隨著Internet技術在全球范圍內的飛速發展，IP網絡作為一種最有前景的網絡技術，受到了人們的普遍關注。而作為IP網絡生存、運作、組織的核心——IP路由技術提供了解決IP網絡動態可變性、實時性、QoS等關鍵技術的一種可能。在眾多的路由技術中，OSPF協議已成為目前Internet廣域網和Intranet企業網采用最多、應用最廣泛的路由技術之一。本文在分析OSPF動態路由協議基本工作原理的基礎上，提出了Dijkstra算法和OSPF路由表計算的實現方法。 目前應用較多的路由協議有RIP和OSPF，它們同屬于內部網關協議，但RIP基于距離矢量算法，而OSPF基于鏈路狀態的最短路徑優先算法。它們在網絡中利用的傳輸技術也不同。 RIP是利用UDP的520號端口進行傳輸，實現中利用套接口編程，而OSPF則直接在IP上進行傳輸，它的協議號為89。在RIP當中，所有的路由都由跳數來描述，到達目的地的路由最大不超過16跳，且只保留唯一的一條路由，這就限制了RIP的服務半徑，即其只適用于小型的簡單網絡。同時，運行RIP的路由器需要定期地(一般30s)將自己的路由表廣播到網絡當中，達到對網絡拓撲的聚合，這樣不但聚合的速度慢而且極容易引起廣播風暴、累加到無窮、路由環致命等問題。為此，OSPF應運而生。OSPF是基于鏈路狀態的路由協議，它克服了RIP的許多缺陷： 第一，OSPF不再采用跳數的概念，而是根據接口的吞吐率、擁塞狀況、往返時間、可靠性等實際鏈路的負載能力定出路由的代價，同時選擇最短、最優路由并允許保持到達同一目標地址的多條路由，從而平衡網絡負荷; 第二，OSPF支持不同服務類型的不同代價，從而實現不同QoS的路由服務; 第三，OSPF路由器不再交換路由表，而是同步各路由器對網絡狀態的認識，即鏈路狀態數據庫，然后通過Dijkstra最短路徑算法計算出網絡中各目的地址的最優路由。這樣OSPF路由器間不需要定期地交換大量數據，而只是保持著一種連接，一旦有鏈路狀態發生變化時，才通過組播方式對這一變化做出反應，這樣不但減輕了不參與系統的負荷而且達到了對網絡拓撲的快速聚會。而這些正是OSPF強大生命力和應用潛力的根本所在。 一、OSPF工作原理分析 OSPF是一種分層次的路由協議，其層次中最大的實體是AS(自治系統)，即遵循共同路由策略管理下的一部分網絡實體。在每個AS中，將網絡劃分為不同的區域。每個區域都有自己特定的標識號。對于主干(backbone)區域，負責在區域之間分發鏈路狀態信息。這種分層次的網絡結構是根據OSPF的實際提出來的。當網絡中自治系統非常大時，網絡拓撲數據庫的內容就更多，所以如果不分層次的話，一方面容易造成數據庫溢出，另一方面當網絡中某一鏈路狀態發生變化時，會引起整個網絡中每個節點都重新計算一遍自己的路由表，既浪費資源與時間，又會影響路由協議的性能(如聚合速度、穩定性、靈活性等)。因此，需要把自治系統劃分為多個域，每個域內部維持本域一張唯一的拓撲結構圖，且各域根據自己的拓撲圖各自計算路由，域邊界路由器把各個域的內部路由總結后在域間擴散。這樣，當網絡中的某條鏈路狀態發生變化時，此鏈路所在的域中的每個路由器重新計算本域路由表，而其它域中路由器只需修改其路由表中的相應條目而無須重新計算整個路由表，節省了計算路由表的時間。 OSPF由兩個互相關聯的主要部分組成：“呼叫”協議和“可靠泛洪”機制。呼叫協議檢測鄰居并維護鄰接關系，可靠泛洪算法可以確保統一域中的所有的OSPF路由器始終具有一致的鏈路狀態數據庫，而該數據庫構成了對域的網絡拓撲和鏈路狀態的映射。鏈路狀態數據庫中每個條目稱為LSA(鏈路狀態通告)，共有5種不同類型的LSA，路由器間交換信息時就是交換這些LSA。