华为技术篇之OSPF协议入门.docx
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华为技术篇之OSPF协议入门
华为技术篇之OSPF协议入门
1.1.OSPF入门童话
可以把整个网络（一个自治系统AS）看成一个王国，这个王国可以分成b几个区（area），现在我们来看看区域内的某一个人（你所在的机器root）是怎样得到一张世界地图（routingtable）的。
首先，你得跟你周围的人（同一网段如129.102）建立基本联系。
你大叫一声“我在这！
”（发HELLO报文）,于是，周围的人知道你的存在，他们也会大叫，这样你知道周围大概有哪些人，你与他们之间建立了邻居（neighbor）关系，当然，他们之间也有邻居关系。
在你们这一群人中，最有威望（Priority优先级）的人会被推荐为首领（DesignatedRouter）首领与你之间是上下级关系（adjacency邻接），它会与你建立单线联系，而不许你与其它邻居有过多交往，他会说：
“那样做的话，街上太挤了”。
你只好通过首领来知道更多的消息了，首先，你们互通消息，他告诉你他知道的所有地图的地名，你也会告诉他你现知道的地名，当然上也许只有你一个点。
（DatabaseDescription数据库描述报文）
你发现地名表中有你缺少的或比你新的东西，你会问他要一份更详细的资料，他发现你的地名表中有他需要的东西，他也会向你索求新资料。
（LinkStateRequest连接状态请求报文）
当然，你们毫不犹豫地将一份详细资料发送给对方。
（LinkStateUpdate连接状态升级报文）
收到地图后，互相致谢表示收到了。
（LinkStateAck连接状态响应报文）现在，你已经尽你所能得到一份地图（LinkStateDataBase连接状态数据库），你去查找地图把到所有地方的路挑一条最近（shortestpath最短路）的，记为一张表格（routingtable路由表），当然以后查这份表格就知道到目的地的一条最近的路了。
地图也要收好，万一表格上的某条路不通了可以通过图去找一条新的路。
其实跟你有联系的，只是周围一群人，外面的消息要通过首领来知道。
因为你的地图是跟首领的一致，我们假设你是首领，你要去画一份世界地图。
你命令所有手下向你通报消息，你可以知道你这一群人的任何一点点小动静（event事件）。
你手下还会有同时属于两群人的家伙（同一区内两网段），他会告诉你另一群人的地图，当然也会把你们这一群人的地图泄露，（不过，无所谓啦）。
这样，整个区的地图你知道了（对于不知道的那也没办法，我们尽力了）。
通过不停地交换地图，现在，整个区的人都有同样的地图了，住在区边境上的人义不容辞地把这个区的地图（精确到每一群人）发送到别的区，把别的区信息发送进来。
国王会把这些边境的人命名为骨干（backbonearea）。
通过骨干人士的不懈努力，现在，整个国家的地图你都了解得一清二楚了。
有些人“里通外国”（ASBoundaryRouter自治系统边界路由器），他们知道一些“出国”（ASExternalroute自治系统外部路由）的路，当然他们会把这些秘密公之与众（import引入），通过信息的传递，现在，你已经有一张完整的“世界地图”了。
OSPF是这样标记最短的路的：
对于某个目的地，首先，考虑是否有同一区内部到目的地的路（intraarea区域内），如果有，则在其中取一条离你最近的（花费最小），写进你的表格中,这个目的地可能是到本群体某个人也可能是到其他群体的，对于经过其他区域的路由，你会不予考虑，跟自己人（同区域）打交道总比与外人（其他区域）打交道好；如果没有本区的路，你只好通过别的区域了（区域间），你只要在地图上找最近的就是了；如果你发现目的地在国外，你也只能先把它标记到你的表格上，期待什么时候王国扩张到那，你就可以把它标记到国内地图上了。
OSPF就是这样，给你一份“世界地图”，并且在上面标记了最短的路，如此而已罢了。
1.2.背景介绍
TCP/IP协议中，寻找一台计算机到另一台计算机的路由是很重要的.
1．要判断是否能找到路
2．找到路后找一条短的路（花费时间最小）
3．在找路时不能循环
4．最好还应该能动态处理路由变化，如：
接口的UP或DOWN，时间花费的变化，网络结构的改变等。
IETF（InternetEngineeringTaskForce）于1988年提出的OSPF是一个基于链路状态的动态路由协议，
[协议的基本思路如下：
在自治系统中每一台运行OSPF的路由器收集各自的接口/邻接信息称为链路状态，通过Flooding算法在整个系统广播自己的链路状态，使得在整个系统内部维护一个同步的链路状态数据库，根据这一数据库，路由器计算出以自己为根，其它网络节点为叶的一根最短的路径树，从而计算出自己到达系统内部可达的最佳路由]。
OSPF是一类InteriorGatewayProtocol（内部网关协议IGP），它处理在一个自治系统中，路由器的网络的路由表信息。
1.3.术语和基本概念
OSPF路由协议术语：
OSPF路由协议:
OpenShortestPathFirst 最短路径优先协议
路由器（router）：
第三层的IP包交换机，以前在IP文献中也叫做网关
自治系统（autonomysystem）：
一群路由器通过相同的路由协议来交换路由信息，
缩写为AS区域（area）:
自治系统的划分单元,一个自治系统可以划分为多个区域.
