的作品或成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。申 請學(xué)位論文與資料若有不實之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。 論文作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文使用授權(quán)說明學(xué)位論文使用授權(quán)說明 本人完全了解杭州電子科技大學(xué)關(guān)于保留和使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：研究生在校攻讀 學(xué)位期間論文工作的知識產(chǎn)權(quán)單位屬杭州電子科技大學(xué)。本人保證畢業(yè)離校后，發(fā)表論文或 使用論文工作成果時署名單位仍然為杭州電子科技大學(xué)。學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件， 允許查閱和借閱論文；學(xué)?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容，可以允許采用影印、縮印或其 它復(fù)制手段保存論文。 （保密論文在解密后遵守此規(guī)定） 論文作者簽名： 日期： 年 月 日 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 年 月 日 杭州電子科技大學(xué)杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文碩士學(xué)位論文 基于基于 ospfv3 協(xié)議協(xié)議的的 gr 機制實現(xiàn)機制實現(xiàn) 研研 究究 生：生： 平 誕 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 胡 建 萍 教 授 2012 年 12 月 dissertation submitted to hangzhou dianzi university for the degree of master implementation of gr mechanism based on ospfv3 protocol candidate: ping dan supervisor: prof. hu jianping december，2012 杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 i 摘 要 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，ip 網(wǎng)絡(luò)上承載著越來越多的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，同時，ip 網(wǎng)絡(luò)的可 靠性要求也不斷提高。對于運營商網(wǎng)絡(luò)和大型企業(yè)網(wǎng)絡(luò)，短暫的網(wǎng)絡(luò)中斷將帶來巨大的損失。 因此， 可靠性和持續(xù)性逐漸成為衡量網(wǎng)絡(luò)綜合性能的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)之一。 ospfv3 協(xié)議是目前 世界上使用最多的內(nèi)部路由協(xié)議， 主要提供對 ipv6 網(wǎng)絡(luò)的支持。 在全球加緊推進 ipv4 向 ipv6 過渡的背景下，ospfv3 協(xié)議必將得到更廣泛的應(yīng)用。但由于 ospfv3 協(xié)議自身運行機制的限 制， 可能導(dǎo)致協(xié)議重啟時網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)路由振蕩和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)流量中斷。 gr 機制是一種高可靠性 技術(shù)，能夠在路由器設(shè)備重啟過程中保證數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)流量不中斷，網(wǎng)絡(luò)中也不會產(chǎn)生路由振蕩， 從而有效地提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性。當(dāng)前，各種主流路由協(xié)議提供對 gr 機制的支持和融合已成 為一種必然趨勢。本文即是對基于 ospfv3 協(xié)議的 gr 機制進行研究和實現(xiàn)。 本文首先介紹了 ipv6 網(wǎng)絡(luò)及路由器設(shè)備的發(fā)展概況，歸納和總結(jié)了 ipv6 網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議 及其可靠性技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。 其次，對 ospfv3 協(xié)議和 gr 機制進行了深入研究，為全文奠定了理論基礎(chǔ)。從協(xié)議的 基本概念出發(fā)，文中詳細闡述了 ospfv3 協(xié)議的工作原理和運行機制，包括接口狀態(tài)機、鄰 居狀態(tài)機的運轉(zhuǎn)和 lsa 報文的處理。然后，通過對運行 ospfv3 協(xié)議的路由器設(shè)備重啟過程 的具體分析，提出其問題所在，從而引入 gr 機制，詳細分析了 gr 機制的基本原理和工作 機制，指出其優(yōu)越性所在。 在分析協(xié)議的基礎(chǔ)上，文中給出了軟件系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，包括與外部模塊的交互關(guān) 系和內(nèi)部線程的功能劃分，并設(shè)計了系統(tǒng)的公用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。接著，詳細論述了 grrestarter 模塊和 grhelper 模塊的設(shè)計實現(xiàn)，主要包括 gr 狀態(tài)機的設(shè)計，gr 重啟過程中 grrestarter 和 grhelper 對協(xié)議報文、定時器、鄰居數(shù)據(jù)、lsdb 數(shù)據(jù)以及路由信息的維護和處理。 最后，文中設(shè)計了相應(yīng)的測試組網(wǎng)，對軟件系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)果進行了測試和驗證，具體包 括對 grrestarter 模塊和 grhelper 模塊的基本功能測試，以及對整體系統(tǒng)的性能測試和壓力 測試。測試結(jié)果表明，該軟件系統(tǒng)的實現(xiàn)方案是正確可行的，滿足設(shè)計要求和交付標(biāo)準，可 運行于實際網(wǎng)絡(luò)中。