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开放式最短路径优…【微|信|公|众|号厦门微思网络】 【微思网络www.xmws.cn成立于2002年专业培训21年思科、华为、红帽、ORACLE、VMware等厂商认证及考试以及其他认证PMP、CISP、ITIL等】 什么是OSPF
开放式最短路径优先OSPFOpen Shortest Path First是IETF组织开发的一个基于链路状态的内部网关协议Interior Gateway Protocol。 目前针对IPv4协议使用的是OSPF Version 2RFC2328针对IPv6协议使用OSPF Version 3RFC2740。如无特殊说明本文中所指的OSPF均为OSPF Version 2。
目录
为什么需要OSPFOSPF基础概念OSPF是如何工作的
为什么需要OSPF
在OSPF出现前网络上广泛使用RIPRouting Information Protocol作为内部网关协议。
由于RIP是基于距离矢量算法的路由协议存在着收敛慢、路由环路、可扩展性差等问题所以逐渐被OSPF取代。
OSPF作为基于链路状态的协议能够解决RIP所面临的诸多问题。此外OSPF还有以下优点
OSPF采用组播形式收发报文这样可以减少对其它不运行OSPF路由器的影响。OSPF支持无类型域间选路CIDR。OSPF支持对等价路由进行负载分担。OSPF支持报文加密。
由于OSPF具有以上优势使得OSPF作为优秀的内部网关协议被快速接收并广泛使用。
OSPF基础概念
Router ID
如果要运行OSPF协议必须存在Router ID。Router ID是一个32比特无符号整数是一台路由器在自治系统中的唯一标识。
Router ID的设定有两种方式 通过命令行手动配置在实际网络部署中建议手工配置OSPF的Router ID因为这关系到协议的稳定。 通过协议自动选取。 如果没有手动配置Router ID设备会从当前接口的IP地址中自动选取一个作为Router ID。其选取顺序是 优先从Loopback地址中选择最大的IP地址作为Router ID。 如果没有配置Loopback接口则在接口地址中选取最大的IP地址作为Router ID。
在路由器运行了OSPF并确定了Router ID后如果该Router ID对应的接口Down或者接口消失例如执行了undo interface loopback loopback-number或者出现更大的IP地址OSPF将仍然保持原Router ID。只有重新配置系统的Router ID或者OSPF的Router ID并且重新启动OSPF进程后才会进行Router ID的重新选取。
链路状态
OSPF是一种链路状态协议。可以将链路视为路由器的接口。链路状态是对接口及接口与相邻路由器的关系的描述。例如接口的信息包括接口的IP地址、掩码、所连接的网络的类型、连接的邻居等。所有这些链路状态的集合形成链路状态数据库。
COST OSPF使用cost“开销”作为路由度量值。 每一个激活OSPF的接口都有一个cost值。OSPF接口cost100M/接口带宽其中100M为OSPF的参考带宽reference-bandwidth。 一条OSPF路由的cost由该路由从路由的起源一路到达本地的所有入接口cost值的总和。 说明 由于默认的参考带宽是100M这意味着更高带宽的传输介质高于100M在OSPF协议中将会计算出一个小于1的分数这在OSPF协议中是不允许的会被四舍五入为1。而现今网络设备很多都是大于100M带宽的接口这时候路由cost的计算其实就不精确了。所以可以使用bandwidth-reference命令修改但是这条命令要谨慎使用一旦要配置则建议全网OSPF路由器都配置。
报文类型
表1-1 报文类型 报文类型 报文作用 Hello报文 周期性发送用来发现和维持OSPF邻居关系。 DD报文Database Description packet 描述本地LSDBLink State Database的摘要信息用于两台设备进行数据库同步。 LSR报文Link State Request packet 用于向对方请求所需的LSA。 设备只有在OSPF邻居双方成功交换DD报文后才会向对方发出LSR报文。 LSU报文Link State Update packet 用于向对方发送其所需要的LSA。 LSAck报文Link State Acknowledgment packet 用来对收到的LSA进行确认。
