OSPF协议工作原理.docx

1、OSPF协议工作原理 编号：_本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载OSPF协议工作原理 甲 方：_乙 方：_日 期：_说明：本合同资料适用于约定双方经过谈判、协商而共同承认、共同遵守的责任与义务，同时阐述确定的时间内达成约定的承诺结果。文档可直接下载或修改，使用时请详细阅读内容。OSPF协议工作原理OSPF路由协议是一种典型的链路状态(Link-state )的路由协议，一般 用丁同一个路由域内。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

2、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(Open Shortest Path First 开放式 最短路径优先)是一个内部网关协议(Interior Gateway Protocol,简称 IGP),用于在单一自 治系统(autonomous system,AS)内决策路由。 链路是路由器接口的另一种说法，因此 OSP也 称为接口状态路由协议。OSPF!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OSPFF&由器使用这些最 短路径构造路由表。O

3、SPF路由协议是一种典 型的链路状态(Lin OSPF(Open Shortest Path First开放式最短路径优先)是一个内部网关协 议(Interior Gateway Protocol, 简称 IGP), 用于在单一自治系统 (autonomous system,AS) 内决策路由。链路是路由器接口的另一种说法，因此 OSP也称为接口状态路由协议。OSPF!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&由器使用 这些最短路径构造路由表。OSP超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，

4、路由域是指一个自治系统(Autonomous System),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OSP昭由 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，OSP昭由器正是通过这个数据库计 算出其OSP骼由表的。作为一种链路状态的路由协议，OSPF字链 路状态广播数据包LSA (Link State Advertisement )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

5、数据包OSPF勺包类型：1 HELLO 12 Database Description 数据 库的描述DBD可靠3Link-state Request 链路状态请求包LSR可靠4Link-state Update 链路状态更新包LSU可靠5Link-state Acknowledment 链路状态确认包LSACK1.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(Nonbroadcast Multiaccess) 网络上选举DR和BDR( N

6、BM冲默认 30s发送一次，多路访问和点对点网络上默认 10s发送一次)2.Hello Packet 包含以下信息：1.源路由器的RID2.源路由器的Area ID3.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/BDR9.五个标记位(flag bit)10.源路由器的所有邻居的RID二OSPF的网络类型OSP淀义的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.

7、0.5,这个组播地 址称为 AllSPFRouters.2.广播型网络,比如以太网,Token Ring和 FDDI，这样的网络上会选举一个 DR和 BDR,DR/BDR勺发送的OSP电的目标地址为 224.0.0.5，运载这些OSP电的帧的目标MAC 地址为 0100.5E00.0005;而除了 DR/BDRZ外的 OSP电的目标地址为224.0.0.6,这个地址叫 AllDRouters.3.NBM阚络,比如 X.25,Frame Relay,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,OSP包采 用unicast 的方式4.点到多点网络是NBM舸

8、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(Transit Network)2.末节网络(Stub Network )三 OSPF的 DRM BDROSP昭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NBM舸络,在NBM舸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

9、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DD Sequence Number,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Router LSA 和 Network LSA 中.在DR和BDRH现之前，每一台路由

10、器和他 的邻居之间成为完全网状的OSP麻接关系，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.DR BD破取规则：DR BDR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(Router Pri

11、ority),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ip ospf priority 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勺相关接口的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/BD础址设置为0.0.0.0,同时设置 等待计时器(wait timer) 的值等于路由器无效间隔(Router Dead Interval).DR BDR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BD商段

12、, 列出所有可以参与DR/BD睡举的邻居.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/BD戚的列表中， 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?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BDR4.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

13、,RID最高的选举为DR如果选出 的DR不能工作，那么新选举的BD瞰成为DR 再重新选举一个BDR5.要注意的是，当网络中已经选举了 DR/BD甫，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/BDF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 update packet 至U 224.0.0.5;DRother 只组播update packet 到 AllDRouter 地址 224.0.0.6, 只有DR/BD褴

14、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：full adjacency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NBM舸络中，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 60s Hello P

15、acket 以组播 的方式发送给224.0.0.5，在NBMA!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-AR咳现.OSPF 乏洪Flooding采用2种报文LSU Type 4-链路状态更新报文LSA Type 5-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&BD隔成邻接关系，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 LS

16、A 并且BDE接收LSA不会确认和泛洪这些更 新，除非DR失效在NBM屋网络，LSA以单播 方式发送到DR BDR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 LSD畔的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LSDE的时候，老化时间也会增加.当收到相同的LSA的

17、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10进制，也可以 类似于IP地址的点分十进制分3种通信量1.Intra-Area Traffic: 域内间通信量2.Inter-Area Traffic: 域间通信

