OSPF經典問題解答

■郝強

東莞職業技術學院計算機工程系王石

OSPF經典問題解答

■郝強

1 在OSPF中。為什么第三類LSA傳播超過一個區域，路由信息就會被修改呢？他不是使用SPF算法么？如果這樣那么他跟RIP的V-D算法有啥區別？

答:因為ospf傳播超過一個區域之后，路由信息就會改變。而路由信息在OSPF中，包括防環等作用。這也是RIP與OSPF本質的區別。在RIP中。由于采用V-D(距離-矢量)算法，當報文傳遞過后，會改變路由信息，因此也就存在環路。而在OSPF中。第三類LSA也是這樣。由此RFC規定。所有區域必須要與骨干區域相連接。但在我們實際組網中。經常碰到非骨干區域與骨干區域不能相互連接。由此RFC定義了虛連接。

2 說到虛連接。哪虛連接為什么能保證第三類LSA的路由信息不被修改呢？

答：從狹義的角度來說。一條虛連接是屬于區域零的一條虛擬鏈路。因此他也就能保證第三類LSA的路由信息不被修改。

3 虛連接是怎樣使用SPF算法的？準確的說。虛連接是怎么確定他報文的目的地址的？

答：每個虛連接都要生成兩棵最短路徑樹（第一棵為本地區域的最短路徑樹。第二棵為虛連接鄰居的最短路徑樹）計算虛連接最短路徑樹之后。本地路由器會通過查找對端最短路徑樹，并通過對端的Router-id來標識。那么虛連接到達本地路由器的始發端口的IP地址即為本地路由器發給對端虛連接鄰居的協議報文的目的IP地址。

4 為什么ospf在默認情況下引入外部路由生成的是第二類LSA而不是第一類？

答：在外部第一類LSA中，第一類LSA比第二類的可信度要高，并與ospf使能的路由有可比性。而第二類LSA呢，可靠性比較低，與ospf自動使能的路由也沒啥可比性。這里舉個例子。第一類就相當于ospf自己的孩子。而第二類呢。就相當于從外面進來的客人。并且在選路原則中，一類要永遠要比二類優先即使是前者COST要高。

5 為什么在ospf中不能引入靜態的缺省？

答：RFC定義了缺省發布的條件。比如NSSA，stub，他們都會自動生成一條缺省。

6 第三類LSA和第五類LSA link state id字段都是描述目的網段的地址。哪他們之間有什么區別？

答：對三類和第五類的LINK-STATE ID是一樣的，都是描述目的網段的地址。但即使他們所有的字段都是一樣，但是他們所實現的功能是不能相提并論的。最關鍵的是在LSA報文頭中的類型字段有明顯的區別。這兩類LSA的作用定位不同，三類是描述另一個區域的路由。而五類描述的是外部路由。

7 為什么ospf中四種網絡類型所定義的hello time和生存時間都不一樣？

答：OSPF一共定義了四種網絡類型，而這四種網絡類型，大部分都是針對鏈路，（點到多點需要手動修改），這也是OSPF的特點之一，能適應更多不同類型的的網絡結構中，并且，不同的網絡類型，鄰居生存時間和hello time也隨之改變，（并且還可以手動修改），這無不證明此協議的人性化。

8 ospf如果不同進程不同區域使能。鄰居能正常建立起來么（廣播網絡環境下）？

答：不能正常建立。因為ospf路由器在接受OSPF報文的時候會驗證一些報文是否合法其檢查的內容有版本號、區域ID，驗證方法和驗證信息。

9 不同進程同區域，鄰居能正常建立起來嗎？

答：能。因為在ospf的報文中并不需要對進程ID進行檢查，所以鄰居能正常建立起來。

10 鄰居和鄰接有哪些區別？什么情況下才會出現鄰居？什么情況下才會出現鄰接？

答：OSPF一共有八個狀態機，其中down 2-way FULL是穩定狀態機其他的都是中轉狀態。所謂鄰居關系是指只要與對端鄰居關系建立到2-WAY就可以了，并且用到的報文只有HELLO。如果建立鄰接就需要進步一交互報文，需要用到的報文有dd，Lsr lsu ls ack他們兩之間的區別是鄰居只需要收到對端的HELLO報文，并且自己在對端的鄰居列表里面就可以了。所有網絡環境都可以建立鄰居關系。而鄰接是在建立鄰居關系之上交互路由信息的。Drother之間只需要建立鄰居關系。

