OSPF路由協議在技工院校網絡中的應用

隨著技工院校辦學規模的擴大、分校區的增加、校園網內部設備的逐漸增多、學生宿舍電腦數量不斷增加，如何建立快速、便捷的校園網絡成為技工院校網絡建設的當務之急。筆者學校校園網絡經過初期建設雖已滿足了廣大師生上網的基本需求，但隨著校園網絡規模的擴大和接入計算機數量的增加，仍然有必要對校園網進行優化升級改造，筆者從OSPF原理出發，結合校園網改造項目，簡單介紹如何基于OSPF協議建設和優化校園網網絡方案。

廣東省國防科技技師學院現主要由兩個校區和若干個分校區組成，每個校區都由學生宿舍區、教學區組成，兩個主校區和各個分校區已經建立局域網和互聯網接口，但是兩個主校區未能互聯互通，主校區與分校區之前未能互通。目前隨著學校考試管理系統和協同辦公系統（OA系統）的建立，迫切需要建立一個廣域網，把整個學校的各個校區互聯互通，保證教學信息能夠及時、準確和快速地傳輸，滿足教學管理、日常管理和整個學校辦公自動化等需求，并在此基礎上開發建設現代化的教學應用系統，實現智能型、信息化、快節奏、高效率的管理教學模式。網絡的建立將連接所有教學樓、實驗樓、辦公室及宿舍區中的PC，提供校內信息資源管理、事務管理、辦公應用、課堂教學以及電子郵件、WWW等服務。

一、OSPF路由協議介紹

1.OSPF路由協議的基本介紹

優先開放最短路徑（OSPF）（Open Shortest Path First）路由協議是Internet網絡TCP/IP協議族中一種內部網關路由協議，是Internet OSPF網絡協議工作組于1991年制定出，并以Internet協議標準RFC1583確立下來，被廣泛應用于Internet路由器路由協議、ATM交換機選路上的一種功能很強的通用性非常高的路由協議。它是IETF組織開發的一個基于鏈路狀態的自治系統內部路由協議。在IP網絡上，它通過收集和傳遞自治系統的鏈路狀態來動態地發現并傳播路由。OSPF具有支持大型網絡、路由收斂快、占用網絡資源少等優點，在目前應用的路由協議中占有相當重要的地位。

2.OSPF協議的基本概念

（1）鏈路狀態OSPF路由器收集其所在網絡區域上各路由器的連接狀態信息，即鏈路狀態信息（Link-State），生成鏈路狀態數據庫(Link-State Database)。路由器掌握了該區域上所有路由器的鏈路狀態信息，也就等于了解了整個網絡的拓撲狀況。OSPF路由器利用“最短路徑優先算法(Shortest Path First， SPF)”，獨立地計算出到達任意目的地的路由。

（2）區域OSPF協議引入“分層路由”的概念，將網絡分割成一個“主干”連接的一組相互獨立的部分，這些相互獨立的部分被稱為“區域”(Area)，“主干”的部分稱為“主干區域”。每個區域就如同一個獨立的網絡，該區域的OSPF路由器只保存該區域的鏈路狀態。每個路由器的鏈路狀態數據庫都可以保持合理的大小，路由計算的時間、報文數量都不會過大。

（3）OSPF網絡類型根據路由器所連接的物理網絡不同，OSPF將網絡劃分為四種類型：廣播多路訪問型（Broadcast MultiAccess）、非廣播多路訪問型（None Broadcast MultiAccess，NBMA）、點到點型（Point-to-Point）、點到多點型（Point-to-MultiPoint）。

（4）指派路由器（DR）和備份指派路由器（BDR）在多路訪問網絡上可能存在多個路由器，為了避免路由器之間建立完全相鄰關系而引起的大量開銷，OSPF要求在區域中選舉一個指派路由器(DR)。每個路由器都與之建立完全相鄰關系。指派路由器負責收集所有的鏈路狀態信息，并發布給其他路由器。選舉指派路由器的同時也選舉出一個備份指派路由器，在指派路由器失效的時候，備份指派路由器擔負起指派路由器的職責。

對廣播型網絡和非廣播型多路訪問網絡，路由器使用Hello協議選舉出一個DR。在廣播型網絡里，Hello報文使用多播地址224.0.0.5周期性廣播，并通過這個過程自動發現路由器鄰居。在NBMA網絡中，DR負責向其他路由器逐一發送Hello報文。

3.OSPF路由協議的路由計算

OSPF把整個網絡看成一個自治系統(AS)。每一個AS內若干個物理上相鄰的路由器(Router)、網絡(Network)組成Area，這些Area內部一般是不相交的，它們劃分了整個自治系統。

