（计算机科学与技术专业论文）ip网络路由管理系统的设计与实现.pdf

独创性( 或创新性) 声明 l l | | i j | | | | 删i | i i l 洲 y 17 6 0 2 0 2 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： 一兰_ 虹 日期：z 2 也立一 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： 至堑 日期： 丝f q ：3 ：! 导师签名： 日期：二趾上乒一 o i p 生活中扮 演了越来越重要的地位。人们对网络的稳定性以及可靠性的要求也越 来越高。如何保障互联网的不间断和正确运行成为各大运营商急需解 决的重要问题。由于互联网的健壮性和可靠性与高效稳定的路由机制 密切相关，管理和维护网络的路由随即成为可以解决当前问题的一个 重要方法。实时监测网络拓扑状况，分析网络路由变化和网络事件， 直观的反映网络拓扑，能帮助网络管理人员实时掌握网络状态和路由 信息，发现网络故障，加强网络管理；此外，对网络协议进行模拟， 可以预知网络拓扑和路由状况，有助于网络管理人员对网络的正确配 置，提高网络管理人员的工作效率和准确性。 i p 网络路由管理系统采用被动监测为主，主动监测为辅的方案， 一方面在网络中部署网络探针，通过运行路由模拟软件，与真实网络 中的路由器进行通信，完成o s p f 网络和b g p 网络的被动监测，并 通过分析网络协议报文，重构网络拓扑和进行路由计算；另一方面， 通过采用s n m p 协议访问b g p 路由器的管理信息库( m i b ) ，实现对 b g p 网络中各a s 内部的b g p 路由器逻辑拓扑的监测。 论文首先介绍了本课题的研究背景、意义及主要内容，概述与系 统相关的技术背景，其中包括o s p f 路由协议和b g p 路由协议的数 据包格式类型和协议处理流程，对s n m p 协议，路由器的管理信息 库和x m l 语言进行了简单的介绍。论文对i p 路由管理系统的需求进 行分析，综述了该管理系统的体系架构及部署方案，详细阐述了该系 统各组件的设计方案，对系统各组件的功能实现进行了详细的介绍， 并利用实验网络对该管理系统进行了测试。论文最后提出了i p 网络 路由管理系统下一步的工作进展。 关键词0 s p f 协议b g p 协议s n m p 协议网络拓扑监测路由管 理协议模拟 一 一 一 ，r 一 - j o u t i n g m l n a g m e n ts y s t e mf o ri pn e t w o r k a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h en e t w o r k ，i n t e m e ti sb e c o m i n gm o r ea n d m o r ei m p o r t a n ti nc o m m u n i c a t i o n s i th a sb e c o m ea ni m p o r t a n tm a t t e r f o ri p st h a th o wt ok e 印t h ec o n t i n u o u s n e s sa n dc o r r e c t i o no ft h ei n t e m e t a st h er o b u s t n e s sa n dr e l i a b i l i t yo ft h ei n t e m e ti sc l o s e l yr e l a t e dt ot h e e f f i c i e n tr o u t i n gm e c h a n i s m ，m a n a g e m e n ta n dm a i n t e n a n c eo fn e t w o r k r o u t i n gb e c o m e a l li m p o r t a n tw a yt os o l v et h ec u r r e n tp r o b l e m s f r o mt h e r e s u l ts e to fo b s e r v i n gt h eb e h a v i o ro f r o u t i n ga n da n a l y z i n gt h es t a t i s t i c a l i n f o r m a t i o na b o u tt h er o u t i n ge v e n t s ，t h e yc a nr e s o l v et h et r o u b l eq u i c k l y a n dt 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 cl o a d se a s i l y b e s i d e s i ti s h e l p f u lt os i m u l a t et