1、 OSPF 协议介绍OSPF 是一种典型的链路状态路由协议。采用 OSPF 的路由器彼此交换并保存整个网络的链路信息，从而掌握全网的拓扑结构，独立计算路由。因为 RIP 路由协议不能服务于大型网络，所以，IETF 的 IGP 工作组特别开发出链路状态协议OSPF。目前广为使用的是OSPF 第二版，最新标准为OSPF 是一种典型的链路状态路由协议。采用 OSPF 的路由器彼此交换并保存整个网络的链路信息，从而掌握全网的拓扑结构，独立计算路由。因为 RIP 路由协议不能服务于大型网络，所以，IETF 的 IGP 工作组特别开发出链路状态协议OSPF。目前广为使用的是OSPF 第二版，最新标准为 R
2、FC2328。目录基本概念和术语协议操作OSPF 作为一种内部网关协议（InteriorGatewayProtocol，IGP） ，用于在同一个自治域（AS）中的路由器之间发布路由信息。区别于距离矢量协议(RIP)，OSPF 具有支持大型网络、路由收敛快、占用网络资源少等优点，在目前应用的路由协议中占有相当重要的地位。基本概念和术语1.链路状态OSPF 路由器收集其所在网络区域上各路由器的连接状态信息，即链路状态信息（Link-State） ，生成链路状态数据库(Link-StateDatabase)。路由器掌握了该区域上所有路由器的链路状态信息，也就等于了解了整个网络的拓扑状况。OSPF 路
3、由器利用“最短路径优先算法(ShortestPathFirst,SPF)”，独立地计算出到达任意目的地的路由。2.区域OSPF 协议引入“ 分层路由”的概念，将网络分割成一个“主干”连接的一组相互独立的部分，这些相互独立的部分被称为“区域”(Area)， “主干”的部分称为“主干区域”。每个区域就如同一个独立的网络，该区域的 OSPF 路由器只保存该区域的链路状态。每个路由器的链路状态数据库都可以保持合理的大小，路由计算的时间、报文数量都不会过大。3.OSPF 网络类型根据路由器所连接的物理网络不同，OSPF 将网络划分为四种类型：广播多路访问型（BroadcastmultiAccess） 、
4、非广播多路访问型（NoneBroadcastMultiAccess ，NBMA） 、点到点型（Point-to-Point） 、点到多点型（Point-to-MultiPoint ） 。广播多路访问型网络如：Ethernet 、TokenRing 、FDDI。NBMA 型网络如：FrameRelay、X.25、SMDS。 Point-to-Point 型网络如：PPP、HDLC。4.指派路由器（DR）和备份指派路由器（BDR）在多路访问网络上可能存在多个路由器，为了避免路由器之间建立完全相邻关系而引起的大量开销，OSPF 要求在区域中选举一个 DR。每个路由器都与之建立完全相邻关系。DR负责收
5、集所有的链路状态信息，并发布给其他路由器。选举 DR 的同时也选举出一个BDR，在 DR 失效的时候， BDR 担负起 DR 的职责。点对点型网络不需要 DR，因为只存在两个节点，彼此间完全相邻。协议组成 OSPF 协议由Hello 协议、交换协议、扩散协议组成。本文仅介绍 Hello 协议，其他两个协议可参考RFC2328 中的具体描述。当路由器开启一个端口的 OSPF 路由时，将会从这个端口发出一个 Hello 报文，以后它也将以一定的间隔周期性地发送 Hello 报文。OSPF 路由器用 Hello 报文来初始化新的相邻关系以及确认相邻的路由器邻居之间的通信状态。对广播型网络和非广播型多
6、路访问网络，路由器使用 Hello 协议选举出一个 DR。在广播型网络里，Hello 报文使用多播地址 224.0.0.5 周期性广播，并通过这个过程自动发现路由器邻居。在 NBMA 网络中，DR 负责向其他路由器逐一发送 Hello 报文。协议操作第一步：建立路由器的邻接关系所谓“邻接关系” （Adjacency）是指 OSPF 路由器以交换路由信息为目的，在所选择的相邻路由器之间建立的一种关系。路由器首先发送拥有自身 ID 信息（Loopback 端口或最大的 IP 地址）的 Hello 报文。与之相邻的路由器如果收到这个 Hello 报文，就将这个报文内的 ID 信息加入到自己的 Hel
