ， 外部路径被引入。a s b r 能将多个外部路径汇总成一条a s 外部l s a 。 a s 外部l s a 必须在整个a s 内泛洪。一个a s 内的任意路由器将通往外部网 络的报文转发到a s b r 或者转发到由a s b r 指定的一个可选转发地址。因此，在 区域l s d b 中必然存在通往a s b r 的表项，否则转发地址必然是在本地路由表内。 如果a s b r 不在本地区域内，那么a b r 使用区域间路由器l s a 来向本地区域通告 a s b r 的存在。 外部路径的度量与o s p f 的度量是不一致的。a s b r 使用两种类型的度量之 一，类型i 的外部路径( e 1 ) 和类型2 的外部路径( e 2 ) 来通告外部路径。离 a s b r 距离稍近的外部路径按照e 1 路径类型处理。a s 内的路由器会把到达a s b r 或通告的转发地址的o s p f 代价增加到e l 路径的度量中。离a s b r 比较远的外部 路径按照e 2 路径类型处理。因而，e 2 路径的度量中只包括比a s 内任何路径代 价都更大的a s 外部度量。 如果一条路径既被通告为o s p f 外部路径又被通告为内部路径，那么总是将 四川大学硕士学位论文 这条路径视为o s p f 内部路径而1 i 视为外部路径。当多个a s b r 连接到同一个外 部网络时就会发生这种情况：一个a s b r 向外部路由协议通告条o s p f 路径， 并且另一个a s b r 向o s p f 区域引入这条路径。 21 5 末梢区域 简单说，末梢区域就是一个不通告a s 外部l s a 的区域。正常情况下a s 外 部l s a 会在整个a s 泛洪，这样就会导致一个由许多外部通告构成的大型l s d b 。 为了降低l s d b 大小，一个a b r 可以阻止a s 外部l s a 进入本地末梢区域。由于 a b r 使这个末梢区域不知道外部路径，因此它必须以默认路径的形式通告一条 替代路径来弥补。a b r 使用区域间前缀l s a ，通告前缀长度为0 的前缀 0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 表示默认路径。 由于在末梢区域内没有外部路径，所以a b r 就不需要在末梢区域里通告 a s b r 的存在。因此，a b r 在末梢区域里也不会生成区域问路e h - , 器l s a 。通过关 闭外部能力可选项，末梢区域内的所有路由器都必须被配置成在一个末梢区域 内。外部能力可逸项对建立邻接关系是很关键的，因为一个区域内的所有路由 器都必须对外部能力可选项有相同设置 由于a b r 在末梢区域内通告默认路径，所以a b r 也能选择停止通告到其它 区域的路径。这是很有用的，如果末梢区域内部路由器不是必须知道到其它区 域的所有路径的详细资料。它们只要有默认路径就足够了。这样一个区域有时 候被称为完全末梢区域。 2 1 6 非纯末梢区域 有时候末梢区域需要连接到具有非o s p f 路径的路由器。但是实现者并不想 把这个末梢区域转变为一个允许引入这些外部路径的标准区域。因为在末梢区 域内不允许a s 外部l s a ，o s p f 设计者提出了一种新类型的l s a 称为类型7 的 l s a 。类型7 的l s a 和a s 外部l s a 很类似，但是它们能存在于个末梢区域内。 类型7 的l s a 存在的末梢区域被称为n s s a ( n o t s o s t u b b ya r e a s ，非纯末梢 区域) 。类型7 的l s a 只在n s s a 内部泛洪。 一个n s s a 的a s b r 为每条外部路径发出一条类型7 的l s a 。这个n s s a 的a b r 四j 1 1 人学硕士学位论文 能够把类型7 的l b a 转换成a s 外部l 。s a ， 这些a b r 的行为仍然像末梢区域中的a b r 型7 的l s a 来通告。条默认路径。 并在a s 的其它区域通告它们。而且， 一样，并且在这种情况下使用一条类 通过打开n s b a 能力可选项，n s s a 内的所有路由器必须被配置成在一个n s s a 内。