基于eNSP的VLAN與OSPF配置與原理分析

揭夢梅

摘 要：本文詳細(xì)闡述了VLAN的工作原理和VLAN標(biāo)簽轉(zhuǎn)換過程，重點(diǎn)分析OSPF協(xié)議的工作原理和特點(diǎn)。同時，本文基于eNSP平臺構(gòu)建了一個拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，結(jié)合VLAN，進(jìn)行了互連接口配置以及OSPF協(xié)議配置。

關(guān)鍵詞：VLAN；OSPF；eNSP

1 引言

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組建是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，同時用戶環(huán)境和用戶需求通常具有復(fù)雜性，使得網(wǎng)絡(luò)也變得形式多樣，更具復(fù)雜性。網(wǎng)絡(luò)組建的實(shí)踐證明，在組建實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)之前先使用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)仿真軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)仿真，使得網(wǎng)絡(luò)能滿足用戶的最終需求，可以避免實(shí)際網(wǎng)絡(luò)組建過程中可能會發(fā)生的一些錯誤決策和資源浪費(fèi)，有效的保證實(shí)際網(wǎng)絡(luò)組建目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

2 VLAN

2.1 VLAN工作原理

VLAN全稱虛擬局域網(wǎng)，是一種虛擬技術(shù)，把實(shí)際的局域網(wǎng)LAN劃分成不同的虛擬局域網(wǎng)絡(luò)。VLAN的產(chǎn)生是為了解決在傳統(tǒng)局域網(wǎng)中存在廣播風(fēng)暴、二層（數(shù)據(jù)鏈路層）上無法實(shí)現(xiàn)用戶隔離等問題，本質(zhì)上是把物理的網(wǎng)絡(luò)劃分成多個邏輯上的局域網(wǎng)，在局域網(wǎng)之間不能實(shí)現(xiàn)互通，不能通過二層的方式直接互通，保證網(wǎng)絡(luò)之間是隔離的。通訊雙方VLAN標(biāo)識（這里稱為VLAN標(biāo)簽）相同，即屬于同一個局域網(wǎng)，不同則屬于不同局域網(wǎng)，如此通過VLAN標(biāo)簽管理實(shí)現(xiàn)VLAN。如圖1。

圖1 數(shù)據(jù)幀對比

其中：DA即data address，表示目的MAC地址，SA即Source address，表示源MAC地址，TYPE表示長度/類型，DATA表示數(shù)據(jù)，F(xiàn)CS表示校驗(yàn)核對部分，TAG表示VLAN頭部。

由圖1易在傳統(tǒng)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的SA與TYPE之間添加VLAN頭部，VLAN頭部包含四個部分：TPID、PRI、CFI、VLAN ID。

TPID占2個字節(jié)，是標(biāo)簽協(xié)議，表示該標(biāo)簽所使用的協(xié)議。

PRI占3個bit位，表示VLAN優(yōu)先級有23=8個，0～7，其中7是最高優(yōu)先級。

CFI占1個bit位，是格式標(biāo)識，用在令牌環(huán)網(wǎng)中，表示先傳高頻段位還是先傳低頻段位。

VLAN ID占12個bit位，故對應(yīng)有212=4096個VLAN標(biāo)簽，但實(shí)際上真正能使用分配的VLAN標(biāo)簽只有4096個。因?yàn)?和4095有特殊的使用，不能由管理員人工分配，剩下的1-4094是可以自由分配的。

2.2 VLAN轉(zhuǎn)化流程

VLAN劃分方式有四種：按接口劃分，基于MAC地址劃分，基于IP子網(wǎng)劃分，基于協(xié)議來進(jìn)行劃分。

VLAN端口類型有3種：Access接口、Trunk端口、Hybrid端口。Access接口一般是用于設(shè)備連接用戶的端口；Trunk端口用于連接設(shè)備之間互連的端口；Hybrid端口Hybrid端口既適合用在用戶到設(shè)備之間的VLANd端口，也可以用在設(shè)備到設(shè)備之間的端口。

3 OSPF

3.1 OSPF協(xié)議及其工作原理

OSPF（開放式最短路徑優(yōu)先）協(xié)議屬于IGP（內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議），是基于鏈路狀態(tài)算法，核心思想是SPF算法。OSPF直接運(yùn)行于IP協(xié)議之上，使用IP協(xié)議號89。

OSPF協(xié)議運(yùn)行后，每臺運(yùn)行OSPF協(xié)議的路由器都會生成一個參與組網(wǎng)的描述，即拓?fù)涞囊粋€描述。LSA即鏈路狀態(tài)描述表，描述當(dāng)前路由器能夠看都的組網(wǎng)信息。這個與相應(yīng)的RIP協(xié)議的工作方式不一樣，RIP協(xié)議描述的信息傳遞的路由信息是不管看得到的還是看不到的都會去傳遞，而運(yùn)行OSPF協(xié)議的路由器，描述的信息傳遞是只有自己接口上能夠看到的組網(wǎng)信息。

