OSPF在5G承載網(wǎng)中的應(yīng)用與配置

任紅霞?孫文彩?張淑桐?高鳳毅

摘要：OSPF協(xié)議應(yīng)用十分廣泛，在5G網(wǎng)絡(luò)中也有應(yīng)用。在5G時代加強(qiáng)對OSPF協(xié)議的重視和關(guān)注，利用系統(tǒng)性研究，分析其工作過程的不同階段，有利于其在5G網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。簡要介紹了OSPF的工作原理，結(jié)合某運營商5G承載網(wǎng)部署案例，分析了OSPF在5G承載網(wǎng)中的具體應(yīng)用，基于eNSP軟件仿真組網(wǎng)并完成了OSPF配置，以期對實際應(yīng)用提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：OSPF；5G承載網(wǎng)；OSPF配置

一、前言

隨著5G移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的逐漸成熟和各行業(yè)對5G網(wǎng)絡(luò)的迫切需求，2019年，工業(yè)和信息化部向國內(nèi)運營商頒發(fā)5G牌照，中國正式進(jìn)入5G商用元年[1]。3GPP定義了5G的三大應(yīng)用場景，即eMBB、uRLLC和mMTC，為滿足其大帶寬、超高可靠性、超低時延、海量連接等需求，5G承載網(wǎng)采用了諸多關(guān)鍵技術(shù)[2]。其中為實現(xiàn)業(yè)務(wù)報文的靈活轉(zhuǎn)發(fā)和設(shè)備運維更加敏捷，引入了新的路由協(xié)議和技術(shù)。那5G時代是否還需要OSPF、IS-IS、BGP等傳統(tǒng)路由協(xié)議呢？答案是肯定的，5G承載網(wǎng)需要通過OSPF、IS-IS以及BGP等協(xié)議來為SR等隧道的建立提供所需信息。本文主要討論OSPF協(xié)議在5G承載網(wǎng)中的應(yīng)用及配置方法。

二、OSPF協(xié)議介紹

OSPF（Open Shortest Path First），即開放最短路徑優(yōu)先協(xié)議，是一種廣泛應(yīng)用于各類網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)路由協(xié)議[3-4]，在5G承載網(wǎng)中也有使用。OSPF屬于鏈路狀態(tài)路由協(xié)議[5-6]，其工作過程主要分為四個階段：第一階段是尋找鄰居。通過周期性地發(fā)送Hello報文，和鄰居候選人協(xié)商參數(shù)，如果參數(shù)協(xié)商成功，則確定鄰居關(guān)系。第二階段是建立鄰接關(guān)系。需要特別指出的是，在廣播型網(wǎng)絡(luò)中鄰接關(guān)系是比較復(fù)雜的，如果兩兩鄰居之間均建立鄰接關(guān)系，則需要消耗較多的設(shè)備資源，因此需要選舉指定路由器（Designated Router，DR）和備份指定路由器（Backup Designated Router，BDR），其他路由器只要和DR和BDR建立鄰接關(guān)系即可。第三階段是鏈路狀態(tài)信息傳遞。建立鄰接關(guān)系的路由器之間交互LSA（Link State Advertisement，鏈路狀態(tài)公告），最終形成包含完整鏈路狀態(tài)信息的LSDB（Link State DataBase，鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫），每個路由器對全網(wǎng)具有相同的認(rèn)識。第四階段是計算路由。根據(jù)第三階段生成的LSDB，使用最短路徑優(yōu)先算法計算路由。

隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴(kuò)大，單臺路由器上的LSDB數(shù)據(jù)量龐大，路由器負(fù)擔(dān)加重，且不易于管理維護(hù)[7]。為解決此問題，OSPF將一個大的自治系統(tǒng)劃分為若干區(qū)域，路由器僅和同區(qū)域內(nèi)的其他路由器維護(hù)相同的數(shù)據(jù)庫即可[8]。OSPF區(qū)域包括骨干區(qū)域和非骨干區(qū)域，骨干區(qū)域為Area 0，非骨干區(qū)域和骨干區(qū)域相連，區(qū)域間通信均通過骨干區(qū)域，非骨干區(qū)域之間不能直接交換數(shù)據(jù)[9]。

三、OSPF在5G承載網(wǎng)中的應(yīng)用

5G承載網(wǎng)架構(gòu)一般分為接入環(huán)、匯聚環(huán)、核心環(huán)三個層次，環(huán)與環(huán)之間通過兩套設(shè)備進(jìn)行連接[10]。不同運營商5G承載網(wǎng)方案一般都是不同的，本文以一家運營商某個5G承載網(wǎng)部署方案為例，分析OSPF協(xié)議在承載網(wǎng)中的應(yīng)用。OSPF規(guī)劃部署案例如圖1所示。為使承載網(wǎng)具備良好的擴(kuò)展性和控制路由發(fā)布，在承載網(wǎng)內(nèi)規(guī)劃多個進(jìn)程，本文只討論OSPF進(jìn)程的規(guī)劃。OSPF通常部署在接入環(huán)設(shè)備以及接入和匯聚銜接的設(shè)備之中。不同匯聚設(shè)備下掛載的接入環(huán)規(guī)劃為不同的進(jìn)程，如圖1中的OSPF進(jìn)程1和OSPF進(jìn)程2 ；相同匯聚設(shè)備下掛載的不同接入環(huán)規(guī)劃為不同的Area，如圖1中一對匯聚設(shè)備之間互連規(guī)劃為骨干區(qū)域Arae 0，其下掛的不同接入環(huán)規(guī)劃為非骨干區(qū)域Area 1和Area 2，路由通過Area 0相互傳遞。