h ep r o c e s s i n go fr o u t i n gp r o t o c o lf o rn e t w o r k m a n a g e r st od 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 w r ei 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 ，s u p p l e m e n t e d b ya c t i v em e a s u r e m e n t o nt h eo n eh a n d ，p r o b e sa r es e ti nt h en e t w o r k ， t h e yp r e t e n dt ob er o u t e r si 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 si n t h en e t w o r ka n dt oc o l l e c tt h er o u t ea n dt o p o l o g yi n f o r m a t i o n ；o nt h e o t h e rh a n d ，t h em a n a g e m e n ti n f o r m a t i o nb a s e so fb g pr o u t e r sa r e a c c e s s e d t h es y s t e ma c c e s s e st h em i bt oc o l l e c tt h el o g i c a lt o p o l o g yo f b g pr o u t e r si ne a c ha s 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 ei n c l u d i n g o s p f , b g pa n ds n m p ；t h e ni ts u m m a r i z e dt h eg o a lo fo u rs y s t e m ， e x p a t i a t e do nt h ed e s i g na n di m p l e m e n to f t h em o d u l e so ft h es y s t e m ， a d d r e s s e dt h er o u t i n gm a n a g e m e n ts y s t e m ，a n da n a l y z e dt h et e s t c a s e sf o r d 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 ft h es y s t e m k e yw o r d so s p fb g ps n m p r o u t em o n i t o r i n g r o u t em a n a g e m e n tp r o t o c o ls i m u l a t i n g 录 1 1 ：! ：! 第二章技术背景简介5 2 1o s p f 路由协议。5 2 1 1 协议概述5 2 1 2 协议报文说明。5 2 1 3 协议原理6 2 2b g p 路由协议。8 2 2 1 协议概述8 2 2 2 协议报文说明9 2 2 3 协议原理1 0 2 3s n m p 管理协议1 l 2 3 1 协议概述1 1 2 3 2 协议基本原理1 1 2 3 3 管理信息库m i b 1 2 2 4 x m l 语言1 3 2 5本章小结1 3 第三章i p 网络路由管理系统需求分析1 5 3 1系统功能总体需求1 5 3 2 系统功能划分1 s 3 2 1 路由信息分析子系统1 6 3 2 2 拓扑查询管理子系统1 7 3 2 3 事件管理子系统1 8 3 2 4 统计信息管理子系统1 9 3 2 5 数据存储子系统1 9 3 3本章小结1 9 第四章i p 网络路由管理系统的设计2 1 4 i系统总体设计2 1 4 1 1 设计方案2 1 4 1 2 功能分配2 2 4 1 3 处理流程2 2 4 1 4 系统部署方案2 4 4 2系统各组件详细设计2 s 4 2 1 数据采集器2 5 4 2 2 数据分析服务器2 8 4 2 3 数据处理服务器3 1 4 2 4 数据库服务器3 2 4 2 5 协议模拟服务器3 5 4 2 6 登陆服务器3 6 4 2 7w e b 服务器3 7 4 3 本章小结3 8 第五章i p 网络路由管理系统的实现3 9 5 1 数据采集器3 9 5 1 1 数据采集3 9 5 1 2 数据预处理3 9 5 2数据分析服务器4 0 5 2 1 主线程的编程与实现4 0 5 2 2b g p 管理信息库查询4 1 5 2 3 数据包的读取与识别。