11 ospf本身能過濾掉自身產生的LSA嗎？

答：ospf本身并沒有過濾LSA的機制。（原因很簡單如果能限制的話SPF算法肯定要出錯）有也只是限定一些范圍的，比如LSDB的超載機制。

12 ospf一共有多少種LSA報文類型？

答：OSPF一共有十一種LSA報文類型。他們的作用分別如下：第一類描述了區域內部與路由器直連的鏈路信息；第二類計入了廣播或NBMA網絡網段上所有路由器的router-id（打包一類LSA)；第三類將所連接區域內部的鏈路信息以子網的形式傳播到相鄰區域；第四類描述的目標網絡是一個ASBR的route-id；第五類描述到外部AS路由信息；第七類NSSA區域專屬LSA描述外部AS的路由信息。以上這幾類是我們常用的。

第六類在組播ospf協議中使用的組播LSA；第八類在ospf域內傳播BGP屬性時使用的外部屬性LSA；第九類本地鏈路范圍的opaque；第十類本地區域范圍內的opaque LSA；第十一：本自治系統范圍的opaque LSA。

13 ospf中option的作用有哪些？

答：Option這個字段是ospf的可選功能，描述路由器所支持所選的功能。一共有五位，格式分別如下：E位——該位描述是否洪泛AS-external-LSA；MC位——該位描述是否多播擴展OSPF轉發IP多播包；N/P位——該位描述了處理類型7 LSA；EA位——該位描述了是否按OSPF外部屬性inprogress的說明忽略還是接收并轉發External-Attributes-

LSA；DC位——該位描述了按擴展OSPF和支持需求電路的說明處理按需鏈路。

14 OSPF進程重啟，為什么鄰居能快速的建立起來。而不是像創建進程需要等待那么長時間?

答：ospf的鄰居存活時間是40秒，在路由器之前成功建立鄰居正常的情況下，一邊重啟進程，而另一邊鄰居還正常的存活在鄰居表中，但是當這邊重啟好了，發送HELLO的時候，對端也即轉到INIT狀態，并且所有的狀態，只需要交互一個報文就行了，所以，重啟進程，比普通建立的更快，也就是說，等對端的四十秒過后，再重啟進程，那么他們又得重新互發HELLO,又得經過七個狀態機才能建立鄰接狀態。

15 ospf一直提示LSA disabled，為什么會產生這種情況?

答：導致這種情況的原因是：當LSA的老化時間結束時，LSA他會在LSDB表里面移除掉，或者此LS的始發者發送消息flooding掉。正常的情況下，當鄰居正常建立來并且建立到鄰接狀態時，他會自動更新LSA的信息，并用LS Age和LS系列號，來區分那條LSA更新，同時在LSDB表中更新最新的LSA。既然LSA出現down的情況，那么首先得把問題定位在鄰居是否正常建立起來，并且能正常交互報文（LSU LS ACK）。

16為什么OSPF與BGP在重分布的時候，OSPF路由的下一跳不確定，導致選路錯誤。

答：這是由BGP的環路引起的。在雙出口的BGP中，如果BGP里面宣告或學習到的路由都一樣，建議修改preferred-value值，把環路取消然后再做重分布。

17 OSPF跟STP結合組網，一般會遇到哪些問題？

答：一個協議的所有功能都包含在報文中，報文中的某個字段置位，也就是這個協議的功能開啟，不管OSPF與那個協議結合組網，只要不影響OSPF的報文收和發就可以了。需要注意STP在收斂的時候，會導致端口阻塞，正常的流量是沒有辦法通過，那么這樣就會造成OSPF的報文沒有辦法正常交互，并且會出現一些莫名其妙的現象（比如鄰居頻繁的UP, DOWN、UP DOWN）。還有在交互報文的時候，會莫名其妙的卡在一些狀態機上。這些，只有等STP收斂好，讓OSPF正常交互報文才能一一排除。

18 OSPF與BGP組網會遇到哪些問題。

答：大家都知道，BGP和OSPF都是第四層的協議，但是BGP對TCP有依賴性，而OSPF對IP也有一定的依賴性，（這里解釋一下阿，大家對ospf于IP的依賴性不是很清楚, ospf使能一個網段后，如果這個網段存在，那么就以組播地址224.0.0.5（廣播環境下），針對這個網段發送HELLO報文，那么如果這個網段不存在呢？那么HELLO是不可能發送的。那這跟依賴有啥關系呢?大家想想，如果IP正常的話，肯定無條件使能這個網段，但是IP地址是DOWN的情況下，OSPF還繼續發HELLO包么?)我之前說過，ospf在正常的情況下，不管與什么協議結合一起組網，只要滿足他基本的條件，那么鄰居和鄰接，肯定能正常建立，但BGP對TCP有依賴性，換句話說，只有OSPF正常建立鄰接關系，BGP才能正常交互OPEN相關的一些報文。所以，如果ospf與BGP一起組網，首先得檢查OSPF相關的設置于錯誤，然后再檢查BGP。

19 ospf區域怎樣劃分才合理?

