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OSPF協議介紹OSPF是一種典型的鏈路狀態(tài)路由協議。采用OSPF的路由器彼此交換并保存整個網絡的鏈路信息，從而掌握全網的拓撲結構，獨立計算路由。因為RIP路由協議不能服務于大型網絡，所以，IETF的IGP工作組特別開發(fā)出鏈路狀態(tài)協議OSPF。目前廣為使用的是OSPF第二版，最新標準為RFC2328。 OSPF作為一種內部網關協議（Interior Gateway Protocol，IGP），用于在同一個自治域（AS）中的路由器之間發(fā)布路由信息。區(qū)別于距離矢量協議(RIP)，OSPF具有支持大型網絡、路由收斂快、占用網絡資源少等優(yōu)點，在目前應用的路由協議中占有相當重要的地位。 基本概念和術語 1. 鏈路狀態(tài) OSPF路由器收集其所在網絡區(qū)域上各路由器的連接狀態(tài)信息，即鏈路狀態(tài)信息（Link-State），生成鏈路狀態(tài)數據庫(Link-State Database)。路由器掌握了該區(qū)域上所有路由器的鏈路狀態(tài)信息，也就等于了解了整個網絡的拓撲狀況。OSPF路由器利用“最短路徑優(yōu)先算法(Shortest Path First, SPF)”，獨立地計算出到達任意目的地的路由。 2. 區(qū)域 OSPF協議引入“分層路由”的概念，將網絡分割成一個“主干”連接的一組相互獨立的部分，這些相互獨立的部分被稱為“區(qū)域”(Area)，“主干”的部分稱為“主干區(qū)域”。每個區(qū)域就如同一個獨立的網絡，該區(qū)域的OSPF路由器只保存該區(qū)域的鏈路狀態(tài)。每個路由器的鏈路狀態(tài)數據庫都可以保持合理的大小，路由計算的時間、報文數量都不會過大。 3. OSPF網絡類型 根據路由器所連接的物理網絡不同，OSPF將網絡劃分為四種類型：廣播多路訪問型（Broadcast multiAccess）、非廣播多路訪問型（None Broadcast MultiAccess，NBMA）、點到點型（Point-to-Point）、點到多點型（Point-to-MultiPoint）。 廣播多路訪問型網絡如：Ethernet、Token Ring、FDDI。NBMA型網絡如：Frame Relay、X.25、SMDS。Point-to-Point型網絡如：PPP、HDLC。 4. 指派路由器（DR）和備份指派路由器（BDR） 在多路訪問網絡上可能存在多個路由器，為了避免路由器之間建立完全相鄰關系而引起的大量開銷，OSPF要求在區(qū)域中選舉一個DR。每個路由器都與之建立完全相鄰關系。DR負責收集所有的鏈路狀態(tài)信息，并發(fā)布給其他路由器。選舉DR的同時也選舉出一個BDR，在DR失效的時候，BDR擔負起DR的職責。 點對點型網絡不需要DR，因為只存在兩個節(jié)點，彼此間完全相鄰。 協議組成OSPF協議由Hello協議、交換協議、擴散協議組成。本文僅介紹Hello協議，其他兩個協議可參考RFC2328中的具體描述。 當路由器開啟一個端口的OSPF路由時，將會從這個端口發(fā)出一個Hello報文，以后它也將以一定的間隔周期性地發(fā)送Hello報文。OSPF路由器用Hello報文來初始化新的相鄰關系以及確認相鄰的路由器鄰居之間的通信狀態(tài)。 對廣播型網絡和非廣播型多路訪問網絡，路由器使用Hello協議選舉出一個DR。在廣播型網絡里，Hello報文使用多播地址224.0.0.5周期性廣播，并通過這個過程自動發(fā)現路由器鄰居。在NBMA網絡中，DR負責向其他路由器逐一發(fā)送Hello報文。 協議操作 第一步：建立路由器的鄰接關系 所謂“鄰接關系”（Adjacency）是指OSPF路由器以交換路由信息為目的，在所選擇的相鄰路由器之間建立的一種關系。 路由器首先發(fā)送擁有自身ID信息（Loopback端口或最大的IP地址）的Hello報文。與之相鄰的路由器如果收到這個Hello報文，就將這個報文內的ID信息加入到自己的Hello報文內。 如果路由器的某端口收到從其他路由器發(fā)送的含有自身ID信息的Hello報文，則它根據該端口所在網絡類型確定是否可以建立鄰接關系。 