LSA类型
表1-2 LSA类型 LSA类型 LSA作用 Router-LSAType1 每个设备都会产生描述了设备的链路状态和开销在所属的区域内传播。 Network-LSAType2 由DRDesignated Router产生描述本网段的链路状态在所属的区域内传播。 Network-summary-LSAType3 由ABR产生描述区域内某个网段的路由并通告给发布或接收此LSA的非Totally STUB或NSSA区域。例如ABR同时属于Area0和Area1Area0内存在网段10.1.1.0Area1内存在网段11.1.1.0ABR为Area0生成到网段11.1.1.0的Type3 LSAABR为Area1生成到网段10.1.1.0的Type3 LSA并通告给发布或接收此LSA的非Totally Stub或NSSA区域。 ASBR-summary-LSAType4 由ABR产生描述到ASBR的路由通告给除ASBR所在区域的其他相关区域。 AS-external-LSAType5 由ASBR产生描述到AS外部的路由通告到所有的区域除了STUB区域和NSSA区域。 NSSA LSAType7 由ASBR产生描述到AS外部的路由仅在NSSA区域内传播。 Opaque LSAType9/Type10/Type11 Opaque LSA提供用于OSPF的扩展的通用机制。其中 Type9 LSA仅在接口所在网段范围内传播。用于支持GR的Grace LSA就是Type9 LSA的一种。Type10 LSA在区域内传播。用于支持TE的LSA就是Type10 LSA的一种。Type11 LSA在自治域内传播目前还没有实际应用的例子。
LSA在各区域中传播的支持情况
表1-3 LSA在各区域中传播的支持情况 区域类型 Router-LSAType1 Network-LSAType2 Network-summary-LSAType3 ASBR-summary-LSAType4 AS-external-LSAType5 NSSA LSAType7 普通区域包括标准区域和骨干区域 是 是 是 是 是 否 Stub区域 是 是 是 否 否 否 Totally Stub区域 是 是 否 否 否 否 NSSA区域 是 是 是 否 否 是 Totally NSSA区域 是 是 否 否 否 是
路由器类型
OSPF协议中常用到的路由器类型如图所示。 路由器类型
表1-4 路由器类型 路由器类型 含义 区域内路由器Internal Router 该类设备的所有接口都属于同一个OSPF区域。 区域边界路由器ABRArea Border Router 该类设备可以同时属于两个以上的区域但其中一个必须是骨干区域。 ABR用来连接骨干区域和非骨干区域它与骨干区域之间既可以是物理连接也可以是逻辑上的连接。 骨干路由器Backbone Router 该类设备至少有一个接口属于骨干区域。 所有的ABR和位于Area0的内部设备都是骨干路由器。 自治系统边界路由器ASBRAS Boundary Router 与其他AS交换路由信息的设备称为ASBR。 ASBR并不一定位于AS的边界它可能是区域内设备也可能是ABR。只要一台OSPF设备引入了外部路由的信息它就成为ASBR。
路由类型
AS区域内和区域间路由描述的是AS内部的网络结构AS外部路由则描述了应该如何选择到AS以外目的地址的路由。OSPF将引入的AS外部路由分为Type1和Type2两类。
如下表中按优先级从高到低顺序列出了路由类型。
