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i s i s 路由性能监测系统设计与实现 i s i s 路由性能监测系统设计与实现 摘要 随着互联网上各种增值业务的不断涌现，网络维护人员和运营 商更加关注网络的稳定性和可靠性，这与各个自治域内路由的基础 设施和数据包的转发行为息息相关。因此通过监测网络路由性能而 得到的路由监测结果数据，可以为运营商实时了解当前的网络状况 提供保障，并指导他们有效部署和运维网络，及时发现网络故障。 分布式路由性能监测系统采用被动监测的方案，每台监测机通 过运行路由模拟软件，与真实网络中的路由器进行通讯，负责监测 b g p 、o s p f 、r i p 及i s i s 等路由协议，从而获得各类路由协议控制 范围内的网络拓扑和路由性能指标。 论文主要阐述了分布式i s i s 路由性能监测子系统的设计、实现 及部署方案。该子系统在逻辑上划分为两个模块监测机和管理 机。监测机负责监测一个或两个区域的二级拓扑，通过实时更新所 属区域的链路状态数据库，向管理机发送监测的结果数据。管理机 通过整合各个监测机的结果数据，得到整个a s 域内的二级拓扑。 该子系统根据链路状态路由协议的选路特点，分析i s i s 路由协议交 互过程中的数据包，利用路由变更和路由拓扑整合算法真实动态呈 现网络拓扑及其路由变化，并在实验网上进行了测试，验证了系统 的功能和性能，其监测结果可以为网络运维提供重要依据。 论文首先介绍了本课题的研究背景及主要内容，概述与系统相 关的技术背景，其中包括i s i s 路由协议的数据包格式和工作流程， 并对路由监测领域的现状进行了阐述。论文综述了路由监测系统的 体系架构及要达到的主要目标，详细阐述了i s i s 路由监测系统设计 方案，并利用实验对该监测方案进行了证实。最后论文提出了路由 监测系统下一步的工作进展。 关键词中间系统中间系统路由协议路由监测拓扑发现路由 变更 i s i s 路由性能监测系统设计与实现 i t 1 d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fi s i sr o u t i n g p e r f o r m 认n c em o n i t o i u n gs y s t e m a b s t r a c t w i t ht h ea d v e n to fv a l u e a d d e ds e r v i c e si nt h ei pn e t w o r k ，s u c ha s v o l pa n dd i s t r i b u t e dg a m i n g ，w h i c hr e q u i r eh i g hd e g r e eo f p e r f o r m a n c e a n ds t a b i l i t y , n e t w o r ko p e r a t o r sa r en o wp a y i n gc o n s i d e r a b l ea a e n t i o nt o t h ep e r f o r m a n c eo ft h er o u t i n gi n f r a s t r u c t u r e f r o mt h er e s u l ts e to f r o u t i n gp e r f o r m a n c e ，m e yc a l lt r a c kt h en e t w o r kc o n n e c t i v i t ya n dt r a f f i c l o a d se a s i l y , d e p l o ya n dm a i n t a i nt h en e t w o r ke f f i c i e n t l y , a n dr e s o l v et h e t r o u b l eq u i c k l y w e i m p l e m e n tt h i ss y s t e ma sap a s s i v em e a s u r e m e n t e a c hm o n i t o r n o d ep r e t e n d st ob ear o u t e ri no r d e rt oc o m m u n i c a t ew i t ho t h e rr o u t e r s i nt h en e t w o r k b ym o n i t o r i n gd i f f e r e n ta d a p t i v er o u t i n gp r o t o c o l s ，s u c h a sb g p 、o s p f 、r i pa n di s i s ，t h i ss y s t e mg