答：ospf詳細劃分區域是很有必要的，現在的路由器的性能越來越強大，但區域該怎么劃分才合理，才能把OSPF最大最優呢？這無疑是跟著路由器的性能和拓撲環境走，ospf雖然只會將最優的路由安裝在路由表中，但是，在OSPF數據庫里面，所有的LSA都會存在，如果網絡的直徑大起來，最無疑是對OSPF一個挑戰。一個區域最好不超過50臺路由器但那是在90年代標準，哪時候的路由跟現在的性能已經不在是相同的一個檔次了。現在的路由器性能肯定不是在50內。

20兩臺路由器通過直連鏈路，建立OSPF鄰居，那么在一邊使用P2P，而一邊使用P2MP的情況下，能正常建立到鄰接狀態么？

答：肯定是不能的，因為這兩個網絡類型的hellointerval不一樣，而在OSPF進程檢查一個hello報文是否合法，其hellointerval在檢查范圍內。因此兩臺路由上的hellointerval是不一樣的，當其中一臺路由器接受到另一臺的包時，將會丟棄此HELLO包，因此鄰居就不可能正常建立起來。

21在什么情況下。OSPF bad versio數值會增加?

答:ospf的版本出錯或者ospf版本字段損壞。解決辦法，檢查下OSPF版本是否配置正確。然后重啟下OSPF進程就可以了。

云制造切割排樣系統研究及應用

東莞職業技術學院計算機工程系王石

原材料的生產預算、科學利用與耗用管理等問題普遍存在于家具、鈑金、建筑、機械、電子、服裝、皮革、包裝等諸多行業中，其直接影響到庫存和生產成本。CAN（Computer Aided Nesting，計算機輔助排樣）通過計算機進行優化組合和圖形布局計算，求解切割下料的優化方案，可達到有效節約資源、提高生產效率的目的。最優切割排樣布局問題屬于NP完全問題，其計算量巨大，相應的排樣軟件價格昂貴。目前，國外有ShapeShifter、Nester、ToPs300、AutoForm等排樣系統，而國內多停留在優化算法研究，大面積應用的排樣軟件較少，國內王石研發了AutoCUT開料專家系列通用切割排樣軟件，已應用到家具、建筑、五金、汽車等行業企業。

近年來，隨著云計算、物聯網等技術的快速發展，促進了網絡化制造新模式“云制造”的誕生，互聯網制造作為“中國制造2025”的重要支持方向之一，其通過將各類制造資源和能力進行虛擬化、服務化和統一管理，對外提供敏捷、快速、優質、低價等特點的制造全生命周期服務。

從生產環節來看，CAN屬于CAPP的一部分，其上端要與ERP/CAD連接接收數據，下端連接CAM控制設備，由于各類排樣軟件相當獨立而沒有統一的CAN的服務接口，增加了計算機集成制造的難度。因此，受軟件和應用模式的限制，國內的CAN應用還停留在較低層次?；赟OA（Service Oriented Architecture，面向服務的架構）構建云制造切割系統，可將優化切割排樣抽象為云計算服務，任何制造企業都可通過互聯網遠程調用排樣云服務，而無需自行購買和安裝昂貴的排樣軟件?？蓪⑴艠铀惴ê蛙浖庋b成云端制造排樣服務，企業再根據自身的特點進行服務接入和租用。