每個路由器都維護一個用于跟蹤網絡鏈路狀態的數據庫，然后各路由器的路由選擇就是基于鏈路狀態，通過Dijkastra算法建立起來最短路徑樹，用該樹跟蹤系統中的每個目標的最短路徑。最后再通過計算域間路由、自治系統外部路由確定完整的路由表。與此同時，OSPF動態監視網絡狀態，一旦發生變化則迅速擴散達到對網絡拓撲的快速聚合，從而確定出新的網絡路由表。 OSPF的設計實現要涉及到指定路由器、備份指定路由器的選舉、協議包的接收、發送、泛洪機制、路由表計算等一系列問題。本文僅就Dijkstra算法與路由表的計算進行討論。 二、Dijkstra算法 Dijkstra算法是路由表計算的依據，通過Dijkstra算法可以得到有關網絡節點的最短路徑樹，然后由最短路徑優先樹得到路由表。 1.Dijkstra算法的描述如下： (1)初始化集合E，使之只包含源節點S，并初始化集合R，使之包含所有其它節點。初始化路徑列O，使其包含一段從S起始的路徑。這些路徑的長度值等于相應鏈路的量度值，并以遞增順序排列列表O。 (2)若列表O為空，或者O中第1個路徑長度為無窮大，則將R中所有剩余節點標注為不可達，并終止算法。 (3)首先尋找列表O中的最短路徑P，從O中刪除P。設V為P的最終節點。若V已在集合E中，繼續執行步驟2。否則，P為通往V的最短路徑。將V從R移至E。 (4)建立一個與P相連并從V開始的所有鏈路構成的侯選路徑集合。這些路徑的長度是P的長度加上與P相連的長度。將這些新的鏈路插入有序表O中，并放置在其長度所對應的等級上。繼續執行步驟2。 2.Dijkstra算法舉例： 下面我們以路由器A為例，來說明最短路徑樹的建立過程： (1)路由器A找到了路由器B、C，將它們列入候選列表{B：1;C：2}。 (2)從候選列表中找出最小代價項B，將B加入最短路徑樹并從候選列表中刪除。接著從B開始尋找，找到了D，將其放入候選列表{C：2;D：2}。 (3)從列表中找出C，再由C又找到了D。但此時D的代價為4，所以不再加入候選列表。最后將D加入到最短路徑樹。此時候選列表為空，完成了最短路徑樹的計算。 三、OSPF路由表的計算與實現 有關路由表的計算是OSPF的核心內容，它是動態生成路由器內核路由表的基礎。在路由表條目中，應包括有目標地址、目標地址類型、鏈路的代價、鏈路的存活時間、鏈路的類型以及下一跳等內容。關于整個計算的過程，主要由以下五個步驟來完成： (1)保存當前路由表，當前存在的路由表為無效的，必須從頭開始重新建立路由表; (2)域內路由的計算，通過Dijkstra算法建立最短路徑樹，從而計算域內路由; (3)域間路由的計算，通過檢查Summary-LSA來計算域間路由，若該路由器連到多個域，則只檢查主干域的Summary-LSA; (4)查看Summary-LSA：在連到一個或多個傳輸域的域邊界路由器中，通過檢查該域內的Summary-LSA來檢查是否有比第(2)(3)步更好的路徑; (5)AS外部路由的計算，通過查看AS-External-LSA來計算目的地在AS外的路由。 通過以上步驟，OSPF生成了路由表。但這里的路由表還不同于路由器中實現路由轉發功能時用到的內核路由表，它只是OSPF本身的內部路由表。因此，完成上述工作后，往往還要通過路由增強功能與內核路由表交互，從而實現多種路由協議的學習。 OPSF作為一種重要的內部網關協協議的普遍應用，極大地增強了網絡的可擴展性和穩定性，同時也反映出了動態路由協議的強大功能。但是，在有關OSPF協議的研究、實現中尚存在一些問題，如數據庫的溢出、度量的刻畫、以及MTU協商等等。同時，在IPv6中，OSPFv3基于鏈路的處理機制、IP地址的變化、泛洪范圍的增加、包格式、LSA的變化以及鄰居的識別等技術都將是我們共同探討的課題。 OSPF路由協議概念及工作原理

?