4 2 5 2 4 数据包处理的实现4 3 5 3数据处理服务器4 6 5 4 协议模拟服务器4 7 5 5登陆服务器4 7 5 5 1 主线程的编程与实现4 7 5 5 2 子线程的编程与实现4 7 5 6本章小结4 8 第六章i p 网络路由管理系统测试4 9 6 1路由管理系统运行环境4 9 6 1 1 系统硬件配置4 9 6 1 2 系统软件配置4 9 6 2实验网络介绍5 0 6 2 1网络拓扑结构5 0 6 2 2 路由配置参数5 0 6 2 3i p 网络路由管理系统在实验网中的部署5 1 6 3 测试用例设计5 2 6 3 1 测试方案概述5 2 6 3 2 测试用例与测试结果呈现s 2 6 4 测试结论5 9 6 5 本章小结6 0 第七章总结6 1 6 1 6 1 6 2 6 2 6 3 6 5 6 7 6 9 表格目录 表2 - 1o s p f 协议报文类5 表2 - 2o s p fl s a 类型6 表2 - 3b g p 协议报文类型9 表2 4 常用b g p 属性说明1 0 表4 一l 数据通信的数据包格式2 6 表4 2 与o s p f 网络数据采集器通信的数据包数据域格式2 7 表4 3 与b g p 网络数据采集器通信的数据包数据域格式2 7 表4 4 系统数据表格3 2 表4 - 5o s p f 协议数据表格列表3 3 表4 - 6 协议模拟数据表一o s p f 协议特有数据表格列表3 4 表4 - 7 协议模拟数据表一b g p 协议特有数据表格列表3 4 表5 - 1b g p 数据采集器与数据分析服务器通信的数据包种类4 0 表6 一l 系统硬件配置表4 9 表6 2 系统软件配置表4 9 表6 3o s p f 路由器的配置信息表5 l 表6 - 4b g p 路由器的配置信息表5 1 表6 - 5o s p f 网络探针配置表5 2 表6 - 6b g p 网络探针配置表5 2 表6 7 测试用例一5 3 表6 8 测试用例二5 4 表6 9 测试用例三5 5 表6 1 0 测试用例四5 7 i v 图2 - 1o s p f 路由器的接口状态在邻接关系建立过程中的变化流程7 图2 - 2o s p f 路由器的接口状态在链路状态数据库同步过程中的变化流程8 图2 - 3b g p 有限状态机1 1 图2 4 对象命名1 3 图3 - 1i p 网络路由管理系统功能分析结构图1 6 图4 - 1 系统分层架构示意图2 l 图4 - 2 监测的网络数据流程图2 3 图4 - 3 用户查询数据流程图2 3 图4 - 4o s p f 网络中数据采集器的部署图2 4 图4 - 5b g p 网络中数据采集器的部署图2 5 图4 - 6 数据采集器中模块之间的数据处理流程图2 6 图4 - 7 数据分析服务器中模块的数据处理流程图2 9 图4 - 8 协议模拟服务器各模块之间的数据处理流程3 6 图4 - 9c h a p 协议原理图3 7 图5 - 1 数据分析服务器中主线程的数据处理流程4 l 图5 - 2m i b 查询的数据处理流程4 2 图5 - 3 数据分析服务器中数据包的读取与识别线程的处理流程4 3 图5 - 4o s p f 协议数据报文的处理流程4 4 图5 - 5 实时拓扑监测数据的处理流程4 5 图5 - 6 数据处理服务器中用户查询数据的处理流程4 6 图6 - 1 实验网拓扑图5 0 图6 - 2 用户登录成功获得当前监测的网络设备列表5 3 图6 - 3o s p f 协议一a s4 0 0 的实时拓扑监测5 4 图6 - 4o s p f 协议历史拓扑查询种类选择页面5 5 图6 - 5o s p f 协议历史拓扑回放呈现页面5 5 图6 - 6o s p f 协议模拟条件输入对话框5 6 图6 - 7o s p f 协议模拟初始拓扑呈现页面5 7 图6 - 8o s p f 协议模拟拓扑显示页面5 7 图6 - 9o s p f 统计管理查询用户请求输入对话框5 8 图6 - 1 0o s p f 统计管理查询中一级统计查询结果5 8 图6 - 1 1o s p f 统计管理查询中二级统计查询结果5 9 图6 - 1 2o s p f 统计查询管理中二级详细信息查询结果5 9 v 1 1 选题背景及意义 本课题来源于北京邮电大学网络与交换国家重点实验室宽带网研究中心与 华为技术有限公司合作的“口网络可视化管理系统研究”项目。 随着网络技术的迅速发展，口网络正逐渐成为能满足我们各种通信需求的 普遍存在的网络，i n t e m e t 在人们的日常通讯生活中扮演了越来越重要的地位。 i n t e r n e t 网络规模的日益增长，其网络带宽容量和底层拓扑结构都发生了巨大的 变化，网络结构日益复杂。随着h t t p ，f t p 等传统数据业务以及v o i p ，i p t v 等流媒体业务的高速增长，人们对网络的稳定性以及可靠性的要求也越来越高。 如何保障互联网的不间断和正确运行成为了各大运营商急需解决的重要问题。 由于各种网络业务的数据包都需要在网络中以可靠的路径进行传输，当某条 链路失效或链路负载过大时，需要重新为这些数据包选择路由，如果类似的事情 频繁发生，则将出现数据包传输时延过长或抖动频繁，从而导致网络业务不可用。 