e t st h en e t w o r kt o p o l o g y w i t h i nd i f f e r e n tr a n g e sa n dr o u t i n gp e r f o r m a n c ep a r a m e t e r s i nt h i sp a p e r , w ep r e s e n td e t a i l e da r c h i t e c t u r ea n di m p l e m e n t a t i o n o ft h es y s t e mf o ro n eo ft h ew i d e l yu s e di n t r a - d o m a i nr o u t i n gp r o t o c o l s i s - i s i s i s m o n i t o rh a st w oc o m p o n e n t s ，s e p a r a t i n gs e v e r a lm o n i t o r n o d e sa n do n em a n a g e m e n tn o d e e v e r ym o n i t o rn o d ei sr e s p o n s i b l ef o r m o n i t o r i n go n eo rt w oa r e a s t w o l e v e lt o p o l o g y , b yu p d a t i n gr e n e w e d l i n ks t a t ed a t a b a s e ，i ts e n d sr e s u l tt ot h em a n a g e m e n tn o d e ，a n dt h e m a n a g e m e n tn o d e i sr e s p o n s i b l et om e r g ea n dd i s p l a yt h er e s u l tf r o ma l l t h em o n i t o rn o d e s t h es y s t e mh a sb e e ns u c c e s s f u l l yd e p l o y e do no u r l a bt e s t b e d ，w h e r et h ef u n c t i o n a l i t ya n ds t a b i l i t ya lee v a l u a t e d t h e r e a l t i m ea n da c c u r a t ea n a l y s i s p r o v i d e st h e f a c i l i t i e sf o rn e t w o r k m a i n t e n a n c e f i r s t l y , t h i sp a p e ri n t r o d u c e dt h er e s e a r c hb a c k g r o u n da n dc o n t e n t ； s e c o n d l y , i td e s c r i b e dt h er o u t i n gp r o t o c o lr e l a t e dk n o w l e d g ea n dt h e d e v e l o p m e n to ft h er o u t em o n i t o r i n gt e c h n o l o g y ；t h e ni ts u m m a r i z e d t h eg o a lo fo u rs y s t e m ，a d d r e s s e dt h er o u t em o n i t o r i n gs y s t e mt ot r a c k l i i s - i s 路由性能监测系统设计与实现 t w o l e v e lt o p o l o g y , a n da n a l y z e dt h et e s t c a s e sf o rd i f f e r e n ts c e n e s f i n a l l y , i ti n d i c a t e de x p e c t a t i o n so f t h es y s t e m k e yw o r d si s - i sr o u t em o n i t o r i n g t o p o l o g y d i s c o v e r yr o u t i n gc h a n g e s i i i i s - i s 路由性能监测系统设计与实现 5 1 i s i s 子系统运行环境4 7 5 1 1 系统硬件配置。4 7 5 i 2 系统软件配置4 7 5 2 实验网络环境4 8 5 2 1 网络拓扑结构4 8 5 2 2 路由配置参数。