区域ID（areaID）:
自治系统内区域的32-bit标识
内部网关协议（internalgatewayprotocol）：
属于一个自治系统的路由器上运行的路
由协议，缩写为IGP，每一个自治系统有一个单独的IGP，不同的自治系统可能
运行不同的IGP。
OSPF是内部网关协议的一种
路由器的ID（routerID）：
一个32位的标号对每个运行OSPF的路由器，在自治系
统内是唯一的
网络（network）：
在这种意义下，是IP网络/子网/超网，可能是标记了多重复合IP
地址的子网，我们把它们看成是分离的网络，点到点的物理网络是个特例，它们
只是被当作简单的网，不管对它们怎样指定IP号。
网络掩码（networkmask）：
一个32位的数指示IP网络的IP地址范围，以十六进
制数显示，例如一个C类网的掩码是0xfffff00，在文字上写成255.255.255.0。
点到点网络（pointtopointnetwork）：
由一对路由器简单组成的网络，例如一个
56Kb的串口线的连接
广播网：
网络支持许多（两个以上）的路由器。
都有能力将地址信息发送到所有连
接的路由器上（广播）邻居路由器被OSPF的hello协议动态地发现，OSPF使这种
广播能力能得到更大的应用，如果它存在，它上的每一对路由器都假定能和对方
直接相连，以太网是一个广播网的例子。
非广播网：
网络支持许多（两个以上）路由器，但没有广播能力，邻结点也是通过OSPFhello报文来维持，但是由于设有广播能力一些邻居需要靠配置来发现，在邻居间，OSPF协议报文也是互相传送的，X.25网是一个例子。
OSPF可以在两种非广播网上运行，一种是非广播多重访问，（NBMA）它类似于OSPF在广播网上的操作，第二种类型叫点到多点，可看为多个点到点的连接的集合。
非广播网类型的判别依靠于对网络的操作模式。
接口（interface）：
一个路由器与它连接的一个网络的连接称为接口，一个接口有它的状态信息，可以通过底层协议或是路由协议本身来得到。
每个接口有一个唯一一个IP地址和掩码（除非是不标号的点到点连接），一个接口有时也指一个连接。
邻居路由器（neighbor）：
两台路由器有接口连向共同的网络，邻居关系通过OSPFhello协议被维持（通常是动态的）。
邻接（adjacency）：
为交换路由而在邻居间建立的关系，不是每对邻居都成都为邻接的。
连接状态传送（LinkStateAdvertise）：
描述本地路由器或网络的数据单元对路由器来说，它描述了路由器的接口状态和邻接状态，第一个连接状态传送会发送到整个路由领域，所有的连接状态传送组成了协议的连接状态数据库，这在全局范围内使用,缩写为LSA
连接状态数据库（LinkStateDataBase）:
所有连接状态传送组成了连接状态数据库.
Stub网络:
只有一个接口与外部相连的网络,如一个PPP可视为一个stub网络
骨干区域（BackboneArea）:
所有区域边界路由器和它们之间的路由组成骨干区域.
自治系统外部路由（ASexternalroute）:
指由非OSPF协议得到的路由，如BGP（边界网关协议），RIP（RoutingInformationProtocol）,系统的静态配置路由等,系统的静态路由是由配置得到的,其他协议的路由是通过引入操作得到的,外部路由的指定是由用户决定的.
路由（route）：
指两节点之间的连通路径。
路由表（routingtable）:
到每个目的地有路由，这样的表叫路由表。
基本概念：
OSPF把整个网络（Internet上的子网或其他类型的网）看成一个自治系统（AS）
每一个AS内若干个物理上相邻的路由器（Router），网络（Network）组成Area，这些Area内部一般是不相交的，它们划分了整个AS。
Rxx代表路由器，N*代表网络，
1．R1,R2,R3,R4,N1组成区域1,R3,R4是区域边界路由器（ABR）
2．R7,R8,R10,N2,N3组成区域2,R7,R10,R11是区域边界路由器（ABR）
3．R9.R11,R12,N4组成区域3，R11是区域边界路由器（ABR）
4．所有区域边节点（R3，R4，R7，R10，R11）及R5,R6共同组成了骨干区域，（backbonearea）
5．Area1,Area2,Area3以及backbonearea共同组成了一个自治系统（AutonomousSystem）,R5是系统的边节点（ASBR）
OSPF协议的中心思想是在每一个区域上运行一个OSPF的副本，让我们以区域为基础进行阐述。
通过路由器间的路由信息交换，自治系统内部可以达到信息同步
LSDB（连接状态数据库）描述的网络拓扑同步。
LSDB由LSA（连接状态传送报文）得到，由于LSA的种类不同，可以把LSDB分成五类：
1.rtr_LSA 由区域内路由传送来的LSA.