由此可见，互联网的健壮性和可靠性与高效稳定的路由机制密切相关，管理和维 护网络的路由随即成为可以解决当前问题的一个重要方法。实时的监测网络拓扑 状况，分析网络路由变化和网络事件，直观的反映网络拓扑，能帮助网络管理人 员实时的掌握网络状态和路由信息，发现网络故障，加强对网络的管理和维护。 目前，国外的一些研究团体已经着手p 网络监控的相关研究工作，比较著 名的网络管理软件有c i s c o 公司的c i s c o w o r k s 1 1 ，i b m 公司的n e t v i e w ，h p 公 司的o p e n v i e w ，3 c o r n 公司的t r a n s e n 等。虽然它们能很好的实现网络拓扑结构 的自主发现，并且提供丰富的a p i ，但是在一定程度上有自己的缺陷，例如完全 采用s n m p ，对网络造成较大影响，或针对特定的操作系统或者硬件，底层接口 不开放，无法复用等。因此，开发一种高效，通用，简单，实用的网络路由管理 系统是十分必要的。 本课题的主要目标就是要设计和开发一个口网络的路由管理系统，实现对 i p 网络路由的实时监控，为网络配置和网络的高效使用提供重要支撑。系统以 被动监测技术为主，主动监测技术为辅，通过接收网络协议报文进行分析和计算， 按需探测网络拓扑数据，完成网络拓扑的重构和路由动态呈现。 i p 网络路由管理系统的设计与实现 1 2 课题内容及应用价值 本课题主要针对o s p f 网络和b g p 网络进行监控，为网络管理人员提供一 个管理口网络路由的交互式平台，通过对网络进行实时监控获得网络拓扑数据， 再通过对该数据的进一步分析计算和处理，获得网络的路由信息，以此来发现网 络异常和网络的周期性变化规律，减少网络配置错误，提高网络利用率。 o s p f 协议是在口网络中得到广泛应用的内部网关协议( i n t e r i o rg a t e w a y p r o t o c o l ，i g p ) ，用于完成自治系统( a u t o n o m o u ss y s t e m ，a s ) 内部的路由选择 【2 】。b g p 协议是一种典型的外部网关协议( e x t e r i o rg a t e w a yp r o t o c o l ，e g p ) ，用 于完成各a s 之间的路由选择【3 】。本文通过对路由监测的方法进行广泛调查和研 究，采用利用路由协议实现路由分析和监控管理的方法。通过对这两种网络协议 的深入研究，了解协议的工作原理，针对其不同特性，制定出一整套监测和管理 口网络路由动态变化的方法。 针对o s p f 协议，在各自治系统的各个o s p f 分区( a r e a ) 内部署网络探 针采集协议报文，通过分析其中的链路状态通告( 1 i n ks t a t ea d v e r t i s e m e n t ，l s a ) ， 来获取网络节点的拓扑信息和网络路由状态信息【4 】【5 1 ，进行实时的拓扑呈现，从 而获得整个网络的状态，达到管理o s p f 网络路由的目的。 针对b g p 协议，在各自治系统内部署网络探针采集协议报文，通过分析其 中的b g p 的路由更新消息( u p d 筒r e ) ，从中提取a sp a t h 属性，还原出网络 层可达信息( n e t w o r kl a y e rr e a c h a b i l i t yi n f o r m a t i o n ，n l r i ) ，构建网络拓扑，并 在此基础上，通过a sp a t h 属性，获得实时的路由变更信息，实现路由信息的 叠加，构建路由变更拓扑。由于b g p 协议主要用于计算自治系统之间路由信息， 其网络协议报文中缺少各自治系统内部的拓扑信息，因此，通过采用s n m p 协 议来弥补这一不足。通过监测网络内各路由器的管理信息库( 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 ，m i b ) 表的查询，获得同一个自治系统内各b g p 路由器之间的 逻辑拓扑刚引。 1 3 论文组织结构 本文主要研究以下几方面的内容： 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o s p f 协议，b g p 协议和s n m p 协议的基 本概念，路由数据包格式及作用，并描述了各个协议在i p 网络中的应用和协议 流程；此外，还对系统设计中用到的x m l 语言进行了简单的介绍。 2 i p 网络路由管理系统的设计与实现 第三章为系统的需求分析部分，针对路由管理系统的总体需求进行分析，将 其从功能上进行划分，获得四个相关子系统。 第四章是论文的主体部分，提出了p 网络路由管理系统的设计，其中包括 各功能组件中各功能的描述，设计方案，数据处理流程，以及各功能模块之间的 通信方式。 第五章对系统各组件的实现进行了详细说明，其中涉及数据采集器，数据分 析服务器，数据处理服务器，协议模拟服务器以及登陆服务器的实现过程。 