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OSPF多实例
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华为三康技术有限公司
Huawei-3Com Technologies Co., Ltd.

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OSPF多实例

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2005-02-28
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华为三康技术有限公司
Huawei-3Com Technologies Co., Ltd.
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修改描述
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作者Author
2005-02-28
1.00
All
initial 初稿完成
李劲松&02159

目 录
1 前言 5
1.1 预备知识 5
1.2 路由协议的《进化论》 5
2 OSPF多实例 6
2.1 OSPF多实例相关名词介绍 6
2.1.1 进程（Process） 6
2.1.2 多实例（Instance） 6
2.1.3 域（Domain） 7
2.2 BGP和OSPF 7
2.2.1 普通服务 7
2.2.2 VIP服务 7
2.2.3 存在的问题 9
2.3 OSPF的后门链路---Sham-link 10
2.3.1 Sham-link的作用 10
2.3.2 Sham-link的配置注意事项与具体实现 11
2.3.3 Sham-link 与虚链路 12
3 配置案例 12
4 留给读者 13
5 附录 13

图目录

图 1 5
图 2 8
图 3 9
图 4 10
图 5 11
图 6 12

1 前言
本文是根据李劲松---李大师的PPT《OSPF Multi-instance》改编而成。
1.1 预备知识
阅读本文之前，请先熟悉一些MPLS-L3VPN的基础支持，包括：
² PE和CE的概念。
² OSPF协议。
² MPLS-L3VPN的基本原理。
² VPN site(其实就是相当于一个多实例)
² MBGP（BGP进化后的结果---多协议BGP）
典型的MPLS-L3VPN拓扑：

图 1
1.2 路由协议的《进化论》
达尔文的《进化论》告诉我们一个原理---适者生存。当MPLS-L3VPN技术日渐成熟的时候，各个路由协议为之也要做出相应的进化或者改变（不变会被淘汰的^_^）。
我司设备目前支持的主要路由协议为：静态路由，RIP，OSPF，BGP。（IS-IS本文不涉及所以暂不介绍），这里我们先简单说一下各个路由协议的进化情况：
² 静态路由、RIP都是标准的协议，但是每个VRF运行不同的实例。相互之间没有干扰。与PE的MP-iBGP之间只是简单的IMPORT操作。
² EBGP也是普通的EBGP，而不是MP-EBPG，只交换经过PE过滤后的本VPN路由。
² OSPF则做了很多修改，可以将本site的LSA放在bgp的扩展community属性中携带，与远端VPN中的ospf之间交换LSA。每个site中的OSPF都可以存在area 0，而骨干网则可以看作是super area 0。此时的OSPF由两极拓扑（骨干区域＋非骨干区域）变为3级拓扑（超级骨干区域＋骨干区域＋非骨干区域）。
从上面我们可以看出静态路由、RIP、BGP这些实现相对简单的路由协议变化并不是很大（当然BGP的一个新功能：用MBGP传递VPN路由也算变化不小吧，这里我们就不讨论了先）。OSPF由于自身算法的太过于精妙，所以它的变化也是比较大的，不过最根本的原因还是适应网络的需求，毕竟科技以人为本啊。
2 OSPF多实例
2.1 OSPF多实例相关名词介绍
2.1.1 进程（Process）
OSPF运行是依靠运行自身的SPF算法，从而形成一个本地的链路状态数据库。不同的接口可以运行多个SPF算法从而形成多个链路状态数据库，我们把每个链路状态数据库里所涉及的接口、LSA等叫做在一个OSPF进程里面。不同的进程的链路状态数据库是完全隔离的，但是可以共同拥有一个路由表（可以通过再发布引入）。
2.1.2 多实例（Instance）
传统路由器只有一张路由表，但是为了适应MPLS VPN，路由器不得不在自身上再模拟一个或者多个虚拟路由器，每个虚拟路由器有独立的路由表（没有特殊处理是不可以互访问的）。每个虚拟路由器和它自己相关的路由表、接口等是存在于一个多实例的。
多实例这个概念可以说基本上是为了MPLS VPN而创造出来的，但是现在它也有别的特殊的应用，比如多实例的L2TP，或者多实例组播应用（我们不必用IGMP V3也可以把不同的源但是相同组的组播流分开）等。只要你肯想肯定还有许多未被挖掘的宝藏。
2.1.3 域（Domain）
域这个概念和WINDOWS2000里的域的概念比较象，或者说可以和AS的概念比较，在一个域内的OSPF可以交互LSA的详细信息，不同域的OSPF只可以交互外部LSA。