为了建立邻接关系，所有路由器都必须设置这个可选项。而且，在n s s a 内的所有路由器上，外部能力可选项仍然必须关闭。n s s a 有和末梢区域一样的 限制条件。而且，它不能是一个完全末梢区域。 2 2 路由器的类型 路由器也可以被分成和区域相关的几个类型。所有的o s p f 路由器都是下面 四种路由器类型中的一个，如图2l 所示。 骨干路由器 图2 - 1 所有的o s p f 路由器都可以被归类到下面四种踌由器类型之一( 内部路由器，骨干 路由器，区域边界路由器或自主系统边界路由器) 。注意，前面3 种路由器类型的任何一 种也都可以成为一个自主系统边界路由器。 内部路由器( i n t e r n a lr o u t e r ) ： 所有接口都属于同一个区域的路由器。 区域边界路由器( a r e ab o r d e rr o u t e r ，a b r ) ： 一 四川i 大学硕十学位论文 连接一个或者多个区域到骨干区域的路由器，并且这些路由器会作为域间 通信量的路由网关。因此，a b r 路由器总是至少有一个接口是属于骨：f 区域的， 而且必须为每一个与之相连的区域维护不同的l s d b 。a b r 路由器将会汇总与它 相连的区域的拓扑信息给骨干区域，然后又将这些汇总信息传送给其它的区域。 骨干路由器( b a c k b o n er o u t e r ) ： 至少有一个接口是和骨干区域相连的路由器。这个定义意味着a b r 路由器 都是骨干路由器，但是，如图2 - 1 所示，并不是所有的骨干路由器都是a b r 路 由器。如果一个内部路由器的所有接l 都属于骨干区域，那么这个内部路由器 也是一个骨干路由器。 a s 边界路由器( a u t o n o m o u ss y s t e mb o u n d a r yr o u t e r ，a s b r ) ： 可以认为是o s p f 域外部的通信量进入o s p f 域的网关路由器，也就是说， a s b r 路由器是用来把从其它路由选择协议( 例如，图2 - 1 显示的b o p 协议和 e i g r p 协议进程) 学习到的路由通过路由重分配的方式引入到o s p f 域的路由器。 一个a s b r 路由器可以足位于o s p f 域的自主系统内部的任何路由器，它可以是 一台内部路由器骨干路由器或者a b r 路由器。 2 3o s p f 网络类型 o s p f 协议定义了以下5 种网络的类型： 点到点网络( p o i n t t o p o i n t ) ； 广播型网络( b r o a d c a s t ) ； 非广播多路访问网络( n b m a ) ； 点到多点网络( p o i n tt o m u l t i p o i n t ) ； 虚链路( v i r t u a ll i n k ) 。 点到点网络( p o i n t t o p o i n t ) ( 1 ) 点到点网络 连接单独一对路由器。在点到点网络上的有效邻居总是可以形成邻接关系。 在这些网络上的o s p f 报文的目的地址也总是保留的组播地址a 1 1 s p f r o u t e r s 。 ( 2 ) 广播型网络( b r o a d c a s t ) 广播型网络，像以太网，令牌环网和f d d i ，也可以更确切的定义为广播型 一4 一 四j i l 大学硕士学位论文 多路访问网络，以便区别于n b m a 网络。广播型网络是多路访问的网络的，因而 它们可以连接多于两台的设备。而且由于它们是广播型的，因而连接在这种网 络上的所有设备都可以接收到个别传送的报文。在广播型网络上的路由器会选 举一个d r ( 指定路由器) 和b d r ( 备份指定路由器) 。h e i l o 报文像所有始发于 d r 和b d r 的o s p f 报文一样，是以组播方式发送到a 1 1 s p f r o u t e r s 的。其它所 有的路由器都将以组播方式发送l s u ( 链路状态更新) 报文和l a k ( 链路状态确 认) 报文到保留的组播地址a 1 l d r o u t e r s 。 ( 3 ) 非广播多路访问网络( n b m a ) n b m a 网络可以连接两台以上的路由器，但是它们没有广播能力。在n b m a 网络上，一台路由器发送的报文将不能被其它与之相连的路由器收到。结果， 在这些网络上的路由器有必要增加另外的配置来获得它们的邻居。在n b m a 网络 上的o s p f 路由器需要选举d r 和b d r ，并且所有的o s p f 报文都是单播的。 ( 4 ) 点到多点网络( p o i n tt o m u l t i p o i n t ) 点到多点网络是n b m a 网络的一个特殊配置，可以被看作是群点到点链路 的集合。在这些网络上的o s p f 路由器不需要选举d r 和b d r ，因为这些网络可 以被看作点到点链路，而且o s p f 报文是组播的。 ( 5 ) 虚链路( v i r t u a ll i n k s ) 虚链路是指一条通过一个非骨干区域连接到骨干区域的链路，可以被路由 器认为是无编号地址的点到点网络的一种特殊配置。在虚链路上o s p f 报文是以 单播方式发送的。 虚链路主要用于两种目的： 通过一个非骨干区域连接一个区域到骨干区域； 通过一个非骨干区域连接一个分段的骨干区域两边的部分区域。 ( 6 ) 传送网络( t r a n s itn e t w o r k ) 和末梢网络( s t u bn e t w o r k ) 除了以上那5 种网络类型外，应该注意的是，所有的网络也都可以归纳到 下而两种更普遍的网络类型之一。 传送网络( t r a n s i tn e t w o r k ) ：和两台或两台以上的路由器相连。这 种网络仅仅传送那些“只需仅仅通过”的数据包，也就是它们的始发 网络和目的网络都不是当前的传送网络的数据包。 四川大学硕士学债论文 末梢网络( s t u bn e t w o r k ) ：仅仅和一台路由器相连。这种网络上的数 据包总是有一个源地址或者目的地址属于这个末梢网络。也就是说， 末梢网络上的所有数据包要么始发于这个末梢网络上的某个设备，要 么终止于这个末梢网络上的某个设备。 2 4 接口状态机( s m ) 一个启用o s p f 协议的接口在它变成完全有效之前，将会在几种接口状态中 问发生转换。这些接口状态是失效，点到点，等待，d r ，备份，d r o t h e r 和l o o p b a c k 等。 失效( d o w n ) ：这是接口的初始化状态。在这个状态下，接口不可用， 只是将所有接口的参数设置成它们各自的最初始数值。 点到点：仅仅适用于和点到点，点到多点和虚链路相连的网络接口。 在这个状态下，接口开始每隔h e l t o i n t e r v a l 的时间发送一次h e l l o 报文，并尝试和另一端的邻居路由器建立邻接关系。 等待( w a i t i n g ) ：仅仅适用于和广播犁，n b n a 等链路类型相连的接i 。 在这个状态下，接口将开始发送和接收h e l l o 报文，并设置等待计时 器的值。并试图识别链路上的d r 和b d r 。 指定路由器( d r ) ：在这个状态下，该路由器是所连链路的d r ，并将和 所在多路访问链路上的其他路由器建立邻接关系。 备份( b a c k u p ) ：在这个状态下，该路由器是所连链路的b d r ，并将和 所在多路访问链路上的其他路由器建立邻接关系。 d r o t h e r ：在这个状态下，该路由器在所连链路上既不是d r 又不是b d r ， 并且只会和链路上的d r 和b d r 建立邻接关系。 l o o p b a c k ：在这个状态下，接口回环到路由器，不能用于真正的数据 通信。 四川大学硕士学位论文 i e 2 低层协议指明该接口是不可操作的 i e 3 网络管理系统或低层协议指明该接口打环路后是有效的 i e 4 网络管理系统或低层协议指明该接口打环路后是无效的 收到h e l l o 报文，在h e l o 报文中，始发邻居路由器把自身要么作 i e 5 为b d r 列出，要么作为d r 列出而不指明b d r 。 