Skip to main content

15. Virtual Links (虚拟链路)

虚拟链路是 OSPF 中的特殊机制，用于连接物理上不直接与骨干区域（Area 0）相连的区域边界路由器（ABR）到骨干区域。

章节概述 (Chapter Overview)​

核心概念

  • 虚拟链路提供逻辑连接到骨干区域
  • 通过传输区域（Transit Area）建立
  • 允许非骨干区域通过另一个区域连接到骨干

定义​

虚拟链路 (Virtual Link)

  • 逻辑的点到点链路
  • 连接两个 ABR
  • 穿越传输区域
  • 视为属于骨干区域（Area 0）

使用场景​

场景 1：分区的骨干区域

  • 骨干区域因故障分成多个分区
  • 使用虚拟链路重新连接骨干

场景 2：新区域连接

  • 新区域无法直接连接到骨干
  • 通过虚拟链路间接连接

配置参数​

参数说明
Transit Area ID传输区域的 Area ID
Virtual Neighbor Router ID虚拟链路另一端的 Router ID
HelloIntervalHello 间隔（默认 10 秒）
RouterDeadInterval死亡间隔（默认 40 秒）
RxmtInterval重传间隔（默认 5 秒）
Authentication认证类型和密钥

配置约束​

传输区域要求

  • 必须是正常区域（不能是末梢区域）
  • 必须启用了区域内路由
  • 两个端点都必须是该区域的 ABR

对称配置

  • 虚拟链路两端必须配置相同
  • Transit Area ID 必须匹配
  • Router ID 必须互相指向对方

建立过程​

步骤 1：发现虚拟邻居

  • 在传输区域运行 SPF
  • 计算到虚拟邻居的路径
  • 验证虚拟邻居可达

步骤 2：建立邻接

  • 通过传输区域发送 Hello 包
  • 使用单播到虚拟邻居的 IP 地址
  • 建立 Full 邻接关系

步骤 3：交换 LSA

  • 交换骨干区域的 LSA
  • 泛洪骨干区域的更新
  • 同步链路状态数据库

数据包传输​

封装

  • OSPF 包封装在 IP 包中
  • 源地址：本地端 ABR 接口地址
  • 目的地址：虚拟邻居 IP 地址
  • 通过传输区域的常规路由转发

TTL 设置

  • 不设置 TTL=1
  • 允许多跳传输

15.4 虚拟链路路由计算 (Routing Calculation)​

传输区域 SPF​

虚拟链路代价计算

  1. 在传输区域运行 SPF
  2. 计算到虚拟邻居的区域内代价
  3. 虚拟链路代价 = 区域内代价

可达性检查

  • 虚拟邻居必须在 SPF 树中
  • 虚拟邻居必须是 ABR（B-bit 设置）
  • 必须有区域内路径

骨干 SPF​

虚拟链路作为骨干链路

  • 虚拟链路参与骨干区域 SPF
  • 代价使用传输区域计算的值
  • 视为点到点链路

接口特性​

接口类型

  • Type = Virtual Link
  • Area = 0.0.0.0（骨干区域）
  • State = Point-to-Point

接口地址

  • 使用传输区域中连接虚拟邻居的接口地址
  • 没有独立的 IP 地址

邻居状态​

虚拟邻居

  • State: 从 Down → Full
  • IP Address: 从传输区域路由获取
  • Inactivity Timer: RouterDeadInterval

15.6 虚拟链路 Hello 协议 (Hello Protocol)​

Hello 包发送​

发送规则

  • 每 HelloInterval 发送一次
  • 单播到虚拟邻居
  • 通过传输区域路由

Hello 包内容

  • Router ID: 本地路由器
  • Area ID: 0.0.0.0（骨干）
  • Network Mask: 0.0.0.0（虚拟链路）
  • Options: E-bit 设置

Hello 包接收​

接收验证

  • Area ID = 0.0.0.0
  • Network Mask = 0.0.0.0
  • Router ID 匹配配置

邻居维护

  • 重置 Inactivity Timer
  • 更新邻居状态
  • 检测双向通信

15.7 虚拟链路 LSA 处理 (LSA Processing)​

泛洪范围​

通过虚拟链路泛洪的 LSA

  • Router-LSA (Type 1) - 骨干区域
  • Network-LSA (Type 2) - 骨干区域
  • Summary-LSA (Type 3, 4) - 骨干区域
  • AS-external-LSA (Type 5) - 如果骨干非末梢

不通过虚拟链路泛洪

  • 传输区域的 Type 1, 2 LSA
  • 其他非骨干区域的 LSA

LSA 确认​

通过虚拟链路确认

  • 使用 LS Acknowledge 包
  • 单播到虚拟邻居
  • 可靠传输机制

拓扑示例​

Area 0 (Backbone)
    |
   R1 (ABR)
    |
Area 1 (Transit Area)
    |
   R2 (ABR) -------- Virtual Link -------- R3 (ABR)
    |                                         |
Area 2                                    Area 3