——隨著Internet技術在全球范圍的飛速發展，OSPF已成為目前Internet廣域網和Intranet企業網采用最多、應用最廣泛的路由協議之一。OSPF（Open Shortest Path First）路由協議是由IETF（Internet Engineering Task Force）IGP工作小組提出的，是一種基于SPF算法的路由協議，目前使用的OSPF協議是其第二版，定義于RFC1247和RFC1583。 1.概述 ——OSPF路由協議是一種典型的鏈路狀態（Link-state）的路由協議，一般用于同一個路由域內。在這里，路由域是指一個自治系統（Autonomous System），即AS，它是指一組通過統一的路由政策或路由協議互相交換路由信息的網絡。在這個AS中，所有的OSPF路由器都維護一個相同的描述這個AS結構的數據庫，該數據庫中存放的是路由域中相應鏈路的狀態信息，OSPF路由器正是通過這個數據庫計算出其OSPF路由表的。 ——作為一種鏈路狀態的路由協議，OSPF將鏈路狀態廣播數據包LSA（Link State Advertisement）傳送給在某一區域內的所有路由器，這一點與距離矢量路由協議不同。運行距離矢量路由協議的路由器是將部分或全部的路由表傳遞給與其相鄰的路由器。 2.數據包格式 ——在OSPF路由協議的數據包中，其數據包頭長為24個字節，包含如下8個字段： * Version number-定義所采用的OSPF路由協議的版本。 * Type-定義OSPF數據包類型。OSPF數據包共有五種： * Hello-用于建立和維護相鄰的兩個OSPF路由器的關系，該數據包是周期性地發送的。 * Database De.ion-用于描述整個數據庫，該數據包僅在OSPF初始化時發送。 * Link state request-用于向相鄰的OSPF路由器請求部分或全部的數據，這種數據包是在當路由器發現其數據已經過期時才發送的。 * Link state update-這是對link state請求數據包的響應，即通常所說的LSA數據包。 * Link state acknowledgment-是對LSA數據包的響應。 * Packet length-定義整個數據包的長度。 * Router ID-用于描述數據包的源地址，以IP地址來表示。 * Area ID-用于區分OSPF數據包屬于的區域號，所有的OSPF數據包都屬于一個特定的OSPF區域。 * Checksum-校驗位，用于標記數據包在傳遞時有無誤碼。 * Authentication type-定義OSPF驗證類型。 * Authentication-包含OSPF驗證信息，長為8個字節。 3.OSPF基本算法 3.1 SPF算法及最短路徑樹 ——SPF算法是OSPF路由協議的基礎。SPF算法有時也被稱為Dijkstra算法，這是因為最短路徑優先算法SPF是Dijkstra發明的。SPF算法將每一個路由器作為根（ROOT）來計算其到每一個目的地路由器的距離，每一個路由器根據一個統一的數據庫會計算出路由域的拓撲結構圖，該結構圖類似于一棵樹，在SPF算法中，被稱為最短路徑樹。在OSPF路由協議中，最短路徑樹的樹干長度，即OSPF路由器至每一個目的地路由器的距離，稱為OSPF的Cost，其算法為：Cost = 100×106/鏈路帶寬 ——在這里，鏈路帶寬以bps來表示。也就是說，OSPF的Cost 與鏈路的帶寬成反比，帶寬越高，Cost越小，表示OSPF到目的地的距離越近。舉例來說，FDDI或快速以太網的Cost為1，2M串行鏈路的Cost為48，10M以太網的Cost為10等。 3.2 鏈路狀態算法 ——作為一種典型的鏈路狀態的路由協議，OSPF還得遵循鏈路狀態路由協議的統一算法。鏈路狀態的算法非常簡單，在這里將鏈路狀態算法概括為以下四個步驟： 當路由器初始化或當網絡結構發生變化（例如增減路由器，鏈路狀態發生變化等）時，路由器會產生鏈路狀態廣播數據包LSA（Link-State Advertisement），該數據包里包含路由器上所有相連鏈路，也即為所有端口的狀態信息。 所有路由器會通過一種被稱為刷新（Flooding）的方法來交換鏈路狀態數據。Flooding是指路由器將其LSA數據包傳送給所有與其相鄰的OSPF路由器，相鄰路由器根據其接收到的鏈路狀態信息更新自己的數據庫，并將該鏈路狀態信息轉送給與其相鄰的路由器，直至穩定的一個過程。 當網絡重新穩定下來，也可以說OSPF路由協議收斂下來時，所有的路由器會根據其各自的鏈路狀態信息數據庫計算出各自的路由表。