4 9 5 3 测试用例设计。5 0 5 3 1 测试方案概述5 l 5 3 2 详细测试方案及结果数据呈现与分析5 l 5 4 测试结论。6 0 第六章结束语 6 1 全文总结。“ 6 2 现存在问题与下一步工作安排6 4 6 3 研究生期间工作。6 5 6 3 1 参与项目6 5 6 3 2 取得成果。6 6 第七章参考文献 第八章致谢 第九章作者攻读学位期间发表的学术论文目录 表格目录 6 7 6 8 6 9 表格2 - lq u a g g a 客户端1 4 表格4 1i s i si n t r as p f 3 5 表格4 - 2i s i s i n t e r s p f 3 5 表格4 3i s i si n t r ar e c o r d s 3 6 表格4 - 4i s i si n t e rr e c o r d s 3 6 表格4 5i s i sr e c o r d s 3 7 表格4 - 6t o p o l o g yd i s c o rm o d u l e 输入项目3 9 表格4 7i s i s _ - m n 停e 定义4 0 表格5 1 实验网络配置参数4 9 表格5 2 测试用例l 5l 表格5 3 测试用例2 5 2 表格5 _ 4 测试用例3 5 4 表格5 5 测试用例4 5 7 表格5 - 6 与监测机交互的一些网络实体数据6 2 表格5 7 数据库性能参数6 2 图表目录 图2 - 1 链路状态数据包( l s p ) 的格式7 v i s - i s 路由性能监测系统设计与实现 图2 - 2i s i s 路由选择引擎9 图2 - 3q u a g g a 软件结构图1 4 图3 1 系统部署拓扑图1 9 图4 1 i s i s 路由性能监测子系统部署图2 5 图4 2 系统流程图。2 6 图4 3 监测机初始化示意图2 7 图4 0 监测机监测网络变化示意图2 7 图4 5 监测机分析及呈现示意图2 8 图4 石系统总体模块组织图2 9 图4 - 7i s i s 路由性能监测与分析系统功能表述图3 0 图4 8 网络拓扑有向图3l 图4 9 程序界面示意图4 4 图5 1 实验网络拓扑结构图4 9 图5 - 2 测试用例l 结果数据5 2 图5 3 测试用例2i s i s v 4 结果数据5 3 图5 - 4 测试用例2i s i s v 6 结果数据5 4 图5 5 测试用例3 第二步结果5 5 图5 石测试用例3i s i s v 4 结果数据5 6 图5 7 测试用例3i s i s v 6 结果数据5 6 图5 - 8 测试用例3 修改配置后结果数据5 7 图5 - 9 测试用例4i s i s v 4 结果数据5 9 图5 1 0 测试用例4i s i s v 6 结果数据5 9 图5 1 1i s i s 路由抖动次数快照。6 0 图5 1 2b g p 单日完整拓扑信息呈现6 l 图5 1 3o s p f 单日完整拓扑信息呈现6 l 图5 1 4 界面系统设置6 2 图5 1 5b g p 部分重要节点单日拓扑信息6 3 v l 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下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中所罗列的内容以外，论文中 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或 其他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了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：立：垦聱 日期：竺鐾：墨：兰2 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅 和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印 或其它复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密 论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：曼里笙 一 日期：翌里：! ：三2 导师签名：叫渑嬉埠l日期：2 翌上l 乒 i s i s 路由性能监测系统设计与实现 1 1 选题背景及意义 第一章绪论 本课题来源于北京邮电大学国家重点实验室宽带网研究中心承担的“面向 下一代互联网的网络测量分析平台和工具研究和产业化”项目。该项目共分为六 大子系统分布式协议测试子系统、网络层性能测量分析子系统、流量流向 测量分析子系统、路由性能分析子系统、应用层性能测量分析子系统、开发和 构建结合网管告警功能支持端到端性能测量和业务故障分析子系统。