配置示例​

R2 配置

Virtual Link:
  Transit Area: 1
  Virtual Neighbor: R3 Router ID
  HelloInterval: 10
  RouterDeadInterval: 40

R3 配置

Virtual Link:
  Transit Area: 1
  Virtual Neighbor: R2 Router ID
  HelloInterval: 10
  RouterDeadInterval: 40

工作流程​

  1. R2 和 R3 在 Area 1 中运行 SPF

    • 计算彼此的区域内路径

  2. 建立虚拟邻接

    • R2 → R3: Hello（单播）
    • R3 → R2: Hello（单播）
    • 邻接状态 → Full

  3. 交换骨干 LSA

    • R2 和 R3 交换 Area 0 的 LSA
    • 同步骨干区域数据库

  4. Area 3 连接到骨干

    • R3 通过虚拟链路到达骨干
    • Area 3 的路由通告到骨干

15.9 虚拟链路故障处理 (Failure Handling)​

故障检测​

虚拟邻居不可达

  • 传输区域 SPF 中无路径
  • 邻居状态 → Down
  • 删除虚拟邻接

Hello 超时

  • RouterDeadInterval 内未收到 Hello
  • 邻居状态 → Down

故障恢复​

路径恢复

  • 传输区域路径恢复
  • 重新计算虚拟链路代价
  • 重新建立邻接

自动重连

  • 检测到邻居可达
  • 发送 Hello 重建邻接

15.10 虚拟链路与认证 (Authentication)​

认证配置​

虚拟链路特定认证

  • 可以与传输区域不同
  • 独立配置认证类型
  • 独立配置认证密钥

认证类型

  • Null Authentication（无认证）
  • Simple Password（简单密码）
  • Cryptographic Authentication（加密认证）

认证处理​

Hello 包认证

  • 按照配置的认证类型
  • 使用虚拟链路密钥
  • 验证失败丢弃包

15.11 设计考虑 (Design Considerations)​

虚拟链路最佳实践​

使用场景

  • 临时解决方案（网络重组期间）
  • 避免长期依赖虚拟链路
  • 优先规划物理骨干连接

性能影响

  • 虚拟链路增加路由计算复杂度
  • 传输区域故障影响骨干连接
  • 额外的 LSA 泛洪延迟

传输区域选择​

理想的传输区域

  • 稳定可靠
  • 低延迟
  • 充足带宽
  • 不是末梢区域

避免

  • 不稳定的区域
  • 多跳虚拟链路
  • 链式虚拟链路

15.12 虚拟链路限制 (Limitations)​

拓扑限制​

不支持的配置

  • 末梢区域作为传输区域
  • NSSA 作为传输区域（某些情况）
  • 虚拟链路的虚拟链路（嵌套）

功能限制​

限制

  • 不支持广播
  • 不支持多路访问
  • 仅支持单播
  • 不能承载数据流量（仅 OSPF）

技术要点总结 (Technical Summary)​

关键概念​

  1. 虚拟链路是逻辑连接

    • 穿越传输区域
    • 属于骨干区域
    • 点到点类型

  2. 依赖传输区域

    • 通过传输区域路由
    • 代价从传输区域计算
    • 传输区域必须稳定

  3. 临时解决方案

    • 用于网络过渡
    • 不应长期依赖
    • 有性能影响

实现要点​

配置管理

  • 对称配置验证
  • 传输区域检查
  • ABR 验证

状态维护

  • 虚拟邻居可达性监控
  • Hello 协议实现
  • 故障快速检测

路由计算

  • 传输区域 SPF
  • 虚拟链路代价计算
  • 骨干 SPF 集成
┌─────────┐
│  Down   │ ← 初始状态
└────┬────┘
     │ 虚拟邻居可达
     ↓
┌─────────┐
│  Init   │ ← 收到 Hello
└────┬────┘
     │ 双向通信
     ↓
┌─────────┐
│2-Way    │ ← 开始邻接
└────┬────┘
     │
     ↓
┌─────────┐
│ExStart  │ ← 协商主从
└────┬────┘
     │
     ↓
┌─────────┐
│Exchange │ ← 交换 DBD
└────┬────┘
     │
     ↓
┌─────────┐
│Loading  │ ← 请求 LSA
└────┬────┘
     │ 数据库同步
     ↓
┌─────────┐
│  Full   │ ← 完全邻接
└────┬────┘
     │ 故障
     ↓
   Down

参考资料 (References)

注意 (Note)：虚拟链路是强大但应谨慎使用的功能。它增加了网络复杂度和故障点。在可能的情况下，应该设计网络拓扑使所有区域都能直接物理连接到骨干区域。

Last updated on