表1-5 路由类型 路由类型 含义 Intra Area 区域内路由。 Inter Area 区域间路由。 第一类外部路由Type1 External 这类路由的可信程度高一些所以计算出的外部路由的开销与自治系统内部的路由开销是相当的并且和OSPF自身路由的开销具有可比性。 到第一类外部路由的开销本设备到相应的ASBR的开销ASBR到该路由目的地址的开销。 第二类外部路由Type2 External 这类路由的可信度比较低所以OSPF协议认为从ASBR到自治系统之外的开销远远大于在自治系统之内到达ASBR的开销。 所以OSPF计算路由开销时只考虑ASBR到自治系统之外的开销即到第二类外部路由的开销ASBR到该路由目的地址的开销。
区域类型
表1-6 区域类型 区域类型 作用 普通区域 缺省情况下OSPF区域被定义为普通区域。普通区域包括标准区域和骨干区域。 标准区域是最通用的区域它传输区域内路由区域间路由和外部路由。骨干区域是连接所有其他OSPF区域的中央区域。骨干区域通常用Area 0表示。 STUB区域 不允许发布自治系统外部路由只允许发布区域内路由和区域间的路由。 在STUB区域中路由器的路由表规模和路由信息传递的数量都会大大减少。 为了保证到自治系统外的路由可达由该区域的ABR发布Type3缺省路由传播到区域内所有到自治系统外部的路由都必须通过ABR才能发布。 Totally STUB区域 不允许发布自治系统外部路由和区域间的路由只允许发布区域内路由。 在Totally STUB区域中路由器的路由表规模和路由信息传递的数量都会大大减少。 为了保证到自治系统外和其他区域的路由可达由该区域的ABR发布Type3缺省路由传播到区域内所有到自治系统外部和其他区域的路由都必须通过ABR才能发布。 NSSA区域 NSSA区域允许引入自治系统外部路由由ASBR发布Type7 LSA通告给本区域这些Type7 LSA在ABR上转换成Type5 LSA并且泛洪到整个OSPF域中。 NSSA区域同时保留自治系统内的STUB区域的特征。 该区域的ABR发布Type7缺省路由传播到区域内所有域间路由都必须通过ABR才能发布。 Totally NSSA区域 Totally NSSA区域允许引入自治系统外部路由由ASBR发布Type7 LSA通告给本区域这些Type7 LSA在ABR上转换成Type5 LSA并且泛洪到整个OSPF域中。 Totally NSSA区域同时保留自治系统内的Totally STUB Area区域的特征。 该区域的ABR发布Type3和Type7缺省路由传播到区域内所有域间路由都必须通过ABR才能发布。
OSPF支持的网络类型
OSPF根据链路层协议类型将网络分为如下表所列四种类型。
表1-7 OSPF网络类型 网络类型 含义 广播类型Broadcast 当链路层协议是Ethernet、FDDI时缺省情况下OSPF认为网络类型是Broadcast。 在该类型的网络中 通常以组播形式发送Hello报文、LSU报文和LSAck报文。其中224.0.0.5的组播地址为OSPF设备的预留IP组播地址224.0.0.6的组播地址为OSPF DR/BDR Backup Designated Router的预留IP组播地址。以单播形式发送DD报文和LSR报文。 NBMA类型Non-Broadcast Multi-Access 当链路层协议是帧中继、X.25时缺省情况下OSPF认为网络类型是NBMA。 在该类型的网络中以单播形式发送协议报文Hello报文、DD报文、LSR报文、LSU报文、LSAck报文。 点到多点P2MP类型Point-to-Multipoint 没有一种链路层协议会被缺省的认为是Point-to-Multipoint类型。点到多点必须是由其他的网络类型强制更改的。常用做法是将非全连通的NBMA改为点到多点的网络。 在该类型的网络中 以组播形式224.0.0.5发送Hello报文。以单播形式发送其他协议报文DD报文、LSR报文、LSU报文、LSAck报文。 点到点P2P类型point-to-point 当链路层协议是PPP、HDLC和LAPB时缺省情况下OSPF认为网络类型是P2P。 在该类型的网络中以组播形式224.0.0.5发送协议报文Hello报文、DD报文、LSR报文、LSU报文、LSAck报文。
DR和BDR
