OSPF协议工作原理.docx

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OSPF协议工作原理

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OSPF路由协议是一种典型的链路状态（Link-state）的路由协议，一般用于同一个路由域内。

在这里，路由域是指一个自治系统（AutonomousSystem），即AS，它是指一组通过统一的路由政策或路由协议互相交换路由信息的网络。

在这个AS中，所有的OSPF路由器都维护一个相同的描述这个AS结构的数据库，该数据库中存放的是路由域中相应链路的状态信息，OSPF路由器正是通过这个数据库计算出其OSPF路由表的。

OSPF（OpenShortestPathFirst开放式最短路径优先）是一个内部网关协议（InteriorGatewayProtocol,简称IGP），用于在单一自治系统（autonomoussystem,AS）内决策路由。

链路是路由器接口的另一种说法，因此OSPF也称为接口状态路由协议。

OSPF通过路由器之间通告网络接口的状态来建立链路状态数据库，生成最短路径树，每个OSPF路由器使用这些最短路径构造路由表。

OSPF路由协议是一种典型的链路状态（LinOSPF（OpenShortestPathFirst开放式最短路径优先）是一个内部网关协议（InteriorGatewayProtocol,简称IGP），用于在单一自治系统（autonomoussystem,AS）内决策路由。

链路是路由器接口的另一种说法，因此OSPF也称为接口状态路由协议。

OSPF通过路由器之间通告网络接口的状态来建立链路状态数据库，生成最短路径树，每个OSPF路由器使用这些最短路径构造路由表。

OSPF路由协议是一种典型的链路状态（Link-state）的路由协议，一般用于同一个路由域内。

在这里，路由域是指一个自治系统（AutonomousSystem），即AS，它是指一组通过统一的路由政策或路由协议互相交换路由信息的网络。

在这个AS中，所有的OSPF路由器都维护一个相同的描述这个AS结构的数据库，该数据库中存放的是路由域中相应链路的状态信息，OSPF路由器正是通过这个数据库计算出其OSPF路由表的。

作为一种链路状态的路由协议，OSPF将链路状态广播数据包LSA（LinkStateAdvertisement）传送给在某一区域内的所有路由器，这一点与距离矢量路由协议不同。

运行距离矢量路由协议的路由器是将部分或全部的路由表传递给与其相邻的路由器。

一OSPF的数据包

OSPF的包类型：

1HELLO12DatabaseDescription数据库的描述DBD可靠

3Link-stateRequest链路状态请求包LSR可靠

4Link-stateUpdate链路状态更新包LSU可靠

5Link-stateAcknowledment链路状态确认包LSACK

1.Hello协议的目的:

1.用于发现邻居

2.在成为邻居之前,必须对Hello包里的一些参数协商成功

3.Hello包在邻居之间扮演着keepalive的角色

4.允许邻居之间的双向通信

5.它在NBMA（NonbroadcastMulti-access）网络上选举DR和BDR（NBMA中默认30s发送一次，多路访问和点对点网络上默认10s发送一次）

2.HelloPacket包含以下信息:

1.源路由器的RID

2.源路由器的AreaID

3.源路由器接口的掩码

4.源路由器接口的认证类型和认证信息

5.源路由器接口的Hello包发送的时间间隔

6.源路由器接口的无效时间间隔

7.优先级

8.DR/BDR

9.五个标记位（flagbit）

10.源路由器的所有邻居的RID

二OSPF的网络类型

OSPF定义的5种网络类型:

1.点到点网络,比如T1线路,是连接单独的一对路由器的网络,点到点网络上的有效邻居总是可以形成邻接关系的,在这种网络上,OSPF包的目标地址使用的是224.0.0.5,这个组播地址称为AllSPFRouters.

2.广播型网络,比如以太网,TokenRing和FDDI,这样的网络上会选举一个DR和BDR,DR/BDR的发送的OSPF包的目标地址为224.0.0.5,运载这些OSPF包的帧的目标MAC地址为0100.5E00.0005;而除了DR/BDR以外的OSPF包的目标地址为224.0.0.6,这个地址叫AllDRouters.

3.NBMA网络,比如X.25,FrameRelay,和ATM,不具备广播的能力,因此邻居要人工来指定,在这样的网络上要选举DR和BDR,OSPF包采用unicast的方式

4.点到多点网络是NBMA网络的一个特殊配置,可以看成是点到点链路的集合.在这样的网络上不选举DR和BDR.

5.虚链接:

OSPF包是以unicast的方式发送

所有的网络也可以归纳成2种网络类型:

1.传输网络（TransitNetwork）

2.末节网络（StubNetwork）

三OSPF的DR及BDR

OSPF路由器在完全邻接之前,所经过的几个状态:

1.Down:

初始化状态.

2.Attempt:

只适于NBMA网络,在NBMA网络中邻居是手动指定的,在该状态下,路由器将使用HelloInterval取代PollInterval来发送Hello包.

3.Init:

表明在DeadInterval里收到了Hello包,但是2-Way通信仍然没有建立起来.

4.two-way:

双向会话建立.

5.ExStart:

信息交换初始状态,在这个状态下,本地路由器和邻居将建立Master/Slave关系,并确定DDSequenceNumber,接口等级高的的成为Master.

6.Exchange:

信息交换状态,本地路由器向邻居发送数据库描述包,并且会发送LSR用于请求新的LSA.

7.Loading:

信息加载状态,本地路由器向邻居发送LSR用于请求新的LSA.

