TA的每日心情 | 无聊 2015-1-16 14:36 |
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用LINUX打造路由器
* @6 B; C; H& o+ C' V G! r韩波 (hbzzx2001@yahoo.com.cn)自由撰稿人
! ?( w# {$ k: j$ Q7 y2003 年 2 月
: ?* G; A* U( W* i7 oLinux 作为一种新近崛起的操作系统,由于其性能稳定,源码开放及价格方面的优势而逐渐被广大用户所接受。现在Linux的主要用武之地在于服务器领域,但是,经过适当的配置之后,它还可以担当互联网的物理基石--路由器这一重要角色。) p& d" Z, R; W/ g2 j, r) [9 r' q$ h
路由器是通信子网中的通信节点,每个路由器都计算并维护一张路由表,并据此指导数据报前往最佳路径中的下一站,这便是所谓的路由。这样,经过互联网上所有路由器的通力合作,数据报就能够沿着一条"最佳"路径到达目的地。在 GNU 软件 Zebra 的协助下,我们可以将 Linux 机器打造成一台功能完备的路由器,它能够同时支持 RIPv1、 RIPv2、RIPng、OSPFv2、OSPFv3、BGP - 4 和 BGP - 4+ 等诸多 TCP/IP 协议。现在我们首先了解一下 OSPF 和 BGP 协议的运行模式和基本原理,然后介绍 Zebra 的安装配置方法,让你的 Linux 机器变成支持 OSPF 与 BGP 的路由器。
7 [" [3 N2 n( g) CBGP/OSPF 概述! Z+ H% m3 C4 A) h. Q
如今,许多公司都建有多个网络,如果这些网络的类型不尽相同,则需要用路由器进行互联。路由器是与两个或两个以上的网络连接的计算机,它根据路由协议生成并维护一个路由表,并按照该路由表中的信息转发包。这些路由器对公司内部的网络结构了如指掌,知道将分组送到目的地的全部细节,但对于其他公司的网络结构并不了解。像这样"在同一机构下管理的一系列路由器和网络"被称为自治系统(AS)。由不同机构掌管的自治系统,可以采用不同的路由选择算法;但同一自治系统内的所有路由器都使用同一路由协议,以便于自治系统内部各个路由器互换路由信息来维持相互的连通性。每一个自治系统都有一个16位的"自治系统(AS)编号"作为标志,就像 IP 地址一样,它是由专门机构来分配的。
" e3 _, J( C* ^9 @6 _自治系统内的路由器称为"内部网关",所用的协议称为"内部网关协议"。内部网关协议大体上分为两类,一类是距离向量协议,如 RIP,EIGRP 协议;另一类是链路状态协议如 OSPF 协议。链路状态路由协议与距离向量协议的不同之处在于,采用链路状态路由协议的路由器不是交换到达目的地的距离,而是维护一张网络拓扑结构图。然后用数据库表示该图,其中的表项对应网络的一条链路。路由器根据数据库的信息计算出"最佳路由",由此指导包的转发。当网络拓扑结构发生变化时,只需将相应纪录而非整个数据库通知其他节点。各路由器做出相应修改并重新计算路由后,就可以继续正常工作。
2 S- n8 z) X3 l" W! L6 U因为"开放式最短路径优先协议"的文档必须公开发表,所以它是"开放式的"(Open);又因为它采用"最短路径优先"(SPF)算法来计算一个节点到所有其它节点间的最短路径,故名为 OSPF。OSPF 具有支持多重度量制式和多重路径等诸多优点,因此成为因特网上推荐使用的内部网关协议,RIP 却由于自身的局限性而被打入冷宫。现在,在性能上唯一能够与 OSPF 相匹敌的内部网关协议便是 EIGRP--Cisco 的一个专有协议,但 OSPF 的"开放"本身就是一个响亮的招牌,因为谁也不想受制于某家供应商。
, T% b v/ j( L/ O前面提到,自治系统内的路由器不必知道其他自治系统的内部结构细节,从而有效地节约了路由器的内存和 CPU 时间,并提高了网络带宽的利用率。但是,如果想与其他公司(自治系统)通信时该怎么办呢?很简单,我们可以在自治系统内指定一个与其他自治系统相连的路由器为"外部网关",通过它进入其他自治系统。该路由器使用的协议叫做"外部网关协议",如边界网关协议(BGP)。相邻的两个网关必须首先互换"邻机探测"报文,协商是否愿意成为"邻机"。成为邻机则意味着两个自治系统同意中转双方的通信流。同意后,两个邻机互换"邻机可达性报文",来监督他们之间的链路的工作情况。接下来便是最重要的工作,用"网络可达性报文"来交换通过各邻机所能到达的网络的信息,从而实现自治系统之间的连通性。在外部网关的眼里只由外部网关和连接他们的链路,如此以来,自治系统内的通信由内部网关处理,自治系统之间的通信交由外部网关处理--一个分级路由的景象已经展现在我们面前,实际上,因特网正是由大量自治系统组成的。# @3 A/ m! g1 [- d7 C! F5 S
