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摘 要： 介绍了OSPF工作原理和支持IPv6的OSPFv3协议相对于OSPFv2协议的变化和新增功能，并在Packet Tracer6.0环境下进行了基于IPv6的单区域、多区域的OSPF实验设计。在实验中通过单区域内和多区域内的OSPF路由配置，实现了区域内信息的互通。通过实验，能够让学生理解IPV6地址的使用方法，并深入理解OSPF的原理和配置。
关键词： IPv6； OSPF； Packet Tracer； 实验
中图分类号：G433 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2013）10-18-04
0 引言
互联网发展至今，IPv4地址即将分配完毕。为此，2012年6月6日，IPv6在全球正式启用，IPv6协议采用128位的地址编码，可以提供海量的地址资源，号称能使“地球上每粒沙子都拥有一个IP地址”，从而解决了长期以来存在的IPv4地址不够用的问题[1]。在IPv6实用化之际，让学生掌握IPv6相关网络配置是网络实验教学的基本要求。路由协议是在路由器中形成路由表项的基础，由于路由表中要大量使用IP地址，因此，路由配置是掌握IPV6地址的重要途径。目前，大量使用的域内路由协议是OSPF协议，本实验设计以OSPF下IPV6路由的配置为基础进行。Cisco公司推出的Packet Tracer模拟器操作简便，使用方便，学生可以借助该工具完成实验配置、验证实验结果，从而掌握基于IPv6的OSPF网络路由协议的配置和应用。
1 OSPF基本原理和OSPFV3
1.1 OSPF基本原理[2]
OSPF（Open Shortest Path First，开放最短路径优先）是典型的链路状态路由协议，采用费用、距离、延时、带宽等作为最佳路径的度量值，在实际情况中，可根据网络具体情况自行选定一种合适的度量值。OSPF采用最短路径优先算法计算最佳路由，操作时首先把网络划分为不同层次的区域，成为路由域。一个路由域也可以看成是一个自治系统，在同一个路由域中，所有的OSPF路由器都维护相同的描述这个域结构的数据库，该数据库中存放的是该域中相应链路的状态信息，路由器通过这个数据库计算出OSPF路由表。当链路状态发生变化时，OSPF的链路状态数据库能较快地进行更新，使各个路由器能及时更新其路由表。主要具备以下几个特点。
⑴ 用增量方式更新路由表，即只更新变化的路由表项，节约带宽资源。
⑵ 支持可变长子网掩码。
⑶ 支持CIDR以及路由聚合。
⑷ 支持路由信息验证。
⑸ OSPF的更新过程收敛快速。
1.2 OSPFV3
OSPFV3是在原有OSPF V2基础上开发的支持IPV6的协议，它使用的仍然是链路状态算法，OSPFV2的基本机制，如洪泛（flooding）、DR选举、区域划分、SPF算法保持不变。相对于OSPFV2，OSPFV3最大的变化就是对IPV6地址的支持，以及对IPv6体系架构的兼容。此外，OSPFv3在OSPFv2的基础上，对功能做了增强[3]。
以下是OSPFv3与OFPFv2的主要区别。
⑴ 在OSPFv3中用“链路”替代了OSPFv2中的“网络”、“子网”等术语。在OSPFv3中，路由器接口与链路相连而不是连接到子网上，任意两个节点都可以通过它们所处的链路来相互通信[4]。
⑵ 洪泛范围扩大。OSPFv3中，LSA的洪泛范围被扩展为三种，即：本地链路范围、区域范围和自治系统范围[4]。
⑶ 本地链路地址的使用有所不同。OSPFv3为了实现“邻居发现”和“自动配置”，在单独的链路上使用本地链路地址。IPv6路由器不转发那些有本地链路源地址的数据包，并且本链路地址只允许在Link-LSA中出现[4]。
2 Packet Tracer 6.0仿真软件
Packet Tracer是一款网络实验模拟软件，使用者可以在软件的图形用户界面上拖曳需要的网络设备，搭建网络拓扑结构，并可在仿真的设备上进行配置和验证，学习者还可以观看网络运行的模拟动画[5]。Packet Tracer 6.0在Packet Tracer 5.3.1的基础上增加了部分NP（Network Processor，网络处理器，是一种可编程器件[6]）实验，添加了几款新的路由器，并支持IOS（操作系统，是一个为网际互连优化的复杂的操作系统[7]）15.1。
3 单区域IPv6 OSPFv3实验设计与配置分析
3.1 实验目的
实验目的：①了解OSPFv3工作原理；②理解OSPFv3适用场合；③掌握基于IPv6的单区域OSPF配置过程。
3.2 具体实训项目以及实验拓扑结构
以下是单区域IPv6 OSPF配置。实训具体项目是将学校内计算机学院的网络划分在一个区域，成为一个路由域。具体由3台2811路由器和2台终端设备组成。2台终端设备代表学院内2个不同的网络，即教学部门网络和行政部门网络，分别和2台路由器f0/0、f0/1端口相连。具体拓扑如图1所示。
4.3 实验环境配置
以下是多区域IPv6 OSPF实验环境配置。