7、lo 报文内。如果路由器的某端口收到从其他路由器发送的含有自身 ID 信息的 Hello 报文，则它根据该端口所在网络类型确定是否可以建立邻接关系。在点对点网络中，路由器将直接和对端路由器建立起邻接关系，并且该路由器将直接进入到第三步操作：发现其他路由器。若为 MultiAccess 网络,该路由器将进入选举步骤。第二步：选举 DR/BDR不同类型的网络选举 DR 和 BDR 的方式不同。MultiAccess 网络支持多个路由器，在这种状况下,OSPF 需要建立起作为链路状态和 LSA更新的中心节点。选举利用 Hello 报文内的 ID 和优先权(Priority)字段值来确定。优先权字段值
8、大小从 0 到 255，优先权值最高的路由器成为 DR。如果优先权值大小一样，则 ID 值最高的路由器选举为 DR，优先权值次高的路由器选举为 BDR。优先权值和 ID 值都可以直接设置。第三步：发现路由器在这个步骤中，路由器与路由器之间首先利用 Hello 报文的 ID 信息确认主从关系，然后主从路由器相互交换部分链路状态信息。每个路由器对信息进行分析比较，如果收到的信息有新的内容，路由器将要求对方发送完整的链路状态信息。这个状态完成后，路由器之间建立完全相邻（FullAdjacency ）关系，同时邻接路由器拥有自己独立的、完整的链路状态数据库。在 MultiAccess 网络内，DR 与
9、 BDR 互换信息，并同时与本子网内其他路由器交换链路状态信息。Point-to-Point 或 Point-to-MultiPoint 网络中，相邻路由器之间信息。第四步:选择适当的路由器当一个路由器拥有完整独立的链路状态数据库后，它将采用 SPF 算法计算并创建路由表。OSPF 路由器依据链路状态数据库的内容，独立地用 SPF 算法计算出到每一个目的网络的路径，并将路径存入路由表中。OSPF 利用量度（Cost ）计算目的路径， Cost 最小者即为最短路径。在配置 OSPF 路由器时可根据实际情况，如链路带宽、时延或经济上的费用设置链路 Cost 大小。Cost 越小，则该链路被选为路由
10、的可能性越大。第五步：维护路由信息当链路状态发生变化时，OSPF 通过 Flooding 过程通告网络上其他路由器。OSPF 路由器接收到包含有新信息的链路状态更新报文，将更新自己的链路状态数据库，然后用 SPF 算法重新计算路由表。在重新计算过程中，路由器继续使用旧路由表，直到 SPF 完成新的路由表计算。新的链路状态信息将发送给其他路由器。值得注意的是，即使链路状态没有发生改变，OSPF 路由信息也会自动更新，默认时间为 30 分钟。接上一篇OSPF 协议介绍(一)OSPF 路由器之间使用链路状态通告(LSA)来交换各自的链路状态信息，并把获得的信息存储在链路状态数据库中。各 OSPF 路
11、由器独立使用 SPF 算法计算到各个目的地址的路由。OSPF 协议支持分层路由方式，这使得它的扩展能力远远超过 RIP 协议。当 OSPF 网络扩展到 100、500 甚至上千个路由器时，路由器的链路状态数据库将记录成千上万条链路信息。为了使路由器的运行更快速、更经济、占用的资源更少，网络工程师们通常按功能、结构和需要把 OSPF 网络分割成若干个区域，并将这些区域和主干区域根据功能和需要相互连接从而达到分层的目的。目录OSPF 分层路由的思想OSPF 中的四种路由器OSPF 链路状态公告类型OSPF 区域类型报文在 OSPF 多区域网络中发送的过程OSPF 分层路由的思想OSPF 把一个大型
12、网络分割成多个小型网络的能力被称为分层路由，这些被分割出来的小型网络就称为“区域”(Area) 。由于区域内部路由器仅与同区域的路由器交换 LSA 信息，这样 LSA 报文数量及链路状态信息库表项都会极大减少，SPF 计算速度因此得到提高。多区域的 OSPF 必须存在一个主干区域，主干区域负责收集非主干区域发出的汇总路由信息，并将这些信息返还给到各区域。OSPF 区域不能随意划分，应该合理地选择区域边界，使不同区域之间的通信量最小。但在实际应用中区域的划分往往并不是根据通信模式而是根据地理或政治因素来完成的。OSPF 中的四种路由器在 OSPF 多区域网络中，路由器可以按不同的需要同时成为以下