同時，本文最后也指出了該系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)中一些可以進一步改進和完 善的地方，并對下一階段的發(fā)展進行了展望。 本文設(shè)計實現(xiàn)的基于 ospfv3 協(xié)議的 gr 機制能夠保證路由器設(shè)備重啟過程中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā) 流量不中斷，從而有效地提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性、持續(xù)性和穩(wěn)定性，在實際網(wǎng)絡(luò)中具有廣泛應(yīng) 用。 關(guān)鍵詞：ospfv3，gr 機制，ipv6 網(wǎng)絡(luò)，協(xié)議重啟，可靠性 杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 ii abstract with the rapid development of network technology, the ip network carrying more and more internet business, and at the same time, the requirement of ip network reliability is also constantly improving. for carrier network and large enterprise network, a brief network interruption will bring huge losses. therefore, reliability and sustainability gradually become one of the key technical indicators to measure the overall performance of the network. the ospfv3 protocol is the most used internal routing protocol in the world currently, and mainly to provide support for ipv6 network. under the background of intensively promote the transition from ipv4 to ipv6 globally, ospfv3 protocol is bound to be more widely applied. however, due to the limitation of operation mechanism of ospfv3 protocol itself, it may lead to routing oscillation and data forwarding flow interruption in the network during the protocol restarting. gr mechanism is a kind of high reliability technology, can ensure that the data forwarding flow without interruption during the router restarting, and also will not produce the routing oscillation in the network, so as to effectively improve the reliability of the network. currently, it has become an inevitable trend that all the mainstream routing protocols provide support and integration for gr mechanism. this article just research and implement the gr mechanism based on ospfv3 protocol. the paper firstly introduces the overview of the development of ipv6 network and router equipment, and summarizes the research status and development trend of ipv6 network routing protocol and its reliability technology in the world. secondly, deeply research the ospfv3 protocol and gr mechanism to lay the theoretical foundation for the full text. starting from the basic concept of the protocol, the text elaborates the working principle and operation mechanism of ospfv3 protocol, including the operation of interface state machine and neighbor state machine, and process of lsa packets. then, by analyzing the process of router restarting which running ospfv3 protocol, it proposes the problem, and introduces the gr mechanism, detailed analysis the basic principle and working mechanism of gr and point out its advantage. based on the analysis of the protocol, it presents the overall design scheme of the software system in the text, including the interactive of external modules and the functional partition of internal threads, and designs the system common data structure. then, it expounds the design and implementation of grrestarter module and grhelper module in detail, mainly including