在點對點網絡中，路由器將直接和對端路由器建立起鄰接關系，并且該路由器將直接進入到第三步操作：發(fā)現其他路由器。若為MultiAccess 網絡, 該路由器將進入選舉步驟。 第二步：選舉DR/BDR 不同類型的網絡選舉DR和BDR的方式不同。 MultiAccess網絡支持多個路由器，在這種狀況下, OSPF需要建立起作為鏈路狀態(tài)和LSA更新的中心節(jié)點。選舉利用Hello報文內的ID和優(yōu)先權(Priority)字段值來確定。優(yōu)先權字段值大小從0到255，優(yōu)先權值最高的路由器成為DR。如果優(yōu)先權值大小一樣，則ID值最高的路由器選舉為DR，優(yōu)先權值次高的路由器選舉為BDR。優(yōu)先權值和ID值都可以直接設置。 第三步：發(fā)現路由器 在這個步驟中，路由器與路由器之間首先利用Hello報文的ID信息確認主從關系，然后主從路由器相互交換部分鏈路狀態(tài)信息。每個路由器對信息進行分析比較，如果收到的信息有新的內容，路由器將要求對方發(fā)送完整的鏈路狀態(tài)信息。這個狀態(tài)完成后，路由器之間建立完全相鄰（Full Adjacency）關系，同時鄰接路由器擁有自己獨立的、完整的鏈路狀態(tài)數據庫。 在MultiAccess網絡內，DR與BDR互換信息，并同時與本子網內其他路由器交換鏈路狀態(tài)信息。 Point-to-Point 或 Point-to-MultiPoint網絡中，相鄰路由器之間信息。 第四步: 選擇適當的路由器 當一個路由器擁有完整獨立的鏈路狀態(tài)數據庫后，它將采用SPF算法計算并創(chuàng)建路由表。OSPF路由器依據鏈路狀態(tài)數據庫的內容，獨立地用SPF算法計算出到每一個目的網絡的路徑，并將路徑存入路由表中。 OSPF利用量度（Cost）計算目的路徑，Cost最小者即為最短路徑。在配置OSPF路由器時可根據實際情況，如鏈路帶寬、時延或經濟上的費用設置鏈路Cost大小。Cost越小，則該鏈路被選為路由的可能性越大。 第五步：維護路由信息 當鏈路狀態(tài)發(fā)生變化時，OSPF通過Flooding 過程通告網絡上其他路由器。OSPF路由器接收到包含有新信息的鏈路狀態(tài)更新報文，將更新自己的鏈路狀態(tài)數據庫，然后用SPF算法重新計算路由表。在重新計算過程中，路由器繼續(xù)使用舊路由表，直到SPF完成新的路由表計算。新的鏈路狀態(tài)信息將發(fā)送給其他路由器。值得注意的是，即使鏈路狀態(tài)沒有發(fā)生改變，OSPF路由信息也會自動更新，默認時間為30分鐘?！綩SPF路由器之間使用鏈路狀態(tài)通告(LSA)來交換各自的鏈路狀態(tài)信息，并把獲得的信息存儲在鏈路狀態(tài)數據庫中。各OSPF路由器獨立使用SPF算法計算到各個目的地址的路由。 OSPF協議支持分層路由方式，這使得它的擴展能力遠遠超過RIP協議。當OSPF網絡擴展到100、500甚至上千個路由器時，路由器的鏈路狀態(tài)數據庫將記錄成千上萬條鏈路信息。為了使路由器的運行更快速、更經濟、占用的資源更少，網絡工程師們通常按功能、結構和需要把OSPF網絡分割成若干個區(qū)域，并將這些區(qū)域和主干區(qū)域根據功能和需要相互連接從而達到分層的目的。 目錄 OSPF分層路由的思想OSPF中的四種路由器OSPF鏈路狀態(tài)公告類型OSPF區(qū)域類型報文在OSPF多區(qū)域網絡中發(fā)送的過程 OSPF分層路由的思想 OSPF把一個大型網絡分割成多個小型網絡的能力被稱為分層路由，這些被分割出來的小型網絡就稱為“區(qū)域”(Area)。由于區(qū)域內部路由器僅與同區(qū)域的路由器交換LSA信息，這樣LSA報文數量及鏈路狀態(tài)信息庫表項都會極大減少，SPF計算速度因此得到提高。多區(qū)域的OSPF必須存在一個主干區(qū)域，主干區(qū)域負責收集非主干區(qū)域發(fā)出的匯總路由信息，并將這些信息返還給到各區(qū)域。 OSPF區(qū)域不能隨意劃分，應該合理地選擇區(qū)域邊界，使不同區(qū)域之間的通信量最小。但在實際應用中區(qū)域的劃分往往并不是根據通信模式而是根據地理或政治因素來完成的。 OSPF中的四種路由器 在OSPF多區(qū)域網絡中，路由器可以按不同的需要同時成為以下四種路由器中的幾種： 1. 