該路由表中包含路由器到每一個可到達目的地的Cost以及到達該目的地所要轉發的下一個路由器（next-hop）。 第4個步驟實際上是指OSPF路由協議的一個特性。當網絡狀態比較穩定時，網絡中傳遞的鏈路狀態信息是比較少的，或者可以說，當網絡穩定時，網絡中是比較安靜的。這也正是鏈路狀態路由協議區別與距離矢量路由協議的一大特點。 4.OSPF路由協議的基本特征 ——前文已經說明了OSPF路由協議是一種鏈路狀態的路由協議，為了更好地說明OSPF路由協議的基本特征，我們將OSPF路由協議與距離矢量路由協議之一的RIP（Routing Information Protocol）作一比較，歸納為如下幾點： ——RIP路由協議中用于表示目的網絡遠近的唯一參數為跳（HOP），也即到達目的網絡所要經過的路由器個數。在RIP路由協議中，該參數被限制為最大15，也就是說RIP路由信息最多能傳遞至第16個路由器；對于OSPF路由協議，路由表中表示目的網絡的參數為Cost，該參數為一虛擬值，與網絡中鏈路的帶寬等相關，也就是說OSPF路由信息不受物理跳數的限制。并且，OSPF路由協議還支持TOS（Type of Service）路由，因此，OSPF比較適合應用于大型網絡中。 ——RIP路由協議不支持變長子網屏蔽碼（VLSM），這被認為是RIP路由協議不適用于大型網絡的又一重要原因。采用變長子網屏蔽碼可以在最大限度上節約IP地址。OSPF路由協議對VLSM有良好的支持性。 ——RIP路由協議路由收斂較慢。RIP路由協議周期性地將整個路由表作為路由信息廣播至網絡中，該廣播周期為30秒。在一個較為大型的網絡中，RIP協議會產生很大的廣播信息，占用較多的網絡帶寬資源；并且由于RIP協議30秒的廣播周期，影響了RIP路由協議的收斂，甚至出現不收斂的現象。而OSPF是一種鏈路狀態的路由協議，當網絡比較穩定時，網絡中的路由信息是比較少的，并且其廣播也不是周期性的，因此OSPF路由協議即使是在大型網絡中也能夠較快地收斂。 ——在RIP協議中，網絡是一個平面的概念，并無區域及邊界等的定義。隨著無級路由CIDR概念的出現，RIP協議就明顯落伍了。在OSPF路由協議中，一個網絡，或者說是一個路由域可以劃分為很多個區域area，每一個區域通過OSPF邊界路由器相連，區域間可以通過路由總結（Summary）來減少路由信息，減小路由表，提高路由器的運算速度。 ——OSPF路由協議支持路由驗證，只有互相通過路由驗證的路由器之間才能交換路由信息。并且OSPF可以對不同的區域定義不同的驗證方式，提高網絡的安全性。 ——OSPF路由協議對負載分擔的支持性能較好。OSPF路由協議支持多條Cost相同的鏈路上的負載分擔，目前一些廠家的路由器支持6條鏈路的負載分擔。 5.區域及域間路由 ——前文已經提到過，在OSPF路由協議的定義中，可以將一個路由域或者一個自治系統AS劃分為幾個區域。在OSPF中，由按照一定的OSPF路由法則組合在一起的一組網絡或路由器的集合稱為區域（AREA）。 ——在OSPF路由協議中，每一個區域中的路由器都按照該區域中定義的鏈路狀態算法來計算網絡拓撲結構，這意味著每一個區域都有著該區域獨立的網絡拓撲數據庫及網絡拓撲圖。對于每一個區域，其網絡拓撲結構在區域外是不可見的，同樣，在每一個區域中的路由器對其域外的其余網絡結構也不了解。這意味著OSPF路由域中的網絡鏈路狀態數據廣播被區域的邊界擋住了，這樣做有利于減少網絡中鏈路狀態數據包在全網范圍內的廣播，也是OSPF將其路由域或一個AS劃分成很多個區域的重要原因。 ——隨著區域概念的引入，意味著不再是在同一個AS內的所有路由器都有一個相同的鏈路狀態數據庫，而是路由器具有與其相連的每一個區域的鏈路狀態信息，即該區域的結構數據庫，當一個路由器與多個區域相連時，我們稱之為區域邊界路由器。一個區域邊界路由器有自身相連的所有區域的網絡結構數據。在同一個區域中的兩個路由器有著對該區域相同的結構數據庫。 ——我們可以根據IP數據包的目的地地址及源地址將OSPF路由域中的路由分成兩類，當目的地與源地址處于同一個區域中時，稱為區域內路由，當目的地與源地址處于不同的區域甚至處于不同的AS時，我們稱之為域間路由。 OSPF的骨干區域及虛擬鏈路（Virtual-link） ——在OSPF路由協議中存在一個骨干區域（Backbone），該區域包括屬于這個區域的網絡及相應的路由器，骨干區域必須是連續的，同時也要求其余區域必須與骨干區域直接相連。骨干區域一般為區域0，其主要工作是在其余區域間傳遞路由信息。