⑴ IPv6地址规划。将area 1计算机学院的两台主机PC1、PC2的网络地址分别设置为2011：1：1：：2/64、2012：1：1：：2，网关地址分别设置为2011：1：1：：1、2012：1：1：：1；将area 2音乐学院的两台主机PC5、PC6的网络地址分别设置为2015：1：1：：2/64、2016：1：1：：2，网关地址分别设置为2015：1：1：：1、2016：1：1：：1；将area 3美术学院的两台主机PC3、PC4的网络地址分别设置为2013：1：1：：2/64、2014：1：1：：2，网关地址分别设置为2013：1：1：：1、2014：1：1：：1。 ⑵ 线路连接。首先，将PC1连在路由器R1的f0/0口，PC2连在路由器R2的f0/0口，PC3连在路由器R3的f0/0口，PC4连在路由器R4的f0/0口，PC5连在路由器R2的f0/1口，PC6连在路由器R3的f0/1口。其次，将路由器R1的串口s0/3/0与路由器R2的串口s0/3/0连接，路由器R4的串口s0/3/0与路由器R3的串口s0/3/0连接，路由器R2的串口s0/3/1与路由器R3的串口s0/3/1连接。
5 结束语
在Packet Tracer软件中搭建拓扑进行基于IPv6的OSPF仿真实验配置教学，使学生掌握了IPv6的OSPF协议的基本原理和配置过程，理解了划分层次区域在网络设计中的重要性。同时，学生在配置实验的过程中对IPv6地址的使用方法有了更进一步的理解，为将来完成更多IPv6的实验任务做好了基础准备。本论文所设计的实验项目具有很强的实用背景，为学生在工作中搭建大规模的网络工程项目提供了理论基础和技术参考。
参考文献：
[1] 余建斌.新一代互联网：第一颗沙子都拥有一个IP地址[EB/OL].http：//scitech.people.com.cn/GB/12058003.html
[2] 谢希仁.计算机网络教程[M].人民邮电出版社，2004.
[3] 许亮.IPv6 OSPFv3协议详解[DB/OL]. http：//www.h3c.com.cn/MiniSite/Technology_Circle/Net_Reptile/The_Two/Home/Catalog/200911/655330_97665_0.htm
[4] 百度文库.基于Packet tracer 5.3的IPv6网络实验研究（毕业论文）[DB/OL].http：//wenku.baidu.com/view/25ae1fc1aa00b52acfc7ca6d.html
[5] 唐灯平.基于Packet tracer的帧中继仿真实验[J].实验室研究与探索，2011.5：192-195
[6] 百度百科.NP 1.网络处理器[DB/OL].http：//baike.baidu.com/view/79700.htm#1
[7] 百度百科.ios系统[DB/OL]. http：//baike.baidu.com/view/4819241.htm
关键词： IPv6； OSPF； Packet Tracer； 实验
中图分类号：G433 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2013）10-18-04
0 引言
互联网发展至今，IPv4地址即将分配完毕。为此，2012年6月6日，IPv6在全球正式启用，IPv6协议采用128位的地址编码，可以提供海量的地址资源，号称能使“地球上每粒沙子都拥有一个IP地址”，从而解决了长期以来存在的IPv4地址不够用的问题[1]。在IPv6实用化之际，让学生掌握IPv6相关网络配置是网络实验教学的基本要求。路由协议是在路由器中形成路由表项的基础，由于路由表中要大量使用IP地址，因此，路由配置是掌握IPV6地址的重要途径。目前，大量使用的域内路由协议是OSPF协议，本实验设计以OSPF下IPV6路由的配置为基础进行。Cisco公司推出的Packet Tracer模拟器操作简便，使用方便，学生可以借助该工具完成实验配置、验证实验结果，从而掌握基于IPv6的OSPF网络路由协议的配置和应用。
1 OSPF基本原理和OSPFV3
1.1 OSPF基本原理[2]
OSPF（Open Shortest Path First，开放最短路径优先）是典型的链路状态路由协议，采用费用、距离、延时、带宽等作为最佳路径的度量值，在实际情况中，可根据网络具体情况自行选定一种合适的度量值。OSPF采用最短路径优先算法计算最佳路由，操作时首先把网络划分为不同层次的区域，成为路由域。一个路由域也可以看成是一个自治系统，在同一个路由域中，所有的OSPF路由器都维护相同的描述这个域结构的数据库，该数据库中存放的是该域中相应链路的状态信息，路由器通过这个数据库计算出OSPF路由表。当链路状态发生变化时，OSPF的链路状态数据库能较快地进行更新，使各个路由器能及时更新其路由表。主要具备以下几个特点。
⑴ 用增量方式更新路由表，即只更新变化的路由表项，节约带宽资源。
⑵ 支持可变长子网掩码。
⑶ 支持CIDR以及路由聚合。
⑷ 支持路由信息验证。
⑸ OSPF的更新过程收敛快速。
1.2 OSPFV3