云制造切割排樣系統以下特點：

系統可充分利用云計算系統的的并行計算資源，將可企業排樣任務分解為多個排樣問題，進行分布式快速求解，將優秀的排樣算法進行虛擬化和服務租用；

企業用戶通過網絡瀏覽器或使用云排樣客戶端，可像在本地使用排樣軟件一樣使用切割排樣的SaaS服務；

嵌入式數字終端設備借助物聯網技術接入云制造排樣系統，可通過SOA接口直接調用排樣服務，實現企業制造系統的無縫集成，提高生產效率和快速反應能力；

為企業ERP以及第三方軟件開發商提供優化排樣PaaS開發接口，此時系統被虛擬為一個提供排樣服務的網絡黑匣子，對用戶透明。

1 系統框架

云制造切割排樣系統以優化云的形式提供原材料下料排樣服務，其不局限于解決某一行業或某一工序的排樣優化問題，而是提供解決制造企業切割與裝填問題（Cutting& Packing）的通用優化系統，系統通過在INTERNET上發布一系列遠程調用函數接口，為制造企業提供切割排樣計算服務。系統的服務可分為一維的線型材分切規劃服務、二維的板材開料排樣服務和三維的集裝箱物流裝載優化服務。

Google、Amazon等典型的云計算平臺基于分布式計算框架開發和部署，如Hadoop框架。該框架包括分布式數據庫和文件系統、并行編程、遠程調用方案等，其優點在于開發者不需要考慮多臺計算機的并行計算與大用戶量的并發處理。但由于排樣算法的復雜性，以及目前已有的成熟排樣軟件，如果采用Hadoop框架的MapReduce并行編程語言重寫排樣算法，將增加開發難度，系統的兼容性將無法保證。排樣系統的核心問題是密集的計算求解，對數據存儲的要求不高，而用戶并發量遠沒有搜索引擎那樣高。因此，本系統基于現有的Windows環境，采用一種共享的中心數據庫，運用多線程技術實現多核計算，各求解服務器與WEB服務器之間以Socket消息通信實現的分布式調度。

云制造排樣系統的服務架構如下圖所示，該架構由SOA服務WEB接口、分布式多核調度模塊和多個彈性的優化求解模塊組成，面向制造企業提供優化排樣求解服務。WEB接口將SOA服務發布給互聯網上的遠端客戶訪問，云計算調度模塊將客戶請求數據進行分解和排隊，由可并行處理的優化求解模塊進行多核計算，得到最優的切割排樣方案，通過SOA接口返回給客戶。

2 分布式調度算法

排樣問題求解是針對給定條件和目標的一系列復雜計算過程。對制造企業而言，一個批次的產品制造過程中往往存在多個下料排樣問題（P），如建筑工程中一批門窗訂單包括一維鋁型材和二維玻璃的切割規劃、家具企業生產一種家具需要不同厚度以及每種厚度需不同尺寸的木板毛坯若干等等。因此，用戶提交的一個排樣需求（T）可分解為一個或多個排樣問題，每個排樣需求都包含切割的已知條件（原材料供應）和求解目標（毛坯需求），即根據零件需求、庫存數量、設備參數等已知條件，對原材料面積、重量、價格等進行多目標優化求解。本排樣算法模塊輸入的是一個排樣問題，輸出的是該排樣問題的解（切割方案），切割方案由若干個下料切割布局圖組成。由于其NP復雜性，算法運行需要占用CPU時間，即計算資源。云制造排樣系統將多個用戶的排樣需求分解成單個相對獨立的排樣問題，形成排樣問題隊列，由多個計算機CPU核心并發進行求解。同一時間一個CPU核可求解一個排樣問題。該云服務的基本單位是獨立排樣問題，資源的基本單位是CPU核。下圖是分布式調度算法的求解過程（T代表樣任務，P代表排樣問題，C代表求解計算機，U代表CPU計算核心）。

其中，T1被分解為排樣問題P1和P2，T2被分解為排樣問題P3；Ti被分解為k個排樣問題Pj～Pj+k，P1、P2、P3…Pj+k構成排樣服務請求隊列；云排樣系統根據現有計算資源對排樣請求隊列提供計算求解服務。云平臺上多臺服務器組成的計算集群被虛擬為一個計算資源池，若系統中部署有s臺計算服務器，每臺服務器有n個CPU計算核心，則該問題可描述為一個s★n個服務臺、一個隊列構成的隨機聚散服務系統。該系統處理隨機到達的用戶排樣服務請求，排樣問題的求解時間由排樣算法的性能決定（通常在1～5分鐘內完成），當排樣算法的單個實例在單個CPU核心上運行時，則整個排樣系統的容量為m=s★n；

分布式排樣系統的排隊模型可描述為：M/M/1/p/∞/FCFS；多臺計算服務器間的資源的調度可通過共享的排樣請求隊列，結合Socket（網絡套接字）消息通知實現。具體可將系統劃分為計算調度模塊、優化求解模塊和數據存儲模塊。計算調度模塊位于WEB服務接口之后，接受來自用戶的排樣服務請求；優化求解模塊被安裝在若干臺獨立的多核服務器計算機上；數據存儲模塊包含一個存儲排樣數據隊列的隊列表和一個記錄優化求解模塊位置的地址表，排樣任務的分布式求解過程如下：