通过在网 络中合理部署这些子系统，便可以帮助网络运维人员从各个层面出发来分析和 评价网络性能。 本课题是关于其中的路由性能分析子系统部分，通过与其他子系统互相配 合进一步分析当前的网络状态。如当应用层性能测量分析子系统监测到口t v 等业务出现明显的时延现象时，流量流向分析子系统可以查看m t v 业务在网 络中数据的流量流向及占用的带宽，而路由性能分析子系统则负责监测网络中 是否存在链路失效或路由器宕机的状况，通过获得各类路由协议的相关性能指 标判断网络故障点，以便及时修复。 i n t e r n e t 在人们的日常通讯中扮演着越来越重要的位置，特别是随着v o 、 i p t v 、网络游戏等数据业务和流媒体业务的蓬勃发展，它们对网络的稳定性及 可靠性的要求也越来越高。而作为p 网络生存、运作、组织的核心卜路由 技术提供了解决m 网络动态可变性、实时性、q o s 等关键技术的一种可能。现 阶段网络优化主要来源于流量流向分析，针对端到端时延、可用带宽、丢包率 等指标来衡量网络性能。而这些都是与网络中路由的基础架构分不开的。各种 业务的数据包都需要在网络中以可靠的路径进行传递，当某条链路失效或该链 路负载过大时，需要路由器为这些数据包重新选路，如果这类事件频繁发生， 就会出现数据包传送时延过大或频繁抖动而导致业务不可用。 现阶段路由协议的研究主要集中在协议测试和协议性能方面。目前清华大 学已经开发了一套测试集自动开发系统，各个网络设备厂商也进行了针对自身 产品的协议测试工作。而在协议性能方面，国外的一些大型运营商如a t & t 、 s p r i n t 已经对路由监测开展了一些研究，但由于商业解决方案还需要付费，因 i s - i s 路由性能监测系统设计与实现 此很少有人了解其技术实现细节；a m a ns h a i k h 则利用o s p f 路由协议为a s 域 内网络拓扑发现提供了有效的解决方案，但没有深入分析路由协议性能对网络 故障进行分析。 本课题的目标就是要开发和构建路由性能分析模块用以评价、分析网络路 由性能，为路由规划、路由协议的选择提供支撑。系统主要采用被动监测技术， 完成路由数据的解析和统计，路由抖动次数、收敛时间及路由一致性分析等路 由性能指标的计算，同时进行网络拓扑重构并动态呈现。 1 2 课题内容及应用价值 本课题针对各类路由协议进行性能监测，包括b g p 、o s p f 、r i p 和i s i s 。 b g p 是互联网上广泛使用的路由协议，由于网络中逐渐增多的a s 域导致 路由表数目的日益庞大，这就对路由器的c p u 处理能力和内存提出了更高要 求。而且b g p 是路径矢量路由协议，存在路由收敛慢的缺点，特别是当路由频 繁抖动时会引发大量的网络不可达事件。然而在这些关键链路上承载了大量业 务，因此b g p 路由的高稳定性是不言而喻的。通过对b g p 的监测，可以了解 所监测范围内a s 域间的连接状况，同时及时捕捉网络中路由抖动事件，计算 路由收敛时间。 o s p f 是a s 域内经常使用的路由协议。i s i s 协议则主要应用于顶级运营 商的网络中，适用于大规模的路由器组成的网络中。它与o s p f 一样都是链路 状态选择协议，所有路由器互相交换自己的路由表，最终获得一致的链路状态 数据库，因此有路由收敛时间短的特点。通过监测域内协议可以获得域内的网 络拓扑和链路上的路由变更事件，发现网络可疑事件。 目前系统已经完成了b g p 和o s p f 的路由性能监测，现目标功能定位在监 测域内其他各类i g p 的路由性能指标，包括r i p ，尤其是i s i s 路由协议，从而 结合已经实现的部分，完善整个项目的设计和实现。 由于i s i s 与o s p f 非常相似，但i s i s 可以在o s i 和t c p i p 的双重网络 环境下运行，因此需要特殊的选址方案，本人通过比较i s i s 与o s p f 的不同， 利用i s i s 的特点设计监测方案。采用分布式的网络设计思想，将每台模拟路由 器的监测节点部署在不同的区域，独立采集区域内洪泛的i s i s 路由数据包，网 络拓扑抽象为加权有向图，通过设计并现最短路径优先算法、路由变更和路由 拓扑整合算法，采用邻接表数据结构保存区域拓扑和链路路由数的结果，在此 2 i s i s 路由性能监测系统设计与实现 j, 1 - 基础上叠加链路路由变更拓扑。根据链路状态路由协议的特点，当链路状态发 生变化时，路由器间才进行数据交换，所以监测节点可以实时获取变化后的网 络数据，所有监测节点将分析后的信息发送到管理节点，由管理节点进行信息 汇总，完成界面呈现。我们可以通过界面实时了解网络动态，查看某一时间段 内链路上的路由数，获取查询时间段内整体路由变化趋势。 