第六章介绍了路由管理系统在实验网络中的测试情况。制定功能测试用例， 对测试结果进行呈现和分析，通过呈现结果与真实网络拓扑的对比验证，证实系 统的正确性，可靠性以及可行性。 第七章是论文总结部分，该部分总结性描述了i p 网络路由管理系统，并进 一步阐明了个人在本系统中的工作。 论文最后是有关结束语，相关文献和致谢。 3 ， 2 i o s p f 路由协议 2 1 1 协议概述 o s p f ( o p e ns h o r t e s tp a t hf i r s t ) 路由协议是i n t e m e t 网络t c p i p 协议族中 的一种内部网关路由协议，由i n t e r n e to s p f 网络协议工作组于1 9 9 1 年制定出， 并以i n t e m e t 协议标准r f c l 5 3 8 确定下来，是一种被广泛应用与i n t c m e t 上的功 能很强，通用性很高的路由协议。 o s p f 协议是一种链路状态协议( l i n ks t a t ep r o t o c 0 1 ) ，用于在同一个a s 中 的路由器之间发布路由信息。o s p f 路由器收集其所在网络区域上各路由器的连 接状态信息( l i n k s t a t e ) 生成链路状态数据库( 1 i n k - s t a t ed a t a b a s e ，l s d b ) ，并 利用“最短路径优先算法( s h o r t e s tp a t hf i r s t ，s p f ) ”独立计算出到达任意目的 地端的路由【引。 2 1 2协议报文说明 2 1 2 1 协议数据包说明 o s p f 协议中有5 种不同类型的数据包【2 1 ，如表2 1 所示： 表2 - 1o s p f 协议报文类 类型描述 1h e l l o 包 2 数据库描述包( d a t a b a s ed e s c r i p t i o n ，d d ) 3 连接状态请求包( 1 i n ks t a t er e q u e s t ，l s r ) 4 连接状态更新包( 1 i n ks t a t eu p d a t e ，1 _ s u ) 5 连接状态确认包( 1 i n ks t a t ea c k ，i s a c k ) 其中，h d l o 包用于h e l l o 协议，从路由器的所有接口中周期性的发出，负 责建立和维护邻居关系，确保邻居间的双向通信。 d d 包用于描述l s d b 的目录，在邻居对之间初始化邻接时交换，采用发送 - 响应机制，d d 包发送之后，需要对端对该包进行确认。 l s r 包用于从邻居数据库中获得较新的链路状态数据库部分。路由器的邻居 对完成l s d b 的同步后，请求更新一部分过期的链路状态数据库时使用。 s i p 网络路由管理系统的设计与实现 l s u 包用于响应连接状态请求包，包含了l s a 信息，并实现l s a 的洪泛。 l s a c k 包用于响应l s r 。通过明确的确认，使得洪泛l s a 变得可靠。 2 1 2 2 链路状态通告说明 l s u 中包含了网络中的l s a 信息，每一个l s a 描述了o s p f 路由域中的一 部分内容。 在o s p f 网络中，l s a 有7 种【2 】，如表2 2 所示： 表2 - 20 s p fl s a 类型 类型描述 1r o u t e r - l s a 2 n e t w o r k - l s a 3 s u m m a r y - l s a ( i p 网络) 4 s u m m a r y - l s a ( a s b r ) 5a s e x t e r n a l - l s a 6 组成员l s a ( g r o u pm e m b e r s h i pl s a ) 7 非纯末梢区域( n o t - s o s t u b b y ”a r e a ，n s s a ) a s 外部l s a r o u t c r - l s a ：每台路由器生成一个r o u t c r - l s a 。该l s a 描述了路由器连接 ( 接口) 到区域的状态和距离值。仅在一个区域内洪泛。 n e t w o r k l s a ：由网络中的指定路由器( d e s i g n a t e dr o u t e r ，d r ) 生成。描述 了接入网络的所有路由器，包括d r 自身。是为区域中接入了两个或多个路由器 的广播和非广播多路接入( n o n b r o a d c a s tm u l t i a c c e s s ，n b m a ) 网络而生成。 s u m m a r y - l s a ：由区域边界路由器( a r e ab o r d e rm u t e r ，a b r ) 生成，描 述区域间目标。 