內部路由器:所有端口在同一區(qū)域的路由器，維護一個鏈路狀態(tài)數據庫。 2. 主干路由器：具有連接主干區(qū)域端口的路由器。 3. 區(qū)域邊界路由器(ABR): 具有連接多區(qū)域端口的路由器，一般作為一個區(qū)域的出口。ABR為每一個所連接的區(qū)域建立鏈路狀態(tài)數據庫，負責將所連接區(qū)域的路由摘要信息發(fā)送到主干區(qū)域，而主干區(qū)域上的ABR則負責將這些信息發(fā)送到各個區(qū)域。 4. 自治域系統邊界路由器(ASBR): 至少擁有一個連接外部自治域網絡（如非OSPF的網絡）端口的路由器，負責將非OSPF網絡信息傳入OSPF網絡。 OSPF鏈路狀態(tài)公告類型 OSPF路由器之間交換鏈路狀態(tài)公告(LSA)信息。OSPF的LSA中包含連接的接口、使用的Metric及其他變量信息。OSPF路由器收集鏈接狀態(tài)信息并使用SPF算法來計算到各節(jié)點的最短路徑。LSA也有幾種不同功能的報文，在這里簡單地介紹一下： LSA TYPE 1：由每臺路由器為所屬的區(qū)域產生的LSA，描述本區(qū)域路由器鏈路到該區(qū)域的狀態(tài)和代價。一個邊界路由器可能產生多個LSA TYPE1。 LSA TYPE 2：由DR產生，含有連接某個區(qū)域路由器的所有鏈路狀態(tài)和代價信息。只有DR可以監(jiān)測該信息。 LSA TYPE 3：由ABR產生，含有ABR與本地內部路由器連接信息，可以描述本區(qū)域到主干區(qū)域的鏈路信息。它通常匯總缺省路由而不是傳送匯總的OSPF信息給其他網絡。 LSA TYPE 4：由ABR產生，由主干區(qū)域發(fā)送到其他ABR, 含有ASBR的鏈路信息，與LSA TYPE 3的區(qū)別在于TYPE 4描述到OSPF網絡的外部路由，而TYPE 3則描述區(qū)域內路由。 LSA TYPE 5：由ASBR產生，含有關于自治域外的鏈路信息。除了存根區(qū)域和完全存根區(qū)域，LSA TYPE 5在整個網絡中發(fā)送。 LSA TYPE 6：多播OSPF(MOSF)，MOSF可以讓路由器利用鏈路狀態(tài)數據庫的信息構造用于多播報文的多播發(fā)布樹。 LSA TYPE 7：由ASBR產生的關于NSSA的信息。LSA TYPE 7可以轉換為LSA TYPE 5。 OSPF區(qū)域類型 前述的四種路由器可以構成五種類型的區(qū)域，這五種區(qū)域的主要區(qū)別在于它們和外部路由器間的關系： 標準區(qū)域: 一個標準區(qū)域可以接收鏈路更新信息和路由總結。 主干區(qū)域(傳遞區(qū)域):主干區(qū)域是連接各個區(qū)域的中心實體。主干區(qū)域始終是“區(qū)域0”，所有其他的區(qū)域都要連接到這個區(qū)域上交換路由信息。主干區(qū)域擁有標準區(qū)域的所有性質。 存根區(qū)域：存根區(qū)域是不接受自治系統以外的路由信息的區(qū)域。如果需要自治系統以外的路由，它使用默認路由0.0.0.0。 完全存根區(qū)域：它不接受外部自治系統的路由以及自治系統內其他區(qū)域的路由總結。需要發(fā)送到區(qū)域外的報文則使用默認路由：0.0.0.0。完全存根區(qū)域是Cisco自己定義的。 不完全存根區(qū)域(NSAA): 它類似于存根區(qū)域，但是允許接收以LSA Type 7發(fā)送的外部路由信息，并且要把LSA Type 7轉換成LSA Type 5。 區(qū)分不同OSPF區(qū)域類型的關鍵在于它們對外部路由的處理方式。外部路由由ASBR傳入自治系統內，ASBR可以通過RIP或者其他的路由協議學習到這些路由。 報文在OSPF多區(qū)域網絡中發(fā)送的過程 首先，區(qū)域內部的路由器最初使用LSA TYPE 1或LSA TYPE 2對本區(qū)域內的路徑信息進行交換并計算出相應的路由表項。當路由器的鏈路信息在區(qū)域內部路由達到統一后，ABR才能發(fā)送LSA摘要報文(LSA TYPE 3或LSA TYPE 4)給其他區(qū)域。其他區(qū)域路由器可以根據這些摘要信息計算相應到達本區(qū)域以外的路由表項。最后，除了存根區(qū)域，所有路由器根據ASBR