2.2 BGP和OSPF
2.2.1 普通服务
MPLS L3VPN网络的路由传递全是依靠BGP的扩展属性传递的，对于一般的路由协议来说（比如静态，RIP等）BGP所需要做的只是简单的再发布工作，没有什么技术含量。
2.2.2 VIP服务
OSPF是BGP的VIP客户，当OSPF需要通过扩展BGP在MPLS L3VPN网络中传递路由的时候，BGP除了会把OSPF的路由发布出去，同时会利用自己的扩展团体属性记录OSPF路由的一些信息。（这么做的原因也是由于OSPF本身设计的思想所导致，这个协议需要每条路由的尽量详细信息。）
BGP是如何提供VIP服务给OSPF的呢？这个还要从RT说起，RT表示路由器接受路由的喜好，当然发送路由更新的时候可以设置这个“喜好”了。现在RT除了加上了这个“喜好”，而且还对OSPF有特殊的服务，RT后面加了一些OSPF路由信息，在RT的字段有一部分是这样的：

图 2
如图2是BGP扩展团体属性与OSPF相关的部分，其中类型编码为0x0306（长度16bit），接下来是OSPF的区域号（32 bit）,然后是OSPF路由类型（8 bit），最后一部分是选项字段（一般用来表示外部路由的度量类型）。
我们现在具体解释一下路由类型这个字段：
² 第1类LSA与第2类LSA的路由类型为1或者2
² 第3类LSA的路由类型为3
² 第5类LSA的路由类型为5
² 第7类LSA的路由类型为7
² Sham-link端点地址路由类型为 129
这里Sham-link后面会介绍到的，由于MPLS L3VPN的路由是通过BGP发布出去的那么最起码的要求是这条路由要在路由表里，当PE要发布这条路由的时候它会根据产生这条路由的LSA类型来填充路由类型这个字段，当另外一个PE的接收到某条被发布的OSPF路由后，如果它的下游也是同一个DOMAIN内的OSPF区域的话那么可以通过再发布把路由传播下去。（但是路由类型1，2的会被转化成LSA 3，其它路由类型到LSA之间的转换不会变的）
我们可以发现常见的LSA变少了，类型4的LSA没了，为什么呢？（欢迎大家讨论，以下是我的看法：由于BGP的任务是发布路由给PE，而且这条被发布的路由是要在路由表里的，但是OSPF的LSA 4只是通告一下ASBR的位置，并不会产生路由，所以发布它有点难啊.....）但是没有类型4的LSA路由器对于类型5和类型7的外部路由如何正确的算出树呢？请看下图：

图 3
如图3所示，假如与CE-B连接的区域1里某个路由器发布了一条外部路由 （LSA 5）那么PE-C发布的时候只会发布这条LSA 5产生的路由，相关的LSA 4是被忽略的，但是这条路由到了PE-D的时候，PE-D如果需要把它再发布到OSPF域的时候它会把产生者的地址写成自己，然后再发布相关的LSA 5出去，同时CE-E会产生一个相应的LSA 4（认为PE-D是ASBR），这样一切就圆满了^_^。
2.2.3 存在的问题
路由协议最怕的就是产生路由环路，OSPF区域里传递路由为了保证不产生环路规定：1 所有区域必须和区域0相连；2 本身用SPF算法。但是MPLS L3VPN网络中改变了这种拓扑结构，而且在跨越MPLS骨干网后一般都是类型3，5，7的LSA，这三种LSA实际上在OSPF运算产生路由的时候和DV（距离矢量）算法很接近，所以很有可能产生路由环路，比如下图：

图 4
如图4（一个典型的CE双归的模型）当PE-A分别与PE-B，PE-C建立MBGP邻居后，当PE-A传递了一个类型3或者5的路由给PE-B与PE-C，PE-B与PE-C都会根据相应的LSA产生路由，但是同时就有可能PE-B产生的LSA通过CE-A传递了给PE-C然后由于路由优先级与再发布的问题，导致PE-B的路由表错误或者把这条路由又发给了PE-A，这样环路就形成了。
解决办法：首先我们先介绍一下如何避免类型3的LSA产生环路，在OSPF头部的选项字段中有一个DN位，当PE收到某条LSA 3的并且发现DN位有置位的时候，这个PE在运行SPF算法的时候会忽略这条LSA。（CISCO书上说会忽略此LSA，同时不能发布到BGP中，可是SPF算法已经忽略它了，根本就产生不了路由，怎么会发布到BGP中呢？？欲知答案，请参看附录^_^）。
接下来说一下关于类型5，7是如何避免环路的。方法和类型3用的方法类似，也是在某个地方做个标志，类型5，7的LSA都有TAG选项，当PE发布一条OSPF外部路由到VPN网络中，PE会根据这条外部路由的信息（AS号等）算出一个唯一的VPN-TAG值并且加到类型5，7的LSA里面去，当PE收到一条类型5或者7的LSA的时候如果发现有一样的VPN-TAG值的话，那么该LSA也会被忽略的。
2.3 OSPF的后门链路---Sham-link
2.3.1 Sham-link的作用
好的网络规划设计者都会考虑到网络的冗余、备份问题，一般情况下MPLS-L3VPN网络中PE之间存在备份链路，同时相同的VPN组之间可能也有备份链路的存在，比如下图：