a s - e x t e m a l - l s a - 由自治系统边界路由器( a u t o n o m o u ss y s t e mb o r d e r r o u t e r ，a s b r ) 所生成，并描述a s 外部的路径。 组成员l s a ：目前不支持组播o s p f ( m o s p f 协议) 。 n s s a a s 外部l s a ：由a s b r 产生，几乎和a s e x t e r n a l l s a 相同，但该 种l s a 仅仅在产生该l s a 的非纯末梢区域内部进行洪泛。在n s s a 网络中，由 a s b r 路由器产生该类l s a ，并发给本区域的路由器。 2 1 3协议原理 一台o s p f 路由器加入网络时，首先需要与网络中的邻居路由器形成邻接关 系，并从邻居路由器中获得链路状态信息形成自己的l s d b ，与该网络中的其他 路由器的l s d b 同步，再进行路由计算，获得网络中的路由信息。当链路状态发 6 i p 网络路由管理系统的设计与实现 生变化时，o s p f 路由器通过接收l s u 更新自己的l s d b ，并依据s p f 算法重新 进行路由计算。 2 1 3 1 建立邻接关系 邻接关系是o s p f 路由器以交换路由信息为目的，和所选择的相邻路由器之 间建立的一种关系。邻接关系的建立由h e l l o 协议完成。o s p f 路由器周期性 的从所有接口中发送h e l l o 包，当该路由器看到自身被列于其他路由器的 h e l l o 包中时，这两个路由器之间就会建立双向通信，进而建立邻接关系。 图2 1 描述了o s p f 路由器的接口状态在邻接关系建立过程中的变化流程。 达到e x s t a r t 状态或更高状态的邻居会话被称为邻接。 建立邻接关系) 图2 - 1o s p f 路由器的接口状态在邻接关系建立过程中的变化流程【2 】 2 1 3 2 链路状态数据库同步 o s p f 路由器建立邻接关系以后，每台路由器向其邻居发送一系列d d 包描 述自身的l s d b 。每个d d 包包含自己l s d b 中的一组l s a 。当邻居发现其中的 l s a 比自己数据库中的l s a 新时，就记录下需要请求的l s a ，并在l s r 包中发 出对这些l s a 的请求。发送和接收d d 包的过程称为“数据库交换过程d a t a b a s e e x c h a n g ep r o c e s s 。在该过程中，两台路由器形成主从关系。主机发送d d 包后， 从机通过回应d d 包中的序列号来确认。没有被确认的l s r 包按固定时间间隔 重发。当数据库描述过程结束，并且所有的l s r 都得到确认时，数据库即被认 为已经同步，邻居路由器也被标记为完全邻接，可以在两台路由器的r o u t e r - l s a 中宣告邻接。 图2 2 描述了o s p f 路由器的接口状态在l s d b 同步过程中的变化流程。当 7 i p 网络路由管理系统的设计与实现 路由器接口状态变成f u l l 状态，即表明双方的l s d b 已经同步。 ( 两台路由的l s d b 不路由的1 s d b 相同) 图2 - 2 0 s p f 路由器的接口状态在链路状态数据库同步过程中的变化流程【2 1 2 1 3 3 路由计算 o s p f 协议的报文中包含了链路的m e t r i c 值，根据o s p f 协议使用的最短路 径优先算法可以计算出网络的路由。由于o s p f 网络中允许分区( a r e a ) 的存 在， o s p f 的路由计算总体来说分为四个步骤完成【2 】： 计算一个区域的最短路径树：通过r o u t e r - l s a 和n e t w o r k - l s a 来计算 最短路径树，采用d i j k s t r a 算法。 计算区域间的路径：通过s u m m a r y - l s a 来计算获得。 检查传输区域的s u m m a r y - l s a ：仅在接入一个或多个传送传输数据的非 骨干区域的区域边界路由器( a b r ) 上进行。 计算a s 的外部路径：通过a s e x t e r n a l l s a 来计算获得。 2 2 b g p 路由协议 2 2 1协议概述 b g p ( b o r d e l g a t e w a yp r o t o c 0 1 ) 路由协议是自治系统间的路由协议，其建 立来源于r f c 9 0 4 中定义的e g p 以及r f c l 0 9 2 和r f c l 0 9 3 中描述的e g p 在 n s t n e t 骨干网中的使用【3 j 。 b g p 协议是一种距离矢量( d i s t a n c ev e c t o r ) 的路由协议，但比起r i p 等典 型的距离矢量协议又有很多增强的性能。b g p 协议使用t c p 作为传输协议，使 用端口1 7 9 ，在通信中，先建立t c p 会话，以保证数据传输的可靠性，此外， b g p 协议使用增量的，触发性的路由更新，而不是一般的距离矢量协议的整个 路由表的，周期性的更新，这样也节省了更新所占用的带宽。 