18、量3.External Traffic: 外部通信量路由器类型1.Internal Router: 内部路由器2.ABR(Area Border Router): 区域边界路由器3.Backbone Router(BR):骨干路由器4.ASBR(Autonomous System Boundary Router):自治系统边界路由器。虚链路(Virtual Link)以下2中情况需要使用到虚链路：1.通过一个非骨干区域连接到一个骨干区域.2.通过一个非骨干区域连接一个分段的骨 干区域两边的部分区域.虚链接是一个逻辑的隧道(Tunnel)，配置 虚链接的一些规则：1.虚链接必须配置在2个ABR间

19、.2.虚链接所经过的区域叫Transit Area, 它必须拥有完整的路由信息.3.Transit Area 不能是 Stub Area.4.尽口的避免使用虚链接，它增加了网络 的复杂程度和加大了排错的难度.OSP取域OSPF勺精华Link-state 路由在设计时要求需要一个层次性的网络结构.OSP啊络分为以下2个级别的层次：骨干区域 (backbone or area 0)非骨干区域(nonbackbone areas)在一个OSP田域中只能有一个骨干区域，可以有多个非骨干区域，骨干区域的区域号为0。各非骨干区域间是不可以交换信息的，他 们只有与骨干区域相连，通过骨干区域相互交 换信息。非

20、骨干区域和骨干区域之间相连的路由叫 边界路由(ABRs-Area Border Routers )，只有 ABRs记载了各区域的所有路由表。各非骨干区 域内的非ABRs只记载了本区域内的路由表，若 要与外部区域中的路由相连，只能通过 本区域的ABRs由ABR施到骨干区域的BR再由骨 干区域的BR连到要到达的区域。骨干区域和非骨干区域的划分，大大降低 了区域内工作路由的负担。六LSA类型1,类型1:Router LSA:每个路由器都将产 生Router LSA,这种LSA只在本区域内传播， 描述了路由器所有的链路和接口，状态和开销.2,类型2:Network LSA:在每个多路访问网 络中，DR

21、都会产生这种Network LSA,它只在 产生这条Network LSA的区域泛洪描述了所有 和它相连的路由器(包括DR本身).3,类型 3:Network Summary LSA :由 ABR 路由器始发，用于通告该区域外部的目的地址.当其他的路由器收到来自 ABR勺NetworkSummary LSA后,它不会运行SPF算法,它只 简单的加上到达那个ABR勺开销和NetworkSummary LSA中包含的开销,通过ABR到达目标 地址的路由和开销一起被加进路由表里，这种依 赖中间路由器来确定到达目标地址的完全路由 (full route) 实际上是距离矢量路由协议的行为4.类型 4:A

22、SBR Summary LSA由 AB眼 出，ASBR匚总LSA除了所通告的目的地是一个 ASBRJ不是一个网络外，其他同 NetworkSummary LSA.5.类型 5:AS External LSA: 发自 ASBR# 由器，用来通告到达OSPFW主系统外部的目的 地，或者OSPFg主系统那个外部的缺省路由的 LSA.这种LSA将在全AS内泛洪6.类型 6:Group Membership LSA7.类型7:NSSA External LSA:来自非完全 Stub 区域(not-so-stubby area )内 ASBFR# 由器始发的LSA通告它只在NSS职域内泛洪， 这是与LSA

23、-Type5的区别.不透明LSA8.类型 8:External Attributes LSA9.类型 9:Opaque LSA(link-local scope,)10.类型 10:Opaque LSA(area-local scope)11.类型 11:Opaque LSA(AS scope)OSP沫节区域这种区域不接受本自治系统以外的路由信 息，位于Stub边界的ABR字宣告一条默认路由 到所有的Stub区域内的内部路由器.末节区域限制：a)所有位于stub area的路由器必须保持 LSDB言息同步，并且它们会在它的Hello包中 设置一个值为0的E位(E-bit),因此这些路由 器是不

24、会接收E位为1的Hello包，也就是说在 stub area 里没有配置成stub router 的路由 器将不能和其他配置成stub router 的路由器 建立邻接关系.b)不能在stub area中配置虚链接(virtual link), 并且虚链接不能穿越stubarea.c） stub area 里的路由器不可以是ASBR.stub area可以有多个ABR但是由于默认路由的缘故,内部路由器无法判定哪个 ABRt是到达ASBR勺最佳选择.完全末节区域：不接受外部自治系统路由 或来自本自治系统内其他区域的的汇总路由 （Cisco专有特性）。次末节区域（NSSA :允许外部路由被宣 告OSPK中来,同时保留Stub Area的特征,因 此NSS陋可以有 ASBR,ASBK使用type7-LSA 来宣告外部路由，但经过ABR,Type7被转换为 Type5.7类LSA通过OSPR艮头的一个 P-bit作 Tag,如果NSS陋的ABR攵至U P位设置为1的 NSSA External LSA,它将把LSA类型7转换为 LSA类型5.并把它洪泛到其他区域中；如果收到 的是P位设置为0的NSSAExternal LSA,它将 不会转换成类型5的LSA,并且这个类型7的 LSA里的目标地址也不会被宣告到 NSSA勺外部 NSS磕IOS11.2后支持.