1 3 论文组织结构 本文主要研究以下主要内容： 第一章为绪论部分，对课题的研究背景和应用价值进行简单的介绍和分析； 第二章为技术背景简介，介绍了i s i s 路由协议的基本概念，三种路由数据 包格式及作用，描述了i s i s 在i p 网络中的应用及协议流程；接着分析路由性 能监测技术现状；最后描述模拟路由器技术q u a g g a 框架。 第三章介绍了路由监测子系统的整体框架，为网络运维提供了全局的解决 方案。 第四章是论文的主体部分，提出了i s i s 路由性能监测系统的设计、部署和 实现，还包括数据结构、算法的设计，模块功能描述及模块间的交互流程。 第五章介绍了本系统在实验网络中的测试情况，通过设计不同场景下的测 试用例，对测试结果进行呈现和分析，证明了系统的正确性、可靠性及可行性。 论文最后是有关结束语，相关文献和致谢。 i s - i s 路由性能监测系统设计与实现 2 1i s i s 路由协议 2 1 1 协议概述 第二章技术背景简介 为了实现广泛的网际互连，国际标准化组织( i s o ) 于2 0 世纪8 0 年代提出了 开放系统互连体系( o s i ) 且o 七层网络模型，并同i n ，r 一起设计了一种名为o s i 的网络协议。为了实现对i s o 的无连接网络协议( c l n p ，c o n n e c t l e s sn e t w o r k s e r v i c e s ) 进行路由选择，i s o 提出了i s i s 路由协议。随着t c p i p 的发展，i e t f 也已经通过一系列r f c 将i s i s 与i p 路由集成在一起，形成了现在i p 网络中 广泛使用的集成i s i s 路由协议【。 i s i s 是链路状态协议，它采用最短路径优先算法来计算通过网络的最佳路 径。根据i s 0 1 0 5 8 9 2 】和r f c l1 9 5 标斛3 1 ，i s i s 提供两层级路由，并将一个自 治域分为多个层1 路由区域和一个层2 骨干虚拟区域。同一区域内的所有节点 都使用层1 路由互通，不同区域里的节点之间使用层2 路由互通。 作为o s i 的标准协议，i s i s 协议区别于t c p i p 模型中的其他协议之处在 于网络寻址方式。无论是o s i 网络环境下的i s i s ，还是在纯口环境下的集成 i s i s ，c l n p 寻址是必不可少的。集成i s i s 协议保留了i s 0 1 0 5 8 9 最初定义的 i s i s 路由选择协议的大部分概念，为了适应p 环境，在r f c l l 9 5 中定义了新 的t l v 值以支持p 路由选择。基于节点的c l n p 寻址方案是集成i s i s 协议保 留的一个关键概念。基于节点的寻址方案仅仅要求每个节点具有一个地址，如 i s i s 协议；而基于链路的寻址方案要求每个节点的每个链路都有一个地址，如 o s p f 协议。 o s i 网络地址采用对端n 服务访问点( n s a p ，ns e r v i c ea c c e s sp o i n t ) 的 地址格式。n s a p 地址由三部分组成：系统标识符( s y s i d ) 、区域i d 标识符( a r e a i d ) 和n s a p 选择符( n s e l ，n s a ps e l e c t o r ) 。s y s i d 唯一地标识一个网络节 点，区域i d 用于标识节点所在宿主区域。对于口应用程序而言，在n s a p 地 址中，1 字节定义机构和格式标识符( a f i ) ，最少2 字节定义实际区域信息，6 4 i s i s 路由性能监测系统设计与实现 字节定义系统d 和1 字节n s e l ，故n s a p 地址最少为1 0 字节。 i s i s 最初被优化设计用于大规模局域网，它经受住了时间的考验并与 o s p f 一起成为大规模路由选择可行的内部网关协议【4 1 。二者有及其相似之处也 有明显的区别： 1 ) i s i s 只定义了两种网络拓扑类型：广播网络和点到点网络。o s p f 定义 了四种网络拓扑类型：点到点、点到多点、广播和非广播。 2 ) 两种协议都维护一个链路状态数据库( l i n ks t a t ed a t a b a s e ) 。i s i s 使用 l s p ( l i n ks t a t ep d u ) ，l s p 自己就是一个数据报；o s p f 使用l s a ( l i n ks t a t e a d v e r t i s e m e n t s ) ，l s a 必须被封装在o s p f 报头和口报头内。 3 ) 两种协议都使用s p f 算法来计算路由。i s i s 在域内( i n t r a - a r e a ) 运行 l e v e l1s p f 计算路由，在域间( i n t e r - a r e a ) 运行l e v e l2s p f 计算路由；o s p f 在域内运行s p f 计算路由，在域间运行距离向量算法来计算路由。 