建立一个高级路由器4 j5 M- U8 K- W! Q/ e3 ]; e
许多人对路由器感到比较陌生,事实上作为一个防火墙使用的 Linux 系统已经是一个路由器了,只不过还有点"简陋"而已。然而,我们的目标是用 Linux 打造一个"高级"路由器,它必须能够利用动态路由协议(上文提到的协议皆为动态路由协议)工作。这些协议能够使路由器互换相关信息,从而共享穿越网络时所用的那些路径--路由。这一点对于大型网络(比如 Internet)而言是"异常"重要的,因为此时再用静态路由(也就是人工计算设置路由)是根本不现实的。( c5 g) H( ?" ~" x
举例来说,即使在比较理想--即不考虑路由的变化的情况下,一个边界网关协议(BGP)路由表也至少包含 100,000 条以上的表项。这时,手工建立这样的静态路由是难以忍受的。很明显,即使我们的网络小于 Internet--比如一个大型公司网络,我们还是更加喜欢动态路由协议。
6 k' G. t8 e2 W e! M外部网关协议 BGP 通常作为 Internet 的骨干使用,而其它的协议(如 OSPF)则适于小型的互连网络。开放式最短路径优先(OSPF)协议是一个应用最广的内部网关协议(IGP)。Zebra 是一个开放源代码程序包,通过它你可以在 Linux 上运行 BGP 与 / 或 OSPF。 [+ T+ l' [0 U" x
安装 Zebra B, {" @4 ?: E9 T4 C
你既可以从 Zebra.org 网站下载 Zebra 的最新源程序,也能从 Redhat 和 Debian 中获得它,但不一定是最新版的。从源代码中进行软件安装,你就会发现使用的是一些普通的安装过程。简介如下:
- c( p( l4 ?) j8 y3 G& A T4 W./configure- S1 m' T- q0 n# X% s
make2 o# a0 L4 h* g( v$ q
make install4 A S4 H1 Y6 x( [( ~% s
配置脚本会搜索系统上已经安装的 IP 栈并且自动地设置成支持他们。当前,IP 栈很可能仅仅是指 IPv4,但是 IPv6 用户也不用担心,因为 Zebra 也会发现并且支持它。( p6 r8 ~1 t* E' X
程序安装之后,还可能必须在 /etc/services 中增加一些命令行。Zebra 的守护程序在他们自己的虚拟终端连接(VTY)下运行,所以你的系统必须知道这些虚拟终端连接。这里是你应该增加的一些连接∶
% q4 ~1 m: Q! |* ]' Wzebrasrv 2600/tcp # zebra service- q: G2 f# I0 p5 {
zebra 2601/tcp # zebra vty
' h, P: o6 _/ ^; X1 t5 h5 G; [ e9 P7 ]ripd 2602/tcp # RIPd vty
/ X' S$ h2 O* f2 k# W, u u- i) Gripngd 2603/tcp # RIPngd vty. s$ I( H' M5 j- ^3 ^
ospfd 2604/tcp # OSPFd vty) I% P8 j( x4 p5 v. E; g; L
bgpd 2605/tcp # BGPd vty
0 P/ G* U' i! L3 k vospf6d 2606/tcp # OSPF6d vty
6 X3 K4 H8 i! n配置 Zebra( h+ {2 y" W7 j% d m
如果你已经熟悉 Cisco IOS,那你就能在短时间内掌握 Zebra,因为你会发现两者极为相似。Zebra 的每个守护程序使用一个单独的 VTY,这些 VTY 可以通过一个远程登录会话进行动态配置。所以,如果你需要设置 OSPF,简单地远程登录到该 Linux 上 2604 端口;为了修改内核的路由表或设置路由协议间的再分发,你可以远程登录到端口 2601,该 Zebra 守护程序充当内核管理器,管理其他的守护程序和系统本身之间的通信。
, C# O9 W4 L' s现在介绍如何在一个服务器上创建和运行 OSPF 和 BGP。Zebra 的守护程序运用纯文本文件储存它们的配置。对于 OSPF/BGP 路由器,将用到三个文件∶zebra.conf、ospfd.conf 和 bgpd.conf。举例来说,zebra.conf 文件可能会是这样:
9 V0 s3 J; W; H: b8 I$ B ! Zebra configuration saved from vty8 P% W5 E) Z6 s3 Z8 v( G3 p
! 2002/02/28 01:46:12
, T9 z: u. C+ U) f- w( w- ^!