i e 6 等待计时器超时 i e 7路由器被所在链路选取为d r i e 8 路由器被所在链路选取为b i ) r i e 9 路由器没有被所在链路选取为d r 或者b d r i e l 0 在链路中一组有效的邻居路由器发生了变化 图2 - 2o s p f 接口状态机：查看表2 1 中关于输入事件( i e ) 的说明 2 5 邻居状态机( n s m ) 将o s p f 邻居路由器从发送h e l l o 报文，建立数据库同步至建立完全的o s p f 邻接关系的过程分成几个不同的状态，分别为： 失效状态( d o w n ) ：这是o s p f 建立邻接关系的初始化状态，表示在 r o u t e r d e a d i n t e r v a l 之内没有接收到从邻居路由器发送来的信息。只 有在非广播性的网络环境内，o s p f 路由器还可能对处于d o w n 状态的路 由器发送h e l l 0 报文。 尝试状态( a t t e m p t ) ：该状态仅在n b i f i a 环境中有效，表示在一定时间 一 四j i 大学硕十学位论文 内没有接收到某一邻居路由器的信息，但是o s p f 路由器仍必须通过以 一个较低的频率向该邻居路由器发送h e l l o 报文来保持联系。 初始状态( i n i t ) ：在浚状态时，o s p f 路由器已经接收到相邻路由器发 送来的h e l l o 报文，但自身的i p 地址并没有出现在该h e l o 报文内， 也就是说，双方的双向通信还没有建立起来。 双向通信状态( 2w a y ) ：这个状态可以说是建立邻接关系真正的开始 步骤。在这个状态，路由器看到自身已经处于邻居路由器的h e l o 报 文内，双向通信已经建立。在多路访问网络中，d r 及b d r 的选取正是 在这个状态完成的。在这个状态，o s p f 路由器还可以根据其中的一个 路由器是否是d r 或是根据是否点对点链路或虚链路来决定是否建立邻 接关系。 信息交换初始状态( e x s t a r t ) ：这个状态是建立邻接状态的第一个步 骤。在这个状态，路由器要确定数据库描述报文的序列号，路由器之 间的主从关系。 信息交换状态( e x c h a n g e ) ：存这个状态，路由器向相邻的o s p f 路由 器发送数据库描述报文来交换链路状态信息，每一个报文都有一个序 列号。从这个状态开始，我们蜕o s p f 处于泛洪阶段。 信息加载状态( l o a d i n g ) ：在1 0 a d i n g 状态，o s p f 路由器会向它的邻 居路由器发送链路状态请求报文，用来请求最新的l s a 通告。 完全邻接状态( f u l l ) ：这是两个o s p f 路由器建立邻接关系的最后一 个状态，在这时，建立起邻接关系的路由器之间已经完成了数据库同 步的工作，它们的链路状态数据库已经一致。 表2 - 2邻居状态机中的输入事件和判定点 输入事件描述 只发生在与n b 凇链路相连的邻居路由器上： ( 1 ) 与n b i a 链路相连的接口变为有效，并且邻居路由器有资格 i e l 进行职选举； ( 2 ) 本地路由器变为d r 或b d r ，并且邻居路由器没有资格进行 d r 选举。 i e 2 从邻居路由器那里收到一个有效的h e l l o 报文 i e 3 根据低层协议，来自于o s p f 进程本身的明确指令或者无效计时 四j 1 1 人学硕士学位论文 器的超时等影响使邻居路由器不再可达 本地路由器在邻居路由器发送的h e l l o 报文的邻居字段列表中看 i e 4到了自己的路由器i d ，或者是从邻居路由器那里收到了数据库描 述报文 i e 5 邻居路由器不能建立邻接关系 ( 1 ) 邻居状态开始转换为2 - w a y ； i e 6 ( 2 ) 接口状态发生变化。 