4 ) 两种协议都使用域来建立两层分级的网络拓扑结构。i s i s 的骨干不是 特定的一个域，而是由连续的l e v e l2 路由器组成；o s p f 的骨干必须有而且必 须为a r e a0 。i s i s 的域边界是在路由器之间的链路上；o s p f 的域边界是在路 由器上。i s i s 的两层分级的网络拓扑结构不是必须的，网络可以完全由l e v e ll 路由器或完全由l e v e l2 路由器构成；o s p f 的必须有a r e a0 ，可以只有一个a r e a , 但必须是a r e a 0 。 5 ) i s i s 的特性之一是，i s i s 路由器最多能有3 个域地址，在域间传输中 很有用，这与i s i s 的选址方式有关；而o s p f 则没有这样的特性。 6 ) 两种协议都是无类路由协议，都在a r e a 间汇总。 7 ) 两种协议处理错误l s p l s a 的方法不同：i s i s 中任何一个路由器都能 丢弃该l s p ；o s p f 中只有c o r r u p t e dl s a 的发送者才能丢弃它。 8 ) 在广播网络中两种协议都要建立邻接( a d j a c e n c y ) 关系。在i s i s 中， 只要邻居的h e l l o 数据报中有对方的标识，邻接关系就建立成功。该阶段经历 一个三次握手的过程：d o w n i n i t u p ；o s p f 中，建立邻接关系前经历的 过程：d o w n i n i t _ t w o - w a y e x s t a r t e x c h a n g e _ u p l o a d i n g _ f u l l 。因 此不同的建立连接过程导致采取的监测方案也不同。 9 ) i s i s 邻居间会建立邻接关系，即使双方定时器的值不同，如h e l l o 间隔 和h e l l o 乘数；但如果双方定时器的值没有协商一致，o s p f 邻接关系不会建 立。 i s - i s 路由性能监测系统设计与实现 1 0 ) i s i s 协议和o s p f 协议在广播链路上都使用指定路由器( d r ) 的概念， 用来限制在这种介质中，路由器之间交换的链路状态信息数量，但他们选择不 同的机制来实现指定路由器。i s i s 中只要求选举一台指定中间系统( d i s ) 而 不需要备份指定路由器，并且是动态选择的，即若有更高优先级或更大的地址 的路由器加入网络，则新加入的路由器成为d i s ；在局域网中，o s p f 中选举 d r 和一台备份d r ( b d r ) 来传输扩散，d r 不能被某台路由器首先占有，b d r 用于在d r 出现故障时接管d r 。i s i s 中，广播网络中的路由器与所有的邻居 建立邻接关系；o s p f 中，广播网络中的路由器只与d r 和b d r 邻居建立邻接 关系；i s i s 中，d i s 不与它的邻居同步。d i s 是局域网的伪节点，并且每3 秒发送部分序列号数据包( p s n p s ，p a r t i a ls e q u e n c en u m b e rp d u s ) 或每1 0 秒 发送完全序列号数据包( c s n p s ，c o m p l e t es e q u e n c en u m b e rp d u s ) 。其他的路 由器也可以用p s n p s 向d i s 申请丢失的l s p 或发送给d i s 一个新的l s p 。因 为d i s 能洪泛p d u s ，所以d i s 不需要与其邻居同步；又因为不需要与其邻居 同步，所以不需要备份d i s 。o s p f 中，d r b d r 用单播传送的方式分别与其 他的所有路由器同步。 1 1 ) 两种协议都有认证。i s i s 只支持简单认证；o s p f 支持简单认证和m d 5 认证。 1 2 ) i s i s 的l 1 l 2 路由器不向l 1 路由器发布l 2 路由。l 1 路由器就象o s p f 中的完全端域。 i s i s 协议主要在一些顶级i s p 网络中运行并且采用一个单一区域设置，从 而提供了极大的扩展性，如在2 2 节中提到的网络路由发展中的应用。因此在 大型运营网络中，尤其是网络处在较大流量压力下，对i s i s 路由协议进行正确 的监测及分析非常必要，对各大i s p 进行网络故障监测及网络优化也有重要的 指导意义。 2 1 2i s i s 包格式及类型 i s i s 数据包分为3 类，h e l l o 数据包、链路状态数据包( l s p ) 及序列号数 据包( s n p ) 。 路由监测的前提是与被监测网络存在连接，h e l l o 数据包是路由选择操作的 关键，负责构建和维护路由器间的邻接关系。