1、OSPF的基本概念

OSPF(Open Shortest Path First)

OSPF(Open Shortest Path First)是一個內部網關協(xié)議(Interior Gateway Protocol,簡稱IGP)。與RIP相對，OSPF是鏈路狀態(tài)路有協(xié)議，而RIP是距離向量路由協(xié)議。 鏈路是路由器接口的另一種說法，因此OSPF也稱為接口狀態(tài)路由協(xié)議。OSPF通過路由器之間通告網絡接口的狀態(tài)來建立鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，生成最短路徑樹，每個OSPF路由器使用這些最短路徑構造路由表。

OSPF分為OSPFv2和OSPFv3兩個版本,其中OSPFv2用在IPv4網絡，OSPFv3用在IPv6網絡�？捎糜诖笮途W絡。

基本概念和術語：

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(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。

區(qū)域：

OSPF協(xié)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(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。    

2、 OSPF的數(shù)據(jù)包

    1. hello包 發(fā)現(xiàn)、維持和創(chuàng)建鄰居關系  10s  40s

    2. dbd 包 數(shù)據(jù)庫摘要

    3. lsr     鏈路狀態(tài)請求

    4. lsu     鏈路狀態(tài)更新 回應 lsr 承載lsa

    5. lsack   鏈路狀態(tài)確認包

3、OSPF的四種路由器類型

   OSPF把自治系統(tǒng)劃分成邏輯意義上的一個或多個區(qū)域,所有其他區(qū)域必須與區(qū)域0相連。

內部路由器（Internal Router)：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。

主干路由器（Backbone Router）：具有連接主干區(qū)域端口的路由器。  

 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。  

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。

4、DR和BDR

  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(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(xié)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(xiàn)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。

5、OSPF的鄰居建立過程

   Down（關閉狀態(tài)）開始發(fā)送hello但是沒有收到鄰居發(fā)來的hello 當收到對方發(fā)來hello 進入下一狀態(tài)

    Init（初始化狀態(tài)）當收到對方發(fā)來的hello中有自己的Router-ID 進入下一狀態(tài)

    Two-way 鄰居關系建立完成--進行選舉--選舉結束--進入下一狀態(tài)--DR-other之間的穩(wěn)定狀態(tài)Exstart--選舉主從關系--master先發(fā)DBD （Router-ID大的優(yōu)先）

    Exstart 預啟動狀態(tài)

    Exchange 交換DBD

    Loading 交換LSA 通過LSR去要LSA 對方通過LSU更新LSA

    Full 鄰接關系建立 啟動SPF算法 計算路徑     

6、OSPF支持的網絡接口類型

OSPF根據(jù)鏈路層協(xié)議類型將網絡分為下列五種類型：任何二層鏈路，都會有一種網絡接口類型來適應；根據(jù)拓撲和需求變化，可以改變網絡接口類型來與之適應。

①點到點（P2P）網絡

當鏈路層協(xié)議是PPP、HDLC時，缺省情況下，OSPF認為網絡類型是P2P。在該類型的網絡中，以組播形式（224.0.0.5）發(fā)送協(xié)議報文（Hello報文、DD報文、LSR報文、LSU報文、LSAck報文）。

Hello Time和Dead Time：10s/40s

是否選舉DR和BDR：否

是否主動發(fā)現(xiàn)鄰居：是

②廣播（Broadcast）網絡

當鏈路層協(xié)議是Ethernet、FDDI、以太網或者令牌環(huán)網時，缺省情況下，OSPF認為網絡類型是Broadcast。在該類型的網絡中，通常以組播形式發(fā)送Hello報文、LSU報文和LSAck報文。其中，224.0.0.5的組播地址為OSPF路由器的預留IP組播地址；224.0.0.6的組播地址為OSPF DR的預留IP組播地址。以單播形式發(fā)送DD報文和LSR報文。

Hello Time和Dead Time：10s/40s

是否選舉DR和BDR：是

是否主動發(fā)現(xiàn)鄰居：是

③NBMA（Non-broadcast multiple access）網絡

術語解釋：非廣播網絡是指支持兩臺以上路由器互連，但是不具有廣播能力的網絡。在非廣播網絡上，OSPF有兩種運行方式，非廣播多路訪問和點到多點。非廣播多路訪問（NBMA）：在NBMA網絡上，OSPF模擬在廣播型網絡上的操作，但是每個路由器的鄰居需要手動配置，而且只能與NBMA類型的網絡接口建立鄰居關系。NBMA方式要求網絡中的路由器組成全連接；點到多點：將整個非廣播網絡看成是一組點到點網絡。每個路由器的鄰居可以使用底層協(xié)議例如反向地址解析協(xié)議（Inverse ARP）來發(fā)現(xiàn)。對于不能組成全連接的網絡應當使用點到多點方式，例如只使用PVC的不完全連接的幀中繼網絡。

當鏈路層協(xié)議是ATM，F(xiàn)R或X.25時，缺省情況下，OSPF認為網絡類型是NBMA。在該類型的網絡中，以單播形式發(fā)送協(xié)議報文（Hello報文、DD報文、LSR報文、LSU報文、LSAck報文）。

Hello Time和Dead Time：30s/120s

是否選舉DR和BDR：是

是否主動發(fā)現(xiàn)鄰居：否

④點到多點（Point-to-Multipoint）網絡

沒有一種鏈路層協(xié)議會被缺省的認為是Point-to-Multipoint 類型。點到多點必須是由其他的網絡類型強制更改的，即工程按需。常用做法是將非全連通的NBMA改為點到多點的網絡。在該類型的網絡中以組播形式（224.0.0.5）發(fā)送Hello報文，以單播形式發(fā)送其他協(xié)議報文（DD報文、LSR報文、LSU報文、LSAck報文）。