用戶通過INTERNET提交排樣任務Ti；

計算調度模塊將用戶排樣任務Ti分解為k個排樣問題Pj+k，并將排樣問題數據入隊列表；

計算調度模塊查詢地址表，通過Socket向各優化求解模塊發送數據到達消息；

空閑的優化求解模塊將響應數據到達消息，隨后訪問隊列表，根據當前空閑的CPU-Core數量提取相應數量的排樣問題P進行優化求解；

如果優化求解模塊完成一個排樣問題求解，則再次查詢隊列表，獲取下一待求解的排樣問題；如果隊列表中存在待求解的排樣問題且該優化求解模塊存在空閑的CPU-Core，則繼續提取下一排樣問題進行求解。

3 系統服務框架流程

云排樣系統服務的發布和調用是以合適的服務粒度，設計一組遠程過程調用API（應用程序接口）函數，其將分布式計算系統的功能發布給企業客戶。它基于HTTP通信協議和采用XML格式描述排樣計算資源，具備平臺無關、語言無關的優點，可與企業系統構成松散耦合的系統架構。

在互聯網上，云排樣系統可被抽象成一個能提供制造排樣服務的SOA組件，通過URL進行調用，用戶無需部署該系統，即可調用切割排樣的服務，云排樣系統將在進行身份注冊與驗證后提供排樣計算服務，云服務系統框架如上圖所示。

4 系統典型實現

云排樣系統的主要包括電子商務網站和分布式排樣系統，各個模塊共享一個中心數據庫。具體軟件模塊為：

電子商務網站：運用WEB2.0技術開發一個電子商務網站，包括排樣系統的宣傳展示和用戶注冊、后臺管理等模塊。

云排樣客戶端：云排樣客戶端是與終端用戶的圖形交互UI，其包括輕量級的Windows應用程序和基于WEB的富客戶端兩種形式。應用程序客戶端只能運行在PC機上，但用戶可以像操作本地排樣軟件一樣使用它，對二三維排樣圖形能夠獲得很好的操作體驗。WEB客戶端采用JavaScript框架，可以直接運行在WEB瀏覽器中，用戶無需安裝即可使用。

云排樣服務端：云排樣服務端是一組WEB服務程序集合，其通過HTTP協議響應客戶端的服務請求，并以XML格式返回數據。

多線程排樣優化器：排樣算法的軟件實現，它以多線程方式運行，可根據CPU的核心數量，一次啟動多個線程進行同步計算，一個計算線程對應一個CPU-Core。

分布式計算服務監控與管理：實時的反饋和記錄Web-Server和?Solver的分布與工作狀態，并提供一個管理員界面，以便進行系統監控和人工調整。

MES制造執行客戶端：可直接與切割制造設備通訊的客戶端軟件，該軟件可以運行在PC上位機或設備的嵌入式系統中，并直接通過網絡與云端通訊，將下載的排樣結果轉換成控制指令，驅動設備進行相應的切割操作。

我們基于已有的AutoCUT/AutoSAW軟件的排樣算法，實現了上述面向服務架構的云制造切割排樣系統，建設了一個云排樣平臺。該平臺在“曙光”服務器集群上分布式部署和測試，其中WEB服務、數據庫、排樣管理各使用一臺服務器，多線程排樣優化器部署在由10臺32核服務器組成的計算集群上，系統根據服務請求可彈性的啟用1～10臺計算服務器，最多可以同步求解320個排樣問題。該云排樣平臺的服務網站已對外開放注冊功能，可為家具、鈑金、建筑、機械、電子等制造企業提供云端排樣SaaS服務。

本文從PaaS的理念出發，綜合運用排樣算法、多核服務器調度、SOA相關技術，提出了一套云制造切割排樣架構方案，并成功開發和實施了相應的云排樣系統。企業可以通過注冊用戶來遠程租用切割排樣服務。企業信息系統可通過平臺接口直接調用來整合排樣功能，實現信息系統和制造切割設備的有效銜接，最終通過云制造服務較好的解決企業集成制造問題。

項目資助編號：國家863計劃重點項目“中小企業云制造服務平臺關鍵技術研究”（2011A0405）、廣東省科技項目（2013B010134006、2013B090600131）院級重點基金項目（2014A07）