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CN112511435B - 在内部网关协议中实现ospf快速收敛的方法 - Google Patents

在内部网关协议中实现ospf快速收敛的方法 Download PDF

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CN112511435B CN202011500072.4A CN202011500072A CN112511435B CN 112511435 B CN112511435 B CN 112511435B CN 202011500072 A CN202011500072 A CN 202011500072A CN 112511435 B CN112511435 B CN 112511435B
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Abstract

本发明公开了一种在内部网关协议中实现OSPF快速收敛的方法，包括：S1，建立路由，在OSPF外部路由的切换上结合VRRP的虚拟网关机制，将VRRP协议选举出来的虚拟网关地址作为OSPF外部路由的下一跳地址；S2，VRRP主备切换，在发生网络切换的时候，OSPF外部路由的下一跳地址不发生改变，切换时间为VRRP的主备切换时间。本发明提供一种在内部网关协议中实现OSPF快速收敛的方法，在OSPF外部路由的切换上结合了VRRP的虚拟网关机制，把VRRP协议选举出来的虚拟网关地址作为OSPF外部路由的下一跳地址，实际发生网络切换的时候，OSPF外部路由的下一跳地址没有发生改变，切换时间仅为Vrrp的主备切换时间，从而达到避开SPF算法的目的。

Description

在内部网关协议中实现OSPF快速收敛的方法
技术领域
本发明涉及网络通信领域。更具体地说，本发明涉及一种用在网络环境中内部网关协议OSPF的快速收敛方法。
背景技术
开放式最短路径优先OSPF(Open Shortest Path First)是一个基于链路状态的内部网关协议(Interior Gateway Protocol)。在链路状态路由协议中，每台路由器都维持着链路状态数据库以描述网络拓扑结构，该路由器通过洪泛/flooding将其自身的状态传送到整个AS系统。根据链路状态数据库LSDB，每台路由器构建出一棵以其自身为树根的最短路径树。
路由计算过程如下：
(1)通过为所接入的每个区域，查看Router-LSA与Network-LSA，按照SPF(Shortest Path First)算法建立最短路径树来计算区域内路径；
(2)通过查看Summary-LSA计算区域间路径；
(3)通过查看AS-external-LSA计算到达外部目标的路径。
当网络发生变化时，OSPF需要重新进行路由计算，触发SPF算法。上述过程根据网络规模所经历时间达到几秒甚至几十秒，不能适应高实时性能要求的网络环境要求。
而本次发明提及到的OSPF的快速收敛是为了提高路由的收敛速度而作的扩展。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种在内部网关协议中实现OSPF快速收敛的方法，包括：
S1，建立路由，在OSPF外部路由的切换上结合VRRP的虚拟网关机制，将VRRP协议选举出来的虚拟网关地址作为OSPF外部路由的下一跳地址；
S2，VRRP主备切换，在发生网络切换的时候，OSPF外部路由的下一跳地址不发生改变，切换时间为VRRP的主备切换时间。
优选的是，在S1中，建立路由的过程被配置为包括：
S10、将VRRP备份组中的设备Switch A、Switch B中，根据优先级选举出Master为Switch A，Master设备通过发送免费ARP报文，将虚拟IP与虚拟MAC地址通知给与它连接的设备或者主机；
S11、备份组以外的Switch C接收到免费ARP后，记录ARP表项与MAC表项，其中IPAddress、MAC Address为VRRP虚拟IP与虚拟MAC；
S12、设备间采用OSPF协议进行互连，建立邻居关系；
S13、VRRP主备设备配置为ASBR，模拟AS-external-Route重分布产生一条AS-external-LSA，转发地址为VRRP虚地址23.10.0.1，并将此LSA加载到OSPF链路状态数据库中洪泛到全网；
S14、Switch C接收到AS-external-LSA后，计算AS-external-Route；
S15、Switch A、Switch B会接收到对方发送的AS-external-LSA，计算AS-external-Route时，判断AS-external-LSA的Forwarding address是否为重分布AS-external-Route的23.10.0.1，如果是则不参与计算；
S16、Switch C建立起到192.168.10.0的二层表项与三层路由表，Ser_A通往192.168.10.0的数据包转发到Switch A(VRRP Master)。
优选的是，在S14中，AS-external-Route的Nexthop被设置为AS-external-LSA的Forwarding address；
Ser_A通往192.168.10.0的数据包直接转发到Forwarding address即VRRP虚拟地址23.10.0.1。
优选的是，在S2中，主备切换流程被配置为包括：
S20、Switch A由于线路故障VRRP优先级降低，Switch B切换为Maseter；
S21、Switch B将虚拟IP与虚拟MAC地址通知给与它连接的设备或者主机；
S22、Switch C接收到免费ARP后，更新MAC表项；
S23、Switch C的AS-external-Route的Nexthop始终指向VRRP虚拟地址23.10.0.1，三层路由表不会重新计算，Ser_A通往192.168.10.0的数据包转发到Switch B。
本发明至少包括以下有益效果：本发明在OSPF外部路由的切换上结合了VRRP的虚拟网关机制，把VRRP协议选举出来的虚拟网关地址作为OSPF外部路由的下一跳地址，实际发生网络切换的时候，OSPF外部路由的下一跳地址没有发生改变，切换时间仅为Vrrp的主备切换时间，从而达到避开SPF算法的目的。比较现有技术的OSPF快速切换技术，更加缩短了延迟时间，能更快的恢复网络通信，能够达到毫秒级切换。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明的一个实施例中在内部网关协议中实现OSPF快速收敛方法的网络拓扑示意图；
图2为本发明立及洪泛AS-external-LSA的流程示意图；
图3为本发明另一个实施例中在内部网关协议中实现OSPF快速收敛方法的网络拓扑示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
图1示出了根据本发明的一种在内部网关协议中实现OSPF快速收敛方法的实现形式，其中包括：
S1，建立路由，在OSPF外部路由的切换上结合VRRP的虚拟网关机制，将VRRP协议选举出来的虚拟网关地址作为OSPF外部路由的下一跳地址；