在广播网和NBMA网络中任意两台路由器之间都要传递路由信息。如图所示网络中有n台路由器则需要建立n*(n-1)/2个邻接关系。这使得任何一台路由器的路由变化都会导致多次传递浪费了带宽资源。为解决这一问题OSPF定义了指定路由器DR和备份指定路由器BDR。通过选举产生DRDesignated Router后所有路由器都只将信息发送给DR由DR将网络链路状态LSA广播出去。除DR和BDR之外的路由器称为DR Other之间将不再建立邻接关系也不再交换任何路由信息这样就减少了广播网和NBMA网络上各路由器之间邻接关系的数量。 选举DR前后对比图
如果DR由于某种故障而失效则网络中的路由器必须重新选举DR并与新的DR同步。这需要较长的时间在这段时间内路由的计算有可能是不正确的。为了能够缩短这个过程OSPF提出了BDRBackup Designated Router的概念。BDR是对DR的一个备份在选举DR的同时也选举出BDRBDR也和本网段内的所有路由器建立邻接关系并交换路由信息。当DR失效后BDR会立即成为DR。由于不需要重新选举并且邻接关系已建立所以这个过程非常短暂这时还需要再重新选举出一个新的BDR虽然一样需要较长的时间但并不会影响路由的计算。
DR和BDR不是人为指定的而是由本网段中所有的路由器共同选举出来的。路由器接口的DR优先级决定了该接口在选举DR、BDR时所具有的资格。本网段内DR优先级大于0的路由器都可作为“候选人”。选举中使用的“选票”就是Hello报文。每台路由器将自己选出的DR写入Hello报文中发给网段上的其他路由器。当处于同一网段的两台路由器同时宣布自己是DR时DR优先级高者胜出。如果优先级相等则Router ID大者胜出。如果一台路由器的优先级为0则它不会被选举为DR或BDR。
STUB区域
STUB区域是一些特定的区域STUB区域的ABR不传播它们接收到的自治系统外部路由在这些区域中路由器的路由表规模以及路由信息传递的数量都会大大减少。
STUB区域是一种可选的配置属性但并不是每个区域都符合配置的条件。通常来说STUB区域位于自治系统的边界是那些只有一个ABR的非骨干区域。
为保证到自治系统外的路由依旧可达该区域的ABR将生成一条缺省路由并发布给STUB区域中的其他非ABR路由器。
配置STUB区域时需要注意下列几点
骨干区域不能配置成STUB区域。如果要将一个区域配置成STUB区域则该区域中的所有路由器都要配置STUB区域属性。STUB区域内不能存在ASBR即自治系统外部的路由不能在本区域内传播。虚连接不能穿过STUB区域。
NSSA区域
NSSANot-So-Stubby Area区域是OSPF特殊的区域类型。NSSA区域与STUB区域有许多相似的地方两者都不传播来自OSPF网络其它区域的外部路由。差别在于STUB区域是不能引入外部路由NSSA区域能够将自治域外部路由引入并传播到整个OSPF自治域中。
当区域配置为NSSA区域后为保证到自治系统外的路由可达NSSA区域的ABR将生成一条缺省路由并发布给NSSA区域中的其他路由器。
配置NSSA区域时需要注意下列几点
骨干区域不能配置成NSSA区域。如果要将一个区域配置成NSSA区域则该区域中的所有路由器都要配置NSSA区域属性。虚连接不能穿过NSSA区域。
邻居状态机
在OSPF网络中为了交换路由信息邻居设备之间首先要建立邻接关系邻居Neighbors关系和邻接Adjacencies关系是两个不同的概念。
邻居关系OSPF设备启动后会通过OSPF接口向外发送Hello报文收到Hello报文的OSPF设备会检查报文中所定义的参数如果双方一致就会形成邻居关系两端设备互为邻居。邻接关系形成邻居关系后如果两端设备成功交换DD报文和LSA才建立邻接关系。
OSPF共有8种状态机分别是Down、Attempt、Init、2-way、Exstart、Exchange、Loading、Full。
Down邻居会话的初始阶段表明没有在邻居失效时间间隔内收到来自邻居路由器的Hello数据包。Attempt该状态仅发生在NBMA网络中表明对端在邻居失效时间间隔dead interval超时前仍然没有回复Hello报文。此时路由器依然每发送轮询Hello报文的时间间隔poll interval向对端发送Hello报文。Init收到Hello报文后状态为Init。2-way收到的Hello报文中包含有自己的Router ID则状态为2-way如果不需要形成邻接关系则邻居状态机就停留在此状态否则进入Exstart状态。Exstart开始协商主从关系并确定DD的序列号此时状态为Exstart。Exchange主从关系协商完毕后开始交换DD报文此时状态为Exchange。LoadingDD报文交换完成即Exchange done此时状态为Loading。FullLSR重传列表为空此时状态为Full。