所有的區域，包括骨干區域之間的網絡結構情況是互不可見的，當一個區域的路由信息對外廣播時，其路由信息是先傳遞至區域0(骨干區域)，再由區域0將該路由信息向其余區域作廣播。 ——在實際網絡中，可能會存在backbone不連續的或者某一個區域與骨干區域物理不相連的情況，在這兩種情況下，系統管理員可以通過設置虛擬鏈路的方法來解決。 ——虛擬鏈路是設置在兩個路由器之間，這兩個路由器都有一個端口與同一個非骨干區域相連。虛擬鏈路被認為是屬于骨干區域的，在OSPF路由協議看來，虛擬鏈路兩端的兩個路由器被一個點對點的鏈路連在一起。在OSPF路由協議中，通過虛擬鏈路的路由信息是作為域內路由來看待的。下面我們分兩種情況來說明虛擬鏈路在OSPF路由協議中的作用。 1.當一個區域與area0沒有物理鏈路相連時 ——前文已經提到，一個骨干區域Area 0必須位于所有區域的中心，其余所有區域必須與骨干區域直接相連。但是，也存在一個區域無法與骨干區域建立物理鏈路的可能性，在這種情況下，我們可以采用虛擬鏈路。虛擬鏈路使該區域與骨干區域間建立一個邏輯聯接點，該虛擬鏈路必須建立在兩個區域邊界路由器之間，并且其中一個區域邊界路由器必須屬于骨干區域。 ——在上面所示的例子中，區域1與區域0并無物理相連鏈路，我們可以在路由器A及路由器B之間建立虛擬鏈路，這樣，將區域2作為一個穿透網絡（Transit-network），路由器B作為接入點，區域1就與區域0建立了邏輯聯接。 2.當骨干區域不連續時 ——OSPF路由協議要求骨干區域area0必須是連續的，但是，骨干區域也會出現不連續的情況，例如，當我們想把兩個OSPF路由域混合到一起，并且想要使用一個骨干區域時，或者當某些路由器出現故障引起骨干區域不連續的情況，在這些情況下，我們可以采用虛擬鏈路將兩個不連續的區域0連接到一起。這時，虛擬鏈路的兩端必須是兩個區域0的邊界路由器，并且這兩個路由器必須都有處于同一個區域的端口。 ——在上面的例子中，穿過區域1的虛擬鏈路將兩個分為兩半的骨干區域連接到一起，路由器A與B之間的路由信息作為OSPF域內路由來處理。 ——另外，當一個非骨干區域的區域分裂成兩半時，不能采用虛擬鏈路的方法來解決。當出現這種情況時，分裂出的其中一個區域將被其余的區域作為域間路由來處理。 殘域（Stub area） ——在OSPF路由協議的鏈路狀態數據庫中，可以包括AS外部鏈路狀態信息，這些信息會通過flooding傳遞到AS內的所有OSPF路由器上。但是，在OSPF路由協議中存在這樣一種區域，我們把它稱為殘域（stub area），AS外部信息不允許廣播進/出這個區域。對于殘域來說，訪問AS外部的數據只能根據默認路由（default-route）來尋址。這樣做有利于減小殘域內部路由器上的鏈路狀態數據庫的大小及存儲器的使用，提高路由器計算路由表的速度。 ——當一個OSPF的區域只存在一個區域出口點時，我們可以將該區域配置成一個殘域，在這時，該區域的邊界路由器會對域內廣播默認路由信息。需要注意的是，一個殘域中的所有路由器都必須知道自身屬于該殘域，否則殘域的設置沒有作用。另外，針對殘域還有兩點需要注意：一是殘域中不允許存在虛擬鏈路；二是殘域中不允許存在AS邊界路由器。 6.OSPF協議路由器及鏈路狀態數據包分類 6.1 OSPF路由器分類 ——當一個AS劃分成幾個OSPF區域時，根據一個路由器在相應的區域之內的作用，可以將OSPF路由器作如下分類： ——內部路由器：當一個OSPF路由器上所有直聯的鏈路都處于同一個區域時，我們稱這種路由器為內部路由器。內部路由器上僅僅運行其所屬區域的OSPF運算法則。 ——區域邊界路由器：當一個路由器與多個區域相連時，我們稱之為區域邊界路由器。區域邊界路由器運行與其相連的所有區域定義的OSPF運算法則，具有相連的每一個區域的網絡結構數據，并且了解如何將該區域的鏈路狀態信息廣播至骨干區域，再由骨干區域轉發至其余區域。 ——AS邊界路由器：AS邊界路由器是與AS外部的路由器互相交換路由信息的OSPF路由器，該路由器在AS內部廣播其所得到的AS外部路由信息；這樣AS內部的所有路由器都知道至AS邊界路由器的路由信息。AS邊界路由器的定義是與前面幾種路由器的定義相獨立的，一個AS邊界路由器可以是一個區域內部路由器或是一個區域邊界路由器。 ——指定路由器—DR：在一個廣播性的、多接入的網絡（例如Ethernet、TokenRing及FDDI環境）中，存在一個指定路由器（Designated Router），指定路由器主要在OSPF協議中完成如下工作： ——指定路由器產生用于描述所處的網段的鏈路數據包—network link，該數據包里包含在該網段上所有的路由器，包括指定路由器本身的狀態信息。 ——指定路由器與所有與其處于同一網段上的OSPF路由器建立相鄰關系。由于OSPF路由器之間通過建立相鄰關系及以后的flooding來進行鏈路狀態數據庫是同步的，因此，我們可以說指定路由器處于一個網段的中心地位。 ——需要說明的是，指定路由器DR的定義與前面所定義的幾種路由器是不同的。DR的選擇是通過OSPF的Hello數據包來完成的，在OSPF路由協議初始化的過程中，會通過Hello數據包在一個廣播性網段上選出一個ID最大的路由器作為指定路由器DR，并且選出ID次大的路由器作為備份指定路由器BDR，BDR在DR發生故障后能自動替代DR的所有工作。當一個網段上的DR和BDR選擇產生后，該網段上的其余所有路由器都只與DR及BDR建立相鄰關系。在這里，一個路由器的ID是指向該路由器的標識，一般是指該路由器的環回端口或是該路由器上的最小的IP地址。 6.2 OSPF鏈路狀態廣播數據包種類 ——隨著OSPF路由器種類概念的引入，OSPF路由協議又對其鏈路狀態廣播數據包（LSA）作出了分類。OSPF將鏈路狀態廣播數據包共分成5類，分別為： 類型1：又被稱為路由器鏈路信息數據包（Router Link），所有的OSPF路由器都會產生這種數據包，用于描述路由器上聯接到某一個區域的鏈路或是某一端口的狀態信息。路由器鏈路信息數據包只會在某一個特定的區域內廣播，而不會廣播至其它的區域。 ——在類型1的鏈路數據包中，OSPF路由器通過對數據包中某些特定數據位的設定，告訴其余的路由器自身是一個區域邊界路由器或是一個AS邊界路由器。并且，類型1的鏈路狀態數據包在描述其所聯接的鏈路時，會根據各鏈路所聯接的網絡類型對各鏈路打上鏈路標識，Link ID。表一列出了常見的鏈路類型及鏈路標識。 鏈路類型 具體描述 鏈路標識 1 用于描述點對點的網絡 相鄰路由器的路由器標識 2 用于描述至一個廣播性網絡的鏈路 DR的端口地址 3 用于描述至非穿透網絡，即stub網絡的鏈路 stub網絡的網絡號碼 4 用于描述虛擬鏈路 相鄰路由器的路由器標識 ——類型2：又被稱為網絡鏈路信息數據包（Network Link）。網絡鏈路信息數據包是由指定路由器產生的，在一個廣播性的、多點接入的網絡，例如以太網、令牌環網及FDDI網絡環境中，這種鏈路狀態數據包用來描述該網段上所聯接的所有路由器的狀態信息。 ——指定路由器DR只有在與至少一個路由器建立相鄰關系后才會產生網絡鏈路信息數據包，在該數據包中含有對所有已經與DR建立相鄰關系的路由器的描述，包括DR路由器本身。類型2的鏈路信息只會在包含DR所處的廣播性網絡的區域中廣播，不會廣播至其余的OSPF路由區域。 ——類型3和類型4：類型3和類型4的鏈路狀態廣播在OSPF路由協議中又稱為總結鏈路信息數據包（Summary Link），該鏈路狀態廣播是由區域邊界路由器或AS邊界路由器產生的。Summary Link描述的是到某一個區域外部的路由信息，這一個目的地地址必須是同一個AS中。Summary Link也只會在某一個特定的區域內廣播。類型3與類型4兩種總結性鏈路信息的區別在于，類型3是由區域邊界路由器產生的，用于描述到同一個AS中不同區域之間的鏈路狀態；而類型4是由AS邊界路由器產生的，用于描述不同AS的鏈路狀態信息。 ——值得一提的是，只有類型3的Summary Link才能廣播進一個殘域，因為在一個殘域中不允許存在AS邊界路由器。殘域的區域邊界路由器產生一條默認的Summary Link對域內廣播，從而在其余路由器上產生一條默認路由信息。采用Summary Link可以減小殘域中路由器的鏈路狀態數據庫的大小，進而減少對路由器資源的利用，提高路由器的運算速度。 ——類型5：類型5的鏈路狀態廣播稱為AS外部鏈路狀態信息數據包。類型5的鏈路數據包是由AS邊界路由器產生的，用于描述到AS外的目的地的路由信息，該數據包會在AS中除殘域以外的所有區域中廣播。一般來說，這種鏈路狀態信息描述的是到AS外部某一特定網絡的路由信息，在這種情況下，類型5的鏈路狀枋數據包的鏈路標識采用的是目的地網絡的IP地址；在某些情況下，AS邊界路由器可以對AS內部廣播默認路由信息，在這時，類型5的鏈路廣播數據包的鏈路標識采用的是默認網絡號碼0.0.0.0。 7.OSPF協議工作過程 ——OSPF路由協議針對每一個區域分別運行一套獨立的計算法則，對于ABR來說，由于一個區域邊界路由器同時與幾個區域相聯，因此一個區域邊界路由器上會同時運行幾套OSPF計算方法，每一個方法針對一個OSPF區域。