13、四种路由器中的几种：1.内部路由器:所有端口在同一区域的路由器，维护一个链路状态数据库。2.主干路由器：具有连接主干区域端口的路由器。3.区域边界路由器(ABR):具有连接多区域端口的路由器，一般作为一个区域的出口。ABR 为每一个所连接的区域建立链路状态数据库，负责将所连接区域的路由摘要信息发送到主干区域，而主干区域上的ABR 则负责将这些信息发送到各个区域。4.自治域系统边界路由器(ASBR):至少拥有一个连接外部自治域网络（如非 OSPF 的网络）端口的路由器，负责将非 OSPF网络信息传入 OSPF 网络。OSPF 链路状态公告类型OSPF 路由器之间交换链路状态公告(LSA)信息。O
14、SPF 的 LSA 中包含连接的接口、使用的Metric 及其他变量信息。OSPF 路由器收集链接状态信息并使用 SPF 算法来计算到各节点的最短路径。LSA 也有几种不同功能的报文，在这里简单地介绍一下：LSATYPE1：由每台路由器为所属的区域产生的 LSA，描述本区域路由器链路到该区域的状态和代价。一个边界路由器可能产生多个 LSATYPE1。LSATYPE2：由 DR 产生，含有连接某个区域路由器的所有链路状态和代价信息。只有 DR可以监测该信息。LSATYPE3：由 ABR 产生，含有 ABR 与本地内部路由器连接信息，可以描述本区域到主干区域的链路信息。它通常汇总缺省路由而不是传送
15、汇总的 OSPF 信息给其他网络。LSATYPE4：由 ABR 产生，由主干区域发送到其他 ABR,含有 ASBR 的链路信息，与LSATYPE3 的区别在于 TYPE4 描述到 OSPF 网络的外部路由，而 TYPE3 则描述区域内路由。LSATYPE5：由 ASBR 产生，含有关于自治域外的链路信息。除了存根区域和完全存根区域，LSATYPE5 在整个网络中发送。LSATYPE6：多播 OSPF(MOSF)，MOSF 可以让路由器利用链路状态数据库的信息构造用于多播报文的多播发布树。LSATYPE7：由 ASBR 产生的关于 NSSA 的信息。LSATYPE7 可以转换为 LSATYPE5
16、。OSPF 区域类型前述的四种路由器可以构成五种类型的区域，这五种区域的主要区别在于它们和外部路由器间的关系：标准区域:一个标准区域可以接收链路更新信息和路由总结。主干区域(传递区域):主干区域是连接各个区域的中心实体。主干区域始终是“区域 0”，所有其他的区域都要连接到这个区域上交换路由信息。主干区域拥有标准区域的所有性质。存根区域：存根区域是不接受自治系统以外的路由信息的区域。如果需要自治系统以外的路由，它使用默认路由 0.0.0.0。完全存根区域：它不接受外部自治系统的路由以及自治系统内其他区域的路由总结。需要发送到区域外的报文则使用默认路由：0.0.0.0。完全存根区域是 Cisco
17、自己定义的。不完全存根区域(NSAA):它类似于存根区域，但是允许接收以 LSAType7 发送的外部路由信息，并且要把 LSAType7 转换成 LSAType5。区分不同 OSPF 区域类型的关键在于它们对外部路由的处理方式。外部路由由 ASBR 传入自治系统内，ASBR 可以通过 RIP 或者其他的路由协议学习到这些路由。报文在 OSPF 多区域网络中发送的过程首先，区域内部的路由器最初使用 LSATYPE1 或 LSATYPE2 对本区域内的路径信息进行交换并计算出相应的路由表项。当路由器的链路信息在区域内部路由达到统一后，ABR 才能发送 LSA 摘要报文(LSATYPE3 或 LS
18、ATYPE4)给其他区域。其他区域路由器可以根据这些摘要信息计算相应到达本区域以外的路由表项。最后，除了存根区域，所有路由器根据ASBR 所发送的 LSATYPE5 计算出到达自治域外的路由表项。为减少 LSA 报文，LSA 摘要信息可以通过合理地分配 IP 地址和配置路由摘要提高效率。在 OSPF 多区域网络中，主干区域必须保持全连通状态，即每个其他区域必须直接与主干区域 Area0 有连接才能交换区域间的路由信息。但在实际应用中，因为各种原因很难避免有些区域无法直接与 Area0 相连，为了解决这个问题，OSPF 协议中定义了虚链路的概念使一个连接主干的区域连接第三方区域。在图 2 中，Area43 与 Area0 的连接就是 Lab_C 通过虚链路与 Lab_B 实现的