OSPF报文认证
OSPF支持报文验证功能只有通过验证的OSPF报文才能接收否则将不能正常建立邻居。
路由器支持两种验证方式
区域验证方式接口验证方式
当两种验证方式都存在时优先使用接口验证方式。
OSPF路由聚合
路由聚合是指ABR可以将具有相同前缀的路由信息聚合到一起只发布一条路由到其它区域。
区域间通过路由聚合可以减少路由信息从而减小路由表的规模提高设备的性能。
OSPF有两种路由聚合方式
ABR聚合 ABR向其它区域发送路由信息时以网段为单位生成Type3 LSA。如果该区域中存在一些连续的网段则可以通过命令将这些连续的网段聚合成一个网段。这样ABR只发送一条聚合后的LSA所有属于命令指定的聚合网段范围的LSA将不会再被单独发送出去。 ASBR聚合 配置路由聚合后如果本地设备是自治系统边界路由器ASBR将对引入的聚合地址范围内的Type5 LSA进行聚合。当配置了NSSA区域时还要对引入的聚合地址范围内的Type7 LSA进行聚合。 如果本地设备既是ASBR又是ABR则对由Type7 LSA转化成的Type5 LSA进行聚合处理。
OSPF缺省路由
缺省路由是指目的地址和掩码都是0的路由。当设备无精确匹配的路由时就可以通过缺省路由进行报文转发。由于OSPF路由的分级管理Type3缺省路由的优先级高于Type5或Type7路由。
OSPF缺省路由通常应用于下面两种情况
由区域边界路由器ABR发布Type3缺省Summary LSA用来指导区域内设备进行区域之间报文的转发。由自治系统边界路由器ASBR发布Type5外部缺省ASE LSA或者Type7外部缺省NSSA LSA用来指导自治系统AS内设备进行自治系统外报文的转发。
OSPF缺省路由的发布原则如下
OSPF路由器只有具有对区域外的出口时才能够发布缺省路由LSA。如果OSPF路由器已经发布了缺省路由LSA那么不再学习其它路由器发布的相同类型缺省路由。即路由计算时不再计算其它路由器发布的相同类型的缺省路由LSA但数据库中存有对应LSA。外部缺省路由的发布如果要依赖于其它路由那么被依赖的路由不能是本OSPF路由域内的路由即不是本进程OSPF学习到的路由。因为外部缺省路由的作用是用于指导报文的域外转发而本OSPF路由域的路由的下一跳都指向了域内不能满足指导报文域外转发的要求。
不同区域缺省路由发布原则如下表所示。
表1-8 OSPF缺省路由发布原则 区域类型 作用 普通区域 缺省情况下普通OSPF区域内的OSPF路由器是不会产生缺省路由的即使它有缺省路由。 当网络中缺省路由通过其他路由进程产生时路由器必须将缺省路由通告到整个OSPF自治域中。实现方法是在ASBR上手动通过命令进行配置产生缺省路由。配置完成后路由器会产生一个缺省ASE LSAType5 LSA并且通告到整个OSPF自治域中。 STUB区域 STUB区域不允许自治系统外部的路由Type5 LSA在区域内传播。 区域内的路由器必须通过ABR学到自治系统外部的路由。实现方法是ABR会自动产生一条缺省的Summary LSAType3 LSA通告到整个STUB区域内。这样到达自治系统的外部路由就可以通过ABR到达。 Totally STUB区域 Totally STUB区域既不允许自治系统外部的路由Type5 LSA在区域内传播也不允许区域间路由Type3 LSA在区域内传播。 区域内的路由器必须通过ABR学到自治系统外部和其他区域的路由。实现方法是配置Totally STUB区域后ABR会自动产生一条缺省的Summary LSAType3 LSA通告到整个STUB区域内。这样到达自治系统外部的路由和其他区域间的路由都可以通过ABR到达。 NSSA区域 NSSA区域允许引入通过本区域的ASBR到达的少量外部路由但不允许其他区域的外部路由ASE LSAType5 LSA在区域内传播。