首先，R1，R2，R3，R4都產(chǎn)生各自的LSA；產(chǎn)生LSA之后，以泛洪的方式將信息在網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中進(jìn)行擴(kuò)散，例如上圖3中，R1將其生成的LSA傳遞給R2，R3，R4，而RTB將自身生成的LSA傳遞給其他路由器；每臺路由器都收到整個網(wǎng)絡(luò)的LSA信息，形成一個數(shù)據(jù)庫，這個數(shù)據(jù)庫被稱為LSDB，即鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。通過一個數(shù)據(jù)庫中的LSA信息，最終能夠還原出整個網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)拓?fù)?。以起點(diǎn)路由器開始計算，選擇路由器的某個端口開始作為根節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計算，故稱也OSPF協(xié)議為基于接口的鏈路狀態(tài)算法協(xié)議。

若這里需要從R1發(fā)信息到R4，則可以以R1的接口1Etherent 0/0/0為起點(diǎn)，找到R2，查看R2的LSA，知道R2的兩個接口分別接R1和R3，而R1是信息來源的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，便不再參與計算，這也就實(shí)現(xiàn)了環(huán)路避免，而R3則是一個未參與計算的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，以此往來，建立最短路樹。最后計算路由，形成IP路由表。

3.2 OSPF基本特點(diǎn)

1）支持無類域間路由（CIDR）。這里域間路由是指路由區(qū)域之間，即自治系統(tǒng)之間傳播路由信息的時候，為了減少路由信息的發(fā)布，這里會對路由信息做一個聚合，那么對于無類路由的路由聚合，這個功能稱為CIDR。所以CIDR的功能，即是在自治系統(tǒng)之間傳播聚合路由的一個功能。

2）支持區(qū)域劃分。SOPF協(xié)議工作時，首先運(yùn)行OSPF協(xié)議的設(shè)備各自產(chǎn)生自己的LSA，然后泛洪形成數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫存儲在路由器的內(nèi)存里面。顯然，若網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，OSPF路由器越多，那么產(chǎn)生的數(shù)據(jù)庫就會越龐大，需要占用大量內(nèi)存，且LSA產(chǎn)生之后，CPU需要開始SPF計算，對CPU要求也提高。故而通常會對運(yùn)行SOPF協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行區(qū)域劃分，從而減少每個數(shù)據(jù)庫中LSA的數(shù)量，減少CPU計算消耗，以及減少網(wǎng)絡(luò)動蕩所帶來的影響。

3）無路由自環(huán)。相較RIP協(xié)議，RIP協(xié)議距離矢量算法的特點(diǎn)，所以本身存在自環(huán)，其自環(huán)問題是通過后期相應(yīng)的改良來實(shí)現(xiàn)的。而SOPF協(xié)議在設(shè)計的時候就考慮到路由環(huán)路的問題。在同一區(qū)域內(nèi)，使用OSPF算法可以實(shí)現(xiàn)無環(huán)路；在區(qū)域之間，通過層次性區(qū)域的劃分（骨干區(qū)域與非骨干區(qū)域）來實(shí)現(xiàn)無環(huán)路。

4）路由變化收斂速度。RIP協(xié)議采用的是周期性的方式來完成路由的更新，即故障的路由信息要等到周期結(jié)束才會完成更新過程。而運(yùn)行OSPF協(xié)議后，路由更新采用的是觸發(fā)式更新方式。即若網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中某個OPSF路由發(fā)現(xiàn)路由信息不可達(dá)，那么它會立刻通告到網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中所有的OPSF路由器上，從而加快網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中故障的收斂，同時，它本身還有相應(yīng)的計算器能夠幫助來進(jìn)行快速的故障收斂。

5）使用IP組播IP收發(fā)協(xié)議數(shù)據(jù)。OSPF協(xié)議的組播地址：224.0.0.5（針對所有的非DR路由器使用的）；224.0.0.6（針對所有DR路由器使用的）。

6）支持多條等值路由。等值路由是指目的地相同，發(fā)現(xiàn)的協(xié)議相同，開銷相同，唯一不同的是下一跳或出接口，那么這些路由信息，即為等值路由。等值路由的作用是用來實(shí)現(xiàn)流量的負(fù)載分擔(dān)的。OPSF協(xié)議也能夠支持等值路由的實(shí)現(xiàn)，在配置數(shù)據(jù)的時候也能通過配置的方式來實(shí)現(xiàn)等值路由。OSPF的等值路由的產(chǎn)生是通過cost值來比較進(jìn)行產(chǎn)生的。OSPF協(xié)議的cost值計算與RIP協(xié)議的cost值計算不一樣。RIP協(xié)議的cost計算是按照跳數(shù)計算的，路由信息每經(jīng)過一次傳遞，即相當(dāng)于經(jīng)過一跳，則cost值加1；OSPF的cost值是根據(jù)傳播路由器所在接口的帶寬來計算的，在認(rèn)為不設(shè)置的cost值得情況下，默認(rèn)采用計算公式108/帶寬=cost值（108為帶寬參考值，默認(rèn)為100兆，即108）。如果cost值計算出來的是相同的，則稱之為等值路由。OSPF協(xié)議在eNSP平臺上面目前支持最多的等值路由的條目數(shù)是32條。