i e 7 不能和这个邻居路由器形成邻接关系 i e 8 已绎成功建立主从关系，并且已经交换d d 序列号 i e 9 完成了数据库描述报文的信息交换 i e l 0链路状态请求列表非空，存在要请求的条目 i e l l 链路状态请求列表为空 邻接关系关系将被中断并接着重新开始： ( 1 ) 接收到一个d d 序列号不匹配的d d 报文： ( 2 ) 接收到一个所含可选项字段的设置和最后个d d 报文的 可选项字段设置不同的d d 报文： i e l 2 ( 3 ) 接收到一个所含i n i t 位的设置和晟初的报文不同的d d 报 文： ( 4 ) 接收到一个所含l s a 不在本地路由器的l s d b 里的链路状 态请求报文。 从邻居路由器收到一个h e ll o 报文，但是这个h e li o 报文的邻居 i e l 3 字段中没有列出接收该报文的路由器的路由器1 0 i e l 4 接口状态变化 i e l 5 与该邻居之间现有的或者形成的邻接关系应该继续 i e l 6与该邻居之间现有的或者形成的邻接关系不应该继续 判定点描述 d p i 是否应该与这台邻居路由器建立一个邻接关系 d p 2 关于这台路由器的链路状态请求列表是否为空 d p 3 与该邻居现有的或者形成的邻接关系是否应该继续 一皿 四川人学硕士学位论文 图2 - 3 邻居状态机：邻居路由器从失效到初始状态的转换 l e l 3 初始 奎哪向疽 ：h 话： 雾d p 3 掣 ，。臻 i p v 4 兼容的i p v 6 地址：用于在i p v 4 网络上建立隧道以传输i p v 6 数据 包。用于i p v 6 n a t p t 。例如：1 1 1 _ 1 。 映射i p v 4 的i p v 6 地址：仅用于拥有i p v 6 和i p v 4 双栈节点的本地范 围。节点仅在内部使用该类地址，节点外部永远不会知道这些地址， 不应作为i p v 6 地址出现在链路上。例如：f f f f ：1 1 ，1 1 。 全局可聚合单播地址支持摹于提供者的聚合和基于交换点的聚合。格式如 f ：il 慧4 ，j 嚷罗l “。l a1 3i d 1 382 4 ，o 5 ；“1 6 ；。j 接口，o c e 。， i()l()j()l()l()j 8 7 图3 - 11 p v 6 全局可聚合单播地址格式 f p 为地址格式前缀，值为0 0 1 ；t i ，ai d 是顶级聚合；n l ai d 是下一级聚合； s l ai d 是站点级聚合；接口i d 是接口的标识符。 定义r 两种本地使用的单播地址：本地链路地址和本地站点地址。本地链 路地址由前缀f e 8 0 ：l o ，全为。的5 4 比特和6 4 比特接口标识所组成。用于 在链路上寻址，如自动地址配置，邻居发现等。路由器不能转发任何带本地链 路地址的报文。本地站点地址由前缀f e c o ： 0 ，5 4 比特子网标识和6 4 比特接 口标识所组成。用于在站点内寻址，而不需要全局前缀。路由器绝不能转发任 何带本地站点地址的报文到站点外。 组播地址前缀为：f f 0 0 ：8 。在j p v 6 网络中，本地链路上的所有l p v 6 节 点通过监听组播就能够知道所有的邻居节点和邻居路由器，这与i p v 4 有极大的 差别。 表3 - t 保留组播地址举仞 组播地址范围含义 描述 f f 0 1 ：1 接口所有节点本地接口范围的所有节点 f f 0 1 ：2 接口所有路由器本地接口范围的所有路由器 f f 0 2 ：l 本地链路辑南苇点本地链路范围的所有节点 f f 0 2 ：2 本地链路所有路由器本地链路范围的所有路由器 四川人学硕士学位论文 3 2i p v 6 报文格式 i p v 6 报文头部包括两部分：i p v 6 基本报头和紧接其后的些特殊报头选 项，称为i p v 6 扩展报头。虽然i p v 6 基本报头比i p v 4 报头长，却相当简单，许 多i p v 4 报头旱的功能转移到i p v 6 扩展报头中或者被取消。 3 2 1i p v 6 基本报头 i p v 6 基本报头格式如下图所示 8 b i t8 b i t8 b i t8 b h 版本i 通信类型流标签 负载长度 f 一个报头 站数限制 源地址 目的地址 图3 - 2i p v 6 报文头部 版本( 4 b i t ) ：i p v 6 协议的版本号为6 。 通信