SPF算法是OSPF路由協議的基礎。SPF算法有時也被稱為Dijkstra算法，這是因為最短路徑優先算法SPF是Dijkstra發明的。SPF算法將每一個路由器作為根（ROOT）來計算其到每一個目的地路由器的距離，每一個路由器根據一個統一的數據庫會計算出路由域的拓撲結構圖，該結構圖類似于一棵樹，在SPF算法中，被稱為最短路徑樹。在OSPF路由協議中，最短路徑樹的樹干長度，即OSPF路由器至每一個目的地路由器的距離，稱為OSPF的Cost，其算法為：Cost = 100×106/鏈路帶寬。在這里，鏈路帶寬以Bps來表示。也就是說，OSPF的Cost與鏈路的帶寬成反比，帶寬越高，Cost越小，表示OSPF到目的地的距離越近。舉例來說，FDDI或快速以太網的Cost為1，2M串行鏈路的Cost為48，10M以太網的Cost為10等。

二、建立基于OSPF協議的技工院校校園網絡

1.選用OSPF路由協議的必要性

（1）校園局域網網絡相對復雜。主校區和各分校區校園網絡經過初期的建設已經具有一定的規模，隨著辦學規模越來越大，設備越來越多，子網越來越多，IP地址增長速度也越來越快，原有的靜態路由協議由于配置繁瑣，網管人員工作量大，已不適合現有規模的需要，需要引入一種動態路由協議來滿足需求。

（2）原有各個校區的網絡互相獨立，隨著教學管理、日常的管理和實現整個學校辦公自動化等需求，需要建設廣域網使所有校區互聯互通，在此基礎上開發建設現代化的教學應用系統，實現智能型、信息化、快節奏、高效率的管理教學模式。由于分校區多，分校區采用的網段不同，各個校區需要互聯互通，采用靜態路由協議配置復雜，不能實現動態的互聯，建設高效自動互聯的廣域網，需要采用動態互聯協議實現網絡自動路由。

2.校園網的OSPF區域劃分

OSPF協議引入“區域劃分”的概念，將網絡分割成一個“主干”連接的一組相互獨立的子網，這些相互獨立的部分稱為“區域”，“主干”部分稱為“主干區域”，每個區域如同一個獨立的網絡，其網絡結構在區域外是不可見的，該區域的OSPF路由器只保存該區域的鏈路狀態。對于主干區域，主要負責在區域之間分發鏈路狀態信息。這種分層次的網絡結構能縮減部分路由器的OSPF的路由條目，提高路由效率。

考慮到學校的現狀和將來的發展，將每個主校區和分校區都獨立劃分為一個區域，從而保證各個局域網相互獨立又能互聯互通，具體的劃分見下表。

同時考慮局域網內的網絡安全，減少廣播包的數量，將教學區、宿舍區和學生宿舍區分開，結合該校實際情況，分別設置不同的區域。例如同和主校區的家屬區子網10.100.0.0/16，辦公區子網為10.101.0.0/16，學生宿舍區子網為10.102.0.0/16和10.103.0.0/16，實驗室機房子網為10.104.0.0/16。這樣可以根據源地址子網的不同，分別劃分不同的區域，家屬區劃為area100，辦公區劃為area101，學生宿舍區劃為area102和area103，實驗室機房劃為area104等。這樣既可以使局域網內區域規模不至于很大，又可以保證與局域網骨干網絡的連通性，保證各個區域以最小的跳數到達核心區域。

為了滿足教學和辦公的需求，各個分校區和主校區通過廣域網互聯，廣域網互聯采用OSPF路由協議，整個廣域網互聯區域號為0。

3.廣域網選擇和OSPF配置

（1）廣域網選擇和網絡拓撲。為了滿足所有分校區都能相互連接，需要建立整個學校的廣域網，考慮到所有校區均在廣東省21個地級市以上城市內，可以租用現有網絡運營商的網絡組成廣域網，從穩定性、經濟性和擴展性等方面考慮，目前廣域網采用2M的MSTP光纖接入網絡；整個網絡拓撲和區域如下圖所示。

（2）OSPF配置。例如，同和校區主路由器OSPF配置如下：

OSPF適應于大型網絡，可保證傳輸的可靠性和安全性。在技工院校的校園網中，對OSPF協議進行合理規劃和優化，對于整個網絡的可擴展性、穩定性都具有非常重要的意義。

（作者單位：廣東省國防科技技師學院）