; [, ~% j! j2 Q3 v" x6 X) rhostname LinuxRouter /*主机名为 LinuxRouter*/+ ~) }7 Y" u1 y
password zebra /*口令为 zebra*/+ i% U. F; E; p9 W' h- i) ~5 \
enable password z3bRa /*进入特权模式时的口令为 z3bRa */* t9 I9 k/ S# e$ ]' d. T9 r
log file /var/log/zebra/zebra.log /*日志文件的地址*/0 W6 A, Z% J. c% ?4 t% O5 ]
!4 C+ g, l+ R: n' Z* A
interface eth0 /*以太接口 eth0*/ H4 h# W: E" R& X$ b* f
description Interface to External Network/*对接口的描述*/8 v/ X6 L. Q1 s) y0 F, ^
ip address 10.0.0.1/24 /*该接口的 IP 地址*/- n# e( r, K# a0 L
!" K, u c% {/ Y, ^( o5 q
interface eth1/*以太接口 eth0*/6 S% _! Y2 L s& {" M
description Interface to Internal Network/*对接口的描述*/
: l! i# U5 r" Y ip address 192.168.66.1/24/*该接口的 IP 地址*/ , S1 J- e8 P R! H! g' g; f* M5 q$ w
+ s0 E5 R+ [6 j" ]# o; Z, L. G
这里的感叹号充当注解标识或分隔符。尽管存在大量不同的网络接口类型(Ethernet、ISDN 等等),但只要是 Linux 内核能够辨认的网络接口类型,Zebra 都可以使用。0 ?5 q) Q9 F+ E: p, {% }5 f/ I
子网掩码都带有网络位的位数(例如/24),默认掩码则不然(比如 255.255.255.0)。注意存在两个口令,一个用于用户模式而另一个用于特权模式。这不仅有利于向非管理员提供访问权限,而且对于创建路由服务器或者路由探测镜也是非常重要的。所有 BGP 管理员都知道,这些探测镜是调试路由问题的关键,因为他们能够使你就象从一个外部 AS( AS代表自治系统)一样查看路由。 BGP 路由需要用到 AS 编号,AS 编号是一些由 ARIN (美国互联网络号码注册机构)控制的注册号码。9 F/ o4 M0 f. r; S
下一步将启动一些必要的程序。用以下命令完成∶" z! ^& A& u. S' |
/usr/sbin/zebra -dk/ y: C. d7 N2 a
/usr/sbin/ospfd -d
% r5 c# k7 X% u% y/usr/sbin/bgpd -d
$ y, Q- v% f& m9 q2 K; m第一个命令,启动 zebra,该守护程序实际上用来更新内核的路由表。-dk 告诉该程序作为一个守护程序运行(d),它的大部分时间在后台运行。k 是另外的一个选项,告诉 Zebra 维护所有已配置的路由。它用来保证在你测试 Zebra 的时候不会意外地删除路由表。一般情况下,设置路由和接口,需要将 ifconfig 和 route 这两个命令配合使用。而 Zebra 完全可以替代这种路由管理方式,使用起来更为简洁。
4 ~% E/ l0 H- U$ o: V4 e$ ?8 H设置OSPF" I) x! l! g! G0 A' l
至此,基本的服务已经具备,现在让我们 Telnet 到本地机器的 2604 端口,开始配置 OSPF。为进入特权模式,键入 enable (正如在Cisco IOS 中一样),然后键入特权模式口令。接下来,用 configuration terminal 命令切换到配置模式。值得一提的是 Zebra 也能接受命令缩写形式,这与 Cisco 极为相似,如 configuration terminal 可以简写为 config t,这大大缩短了输入时间,使用起来更为方便。另外,如果输入 list 和 ?,它将显示一个当前可用命令的清单,并附有一些简略解释。除此之外,还可以键入 tab 用于命令的自动完成。这就是说,如果你想键入命令 clock,只要键入前两个字母 cl 然后按 tab 键,机器就会自动"补全"这条命令--前提是你键入的字符足以唯一地确定这条命令。这是一个很好的功能,尤其是当你习惯于这种用法时。 Q1 h! w4 e7 {! w) V; r9 Z
接下来,我们还需要告诉守护程序将通过 OSPF 广播哪些网络以及相关的域(area)。OSPF 的可伸缩性允许它支持多个域。键入 router ospf 开始配置 OSPF,然后键入 network 192.168.66.0/24 area 0。这告诉路由器,我们将使用 OSPF 广播一个子网掩码为 255.255.255.0 的 192.168.66.0 网络。' N+ h7 Q% k9 ?) w) ^9 K6 m A1 U