the design of gr state machine, the maintainance and processing of protocol packets, timer, neighbor data, lsdb data and routing information for grrestarter and grhelper during the graceful 杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 iii restarting. finally, the paper designs the corresponding network to test and verify the design result of the software system, including the basic function test of grrestarter module and grhelper module, the performance test and stress test of whole system. the test result shows that the implementation of the software system is correct and feasible, meeting the design requirement and delivery standard, and can be running in the actual network. meanwhile, it also points out some place that can be further improved and perfected in the design and implementation of the system at the end of the text, and make prospect for the development in the next stage. the gr mechanism based on ospfv3 protocol which is designed and realized in the article can ensure the data forwarding flow without interruption during the router restarting, effectively improve the reliability, sustainability and stability of the network, and have widely application in the actual network. keywords：ospfv3, gr mechanism, ipv6 network, protocol restart, reliability 杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 iv 目 錄 摘 要 . i abstract . ii 第 1 章 緒 論 . 1 1.1 研究背景及意義 . 1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 . 2 1.3 本文研究內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu) . 3 第 2 章 ospfv3 協(xié)議 . 4 2.1 ospfv3 協(xié)議簡介 . 4 2.1.1 區(qū)域 . 4 2.1.2 協(xié)議報文類型 . 4 2.1.3 lsa 類型 . 5 2.1.4 鄰居與鄰接 . 6 2.1.5 dr 與 bdr . 6 2.1.6 路由計算 . 7 2.2 形成鄰接 . 7 2.2.1 接口狀態(tài)機 . 7 2.2.2 鄰居狀態(tài)機 . 8 2.3 lsa 處理 . 11 2.3.1 lsa 頭部 . 11 2.3.2 lsa 生成、刷新和老化 . 12 2.3.3 lsa 洪泛 . 12 2.4 本章小結(jié) . 14 第 3 章 gr 機制 . 15 3.1 問題的提出 . 15 3.2 gr 機制簡介 . 16 3.2.1 gr 過程中的角色 . 16 3.2.2 gr 機制分類 . 16 3.3 grace lsa. 17 3.4 gr 機制工作原理 . 17 3.5 本章小結(jié) . 18 第 4 章 總體設(shè)計 . 19 杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 v 4.1 軟件開發(fā)環(huán)境 . 19 4.2 總體方案設(shè)計 . 20 4.2.1 可選方案 . 20 4.2.2 方案選擇與論證 . 20 4.2.3 線程劃分 . 21 4.3 外部模塊交互 . 22 4.4 公用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 23 4.4.1 進程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) . 23 4.4.2 區(qū)域數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) . 24 4.4.3 接口數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) . 24 4.4.4 鄰居數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) . 25 4.5 本章小結(jié) . 26 第 5 章 grrestarter 模塊設(shè)計 . 27 5.1 需求點分析 . 27 5.2 gr 狀態(tài)機設(shè)計 . 27 5.3 進入 gr . 30 5.3.1 進入 gr 的場景 . 30 5.3.2 進入 gr 前的處理 . 31 5.4 gr 過程處理 . 32 5.4.1 定時器維護 . 32 5.4.2 鄰居信息的收集 . 35 5.4.3 lsdb 數(shù)據(jù)維護 . 35 5.4.4 路由信息維護 . 36 5.5 退出 gr . 36 5.5.1 正常退出 gr . 36 5.5.2 異常退出 gr . 42 5.6 本章小結(jié) . 44 第 6 章 grhelper 模塊設(shè)計 . 45 6.1 需求點分析 . 45 6.2 進入 gr . 45 6.3 gr 過程處理 . 47 6.3.1 定時器維護 . 48 6.3.2 鄰居信息維護 . 49 6.3.3 lsdb 數(shù)據(jù)維護 . 51 6.3.4 路由信息維護 . 51 杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 vi 6.4 退出 gr . 52 6.4.1 正常退出 gr . 52 6.4.2 異常退出 gr . 