四、OSPF的配置

本文基于華為eNSP網(wǎng)絡(luò)仿真工具平臺，利用不同路由器分別模擬承載網(wǎng)中的匯聚環(huán)設(shè)備和接入環(huán)設(shè)備，介紹如何在5G承載網(wǎng)中部署OSPF協(xié)議。

（一）背景介紹

某運營商5G承載網(wǎng)接入環(huán)和匯聚環(huán)設(shè)備連接拓?fù)淙鐖D2。兩個接入環(huán)連接到一對匯聚環(huán)設(shè)備，利用eNSP仿真平臺CX設(shè)備模擬匯聚環(huán)設(shè)備，利用AR2220設(shè)備模擬接入環(huán)設(shè)備。CX3和CX4連接區(qū)域規(guī)劃為骨干區(qū)域Area 0，左側(cè)接入環(huán)規(guī)劃為Area 1，右側(cè)接入環(huán)規(guī)劃為Area 2。在當(dāng)前接入和匯聚設(shè)備上部署OSPF協(xié)議，實現(xiàn)全網(wǎng)互通。

（二）配置IP信息

根據(jù)IP地址規(guī)劃表（見表1），配置AR1、AR2、AR5、AR6、CX3、CX4設(shè)備各接口IP信息和四臺PC的IP信息。PC用于最終驗證全網(wǎng)互通性。以AR1設(shè)備Ethernet1/0/0和CX3設(shè)備Ethernet1/0/0端口為例，IP配置命令如下，其他端口配置類似。

[AR1]int Ethernet 1/0/0

[AR1-Ethernet1/0/0]ip address 10.0.0.1 30

[～CX3]int Ethernet 1/0/0

[～CX3-Ethernet1/0/0]ip address 10.0.0.2 30

[*CX1-Ethernet1/0/0]com

（三）配置OSPF協(xié)議

1.匯聚環(huán)設(shè)備配置OSPF

在匯聚設(shè)備CX3和CX4上配置OSPF協(xié)議，設(shè)置router-id為自身LoopBack0接口地址，在各區(qū)域宣告相應(yīng)直連網(wǎng)段。CX3和CX4配置類似，以CX3設(shè)備為例，具體命令如下：

[～CX3]ospf 1 router-id 3.3.3.3

[*CX3-ospf-1]area 0

[*CX3-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.0.0.8 0.0.0.3

[*CX3-ospf-1-area-0.0.0.0]network 3.3.3.3 0.0.0.0

[*CX3-ospf-1]area 1

[*CX3-ospf-1-area-0.0.0.1]network 10.0.0.0 0.0.0.3

[*CX3-ospf-1]area 2

[*CX3-ospf-1-area-0.0.0.2]network 10.0.0.20 0.0.0.3

[*CX3-ospf-1-area-0.0.0.2]com

2.接入環(huán)設(shè)備配置OSPF

在接入環(huán)設(shè)備AR1、AR2、AR5、AR6上配置OSPF協(xié)議，設(shè)置router-id為自身LoopBack0接口地址，在各區(qū)域宣告相應(yīng)直連網(wǎng)段。以AR1和AR5設(shè)備為例展示命令如下，AR2和AR6設(shè)備配置類似。

[AR1]ospf 1 router-id 1.1.1.1

[AR1-ospf-1]area 1

[AR1-ospf-1-area-0.0.0.1]network 10.0.0.0 0.0.0.3

[AR1-ospf-1-area-0.0.0.1]network 10.0.0.4 0.0.0.3

[AR1-ospf-1-area-0.0.0.1]network 20.0.0.0 0.0.0.3

[AR1-ospf-1-area-0.0.0.1]network 1.1.1.1 0.0.0.0

[AR5]ospf 1 router-id 5.5.5.5

[AR5-ospf-1]area 2

[AR5-ospf-1-area-0.0.0.1]network 10.0.0.20 0.0.0.3

[AR5-ospf-1-area-0.0.0.1]network 10.0.0.24 0.0.0.3

[AR5-ospf-1-area-0.0.0.1]network 30.0.0.0 0.0.0.3

[AR5-ospf-1-area-0.0.0.1]network 5.5.5.5 0.0.0.0

上述配置完成后，本場景下的OSPF協(xié)議部署全部完成。使用display ip routing-table命令查看任一設(shè)備的路由表，應(yīng)包含到網(wǎng)絡(luò)中所有網(wǎng)段的路由，圖3為AR1設(shè)備的路由表。

利用PC檢驗網(wǎng)絡(luò)的連通性。PC1、PC2、PC3、PC4任意兩臺之間進(jìn)行ping測試，圖4為PC1和PC3通信測試的結(jié)果，同樣步驟測試其他PC間的連通性。通過ping測試可以發(fā)現(xiàn)全網(wǎng)均能實現(xiàn)互通，說明OSPF協(xié)議配置無問題。

五、結(jié)語

OSPF作為一種鏈路狀態(tài)路由協(xié)議，具備收斂速度快，支持區(qū)域劃分、開銷控制，安全性高等優(yōu)點，其應(yīng)用范圍十分廣泛，在5G承載網(wǎng)中也有使用。本文從工作過程和區(qū)域劃分兩方面簡要介紹了OSPF的工作原理，結(jié)合某運營商5G承載網(wǎng)部署案例，分析了OSPF在承載網(wǎng)中的具體應(yīng)用。最后，借助華為eNSP網(wǎng)絡(luò)仿真工具平臺，搭建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌瓿蒓SPF區(qū)域規(guī)劃和具體配置，并對全網(wǎng)互通進(jìn)行了測試驗證，希望對OSPF在5G承載網(wǎng)中的部署提供借鑒和參考。

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作者單位：青島工程職業(yè)學(xué)院