监测系统通过运行q u a g g a l 5 1 仿真 路由软件，模拟一台开启i s i s 进程的路由器，以便与被测网络中其他路由器的 i s i s 进程进行交互。 6 i s - i s 路由性能监测系统设计与实现 路由器向全网其他路由器扩散本地链路状态数据包，通告本地信息，并通 过接收其他路由器发送的链路状态数据包进行路由选择信息的收集。 序列号数据包用于保证路由选择信息扩散进程( f l o o d i n g ) 的可靠性，扩散 进程能够使不同区域的层1 路由器之间以及骨干网的层2 路由器之间的数据库 实现高效同步。s n p 保证路由器能够实时并完全的收集到各个链路状态数据库 中的l s p ，这是描述一个区域或骨干网拓扑结构的基础。 l s p 头部的l s p i d 字段表示发送该l s p 的源路由器m ；i s 类型字段表示 存储该l s p 的目标链路状态数据库的类型，如层l 或层2 ；l s p 的各类t l v 字 段则反映了该源路由器的邻接路由器及口内部可达信息，即直接相连的m 子 网等信息。 收集到各个链路状态数据库中的l s p 是描述一个区域或骨干网的拓扑结构 的基础。这个拓扑结构是运用最短路径优先( s p f ，s h o r t e s tp a t hf i r s t ) 算法计 算得到的。本文主要是通过对l s p 数据包的解析来获得网络信息，因此这里着 重介绍一下l s p 的包格式及t l 、，字段。 0123 o123456 78 9012345 6789ol2 3456789012 + 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ + 一+ + 一+ 一+ + 一+ 一+ 一+ + 一+ + 一+ + 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ + 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ i协议鉴别符i 长度标识符版本号ii d 长度i + 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ + + 一+ + 一+ + 一+ + 一+ + 一+ + + 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ + 一+ 一+ 一+ 一+ + r lr ir lp d u 类型l版本预留位i最多区域地址i lp d u 长度剩余生存时间i + 一+ 一+ + + 一+ + 一+ + 一+ 一+ + 一+ 一+ 一+ 一+ + + 一+ + 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ + 一+ 一+ + + 一+ ll s p 标识( 长度为i d 长度+ 2 ) + 一+ 一+ 一+ 一+ + 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ + + 一+ + 一+ + 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ + l序列号 + 一+ 一+ + 一+ 一+ 一+ 一+ + 一+ 一+ 一+ 一+ + 一+ + 一+ + 一+ + 一+ 一+ 一+ 一+ + 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ + + l 校验和 i 区域划分i a t t l 超载i 中间系统类型i ll it l v 字段l fi + 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ + 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ + 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 一+ 图2 - 1 链路状态数据包( l s p ) 的格式 前八个字节字段在所有i s i s 数据包中相同，接下来每种类型数据包有自己 的一套附加包头字段，然后是t l v 字段。 7 i s - i s 路由性能监测系统设计与实现 对于共同字段中，比较重要的字段有“协议鉴别符”，i s i s 协议为1 0 0 0 0 0 1 1 ( 二进制) ，0 x 8 3 ( 十六进制) 或1 3 1 ( 十进制) ，“p d u 类型”标识i s i s 数据包 的三种类型。“最多区域地址”取值在1 - 2 5 4 的数字，值为0 表明每个区域最多 3 个地址。 