OSPF在5G承载网中的应用与配置.pdf

OSPF在5G承载网中的应用与配置任红霞 孙文彩 张淑桐 高凤毅摘要：OSPF协议应用十分广泛，在5G网络中也有应用。在5G时代加强对OSPF协议的重视和关注，利用系统性研究，分析其工作过程的不同阶段，有利于其在5G网络中的应用。简要介绍了OSPF的工作原理，结合某运营商5G承载网部署案例，分析了OSPF在5G承载网中的具体应用，基于eNSP软件仿真组网并完成了OSPF配置，以期对实际应用提供参考和借鉴。关键词：OSPF；5G承载网；OSPF配置一、前言随着5G 移动网络技术的逐渐成熟和各行业对5G网络的迫切需求，2019 年，工业和信息化部向国内运营商颁发 5G 牌照，中国正式进入 5G商用元年1。3GPP 定义了5G 的三大应用场景，即eMBB、uRLLC 和 mMTC，为满足其大带宽、超高可靠性、超低时延、海量连接等需求，5G承载网采用了诸多关键技术2。其中为实现业务报文的灵活转发和设备运维更加敏捷，引入了新的路由协议和技术。那5G 时代是否还需要 OSPF、IS-IS、BGP 等传统路由协议呢？答案是肯定的，5G 承载网需要通过 OSPF、IS-IS以及 BGP 等协议来为 SR等隧道的建立提供所需信息。本文主要讨论 OSPF 协议在5G承载网中的应用及配置方法。二、OSPF 协议介绍OSPF（Open Shortest Path First），即开放最短路径优先协议，是一种广泛应用于各类网络的动态路由协议3-4，在5G承载网中也有使用。OSPF属于链路状态路由协议5-6，其工作过程主要分为四个阶段：第一阶段是寻找邻居。通过周期性地发送 Hello 报文，和邻居候选人协商参数，如果参数协商成功，则确定邻居关系。第二阶段是建立邻接关系。需要特别指出的是，在广播型网络中邻接关系是比较复杂的，如果两两邻居之间均建立邻接关系，则需要消耗较多的设备资源，因此需要选举指定路由器（Designated Router，DR）和 备 份 指 定 路 由 器（Backup Designated Router，BDR），其他路由器只要和 DR 和 BDR 建立邻接关系即可。第三阶段是链路状态信息传递。建立邻接关系的路由器之间交互 LSA（Link State Advertisement，链路状态公告），最终形成包含完整链路状态信息的LSDB（Link State DataBase，链路状态数据库），每个路由器对全网具有相同的认识。第四阶段是计算路由。根据第三阶段生成的LSDB，使用最短路径优先算法计算路由。随着网络规模不断扩大，单台路由器上的LSDB 数据量庞大，路由器负担加重，且不易于管理维护7。为解决此问题，OSPF 将一个大的自治系统划分为若干区域，路由器仅和同区域内的其他路由器维护相同的数据库即可8。OSPF区域包括骨干区域和非骨干区域，骨干区域为Area 0，非骨干区域和骨干区域相连，区域间通信均通过骨干区域，非骨干区域之间不能直接交换数据9。三、OSPF在5G承载网中的应用5G承载网架构一般分为接入环、汇聚环、核心环三个层次，环与环之间通过两套设备进行连接10。不同运营商5G承载网方案一般都是不同的，本文以一家运营商某个 5G承载网部署方案为例，分析 OSPF 协议在承载网中的应用。OSPF 规划部署案例如图1所示。为使承载网具备良好的扩展性和控制路由发布，在承载网内规划多个进程，本文只讨论 OSPF进程的规划。OSPF通常部署在接入环设备以及接入和汇聚衔接的设备之中。不同汇聚设备下挂载的接入环规划为不同的进程，如图1中的OSPF进程1和OSPF进程 2；相同汇聚设备下挂载的不同接入环规划为不同的Area，如图1中一对汇聚设备之间互连规划为骨干区域 Arae 0，其下挂的不同接入环规划为非骨干区域 Area 1和Area 2，路由通过Area 0 相互传递。048信息系统工程技术应用四、OSPF的配置本文基于华为eNSP网络仿真工具平台，利用不同路由器分别模拟承载网中的汇聚环设备和接入环设备，介绍如何在5G承载网中部署 OSPF 协议。（一）背景介绍某运营商5G承载网接入环和汇聚环设备连接拓扑如图2。两个接入环连接到一对汇聚环设备，利用eNSP仿真平台CX设备模拟汇聚环设备，利用AR2220 设备模拟接入环设备。CX3和 CX4连接区域规划为骨干区域 Area 0，左侧接入环规划为Area 1，右侧接入环规划为Area 2。在当前接入和汇聚设备上部署 OSPF 协议，实现全网互通。（二）配置IP信息根据 IP 地址规划表（见表 1），配置 AR1、AR2、AR5、AR6、CX3、CX4 设备各接口 IP 信息和四台PC的IP 信息。PC用于最终验证全网互通性。以 AR1设备Ethernet1/0/0 和 CX3 设备 Ethernet1/0/0 端口为例，IP 配置命令如下，其他端口配置类似。AR1int Ethernet 1/0/0AR1-Ethernet1/0/0ip address 10.0.0.1 30CX3int Ethernet 1/0/0CX3-Ethernet1/0/0ip address 10.0.0.2 30*CX1-Ethernet1/0/0com（三）配置OSPF 协议1.汇聚环设备配置OSPF在汇聚设备 CX3 和 CX4上配置 OSPF 协议，设置router-id为自身LoopBack0 接口地址，在各区域宣告相应直连网段。CX3和 CX4 配置类似，以CX3设备为例，具体命令如下：CX3ospf 1 router-id 3.3.3.3*CX3-ospf-1area 0*CX3-ospf-1-area-0.0.0.0network 10.0.0.8 0.0.0.3*CX3-ospf-1-area-0.0.0.0network 3.3.3.3 0.0.0.0*CX3-ospf-1area 1*CX3-ospf-1-area-0.0.0.1network 10.0.0.0 0.0.0.3*CX3-ospf-1area 2*CX3-ospf-1-area-0.0.0.2network 10.0.0.20 0.0.0.3*CX3-ospf-1-area-0.0.0.2com2.