即到达自治系统外部的路由只能通过本区域的ASBR到达。 只配置了NSSA区域是不会自动产生缺省路由的。 此时有两种选择 如果希望到达自治系统外部的路由通过该区域的ASBR到达而其它外部路由通过其它区域出去。此时ABR会产生一条Type7 LSA的缺省路由通告到整个NSSA区域内。这样除了某少部分路由通过NSSA的ASBR到达其它路由都可以通过NSSA的ABR到达其它区域的ASBR出去。如果希望所有的外部路由只通过本区域NSSA的ASBR到达。则必须在ASBR上手动通过命令进行配置使ASBR产生一条缺省的NSSA LSAType7 LSA通告到整个NSSA区域内。这样所有的外部路由就只能通过本区域NSSA的ASBR到达。上面两种情况的区别是 在ABR上无论路由表中是否存在缺省路由0.0.0.0都会产生Type7 LSA的缺省路由。在ASBR上只有当路由表中存在缺省路由0.0.0.0时才会产生Type7 LSA的缺省路由。因为缺省路由只是在本NSSA区域内泛洪并没有泛洪到整个OSPF域中所以本NSSA区域内的路由器在找不到路由之后可以从该NSSA的ASBR出去但不能实现其他OSPF域的路由从这个出口出去。Type7 LSA缺省路由不会在ABR上转换成Type5 LSA缺省路由泛洪到整个OSPF域。 Totally NSSA区域 Totally NSSA区域既不允许其他区域的外部路由ASE LSAType5 LSA在区域内传播也不允许区域间路由Type3 LSA在区域内传播。 区域内的路由器必须通过ABR学到其他区域的路由。实现方法是配置Totally NSSA区域后ABR会自动产生一条缺省的Type3 LSA通告到整个NSSA区域内。这样其他区域的外部路由和区域间路由都可以通过ABR在区域内传播。
OSPF路由过滤
OSPF支持使用路由策略对路由信息进行过滤。缺省情况下OSPF不进行路由过滤。
OSPF可以使用的路由策略包括route-policy访问控制列表access-list地址前缀列表prefix-list。
OSPF路由过滤可以应用于以下几个方面
路由引入 OSPF可以引入其它路由协议学习到的路由。在引入时可以通过配置路由策略来过滤路由只引入满足条件的路由。 引入路由发布 OSPF引入了路由后会向其它邻居发布引入的路由信息。 可以通过配置过滤规则来过滤向邻居发布的路由信息。该过滤规则只在ASBR上配置才有效。 路由学习 通过配置过滤规则可以设置OSPF对接收到的区域内、区域间和自治系统外部的路由进行过滤。 该过滤只作用于路由表项的添加与否即只有通过过滤的路由才被添加到本地路由表中但所有的路由仍可以在OSPF路由表中被发布出去。 区域间LSA学习 通过命令可以在ABR上配置对进入本区域的Summary LSA进行过滤。该配置只在ABR上有效只有ABR才能发布Summary LSA。
表1-9 区域间LSA学习与路由学习的差异 区域间LSA学习 路由学习 直接对进入区域的LSA进行过滤。 路由学习中的过滤不对LSA进行过滤只针对LSA计算出来的路由是否添加本地路由表进行过滤。学习到的LSA是完整的。
区域间LSA发布 通过命令可以在ABR上配置对本区域出方向的Summary LSA进行过滤。该配置只在ABR上配置有效。
OSPF多进程
OSPF支持多进程在同一台路由器上可以运行多个不同的OSPF进程它们之间互不影响彼此独立。不同OSPF进程之间的路由交互相当于不同路由协议之间的路由交互。
路由器的一个接口只能属于某一个OSPF进程。
OSPF多进程的一个典型应用就是在VPN场景中PE和CE之间运行OSPF协议同时VPN骨干网上的IGP也采用OSPF。在PE上这两个OSPF进程互不影响。
OSPF RFC1583兼容
RFC1583是OSPFv2协议比较早的版本。
OSPF在计算外部路由时由于RFC2328和RFC1583的路由计算规则不一致可能会导致路由环路。为了避免路由环路的发生RFC2328中提出了RFC1583兼容特性。
使能RFC1583兼容后OSPF采用RFC1583的路由计算规则。不使能RFC1583兼容时OSPF采用RFC2328的路由计算规则。