_LSA 由区域内子网络传送的LSA.
sum_LSA 区域间传送描述网络的LSA.
4.asbrsum_LSA 区域间传送描述AS边节点的LSA.
5.ASE_LSA AS外部的LSA
LSA所描述的信息一般包括:
1.接口信息:
接口ID,类型（LS_TYPE）,状态（STATE）等
2.网络节点信息:
目的地（destination），掩码（mask）,所属区域，位置等
3.路由信息:
下一跳（nexthop，即路由下一步该去的顶点）,权（metric）,类型（routetype）等
4.其他信息：
时控，该节点收到的连接状态传送报文信息等
所有的LSA组成ROOT的LSDB，通过LSDB，每个节点可以用Dijkstra算法，求出最小树（ShortestPathTree）通过最小树并改进系统路由表（routingtable），路由表包含目的地（destination），下一跳（nexthop），花费（metric）等.
出于安全性考虑，OSPF协议中还包含认证过程，路由器之间必须通过某个过程来认证它们之间的通信，即在OSPF报文中加入认证字。
1.4.OSPF协议与其它路由协议的比较
通用的路由协议除了OSPF，主要还有RIP路由协议（路由信息协议）等，将OSPF和RIP作一个大致的比较如下：
1.网络结构不同：
RIP的拓扑是简单的“小”图，说它简单，是因为它没有系统内外，系统分区，边界的概念，它用的是不分类的路由；说它“小”，是因为它的每一个节点只能处理以自己为头的至多16个节点的链，路由以下一跳个数来描述，无法体现带宽和网络延迟，RIP适用于中小型网络。
OSPF可以适用于较大规模的网络，它把自治系统分为若干个区域，通过系统内外路由的不同处理，区域内和区域间路由的不同处理方法，引入摘要的概念，减少了网络数据量的传输，OSPF对应于RIP中的“距离”的概念，引入了“权”（metric）的概念，对于不同的网络连接可以人工指定或根据网络的带宽和网络延迟动态地计算花费，OSPF所能接受的最大的花费是65534即0XFFFF-1（区域内，区域间和自治系统外为16777214即0XFFFFFF-1），其缺省得花费是1，可以说OSPF的路由处理能力相当大，并且还把其他协议的路由或静态或核心路由作为自治系统外部路由引入，它的处理能力已经是相当完全了。
RIP不支持可变长度子网掩码（VariableLengthSubnetMasks i.e.VLSM，RIP的新版本RIP2支持），OSPF支持VLSM。
2.协议的运行有差异：
RIP运行时，首先向外广播请求报文，其他运行RIP的路由器收到请求报文后，马上把自己的路由表发送过来；在没有收到请求报文时，定期（30秒）广播自己的路由表，在180秒之内如果没有收到某个相邻路由器的路由表，就认为它DOWN掉了，把它从路由表中作废，120秒后清除，并广播自己新的路由表。
OSPF运行时，用HELLO报文建立连接，然后迅速建立邻接的关系，在建立了邻接关系路由器中发送路由信息；以后，是靠定期发送HELLO报文去维持连接，相对来说，HELLO报文数据量比RIP协议的路由表报文小得多，网络拥塞也少了，HELLO报文在广播网上10秒发送一次，在NBMA，PPP，虚连接上30秒发送一次，在一定时间（4倍于HELLO间隔）没有收到HELLO报文，认为对方“死“掉，从路由表中去掉它，在LSBD中给它置位为INFINITY，但并没有真正去掉，以备它再起时减少数据传输量，在它达到MaxAge（3600秒）时，真正去掉它。
OSPF的路由表也重发，重发间隔是1800秒。
以上这些从另一方面说明了OSPF协议适用性广，RIP相对简单，适用于较小规模网络。
3.使用情况不同：
一般说来（由统计数据得到，参看RFC1245），OSPF占用的实际链路带宽比RIP少，因为它的路由表是有选择的广播（只在建立邻接关系的路由器间），OSPF使用的CUP时间比RIP少，因为OSPF达到平衡后的主要工作只是发HELLO报文，RIP是发送路由表，OSPF用的路由器的内存比RIP大，因为OSPF相对有一个大的路由表。
RIP在网络上达到平衡用的时间比OSPF多，因为它往往要发送及处理一些无用的路由信息。
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