8 i p 网络路由管理系统的设计与实现 b g p 协议主要用来在多个a s 之间建立会话协议，通过b g p 的会话协议将 i g p 生成的路由传送出去，因此b g p 在路由的计算上非常简单，不会消耗太多 的c p u 计算，这种处理方法是b g p 协议能容纳并且快速的传播数十万条路由， 能够基于用户的配置策略做各种路由的筛选。 2 2 2协议报文说明 2 2 2 1 协议数据包说明 b g p 协议中有四种不同类型的数据包【3 1 ，如表2 3 所示： 表2 - 3b g p 协议报文类型 类型描述 1 o p e n 包 2 u p d a t e 包 3 n o t i f i c a t i o n 包 4 k e e p a l i v e 包 o p e n 消息是在传输协议连接建立之后，b g p 对等体之间发送的第一个消 息，需要k e e p a l i v e 消息确认，确认以后才可以交换u p d a t e ，k e e k p a l i v e 和n o t i f i c a t i o n 消息。 u p d a t e 消息用来发送路由信息到b g p 对端。发布路由时，指定路由的路 由属性，以帮助对端b g p 协议选择最佳的路由。每个u p d a t e 消息只可以发布 一种路由属性，本地b g p 如果有路由属性完全相同的路由( 只有信宿地址不同) ， 则可以由一条u p d a t e 消息发布，否则只能使用不同的u p d a t e 消息发布。在 本地b g p 路由变化时，也使用u p d a t e 消息修正对端b g p 的路由表。 n o t i f a c a t l 0 n 消息在探测到错误情况或退出b g p 连接时发送。b g p 连 接发送该消息之后要立即关闭。 经过一段时间的路由信息交换后，本地b g p 和对端b g p 都无新路由通告， 趋于稳定。此时要定时发送k e e p a l i v e 消息以保持b g p 连接的有效性。对于 本地b g p ，如果在超过保持时间的时间内，还未收到任何对端b g p 消息，就认 为此b g p 连接已经无效，将此b g p 连接断开。 2 2 2 2b g p 路由属性说明 b g p 路由属性是b g p 路由的核心概念。它是一组参数，在u p d a t e 消息 中被发给连接对等体。这些参数记录了b g p 路由信息，用于选择和过滤路由。 表2 4 中介绍了一些常用的b g p 属性阴。 9 i p 网络路由管理系统的设计与实现 表2 4 常用b g p 属性说明 属性名称用途补充说明 o r i g i n 描述前缀的起源有3 种可能的起源，分别是：i g p - o r i g i n ( 0 ) ， e g p - o r i g i n ( 1 ) ，i n c o m p l e t e o r i g i n ( 3 ) 。 在路径选择过程中，具有较低的o r i g i n 值的 前缀被优先选择。 a sp a t h 描述一条前缀经过的 支持四种类型的a s 段：a s _ s e t ， 自治系统 a s _ s e q u e n c e ，a s _ c o n f e d - s e t 和 a s _ c o n f e d _ s e q u e n c e 。s e t 选项下的自治系 统的列表是无序的，而s e q u e n c e 选项下的自 治系统的列表是有序的。 n e - - h o p 定义到达某条前缀的描述的下一跳i p 地址不一定是直连的。 下一跳i p 地址b g p 在最佳路径选择过程中只会考虑有可达 的下一跳的前缀。 m u l t i e x l l - d i s c 在外部( a s 间) 链路属性值是四个字节的无符号数，称为一个度 上区分同一个邻居a s量。具有较低的度量的出口或者入口有较高 的多个出口或入口的优先级。 l o c a l _ p r e fi b g p 宣告者用于计算具有较高的l o c a l _ p r e f 值的路径被优先选 每一条外部路由的优择。该属性包含在e b g p 前缀通告中，仅在同 先程度一个a s 内的路径选择处理中使用。 a 1 - o m l c - a g g r e g a t e对端的一些重叠的路 具有该属性的路由表示：实际到达目的地的 由选择了一条更不特路由，在n l r i 内说明，有自由环回特性，可 殊的路由而不是选择以通过a s p a t h 属性内没有列出的a s 。 一条更特殊的路由 a g g r e g a t d r 描述是否形成聚合由执行聚合的b g p 发言者加入该属性，其中 包含自己的a s 号和i p 地址 o r i g i n a t o r - i d部署路由反射器时，在由第一个路由反射器( r r ) 创建，并且不被 a s 内用作环路防止机 后续的r r 更改。o r i g i n a t o r i d 是相