OSPF協(xié)議介紹.doc

OSPF協(xié)議介紹OSPF是一種典型的鏈路狀態(tài)路由協(xié)議。采用OSPF的路由器彼此交換并保存整個網(wǎng)絡的鏈路信息，從而掌握全網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)，獨立計算路由。因為RIP路由協(xié)議不能服務于大型網(wǎng)絡，所以，IETF的IGP工作組特別開發(fā)出鏈路狀態(tài)協(xié)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(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)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(xié)議(RIP)，OSPF具有支持大型網(wǎng)絡、路由收斂快、占用網(wǎng)絡資源少等優(yōu)點，在目前應用的路由協(xié)議中占有相當重要的地位。 基本概念和術(shù)語 1. 鏈路狀態(tài) OSPF路由器收集其所在網(wǎng)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(shù)據(jù)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(wǎng)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(xié)議引入“分層路由”的概念，將網(wǎng)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(wǎng)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(shù)據(jù)庫都可以保持合理的大小，路由計算的時間、報文數(shù)量都不會過大。 3. OSPF網(wǎng)絡類型 根據(jù)路由器所連接的物理網(wǎng)絡不同，OSPF將網(wǎng)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(wǎng)絡如：Ethernet、Token Ring、FDDI。NBMA型網(wǎng)絡如：Frame Relay、X.25、SMDS。Point-to-Point型網(wǎng)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(wǎng)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(guān)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(guān)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(wǎng)絡不需要DR，因為只存在兩個節(jié)點，彼此間完全相鄰。 協(xié)議組成OSPF協(xié)議由Hello協(xié)議、交換協(xié)議、擴散協(xié)議組成。本文僅介紹Hello協(xié)議，其他兩個協(xié)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(guān)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(wǎng)絡和非廣播型多路訪問網(wǎng)絡，路由器使用Hello協(xié)議選舉出一個DR。在廣播型網(wǎng)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(xiàn)路由器鄰居。在NBMA網(wǎng)絡中，DR負責向其他路由器逐一發(fā)送Hello報文。 協(xié)議操作 第一步：建立路由器的鄰接關(guān)系 所謂“鄰接關(guān)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(guān)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(nèi)的ID信息加入到自己的Hello報文內(nèi)。 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(jù)該端口所在網(wǎng)絡類型確定是否可以建立鄰接關(guān)系。 在點對點網(wǎng)絡中，路由器將直接和對端路由器建立起鄰接關(guān)系，并且該路由器將直接進入到第三步操作：發(fā)現(xiàn)其他路由器。若為MultiAccess 網(wǎng)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(wǎng)絡選舉DR和BDR的方式不同。 MultiAccess網(wǎng)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(nèi)的ID和優(yōu)先權(quán)(Priority)字段值來確定。優(yōu)先權(quán)字段值大小從0到255，優(yōu)先權(quán)值最高的路由器成為DR。如果優(yōu)先權(quán)值大小一樣，則ID值最高的路由器選舉為DR，優(yōu)先權(quán)值次高的路由器選舉為BDR。優(yōu)先權(quán)值和ID值都可以直接設(shè)置。 第三步：發(fā)現(xiàn)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(guān)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(nèi)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(guān)系，同時鄰接路由器擁有自己獨立的、完整的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。 在MultiAccess網(wǎng)絡內(nèi)，DR與BDR互換信息，并同時與本子網(wǎng)內(nèi)其他路由器交換鏈路狀態(tài)信息。 Point-to-Point 或 Point-to-MultiPoint網(wǎng)絡中，相鄰路由器之間信息。 第四步: 選擇適當?shù)穆酚善?當一個路由器擁有完整獨立的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫后，它將采用SPF算法計算并創(chuàng)建路由表。OSPF路由器依據(jù)鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容，獨立地用SPF算法計算出到每一個目的網(wǎng)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(jù)實際情況，如鏈路帶寬、時延或經(jīng)濟上的費用設(shè)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(wǎng)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(xié)議支持分層路由方式，這使得它的擴展能力遠遠超過RIP協(xié)議。當OSPF網(wǎng)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(shù)據(jù)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(jīng)濟、占用的資源更少，網(wǎng)絡工程師們通常按功能、結(jié)構(gòu)和需要把OSPF網(wǎng)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(jù)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(wǎng)絡中發(fā)送的過程 OSPF分層路由的思想 OSPF把一個大型網(wǎng)絡分割成多個小型網(wǎng)絡的能力被稱為分層路由，這些被分割出來的小型網(wǎng)絡就稱為“區(qū)域”(Area)。由于區(qū)域內(nèi)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(shù)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(jù)通信模式而是根據(jù)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(wǎng)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(nèi)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(tǒng)邊界路由器(ASBR): 至少擁有一個連接外部自治域網(wǎng)絡（如非OSPF的網(wǎng)絡）端口的路由器，負責將非OSPF網(wǎng)絡信息傳入OSPF網(wǎng)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(chǎn)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(chǎn)生多個LSA TYPE1。 LSA TYPE 2：由DR產(chǎn)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(chǎn)生，含有ABR與本地內(nèi)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?cè)笔÷酚啥皇莻魉蛥R總的OSPF信息給其他網(wǎng)絡。 LSA TYPE 4：由ABR產(chǎn)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(wǎng)絡的外部路由，而TYPE 3則描述區(qū)域內(nèi)路由。 LSA TYPE 5：由ASBR產(chǎn)生，含有關(guān)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(wǎng)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(shù)據(jù)庫的信息構(gòu)造用于多播報文的多播發(fā)布樹。 LSA TYPE 7：由ASBR產(chǎn)生的關(guān)于NSSA的信息。LSA TYPE 7可以轉(zhuǎn)換為LSA TYPE 5。 OSPF區(qū)域類型 前述的四種路由器可以構(gòu)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(guān)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(jié)。 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(zhì)。 存根區(qū)域：存根區(qū)域是不接受自治系統(tǒng)以外的路由信息的區(qū)域。如果需要自治系統(tǒng)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(tǒng)的路由以及自治系統(tǒng)內(nèi)其他區(qū)域的路由總結(jié)。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(zhuǎn)換成LSA Type 5。 區(qū)分不同OSPF區(qū)域類型的關(guān)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(tǒng)內(nèi)，ASBR可以通過RIP或者其他的路由協(xié)議學習到這些路由。 報文在OSPF多區(qū)域網(wǎng)絡中發(fā)送的過程 首先，區(qū)域內(nèi)部的路由器最初使用LSA TYPE 1或LSA TYPE 2對本區(qū)域內(nèi)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(nèi)部路由達到統(tǒng)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(jù)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(jù)ASBR