图 5
如上图5 CE-A与CE-B之间还有一个备份链路相连，问题也就来了，由于域内路由的优先级大于域间路由的优先级，所以CE-A会通过它与CE-B直接相连的链路到达另外一个VPN，而且PE也会忽略自己的BGP邻居发布过来的VPN路由。一般情况下为了网络管理与排错我们尽量会把CE-A与CE-B之间的备份链路作为“后门”链路，只有当MPLS骨干网络出现了问题数据才会通过“后门”链路转发，为了适应这种要求Sham-link产生了。通过Sham-link MPLS L3VPN骨干网的PE之间可以扩散LSA 1或者 LSA 2。
2.3.2 Sham-link的配置注意事项与具体实现
首先我们看一个Sham-link的配置简例：
{ bgp 100
undo synchronization
group 1 internal
peer 1 connect-interface LoopBack0
peer 104.0.0.3 group 1
#
ipv4-family vpn-instance vpna
network 192.200.3.0
network 200.1.1.1 255.255.255.255
import-route ospf 100
undo synchronization

ospf 100 vpn-instance vpna
import-route bgp
area 0.0.0.2
network 192.200.3.0 0.0.0.255
sham-link 200.1.1.1 104.0.0.3 （用LOOKBACK地址）}
配置Sham-link一般有3条注意事项：
² Sham-link的端点地址（32位）属于某个特定的多实际例
² 将该端点地址在BGP的多实例下通告
² 该端点地址不可以在相应的OSPF实例中发布
我们先来讲解一下具体实现，然后在对每个注意事项进行解释。
Sham-link与虚链路实现的手段基本一致，Sham-link在两个端点可达后，然后建立OSPF邻居，通过邻居关系把相应的LSA发送过来。现在我们来回忆一下虚链路的实现，我们在配置虚链路的时候，一般都会用到命令“vlink x.x.x.x”，这里的x.x.x.x是一个RID，也就是一个路由器的名字，也就是说在路由表里可以没有这个地址。那么Sham-link的端点地址可以不通过BGP发布吗？（答案是否定的，虚链路的虽然可以只配置对端的RID，但是这是因为本地的路由器对该区域的LSA1、LSA2都了如指掌，它完全有能力叠代的正确的出口。而Sham-link这个功能本身就是为了传递LSA1与LSA2如果不在BGP中发布端点地址，那么就好比OSPF-NBMA网络不配PEER一样）
最后我们说一下注释事项的第三点，因为一般情况下我们建立Sham-link是通过虚接口LOOKBACK建立的，而草案上说Sham-link实际上是一种地址借用的特殊情况，所以一旦把端点地址发布到OSPF里，这个时候我们的LOOKBACK接口就变成了一个启动OSPF的接口，物理接口收到的HELLO数据会送到这个LOOKBACK接口，这样就破坏了草案上说的地址借用的情况。路由器对HELLO数据包的识别也会有错误。
2.3.3 Sham-link 与虚链路
Sham-link与虚链路有很多表面的类似的地方，都是为了连接2个隔离的区域并且提供该区域的详细路由信息，同时也都是利用单播来建立邻居关系。但是我们在实际中应用它们的地方并不是很多，或者希望最好不要用到它们。

3 配置案例
以下是一个简单的配置例子（这里只介绍PE上的配置，P设备和CE的配置就不介绍了）：
² 首先配置一个多实例：
ip vpn-instance vpna
route-distinguisher 100:1
vpn-target 100:1 export-extcommunity
vpn-target 100:1 import-extcommunity
² 然后配置BGP
bgp 65001（别忘了添加邻居）
ipv4-family vpn-instance vpna
import-route direct
import-route ospf 1
² 接着配置OSPF多实例
ospf 1 vpn-instance vpna
import-route bgp
import-route direct
area 0.0.0.1
network 201.1.1.2 0.0.0.0
sham-link 1.1.1.1 2.2.2.2
4 留给读者
请问下面这个拓扑哪里不合理，为什么？如何修改？

图 6
5 附录
答案：CISCO与我司的再发布的实现是不同的，我司的实现方法是只有IP路由表里有具体的OSPF路由，那么它才可以被发布到其它的协议当中去。而CISCO的实现是把整个可用LSA都发布到其它协议当中。
这两种实现方法各有什么好处？各有什么缺点？请大家思考。

2005-03-17
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