下面對OSPF協議運算的全過程作一概括性的描述。 7.1 區域內部路由 ——當一個OSPF路由器初始化時，首先初始化路由器自身的協議數據庫，然后等待低層次協議（數據鏈路層）提示端口是否處于工作狀態。 ——如果低層協議得知一個端口處于工作狀態時，OSPF會通過其Hello協議數據包與其余的OSPF路由器建立交互關系。一個OSPF路由器向其相鄰路由器發送Hello數據包，如果接收到某一路由器返回的Hello數據包，則在這兩個OSPF路由器之間建立起OSPF交互關系，這個過程在OSPF中被稱為adjacency。在廣播性網絡或是在點對點的網絡環境中，OSPF協議通過Hello數據包自動地發現其相鄰路由器，在這時，OSPF路由器將Hello數據包發送至一特殊的多點廣播地址，該多點廣播地址為ALLSPFRouters。在一些非廣播性的網絡環境中，我們需要經過某些設置來發現OSPF相鄰路由器。在多接入的環境中，例如以太網的環境，Hello協議數據包還可以用于選擇該網絡中的指定路由器DR。 ——一個OSPF路由器會與其新發現的相鄰路由器建立OSPF的adjacency，并且在一對OSPF路由器之間作鏈路狀態數據庫的同步。在多接入的網絡環增中，非DR的OSPF路由器只會與指定路由器DR建立adjacency，并且作數據庫的同步。OSPF協議數據包的接收及發送正是在一對OSPF的adjacency間進行的。 ——OSPF路由器周期性地產生與其相聯的所有鏈路的狀態信息，有時這些信息也被稱為鏈路狀態廣播LSA（Link State Advertisement）。當路由器相聯接的鏈路狀態發生改變時，路由器也會產生鏈路狀態廣播信息，所有這些廣播數據是通過Flood的方式在某一個OSPF區域內進行的。Flooding算法是一個非常可靠的計算過程，它保證在同一個OSPF區域內的所有路由器都具有一個相同的OSPF數據庫。根據這個數據庫，OSPF路由器會將自身作為根，計算出一個最短路徑樹，然后，該路由器會根據最短路徑樹產生自己的OSPF路由表。 7.2 建立OSPF交互關系adjacency ——OSPF路由協議通過建立交互關系來交換路由信息，但是并不是所有相鄰的路由器會建立OSPF交互關系。下面將OSPF建立adjacency的過程簡要介紹一下。 ——OSPF協議是通過Hello協議數據包來建立及維護相鄰關系的，同時也用其來保證相鄰路由器之間的雙向通信。OSPF路由器會周期性地發送Hello數據包，當這個路由器看到自身被列于其它路由器的Hello數據包里時，這兩個路由器之間會建立起雙向通信。在多接入的環境中，Hello數據包還用于發現指定路由器DR，通過DR來控制與哪些路由器建立交互關系。 ——兩個OSPF路由器建立雙向通信這后的第二個步驟是進行數據庫的同步，數據庫同步是所有鏈路狀態路由協議的最大的共性。在OSPF路由協議中，數據庫同步關系僅僅在建立交互關系的路由器之間保持。 ——OSPF的數據庫同步是通過OSPF數據庫描述數據包（Database De.ion Packets）來進行的。OSPF路由器周期性地產生數據庫描述數據包，該數據包是有序的，即附帶有序列號，并將這些數據包對相鄰路由器廣播。相鄰路由器可以根據數據庫描述數據包的序列號與自身數據庫的數據作比較，若發現接收到的數據比數據庫內的數據序列號大，則相鄰路由器會針對序列號較大的數據發出請求，并用請求得到的數據來更新其鏈路狀態數據庫。 ——我們可以將OSPF相鄰路由器從發送Hello數據包，建立數據庫同步至建立完全的OSPF交互關系的過程分成幾個不同的狀態，分別為： ——Down：這是OSPF建立交互關系的初始化狀態，表示在一定時間之內沒有接收到從某一相鄰路由器發送來的信息。在非廣播性的網絡環境內，OSPF路由器還可能對處于Down狀態的路由器發送Hello數據包。 ——Attempt：該狀態僅在NBMA環境，例如幀中繼、X.25或ATM環境中有效，表示在一定時間內沒有接收到某一相鄰路由器的信息，但是OSPF路由器仍必須通過以一個較低的頻率向該相鄰路由器發送Hello數據包來保持聯系。 ——Init：在該狀態時，OSPF路由器已經接收到相鄰路由器發送來的Hello數據包，但自身的IP地址并沒有出現在該Hello數據包內，也就是說，雙方的雙向通信還沒有建立起來。 ——2-Way：這個狀態可以說是建立交互方式真正的開始步驟。在這個狀態，路由器看到自身已經處于相鄰路由器的Hello數據包內，雙向通信已經建立。