S2，VRRP主备切换，在发生网络切换的时候，OSPF外部路由的下一跳地址不发生改变，切换时间为VRRP的主备切换时间。针对现有技术中收敛时间达不到毫秒级要求的问题，本专利提出了OSPF快速收敛技术。而在此前标准的OSPF发现故障的流程中，主要是由于在发生故障的时候整个网络环境中需要重新参与计算的除了发生链路故障的设备还有OSPF区域中的其余设备，步骤冗长且复杂。本方案旨在避开这些冗长的计算步骤，达到网络环境发生改变的时候，对设备的影响较小、不重新参与SPF计算。通过在OSPF外部路由的切换上结合了VRRP的虚拟网关机制，把VRRP协议选举出来的虚拟网关地址作为OSPF外部路由的下一跳地址，实际发生网络切换的时候，OSPF外部路由的下一跳地址没有发生改变，切换时间仅为Vrrp的主备切换时间，从而达到避开SPF算法的目的。比较现有技术的OSPF快速切换技术，更加缩短了延迟时间，能更快的恢复网络通信，能够达到毫秒级切换。
本发明的实施方式赖于OSPF和VRRP工作流程，主要是为了避开OSPF协议复杂的SPF算法对路由的切换影响，针对上述发明机制，介绍详细的实施方式。
为了更好的解释整个切换流程，需要结合到如下图所示的拓扑图进行说明，下面是建立路由、VRRP主备切换的具体流程。
(一)建立路由流程
1、VRRP备份组中的设备根据优先级选举出Master。Master(Switch A)设备通过发送免费ARP报文，将虚拟IP与虚拟MAC地址通知给与它连接的设备或者主机；
2、Switch C接收到免费ARP后，记录ARP表项与MAC表项，其中IP Address、MACAddress为VRRP虚拟IP与虚拟MAC。
Figure BDA0002843245750000041
3、设备间采用OSPF协议进行互连，建立邻居关系；
4、VRRP主备设备配置为ASBR，模拟AS-external-Route重分布产生一条AS-external-LSA，转发地址为VRRP虚地址23.10.0.1，并将此LSA加载到OSPF链路状态数据库中洪泛到全网；
建立及洪泛AS-external-LSA流程为如图2所示，其中配置的重分布AS-external-Route信息表如下：
Redistribute address Nexthop
192.168.10.0 23.10.0.1
External信息表配置如下：
Prefix Nexthop
192.168.10.0 23.10.0.1
由External信息产生的AS-external-LSA主要字段信息表如下：
Prefix Forwarding address
192.168.10.0 23.10.0.1
5、Switch C接收到AS-external-LSA后，计算AS-external-Route。AS-external-Route的Nexthop设置为AS-external-LSA的Forwarding address。Ser_A通往192.168.10.0的数据包直接转发到Forwarding address即VRRP虚拟地址23.10.0.1，而不是发出AS-external-LSA通告的作为ASBR的Switch A、Switch B实际地址。
6、Switch A、Switch B会接收到对方发送的AS-external-LSA，计算AS-external-Route时，判断AS-external-LSA的Forwarding address是否为重分布AS-external-Route的23.10.0.1，如果是则不参与计算；
7、Switch C的Router-LSA与Network-LSA并没有发生变化，不会进入SPF计算流程。Switch C建立起到192.168.10.0的二层表项与三层路由表，Ser_A通往192.168.10.0的数据包转发到Switch A(VRRP Master)。
(二)主备切换流程
当链路发生切换的时候，对于Switch C的AS-external-Route的Nexthop为VRRP虚拟网关，而虚拟网关始终为23.10.0.1，因此达到业务中断时间只与VRRP主备切换引起的二层表项更新时间相关收敛时间可以达到毫秒级别。
1、Switch A由于线路故障VRRP优先级降低，Switch B切换为Maseter；
2、Switch B将虚拟IP与虚拟MAC地址通知给与它连接的设备或者主机；
3、Switch C接收到免费ARP后，更新MAC表项；
Figure BDA0002843245750000051
4、Switch C的AS-external-Route的Nexthop始终指向VRRP虚拟地址23.10.0.1，三层路由表不会重新计算，Ser_A通往192.168.10.0的数据包转发到Switch B(VRRPMaster)。
如图3中网络拓扑结构的实施例：
本发明的实施方式主要是为了避开OSPF协议复杂的SPF算法对路由的切换影响，针对上述发明机制，介绍详细的实施方式。
为了更好的解释整个切换流程，需要结合到如下图所示的拓扑图进行说明：在3台路由器上分别使能OSPF功能，将到192.168.10.0/24的路由通告为外部路由，VRRP的虚拟网关地址为下一跳地址；
具体到每个步骤为：
1、VRRP主设备和VRRP备设备通过重分布引入OSPF外部路由，OSPF通过将192.168.10.0/24的路由通告为外部路由，在OSPF协议中，外部路由通告时可以设置外部路由的下一跳转发地址，转发地址用于设置到达所宣告目标的流量应该被转发的地址。如果转发地址被设为0.0.0.0，数据就应当被转发到LSA的起源(相对应的ASBR)。
2、VRRP主设备和备设备引入的OSPF外部路由通过OSPF数据库洪泛到ROUTER A。
3、ROUTER A对对于重分布的外部路由进行计算，发现其转发地址设置为虚地址23.10.1.1则将到达192.168.10.0/24的路由下一跳设置为23.10.1.1，ROUTER A通过VRRP主设备和备设备学习到192.168.10.0/24的路由下一跳相同；
4、当VRRP主设备故障时，ROUTER A计算出的OSPF路由下一跳则指向该虚拟地址(192.168.10.0/24->23.10.1.1)。由于虚拟地址在SPF路由收敛前后都不会切换。因此在ROUTER A的实际路由在收敛前和收敛实际不会发生变化。
当链路发生切换的时候，对于ROUTER A到达192.168.10.0/24路由的下一跳地址为VRRP虚拟网关，而虚拟网关在这个过程中不会发生变化，因此达到业务中断时间只与VRRP网关切换时间相关。而VRRP切换只需要主、备路由器参与，收敛时间可以达到毫秒级别。
本专利提出OSPF快速收敛技术，对于在路由器上经常会发生改变的内网IP地址，通过External-LSA(外部链路状态通告)的方式加入LSDB库中，从而达到不参与SPF算法的目的，这种方式当内网IP地址发生改变的时候几乎对OSPF的状态没有影响。在路由的切换机制上结合VRRP的虚拟网关，由VRRP进行选举OSPF的forward-address，切换时间仅为Vrrp的主备切换时间，比较现有技术的OSPF快速切换技术，更加缩短了延迟时间，能更快的恢复网络通信，能够达到毫秒级切换。
以上方案只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (1)