在l s p 特有头部字段中，我们主要关心“l s p 标识”字段，该字段将l s p 与 其源路由器联系起来，用于l s p 的身份鉴别，它由三部分组成：系统标识符 ( s y s i d ) 、伪节点标识符( p s ni d ) 、l s p 编号( l s pn u m b e r ) 。其中s y s i d 占 6 个字节，用于指示源路由器，伪节点标识符和l s p 编号各占1 个字节，非零 的伪节点标识符用于标明那些被称为伪节点链路状态数据包( p s e u d o n o d el s p ) 的特殊l s p ，该p l s p 与一个多路访问的链路有关并且由该链路指定中间系统 产生，常规的l s p 的伪节点标识符为0 ，l s p 编号用于指示l s p 片段；“超载位 设置表示l s p 源路由器的链路状态数据库已超载，内存空间与c p u 资源已受 到限制；“中间类型”字段指示路由器的类型是层1 还是层2 。 t l v 字段代表类型( t y p e ) ，长度( l e n g t h ) 和值( v a l u e ) 属性。该设计一 的关键在于方便的引入新的t l v 值，而不是引入新的数据包类型。不同的t l v 字段值可以包含在l s p 中用来通告各种不同的路由选择信息。 常用层1t l v 字段描述如下： 区域地址t i v 二一列出了源路由器上配置的区域地址组，只出现在非伪节 点的l s p 中并且如果l s p 被划分成不同的片段，那么该t l 、，字段出现在第一 段。 中间系统邻接路由器t i ，v - 一每台路由器搜寻并列举邻接的层1 路由器， 每台邻接路由器中都重复出现。 i p 内部可达性信息t i ，v - 一存储了直接连接的i p 地址前缀列表，只在常 规l s p 中使用，每个i p 地址前缀被分配一个度量值，表示该口前缀对应链路 的度量值。 支持协议t i v - 一用于标识集成i s i s 协议支持的第三层协议，目前只支 持c u 岬( n l p i do x 8 1 ) 和i p ( n l p i d0 x c c ) 。 i p 接口地址t i v _ 一包含了l s p 源路由器上配置的一个或多个口地址 上述t l v 字段在层2 路由l s p 中均有出现，另外它还有以下几个常用的 t l 、，字段： i p 外部可达性信息t i 收集通过其他路由选择协议得到的i p 路由信 i s - i s 路由性能监测系统设计与实现 息，这主要通过i s i s 路由引入实现。 2 1 3i s i s 协议流程 链路状态路由选择协议，如i s i s 协议和o s p f 协议都是基于如下假设：区 域内所有的节点通过交换链路状态信息，如i s i s 交换l s p ，从而得到相同的区 域拓扑描述，s p f 路由算法把存储在链路状态数据库( l s d b ) 中的l s p 作为 算法的输入信息从而计算出区域内到达任意节点的最佳路由。拥有区域拓扑的 一致描述使得区域中每台路由器可以独立计算到达区域内任何目的地址的最优 路由和无自环路由。每台i s i s 路由器收集自己的周边环境信息，比如自己以及 邻接路由器的s y s i d 、直接相连的口子网等并把这些信息封装到l s p 中。然后， 他们把这些信息通告给直接相连的邻接路由器并最终通过一种被称作扩散的机 制到达区域内所有的节点。在稳定的网络环境中，区域内所有路由器中的层l 链路状态数据库是一致的。每个节点采用的本地路由算法把l s p 集合到整个区 域的网络拓扑中。对区域内所有的路由器来说，获得相同并且一致的区域物理 结构与寻址结构对实现区域内的高效且无自环路由的转发是非常必要的。扩散 进程通过一种数据库同步的辅助机制来保证每个节点的区域数据库的精确复 制。 下图描述了传统路由器转发体系中各种i s i s 进程的相互关系，路由选择信 息库是由与i s i s 实现关联的2 个数据库组成：链路状态数据库和转发数据库。 链路状态数据库存储更新进程产生的路由选择信息。 图2 2 i s i s 路由选择引擎 9 i s i s 路由性能监测系统设计与实现 i s i s 协议的核心进程有接收、更新、选择和转发四大进程。 其中更新进程基于子网依赖功能建立邻接数据库，路由器把链路状态数据 包通告给所有邻居，从而生成本地链路状态信息，路由器同时也收到其他邻居 通告的类似链路状态信息，复制收到的l s p 并通告给其他邻居。同一区域内的 路由器维护相同的层1 链路状态数据库，区域内路由器使用s n p 进行同步，也 就是说同一区域的路由器维护相同的区域拓扑结构，这对保持区域内路由一致 性是必要的。层2 链路状态数据库包含相连的所有区域的区域前缀信息，实现 域问路由。 决策进程对链路状态数据库运行s p f 算法，生成转发数据库，路由器对层 1 和层2 分别运行s p f 进程。由最佳i s i s 路由组成的i s i s 转发数据库，注入 路由选择信息库，也就是路由器在数据包交换决策时用到的路由选择表。当路