53 6.5 本章小結(jié) . 54 第 7 章 測試與驗證 . 55 7.1 測試環(huán)境構(gòu)建 . 55 7.1.1 測試組網(wǎng)設(shè)計 . 55 7.1.2 配置命令 . 55 7.2 功能測試 . 56 7.2.1 ospfv3 鄰居建立 . 56 7.2.2 正常流程測試 . 58 7.2.3 異常流程測試 . 62 7.3 性能測試 . 63 7.3.1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)流量測試 . 63 7.3.2 壓力測試 . 65 7.4 本章小結(jié) . 67 第 8 章 總結(jié)與展望 . 68 8.1 全文總結(jié) . 68 8.2 展望 . 68 致 謝 . 70 參 考 文 獻 . 71 附 錄 . 74 杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 第1章 緒 論 1.1 研究背景及意義 近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越來越大，數(shù)據(jù)傳輸速率越來越快， 復(fù)雜度也越來越高，ip 網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)從各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的簡單互連向以各種復(fù)雜模式互連的網(wǎng)絡(luò)群 發(fā)展1。與此同時，ip 網(wǎng)絡(luò)已在交通、能源、企業(yè)、學(xué)校、通信、軍事等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng) 用2，ip 網(wǎng)絡(luò)上承載著大量的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，這也要求 ip 網(wǎng)絡(luò)具有更高的可靠性和穩(wěn)定性。對 于運營商和大型企業(yè)來說，由于業(yè)務(wù)中斷導(dǎo)致的損失越來越難以接受。如今，ip 網(wǎng)絡(luò)運行的 可靠性和穩(wěn)定性問題也受到了網(wǎng)絡(luò)開發(fā)商和運營商的普遍重視， 將其作為衡量 ip 網(wǎng)絡(luò)綜合性 能的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)之一3。 因此， 研究 ip 網(wǎng)絡(luò)的可靠性技術(shù)具有廣泛的科學(xué)價值和實際意義。 目前，國家正在大力推進三網(wǎng)融合，網(wǎng)絡(luò)視頻、語音傳輸?shù)雀鞣N新型業(yè)務(wù)不斷涌現(xiàn)，再 加上云計算、物聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)技術(shù)發(fā)展的需要，對 ip 地址的需求量急劇增加4。然而，以前的 ipv4 協(xié)議由于地址數(shù)量匱乏、安全性不高、路由選擇效率低下、服務(wù)質(zhì)量較差等不足之處， 在實際應(yīng)用中已經(jīng)不能滿足 ip 網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展的需要。從而，下一代網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準ipv6 應(yīng)運而 生，ipv6 協(xié)議因其自身的諸多優(yōu)點必將成為新一代互聯(lián)網(wǎng)的 ip 層技術(shù)5，由 ipv4 向 ipv6 平 穩(wěn)過渡也越來越成為國內(nèi)外各界關(guān)注的焦點。目前，各國正在積極加緊對 ipv6 網(wǎng)絡(luò)的部署和 應(yīng)用6。另一方面，路由協(xié)議是保障和提高 ip 網(wǎng)絡(luò)性能的重要因素之一，ipv6 網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)同 樣需要高效穩(wěn)定的路由協(xié)議的支持。ospf（open shortest path first，開放最短路徑優(yōu)先） 是目前網(wǎng)絡(luò)中使用最多、應(yīng)用最廣泛的內(nèi)部路由協(xié)議。ospfv3 是 ospf 版本 3 的簡稱，主要 提供對 ipv6 網(wǎng)絡(luò)的支持，是 ipv6 網(wǎng)絡(luò)中的主流路由協(xié)議7。因此，在 ipv6 作為下一代網(wǎng)絡(luò) ip 層技術(shù)已成定局的情況下，深入研究 ospfv3 協(xié)議及其可靠性技術(shù)具有重要的學(xué)術(shù)價值和 經(jīng)濟意義8。 路由器設(shè)備是 ip 網(wǎng)絡(luò)中的重要節(jié)點，也是 internet 網(wǎng)絡(luò)互連的核心設(shè)備，主要實現(xiàn)數(shù)據(jù) 分組的選路和轉(zhuǎn)發(fā)功能。路由器設(shè)備的性能直接影響網(wǎng)絡(luò)互連的質(zhì)量，其處理速度是網(wǎng)絡(luò)通 信中的主要瓶頸之一9。隨著用戶業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)化、ip 化，路由器設(shè)備在 ip 骨干網(wǎng)絡(luò)中的作用 和地位日益突出。與此同時，各種互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的快速發(fā)展也對路由器設(shè)備的性能和功能提出 了更高的要求10。因此，當(dāng)今的主流路由器設(shè)備都由集中式向分布式轉(zhuǎn)變。在分布式路由器 設(shè)備中，其控制層面和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層面相分離，控制層面主要負責(zé)系統(tǒng)任務(wù)的控制以及路由信 息的管理和下發(fā)，而數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層面主要負責(zé)數(shù)據(jù)報文的接收和轉(zhuǎn)發(fā)11。在這種分布式處理情 況下，當(dāng)路由器的控制層面軟件重啟/重載、主備倒換或異常重啟的時候，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層面必須 仍然能夠正確持續(xù)地轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報文，保證數(shù)據(jù)流量的不中斷。對于一個大型網(wǎng)絡(luò)，尤其是運 營