OSPF是根据5类LSA来计算外部路由的。RFC1583兼容特性主要用于路由器收到5类LSA后
选择到达产生该LSA的ASBR或该LSA所描述的转发地址Forwarding Address的路径选择到达相同目的地的外部路径。
缺省情况下OSPF兼容RFC1583。
OSPF是如何工作的
OSPF协议路由的计算过程可简单描述如下
建立邻接关系过程如下 本端设备通过接口向外发送Hello报文与对端设备建立邻居关系。两端设备进行主/从关系协商和DD报文交换。两端设备通过更新LSA完成链路数据库LSDB的同步。 此时邻接关系建立成功。 路由计算 OSPF采用SPFShortest Path First算法计算路由可以达到路由快速收敛的目的。 建立邻接关系
在上述邻居状态机的变化中有两处决定是否建立邻接关系
当与邻居的双向通讯初次建立时。当网段中的DR和BDR发生变化时。
OSPF在不同网络类型中OSPF邻接关系建立的过程不同分为广播网络NBMA网络点到点/点到多点网络。
在广播网络中建立OSPF邻接关系
广播链路邻接关系建立过程如图所示。
在广播网络中DR、BDR和网段内的每一台路由器都形成邻接关系但DR other之间只形成邻居关系。 在广播网络中建立OSPF邻接关系 如图所示在广播网络中建立OSPF邻接关系的过程如下
建立邻居关系 RouterA的一个连接到广播类型网络的接口上激活了OSPF协议并发送了一个Hello报文使用组播地址224.0.0.5。此时RouterA认为自己是DR路由器DR1.1.1.1但不确定邻居是哪台路由器Neighbors Seen0。RouterB收到RouterA发送的Hello报文后发送一个Hello报文回应给RouterA并且在报文中的Neighbors Seen字段中填入RouterA的Router IDNeighbors Seen1.1.1.1表示已收到RouterA的Hello报文并且宣告DR路由器是RouterBDR2.2.2.2然后RouterB的邻居状态机置为Init。RouterA收到RouterB回应的Hello报文后将邻居状态机置为2-way状态下一步双方开始发送各自的链路状态数据库。 说明 在广播网络中两个接口状态是DR Other的路由器之间将停留在此步骤。 主/从关系协商、DD报文交换 RouterA首先发送一个DD报文宣称自己是MasterMS1并规定序列号SeqX。I1表示这是第一个DD报文报文中并不包含LSA的摘要只是为了协商主从关系。M1说明这不是最后一个报文。 为了提高发送的效率RouterA和RouterB首先了解对端数据库中哪些LSA是需要更新的如果某一条LSA在LSDB中已经存在就不再需要请求更新了。为了达到这个目的RouterA和RouterB先发送DD报文DD报文中包含了对LSDB中LSA的摘要描述每一条摘要可以惟一标识一条LSA。为了保证在传输的过程中报文传输的可靠性在DD报文的发送过程中需要确定双方的主从关系作为Master的一方定义一个序列号Seq每发送一个新的DD报文将Seq加一作为Slave的一方每次发送DD报文时使用接收到的上一个Master的DD报文中的Seq。 RouterB在收到RouterA的DD报文后将RouterA的邻居状态机改为Exstart并且回应了一个DD报文该报文中同样不包含LSA的摘要信息。由于RouterB的Router ID较大所以在报文中RouterB认为自己是Master并且重新规定了序列号SeqY。RouterA收到报文后同意了RouterB为Master并将RouterB的邻居状态机改为Exchange。RouterA使用RouterB的序列号SeqY来发送新的DD报文该报文开始正式地传送LSA的摘要。在报文中RouterA将MS0说明自己是Slave。RouterB收到报文后将RouterA的邻居状态机改为Exchange并发送新的DD报文来描述自己的LSA摘要此时RouterB将报文的序列号改为SeqY1。 上述过程持续进行RouterA通过重复RouterB的序列号来确认已收到RouterB的报文。RouterB通过将序列号Seq加1来确认已收到RouterA的报文。当RouterB发送最后一个DD报文时在报文中写上M0。 