在本例中,我们让 eth0 接口变成一个被动(passive)接口,以便使它不能发送路由更新。这对于实验是非常重要的,因为在那个方向上的其他的路由器可能监听到发送的路由更新,将接口变成一个被动(passive)接口,从而有效的避免扰乱网络的正常运行。为此,键入命令 passive - interface eth0。如果打算将此路由器作为工作路由器使用时,就没有这个必要了。一旦你完成修改,用 end 命令从配置模式中退出,然后用 write file 命令保存。这里是一个快照:1 W# z5 O/ B( P' \0 X- Y
labrat:~# telnet 0 2604 /*Telnet 到本地机器的 2604 端口*/1 C( M# y8 V% e$ T+ {6 _; j
Trying 0.0.0.0...
8 Y" B9 a% Y" [Connected to 0.) p) b9 r; y1 Q
Escape character is '^]'. /*用 '^]'退出该会话*/
6 N3 A e {3 k0 Q$ T5 N% L ; o1 r/ ]+ B1 P! Q
Hello, this is zebra (version 0.84b)2 Q% _9 E( ~+ c7 V7 f
Copyright 1996-2000 Kunihiro Ishiguro% D0 P/ A+ ~* ~8 B& ]1 T A( Q' ], u
% E" U9 ]! V' m$ ]
User Access Verification
( R% }: M3 e6 P2 X" D- a
; @( @ u9 | i Q( V& T5 u( x( JPassword: /*在此键入口令,如 zebra*/
' Z1 x4 m1 l8 I9 J7 Yospfd> enable/*进入特权模式*/
% p- @5 c# x2 {$ CPassword: /*输入特权模式口令,如 z3bRa*/
- C% Y3 b2 |; ?( ~# ~5 _$ kospfd# configure terminal /*从终端配置路由器*/& p. a0 G; U- a9 C2 ^/ b! J" f( M
ospfd(config)# router ospf /*配置 OSPF*/3 d9 d- P7 v; c8 G' e
ospfd(config-router)# network 192.168.66.0/24 area 0 /*通过 OSPF 广播网络 network 192.168.66.0,/24 指出子网掩码为 24 位,area 0 指出该网络所在的域*/
6 K: K: v/ n2 t8 f4 D5 _ospfd(config-router)# passive-interface eth0 /*将 eth0 接口设置成一个被动(passive)接口*/& c2 N0 o- d O- b: I$ G7 G4 k- k" Z
ospfd(config-router)# end /*退出配置模式*/$ x& ^! Q- w$ Y
ospfd# write file /*保存修改*/
) p: v' i$ N- Q3 B/ D; n" L# {Configuration saved to /etc/zebra/ospfd.conf" G+ A+ A- ~: h1 |8 n% r0 k
请记住,为了让 OSPF 或 BGP 在某接口上工作,那么该接口必须处于"运行"状态。为手工运行一个接口,登录到端口 2601 并且在该接口上执行 no shut 命令。
. X6 p2 F, e* X5 G建立 BGP
9 k) s9 C) }2 J9 F: L& nBGP 与 OSPF 的配置大致相同。开始,打开一个远程登录会话到端口 2605。之后执行 configure terminal,输入 router bgp 进入 BGP 配置模式。如前所述,BGP 使用 AS 编号建立邻机关系并路由通信流。在我们的试验中,我们将使用一个范围在 64512 到 65534 之间的私有 AS 号码(换句话说,该号码旨在机构内部有效,而在因特网上无效)。用 network 命令设置由 BGP 广播的那些网络,如 network 192.168.66.0/24.。与 OSPF 不同的是,BGP 邻机必须静态指定。如同下述∶neighbor remote-as 。这里是一个范例:1 @& T/ ^5 }! f4 v8 F4 \ `, \6 {5 }
labrat:~# telnet 0 2605+ d' a* m& H% H# H) w2 N
Trying 0.0.0.0...