7）支持協(xié)議報文的認(rèn)證。報文認(rèn)證的作用是為了能夠防止一些非法的用戶接入，從而騙取網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的路由信息，然后對該網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生攻擊，因此，當(dāng)路由器與網(wǎng)絡(luò)外的路由器對接時，要考慮到安全性，可以使用認(rèn)證的方式來完成對端接入路由器的一個判斷。OSPF協(xié)議能支持認(rèn)證的方式，它的認(rèn)證方式有兩種：

①接口下的認(rèn)證，即兩個對接的路由器在進(jìn)行對接的時候，可以通過在接口上設(shè)置認(rèn)證方式來完成讓認(rèn)證。

②區(qū)域認(rèn)證，即在某一區(qū)域內(nèi)，兩臺路由去在對接的時候，可以設(shè)置區(qū)域認(rèn)證方式。

4 基于eNSP的VLAN與OSPF配置實(shí)例

基于eNSP平臺，由一個服務(wù)器，一個客戶端，兩個交換機(jī)（S5700）和一個通用路由器構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，并進(jìn)行互連接口配置以及OSPF協(xié)議配置。IP地址規(guī)劃如圖4。

圖4 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

4.1 設(shè)備配置

LSW1配置

[SW1]vlan 100

[SW1-vlan100]q

[SW1]int g 0/0/24

[SW1-GigabitEthernet0/0/24]port link-type access

[SW1-GigabitEthernet0/0/24]port default vlan 100

[SW1-GigabitEthernet0/0/24]q

[SW1]int vlan 100

[SW1-Vlanif100]ip address 10.1.1.1 24

[SW1-Vlanif100]q

[SW1]vlan 10

[SW1-vlan10]int vlan 10

[SW1-Vlanif10]ip address 12.1.1.2 30

[SW1-Vlanif10]int g 0/0/1

[SW1-GigabitEthernet0/0/1]port link-type access

[SW1-GigabitEthernet0/0/1]port default vlan 10

[SW1-GigabitEthernet0/0/1]q

[SW1]

[SW1]int loop 0

[SW1-LoopBack0]ip address 1.1.1.1 32

[SW1-LoopBack0]ospf 100 router-id 1.1.1.1

[SW1-ospf-100]area 0

[SW1-ospf-100-area-0.0.0.0]network 10.1.1.0 0.0.0.255

[SW1-ospf-100-area-0.0.0.0]network 12.1.1.0 0.0.0.3

LSW2配置：

[SW2]vlan 200

[SW2-vlan200]q

[SW2]int g 0/0/24

[SW2-GigabitEthernet0/0/24]port link-type access

[SW2-GigabitEthernet0/0/24]port default vlan 200

[SW2-GigabitEthernet0/0/24]int vlan 200

[SW2-Vlanif200]

[SW2-Vlanif200]ip address 20.1.1.1 24

[SW2-Vlanif200]vlan 10

[SW2-vlan10]int vlan 10

[SW2-Vlanif10]ip address 23.1.1.2 30

[SW2-Vlanif10]int g 0/0/1

[SW2-GigabitEthernet0/0/1]port link-type access

[SW2-GigabitEthernet0/0/1]port default vlan 10

[SW2-GigabitEthernet0/0/1]q

[SW2]

[SW2]int loop 0

[SW2-LoopBack0]ip address 3.3.3.3 32

[SW2-LoopBack0]ospf 100 router-id 3.3.3.3

[SW2-ospf-100]area 0

[SW2-ospf-100-area-0.0.0.0]network 12.1.1.0 0.0.0.3

[SW2-ospf-100-area-0.0.0.0]network 20.1.1.0 0.0.0.255

R1配置：

[R1]int g 0/0/1

[R1-GigabitEthernet0/0/1]ip ad

[R1-GigabitEthernet0/0/1]ip address 12.1.1.1 30

[R1-GigabitEthernet0/0/1]int g 0/0/2

[R1-GigabitEthernet0/0/2]ip address 23.1.1.1 30

[R1-GigabitEthernet0/0/2]q

[R1]

[R1]int loop 0

[R1-LoopBack0]ip address 2.2.2.2 32

[R1-LoopBack0]ospf 100 router-id 2.2.2.2

[R1-ospf-100]area 0

[R1-ospf-100-area-0.0.0.0]network 12.1.1.0 0.0.0.3

[R1-ospf-100-area-0.0.0.0]network 23.1.1.0 0.0.0.3

4.2 驗(yàn)證結(jié)果

互連接口配置已經(jīng)完成。

OSPF配置完成：

Server與Client可以實(shí)現(xiàn)互相ping通。

5 結(jié)束語

本文詳細(xì)闡述VLAN工作原理、VLAN標(biāo)簽轉(zhuǎn)化流程，OSPF協(xié)議工作原理和特點(diǎn)，基于eNSP平臺構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合VLAN，進(jìn)行互連接口配置以及OSPF協(xié)議配置，做初步學(xué)習(xí)實(shí)踐演示，供快速入門學(xué)習(xí)。

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[6]華為學(xué)習(xí)云平臺，2018年4月24日，http：//cn.huaweils.com/sso/#/？area=ntec&lan;=zh-CN