指定路由器及備份指定路由器的選擇正是在這個狀態完成的。在這個狀態，OSPF路由器還可以根據其中的一個路由器是否指定路由器或是根據鏈路是否點對點或虛擬鏈路來決定是否建立交互關系。 ——Exstart：這個狀態是建立交互狀態的第一個步驟。在這個狀態，路由器要決定用于數據交換的初始的數據庫描述數據包的序列號，以保證路由器得到的永遠是最新的鏈路狀態信息。同時，在這個狀態路由器還必須決定路由器之間的主備關系，處于主控地位的路由器會向處于備份地位的路由器請求鏈路狀態信息。 ——Exchange：在這個狀態，路由器向相鄰的OSPF路由器發送數據庫描述數據包來交換鏈路狀態信息，每一個數據包都有一個數據包序列號。在這個狀態，路由器還有可能向相鄰路由器發送鏈路狀態請求數據包來請求其相應數據。從這個狀態開始，我們說OSPF處于Flood狀態。 ——Loading：在loading狀態，OSPF路由器會就其發現的相鄰路由器的新的鏈路狀態數據及自身的已經過期的數據向相鄰路由器提出請求，并等待相鄰路由器的回答。 ——Full：這是兩個OSPF路由器建立交互關系的最后一個狀態，在這時，建立起交互關系的路由器之間已經完成了數據庫同步的工作，它們的鏈路狀態數據庫已經一致。 7.3 域間路由 ——前面一節描述了OSPF路由協議的單個區域中的計算過程。在單個OSPF區域中，OSPF路由協議不會產生更多的路由信息。為了與其余區域中的OSPF路由器通訊，該區域的邊界路由器會產生一些其它的信息對域內廣播，這些附加信息描繪了在同一個AS中的其它區域的路由信息。具體路由信息交換過程如下： ——在OSPF的定義中，所有的區域都必須與區域0相聯，因此每一個區域都必須有一個區域邊界路由器與區域0相聯，這一個區域邊界路由器會將其相聯接的區域內部結構數據通過Summary Link廣播至區域0，也就是廣播至所有其它區域的邊界路由器。在這時，與區域0相聯的邊界路由器上有區域0及其它所有區域的鏈路狀態信息，通過這些信息，這些邊界路由器能夠計算出至相應目的地的路由，并將這些路由信息廣播至與其相聯接的區域，以便讓該區域內部的路由器找到與區域外部通信的最佳路由。 7.4 AS外部路由 ——一個自治域AS的邊界路由器會將AS外部路由信息廣播至整個AS中除了殘域的所有區域。為了使這些AS外部路由信息生效，AS內部的所有的路由器（除殘域內的路由器）都必須知道AS邊界路由器的位置，該路由信息是由非殘域的區域邊界路由器對域內廣播的，其鏈路廣播數據包的類型為類型4。 8.OSPF路由協議驗證 ——在OSPF路由協議中，所有的路由信息交換都必須經過驗證。在前文所描述的OSPF協議數據包結構中，包含有一個驗證域及一個64位長度的驗證數據域，用于特定的驗證方式的計算。 ——OSPF數據交換的驗證是基于每一個區域來定義的，也就是說，當在某一個區域的一個路由器上定義了一種驗證方式時，必須在該區域的所有路由器上定義相同的協議驗證方式。另外一些與驗證相關的參數也可以基于每一個端口來定義，例如當采用單一口令驗證時，我們可以對某一區域內部的每一個網絡設置不同的口令字。 ——在OSPF路由協議的定義中，初始定義了兩種協議驗證方式，方式0及方式1，分別介紹如下： ——驗證方式0：采用驗證方式0表示OSPF對所交換的路由信息不驗證。在OSPF的數據包頭內64位的驗證數據位可以包含任何數據，OSPF接收到路由數據后對數據包頭內的驗證數據位不作任何處理。 ——驗證方式1：驗證方式1為簡單口令字驗證。這種驗證方式是基于一個區域內的每一個網絡來定義的，每一個發送至該網絡的數據包的包頭內都必須具有相同的64位長度的驗證數據位，也就是說驗證方式1的口令字長度為64bits，或者為8個字符。 9.小結 ——前文介紹了OSPF路由協議的概念及該協議的工作原理。OSPF路由協議定義于RFC1247及RFC1583，該協議提供了一個不同的網絡通過同一種TCP/IP協議交換網絡信息的途徑。作為一種鏈路狀態的路由協議，OSPF具備許多優點：快速收斂，支持變長網絡屏蔽碼，支持CIDR以及地址summary，具有層次化的網絡結構，支持路由信息驗證等。所有這些特點保證了OSPF路由協議能夠被應用到大型的、復雜的網絡環境中。

轉載于:https://blog.51cto.com/beyondcto/124106

總結

以上是生活随笔為你收集整理的OSPF路由协议概念及工作原理的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。