8.Full:

完全邻接状态,这种邻接出现在RouterLSA和NetworkLSA中.

在DR和BDR出现之前，每一台路由器和他的邻居之间成为完全网状的OSPF邻接关系，这样5台路由器之间将需要形成10个邻接关系,同时将产生25条LSA.而且在多址网络中,还存在自己发出的LSA从邻居的邻居发回来,导致网络上产生很多LSA的拷贝,所以基于这种考虑，产生了DR和BDR.

DR将完成如下工作：

1.描述这个多址网络和该网络上剩下的其他相关路由器.

2.管理这个多址网络上的flooding过程.

3.同时为了冗余性，还会选取一个BDR，作为双备份之用.

DRBDR选取规则：

DRBDR选取是以接口状态机的方式触发的.

1.路由器的每个多路访问（multi-access）接口都有个路由器优先级（RouterPriority）,8位长的一个整数,范围是0到255,Cisco路由器默认的优先级是1优先级为0的话将不能选举为DR/BDR.优先级可以通过命令ipospfpriority进行修改.

2.Hello包里包含了优先级的字段,还包括了可能成为DR/BDR的相关接口的IP地址.

3.当接口在多路访问网络上初次启动的时候,它把DR/BDR地址设置为0.0.0.0,同时设置等待计时器（waittimer）的值等于路由器无效间隔（RouterDeadInterval）.

DRBDR选取过程：

1.在和邻居建立双向（2-Way）通信之后,检查邻居的Hello包中Priority,DR和BDR字段,列出所有可以参与DR/BDR选举的邻居.所有的路由器声明它们自己就是DR/BDR（Hello包中DR字段的值就是它们自己的接口地址;BDR字段的值就是它们自己的接口地址）

2.从这个有参与选举DR/BDR权的列表中,创建一组没有声明自己就是DR的路由器的子集（声明自己是DR的路由器将不会被选举为BDR）

3.如果在这个子集里,不管有没有宣称自己就是BDR,只要在Hello包中BDR字段就等于自己接口的地址,优先级最高的就被选举为BDR;如果优先级都一样,RID最高的选举为BDR

4.如果在Hello包中DR字段就等于自己接口的地址,优先级最高的就被选举为DR;如果优先级都一样,RID最高的选举为DR;如果选出的DR不能工作,那么新选举的BDR就成为DR，再重新选举一个BDR。

5.要注意的是,当网络中已经选举了DR/BDR后,又出现了1台新的优先级更高的路由器,DR/BDR是不会重新选举的

6.DR/BDR选举完成后,DRother只和DR/BDR形成邻接关系.所有的路由器将组播Hello包到AllSPFRouters地址224.0.0.5以便它们能跟踪其他邻居的信息,即DR将洪泛updatepacket到224.0.0.5;DRother只组播updatepacket到AllDRouter地址224.0.0.6,只有DR/BDR监听这个地址.

四OSPF邻居关系

邻接关系建立的4个阶段:

1.邻居发现阶段

2.双向通信阶段：

Hello报文都列出了对方的RID，则BC完成.

3.数据库同步阶段：

4.完全邻接阶段:

fulladjacency

邻居关系的建立和维持都是靠Hello包完成的,在一般的网络类型中,Hello包是每经过1个HelloInterval发送一次,有1个例外:

在NBMA网络中,路由器每经过一个PollInterval周期发送Hello包给状态为down的邻居（其他类型的网络是不会把Hello包发送给状态为down的路由器的）.Cisco路由器上PollInterval默认60sHelloPacket以组播的方式发送给224.0.0.5，在NBMA类型，点到多点和虚链路类型网络，以单播发送给邻居路由器。

邻居可以通过手工配置或者Inverse-ARP发现.

OSPF泛洪

Flooding采用2种报文

LSUType4---链路状态更新报文

LSAType5---链路状态确认报文

在P-P网络，路由器是以组播方式将更新报文发送到组播地址224.0.0.5.

在P-MP和虚链路网络，路由器以单播方式将更新报文发送至邻接邻居的接口地址.

在广播型网络，DRother路由器只能和DR&BDR形成邻接关系，所以更新报文将发送到224.0.0.6，相应的DR以224.0.0.5泛洪LSA并且BDR只接收LSA，不会确认和泛洪这些更新，除非DR失效在NBMA型网络，LSA以单播方式发送到DRBDR，并且DR以单播方式发送这些更新.

LSA通过序列号,校验和,和老化时间保证LSDB中的LSA是最新的,

Seq:

序列号（Seq）的范围是0x80000001到0x7fffffff.

Checksum:

校验和（Checksum）计算除了Age字段以外的所有字段,每5分钟校验1次.

Age:

范围是0到3600秒,16位长.当路由器发出1个LSA后,就把Age设置为0,当这个LSA经过1台路由器以后,Age就会增加1个LSA保存在LSDB中的时候,老化时间也会增加.

当收到相同的LSA的多个实例的时候,将通过下面的方法来确定哪个LSA是最新的:

1.比较LSA实例的序列号,越大的越新.

2.如果序列号相同,就比较校验和,越大越新.

3.如果校验和也相同,就比较老化时间,如果只有1个LSA拥有MaxAge（3600秒）的老化时间,它就是最新的.

4.如果LSA老化时间相差15分钟以上,（叫做MaxAgeDiff）,老化时间越小的越新.

5.如果上述都无法区分,则认为这2个LSA是相同的.

五OSPF区域

区域长度32位，可以用1