接入环设备配置OSPF在接入环设备AR1、AR2、AR5、AR6上配置 OSPF协议，设置 router-id为自身LoopBack0 接口地址，在各区域宣告相应直连网段。以 AR1和 AR5设备为例展示命令如下，AR2和AR6设备配置类似。AR1ospf 1 router-id 1.1.1.1AR1-ospf-1area 1AR1-ospf-1-area-0.0.0.1network 10.0.0.0 0.0.0.3图1 OSPF规划部署案例图2 接入环和汇聚设备连接拓扑049信息系统工程技术应用AR1-ospf-1-area-0.0.0.1network 10.0.0.4 0.0.0.3AR1-ospf-1-area-0.0.0.1network 20.0.0.0 0.0.0.3AR1-ospf-1-area-0.0.0.1network 1.1.1.1 0.0.0.0AR5ospf 1 router-id 5.5.5.5AR5-ospf-1area 2AR5-ospf-1-area-0.0.0.1network 10.0.0.20 0.0.0.3AR5-ospf-1-area-0.0.0.1network 10.0.0.24 0.0.0.3AR5-ospf-1-area-0.0.0.1network 30.0.0.0 0.0.0.3AR5-ospf-1-area-0.0.0.1network 5.5.5.5 0.0.0.0上述配置完成后，本场景下的OSPF 协议部署全部完成。使用display ip routing-table 命令查看任一设备的路由表，应包含到网络中所有网段的路由，图3为AR1设备的路由表。利用 PC 检验网络的连通性。PC1、PC2、PC3、PC4任意两台之间进行 ping 测试，图4为PC1和 PC3通信测试的结果，同样步骤测试其他 PC 间的连通性。通过 ping测试可以发现全网均能实现互通，说明OSPF 协议配置无问题。五、结语OSPF作为一种链路状态路由协议，具备收敛速度快，支持区域划分、开销控制，安全性高等优点，其应用范围十分广泛，在5G承载网中也有使用。本文从工作过程和区域划分两方面简要介绍了OSPF的工作原理，结合某运营商5G承载网部署案例，分析了OSPF 在承载网中的具体应用。最后，借助华为eNSP网络仿真工具平台，搭建网络设备端口IP地址掩码长度网关AR1Ethernet 1/0/010.0.0.130NAEthernet 1/0/110.0.0.530NAEthernet 2/0/120.0.0.230NALoopBack01.1.1.132NAAR2Ethernet 1/0/010.0.0.1330NAEthernet 1/0/110.0.0.630NAEthernet 2/0/120.0.0.630NALoopBack02.2.2.232NACX3Ethernet 1/0/010.0.0.230NAEthernet 1/0/210.0.0.930NAEthernet 1/0/110.0.0.2130NALoopBack03.3.3.332NACX4Ethernet 1/0/010.0.0.1430NAEthernet 1/0/210.0.0.1030NAEthernet 1/0/110.0.0.2930NALoopBack04.4.4.432NAAR5Ethernet 1/0/010.0.0.2530NAEthernet 2/0/130.0.0.130NAEthernet 1/0/110.0.0.2230NALoopBack05.5.5.532NAAR6Ethernet 1/0/010.0.0.2630NAEthernet 2/0/130.0.0.530NAEthernet 1/0/110.0.0.3030NALoopBack06.6.6.632NAPC1Ethernet 0/0/120.0.0.13020.0.0.2PC2Ethernet 0/0/120.0.0.53020.0.0.6PC3Ethernet 0/0/130.0.0.23030.0.0.1PC4Ethernet 0/0/130.0.0.63030.0.0.5表1 IP地址规划表050信息系统工程技术应用拓扑，完成OSPF区域规划和具体配置，并对全网互通进行了测试验证，希望对 OSPF 在5G承载网中的部署提供借鉴和参考。参考文献1赵新胜,陈美娟.5G承载网技术及部署（微课版）M.北京:人民邮电出版社,2021.2 段宏,郭昌华,刘文钊.FlexE 技术及其在 5G 承载网中的应用探析 J.邮电设计技术,2020(03):80-85.3 王文龙.仿真环境下的 OSPF 路由设计与分析 J.实验室研究与探索,2017,36(12):102-107.4 李丙春.路由与交换技术 M.2 版.北京:电子工业出版社,2020.5 谢希仁.计算机网络 M.8版.北京:电子工业出版社,2021.6 张辛欣,褚伟,程丽.OSPF 的配置方法和优缺点J.网络安全和信息化,2022(10):156-158.7 郭佳.多区域 OSPF 路由协议实验的设计与实现 J.科技创新与应用,2017(29):114+116.8 王龙珍,孙志军,杨静,等.OSPF 协议在构建大中型网络中的应用分析 J.现代信息科技,2020,4(15):73-75.9 李竹申.探讨 OSPF 协议的基本原理与实现 J.电脑知识与技术,2019,15(27):30-31.10 李移琨,杨欣欣,秦斌.5G 传输承载网建设需求及应对策略 J.中国新通信,2022,24(21):17-19.作者单位：青岛工程职业学院图3 AR1设备路由表图4 PC1和PC3连