1.一种在内部网关协议中实现OSPF快速收敛的方法，其特征在于，包括：
S1，建立路由，在OSPF外部路由的切换上结合VRRP的虚拟网关机制，将VRRP协议选举出来的虚拟网关地址作为OSPF外部路由的下一跳地址；
S2，VRRP主备切换，在发生网络切换的时候，OSPF外部路由的下一跳地址不发生改变，切换时间为VRRP的主备切换时间；
在S1中，建立路由的过程被配置为包括：
S10、将VRRP备份组中的设备Switch A、Switch B中，根据优先级选举出Master为Switch A，Master设备通过发送免费ARP报文，将虚拟IP与虚拟MAC地址通知给与它连接的设备或者主机；
S11、备份组以外的Switch C接收到免费ARP后，记录ARP表项与MAC表项，其中IPAddress、MAC Address为VRRP虚拟IP与虚拟MAC；
S12、设备间采用OSPF协议进行互连，建立邻居关系；
S13、VRRP主备设备配置为ASBR，模拟AS-external-Route重分布产生一条AS-external-LSA，转发地址为VRRP虚地址23.10.0.1，并将此LSA加载到OSPF链路状态数据库中洪泛到全网；
S14、Switch C接收到AS-external-LSA后，计算AS-external-Route；
S15、Switch A、Switch B会接收到对方发送的AS-external-LSA，计算AS-external-Route时，判断AS-external-LSA的Forwarding address是否为重分布AS-external-Route的23.10.0.1，如果是则不参与计算；
S16、Switch C建立起到192.168.10.0的二层表项与三层路由表，Ser_A通往192.168.10.0的数据包转发到Switch A(VRRP Master)；
在S14中，AS-external-Route的Nexthop被设置为AS-external-LSA的Forwardingaddress；
Ser_A通往192.168.10.0的数据包直接转发到Forwarding address即VRRP虚拟地址23.10.0.1；
在S2中，主备切换流程被配置为包括：
S20、Switch A由于线路故障VRRP优先级降低，Switch B切换为Maseter；
S21、Switch B将虚拟IP与虚拟MAC地址通知给与它连接的设备或者主机；
S22、Switch C接收到免费ARP后，更新MAC表项；
S23、Switch C的AS-external-Route的Nexthop始终指向VRRP虚拟地址23.10.0.1，三层路由表不会重新计算，Ser_A通往192.168.10.0的数据包转发到Switch B。
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