* ]. i0 C. Y' j, L0 c# }Connected to 0.+ w+ E8 N2 ~0 U* d% z
Escape character is '^]'.- ^8 [( O3 M7 D/ g9 O
# R" R2 R+ x/ a g3 C% Q
Hello, this is zebra (version 0.84b)
# H- J7 L0 J4 F6 c* aCopyright 1996-2000 Kunihiro Ishiguro9 V* H& O( B( ]% l) U
, K5 U( H) C0 h( `$ @7 |$ l+ ]& mUser Access Verification7 m8 Y6 ?9 W* a7 ^2 t+ r
$ x/ z/ e; B( O/ i$ k; dPassword:! k7 e3 r5 I m) c
bgpd> enable
6 s. E3 M6 M4 _( J8 }4 MPassword:8 O, K7 p2 m* I1 r0 v1 T
bgpd# configure terminal* ?! }! k6 `- R0 O
bgpd(config)# router bgp 65530 /*配置 BGP,65530 是自治系统编号。也就是将该系统配置成自治系统 65530 上的外部网关*/
( w( Q$ J9 g, W4 b* Cbgpd(config-router)# network 192.168.66.0/24 /*由 BGP 广播的网络*/' {; N6 E, ]$ K$ a
bgpd(config-router)# neighbor 10.0.0.5 remote-as 65531 /*静态指定自治系统 65531 上 IP 地址为 10.0.0.5 的路由器为本机的邻机*/' j* c: x* Q5 f6 m5 R `
bgpd(config-router)# end
& y) _6 k. ?! x R. @bgpd# write file9 h$ }1 d) d( o- j5 m
Configuration saved to /etc/zebra/bgpd.conf
' b5 ^* F$ b' Q1 @) Z对于 OSPF 和 BGP,有大量选项可用,限于篇幅不能在此一一介绍。对于每个协议,我建议在实际使用之前,不妨先研究一番。为此,可以参考 GNU Zebra 文档,它会给你提供许多帮助。
8 W$ P+ b9 S: z7 h* \1 L! |结束语
3 B. _$ F# t' K4 I1 `3 S* g在网络中,路由通信流的方法有若干种。就路由器而论,虽然有用各种硬件可用,但是费用较高--人们自然就会想到运行一个用 Linux 系统构筑的功能丰富的路由器作为代替。Zebra 路由守护程序已经使这一切变为现实。因为支持 IPv4、IPv6 和其它各式各样的协议,所以 Zebra 能够满足我们所有的路由需求。它还有一个好处就是,因为 Cisco IOS 和 Zabra 极为相似,如果你以前在 Cisco IOS 环境中工作,可以轻松的过渡到 Zebra 系统;同时,使用 Zebra 也能让你积累起丰富的类似于使用 Cisco IOS 路由器的经验和知识。
' e! n; A2 j# w作者简介:
0 a t7 h+ U7 v. q6 n% S+ R韩波,自由撰稿人,有近十年的 C 语言编程经验,主要感兴趣的领域为 TCP/IP 协议以及 Linux 内核。个人认为自由撰稿人的价值在于:在不影响问题实质的前提下,用一种通俗的,易于理解的方式来阐述自己的见解。您可以通过 Email:hbzzx2001@yahoo.com.cn 与他取得联系。2 t$ O6 Q) }' V$ e% P
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