LSDB同步LSA请求、LSA传输、LSA应答 RouterA收到最后一个DD报文后发现RouterB的数据库中有许多LSA是自己没有的将邻居状态机改为Loading状态。此时RouterB也收到了RouterA的最后一个DD报文但RouterA的LSARouterB都已经有了不需要再请求所以直接将RouterA的邻居状态机改为Full状态。RouterA发送LSR报文向RouterB请求更新LSA。RouterB用LSU报文来回应RouterA的请求。RouterA收到后发送LSAck报文确认。 上述过程持续到RouterA中的LSA与RouterB的LSA完全同步为止此时RouterA将RouterB的邻居状态机改为Full状态。当路由器交换完DD报文并更新所有的LSA后此时邻接关系建立完成。
在NBMA网络中建立OSPF邻接关系
NBMA网络和广播网络的邻接关系建立过程只在交换DD报文前不一致如图中的蓝色标记。
在NBMA网络中所有路由器只与DR和BDR之间形成邻接关系。 在NBMA网络中建立OSPF邻接关系
如图所示在NBMA网络中建立OSPF邻接关系的过程如下
建立邻居关系 RouterB向RouterA的一个状态为Down的接口发送Hello报文后RouterB的邻居状态机置为Attempt。此时RouterB认为自己是DR路由器DR2.2.2.2但不确定邻居是哪台路由器Neighbors Seen0。RouterA收到Hello报文后将邻居状态机置为Init然后再回复一个Hello报文。此时RouterA同意RouterB是DR路由器DR2.2.2.2并且在Neighbors Seen字段中填入邻居路由器的Router IDNeighbors Seen2.2.2.2。 说明 在NBMA网络中两个接口状态是DR Other的路由器之间将停留在此步骤。 主/从关系协商、DD报文交换过程同广播网络的邻接关系建立过程。LSDB同步LSA请求、LSA传输、LSA应答过程同广播网络的邻接关系建立过程。
在点到点/点到多点网络中建立OSPF邻接关系
在点到点/点到多点网络中邻接关系的建立过程和广播网络一样唯一不同的是不需要选举DR和BDRDD报文是组播发送的。 路由计算
OSPF采用SPFShortest Path First算法计算路由可以达到路由快速收敛的目的。
OSPF协议使用链路状态通告LSA描述网络拓扑即有向图。Router LSA描述路由器之间的链接和链路的属性。路由器将LSDB转换成一张带权的有向图这张图便是对整个网络拓扑结构的真实反映。各个路由器得到的有向图是完全相同的。如图所示。 由LSDB生成带权有向图
每台路由器根据有向图使用SPF算法计算出一棵以自己为根的最短路径树这棵树给出了到自治系统中各节点的路由。如图所示。 最小生成树 当OSPF的链路状态数据库LSDB发生改变时需要重新计算最短路径如果每次改变都立即计算最短路径将占用大量资源并会影响路由器的效率通过调节SPF的计算间隔时间可以抑制由于网络频繁变化带来的占用过多资源。缺省情况下SPF时间间隔为5秒钟。
具体的计算过程如下
计算区域内路由。 Router LSA和Network LSA可以精确的描述出整个区域内部的网络拓扑根据SPF算法可以计算出到各个路由器的最短路径。根据Router LSA描述的与路由器的网段情况得到了到达各个网段的具体路径。 说明 在计算过程中如果有多条等价路由SPF算法会将所有等价路径都保留在LSDB中。 计算区域外路由。 从一个区域内部看相邻区域的路由对应的网段好像是直接连接在ABR上而到ABR的最短路径已经在上一过程中计算完毕所以直接检查Network Summary LSA就可以很容易得到这些网段的最短路径。另外ASBR也可以看成是连接在ABR上所以ASBR的最短路径也可以在这个阶段计算出来。 说明 如果进行SPF计算的路由器是ABR那么只需要检查骨干区域的Network Summary LSA。 计算自治系统外路由。 由于自治系统外部的路由可以看成是直接连接在ASBR上而到ASBR的最短路径在上一过程中已经计算完毕所以逐条检查AS External LSA就可以得到到达各个外部网络的最短路径。