Hello Time和Dead Time：30s/120s

是否選舉DR和BDR：否

是否主動發(fā)現(xiàn)鄰居：是

⑤虛連接（Virtual Link）網絡

從上面的文章可以看出，OSPF的骨干區(qū)域必須是連續(xù)的，但是在物理上無法連續(xù)的時候，我們可以采用虛連接使得骨干區(qū)域在螺髻山連續(xù)。那么虛連接就是可以在任意兩個區(qū)域邊界路由器上簡歷，但是要求這兩個區(qū)域邊界路由器都有端口連接到一個共同的非骨干區(qū)域。這個非骨干區(qū)域就是Transit區(qū)域。虛連接其實是屬于骨干區(qū)域的一條虛擬鏈路。注意：實際組網的時候不推薦虛連接，要盡可能在規(guī)劃網絡的時候就避免虛連接的出現(xiàn)。

7、OSPF報文的目的地址

8、OSPF工作過程

(1)了解自身鏈路

每臺路由器了解其自身的鏈路，即與其直連的網絡。

(2)尋找鄰居

不同于RIP，OSPF協(xié)議運行后，并不立即向網絡廣播路由信息，而是先尋找網絡中可與自己交換鏈路狀態(tài)信息的周邊路由器�？梢越换ユ溌窢顟B(tài)信息的路由器互為鄰居。 

(3)創(chuàng)建鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)包

路由器一旦建立了鄰居關系，就可以創(chuàng)建鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)包。 

(4)鏈路狀態(tài)信息傳遞

路由器將描述鏈路狀態(tài)的LSA泛洪到鄰居，最終形成包含網絡完整鏈路狀態(tài)信息的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。

(5)計算路由

路由區(qū)域內的每臺路由器都可以使用SPF算法來獨立計算路由。

9、OSPF協(xié)議主要優(yōu)點

（1）OSPF 適合在大范圍的網絡：OSPF 協(xié)議當中對于路由的跳數(shù)，它是沒有限制的，所以 OSPF 協(xié)議能用在許多場合，同時也支持更加廣泛的網絡規(guī)模。只要是在組播的網絡中，OSPF協(xié)議能夠支持數(shù)十臺路由器一起運作。

（2）組播觸發(fā)式更新：OSPF 協(xié)議在收斂完成后，會以觸發(fā)方式發(fā)送拓撲變化的信息給其他路由器，這樣就可以減少網絡寬帶的利用率；同時，可以減小干擾，特別是在使用組播網絡結構，對外發(fā)出信息時，它對其他設備不構成其他影響

（3）收斂速度快：如果網絡結構出現(xiàn)改變，OSPF 協(xié)議的系統(tǒng)會以最快的速度發(fā)出新的報文，從而使新的拓撲情況很快擴散到整個網絡；而且，OSPF 采用周期較短的 HELLO 報文來維護鄰居狀態(tài)。

（4）以開銷作為度量值：OSPF 協(xié)議在設計時，就考慮到了鏈路帶寬對路由度量值的影響。OSPF 協(xié)議是以開銷值作為標準，而鏈路開銷和鏈路帶寬，正好形成了反比的關系，帶寬越是高，開銷就會越小，這樣一來，OSPF 選路主要基于帶寬因素。

（5）OSPF 協(xié)議的設計是為了避免路由環(huán)路：在使用最短路徑的算法下，收到路由中的鏈路狀態(tài)，然后生成路徑，這樣不會產生環(huán)路。

（6）應用廣泛：廣泛的應用在互聯(lián)網上，其他會有大量的應用實例。證明這是使用最廣泛的IGP 之一。

10、OSPF區(qū)域

OSPF 中劃分區(qū)域的目的就是在于控制鏈路狀態(tài)信息LSA 泛洪的范圍、減小鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫LSDB的大小、改善網絡的可擴展性、達到快速地收斂。

當網絡中包含多個區(qū)域時，OSPF 協(xié)議有特殊的規(guī)定，即其中必須有一個 Area 0，通常也叫做骨干區(qū)域（Backbone Area），當設計 OSPF 網絡時，一個很好的方法就是從骨干區(qū)域開始，然后再擴展到其他區(qū)域。骨干區(qū)域在所有其他區(qū)域的中心，即所有區(qū)域都必須與骨干區(qū)域物理或邏輯上相連，這種設計思想的原因是 OSPF 協(xié)議要把所有區(qū)域的路由信息引入骨干區(qū)，然后再依次將路由信息從骨干區(qū)域分發(fā)到其它區(qū)域中。

OSPF 將區(qū)域劃分為幾種類型。

骨干區(qū)域 ：作為中央實體，其他區(qū)域與之相連，骨干區(qū)域編號為 0，在該區(qū)域中，各種類型的 LSA 均允許發(fā)布。

標準區(qū)域 ：除骨干區(qū)域外的默認的區(qū)域類型，在該類型區(qū)域中，各種類型的 LSA 均允許發(fā)布。

末梢區(qū)域 ：即 STUB 區(qū)域，該類型區(qū)域中不接受關于 AS外部的路由信息，即不接受類型 5 的 AS 外部LSA，需要路由到自治系統(tǒng)外部的網絡時，路由器使用缺省路由（0.0.0.0），末梢區(qū)域中不能包含有自治系統(tǒng)邊界路由器 ASBR。

完全末梢區(qū)域 ：該類型區(qū)域中不接受關于 AS 外部的路由

信息，同時也不接受來自 AS 中其他區(qū)域的匯總路由，即不接受類型 3、類型 4、類型 5 的 LSA，完全末梢區(qū)域也不能包換有自治系統(tǒng)邊界路由器 ASBR。

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