OSPFV3是在原有OSPF V2基础上开发的支持IPV6的协议，它使用的仍然是链路状态算法，OSPFV2的基本机制，如洪泛（flooding）、DR选举、区域划分、SPF算法保持不变。相对于OSPFV2，OSPFV3最大的变化就是对IPV6地址的支持，以及对IPv6体系架构的兼容。此外，OSPFv3在OSPFv2的基础上，对功能做了增强[3]。
以下是OSPFv3与OFPFv2的主要区别。
⑴ 在OSPFv3中用“链路”替代了OSPFv2中的“网络”、“子网”等术语。在OSPFv3中，路由器接口与链路相连而不是连接到子网上，任意两个节点都可以通过它们所处的链路来相互通信[4]。
⑵ 洪泛范围扩大。OSPFv3中，LSA的洪泛范围被扩展为三种，即：本地链路范围、区域范围和自治系统范围[4]。
⑶ 本地链路地址的使用有所不同。OSPFv3为了实现“邻居发现”和“自动配置”，在单独的链路上使用本地链路地址。IPv6路由器不转发那些有本地链路源地址的数据包，并且本链路地址只允许在Link-LSA中出现[4]。
2 Packet Tracer 6.0仿真软件
Packet Tracer是一款网络实验模拟软件，使用者可以在软件的图形用户界面上拖曳需要的网络设备，搭建网络拓扑结构，并可在仿真的设备上进行配置和验证，学习者还可以观看网络运行的模拟动画[5]。Packet Tracer 6.0在Packet Tracer 5.3.1的基础上增加了部分NP（Network Processor，网络处理器，是一种可编程器件[6]）实验，添加了几款新的路由器，并支持IOS（操作系统，是一个为网际互连优化的复杂的操作系统[7]）15.1。
3 单区域IPv6 OSPFv3实验设计与配置分析
3.1 实验目的
实验目的：①了解OSPFv3工作原理；②理解OSPFv3适用场合；③掌握基于IPv6的单区域OSPF配置过程。
3.2 具体实训项目以及实验拓扑结构
以下是单区域IPv6 OSPF配置。实训具体项目是将学校内计算机学院的网络划分在一个区域，成为一个路由域。具体由3台2811路由器和2台终端设备组成。2台终端设备代表学院内2个不同的网络，即教学部门网络和行政部门网络，分别和2台路由器f0/0、f0/1端口相连。具体拓扑如图1所示。
4.3 实验环境配置
以下是多区域IPv6 OSPF实验环境配置。
⑴ IPv6地址规划。将area 1计算机学院的两台主机PC1、PC2的网络地址分别设置为2011：1：1：：2/64、2012：1：1：：2，网关地址分别设置为2011：1：1：：1、2012：1：1：：1；将area 2音乐学院的两台主机PC5、PC6的网络地址分别设置为2015：1：1：：2/64、2016：1：1：：2，网关地址分别设置为2015：1：1：：1、2016：1：1：：1；将area 3美术学院的两台主机PC3、PC4的网络地址分别设置为2013：1：1：：2/64、2014：1：1：：2，网关地址分别设置为2013：1：1：：1、2014：1：1：：1。 ⑵ 线路连接。首先，将PC1连在路由器R1的f0/0口，PC2连在路由器R2的f0/0口，PC3连在路由器R3的f0/0口，PC4连在路由器R4的f0/0口，PC5连在路由器R2的f0/1口，PC6连在路由器R3的f0/1口。其次，将路由器R1的串口s0/3/0与路由器R2的串口s0/3/0连接，路由器R4的串口s0/3/0与路由器R3的串口s0/3/0连接，路由器R2的串口s0/3/1与路由器R3的串口s0/3/1连接。
5 结束语
在Packet Tracer软件中搭建拓扑进行基于IPv6的OSPF仿真实验配置教学，使学生掌握了IPv6的OSPF协议的基本原理和配置过程，理解了划分层次区域在网络设计中的重要性。同时，学生在配置实验的过程中对IPv6地址的使用方法有了更进一步的理解，为将来完成更多IPv6的实验任务做好了基础准备。本论文所设计的实验项目具有很强的实用背景，为学生在工作中搭建大规模的网络工程项目提供了理论基础和技术参考。
参考文献：
[1] 余建斌.新一代互联网：第一颗沙子都拥有一个IP地址[EB/OL].http：//scitech.people.com.cn/GB/12058003.html
[2] 谢希仁.计算机网络教程[M].人民邮电出版社，2004.
[3] 许亮.IPv6 OSPFv3协议详解[DB/OL]. http：//www.h3c.com.cn/MiniSite/Technology_Circle/Net_Reptile/The_Two/Home/Catalog/200911/655330_97665_0.htm
[4] 百度文库.基于Packet tracer 5.3的IPv6网络实验研究（毕业论文）[DB/OL].http：//wenku.baidu.com/view/25ae1fc1aa00b52acfc7ca6d.html
[5] 唐灯平.基于Packet tracer的帧中继仿真实验[J].实验室研究与探索，2011.5：192-195
[6] 百度百科.NP 1.网络处理器[DB/OL].http：//baike.baidu.com/view/79700.htm#1
[7] 百度百科.ios系统[DB/OL]. http：//baike.baidu.com/view/4819241.htm