OSPF路由協(xié)議詳解

發(fā)布時間： 2022-07-15 09:47:13

OSPF路由協(xié)議是一種開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議，它更是一種鏈路狀態(tài)路由協(xié)議。而所謂的鏈路狀態(tài)，主要是指鏈路狀態(tài)信息，包含接口IP地址、網(wǎng)絡(luò)類型、接口對象、對端IP地址、接口的開銷等等。

我們的OSPF路由協(xié)議就可以根據(jù)這些鏈路狀態(tài)信息和SPF算法計算出全網(wǎng)的拓?fù)洌唵蝸碚f就是OSPF可以以此獲得一張全網(wǎng)地圖，最后路由器就可以根據(jù)這張全網(wǎng)地圖來轉(zhuǎn)發(fā)我們的數(shù)據(jù)報文。

這篇文章就是一個關(guān)于OSPF的總結(jié)和概括，關(guān)于OSPF，我主要是用了1~7個數(shù)字來概括它的絕大多數(shù)內(nèi)容，是的，絕大多數(shù)，不是所有，因?yàn)槟壳霸撐恼聝?nèi)容只是涉及到IA內(nèi)容。

一、一種協(xié)議

“1”就是指我們的一種協(xié)議，OSPF協(xié)議。除此之外，“1”還包括OSPF學(xué)習(xí)過程中涉及到一些名詞概念。比如，LSA，LSDB和Router ID。

LSA，就是我們在上面提到的鏈路狀態(tài)信息，全英文是Link State Advertisement，這里不再重復(fù)贅述。

LSDB，Link State DataBase，即鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，是運(yùn)行OSPF協(xié)議的每臺路由器都會有的，主要作用就是存儲自己和其它路由器的LSA。

Router ID，這是路由器的標(biāo)識符，作用就是用來唯一標(biāo)識一臺路由器，它的產(chǎn)生有幾種方式，并且優(yōu)先級不同，首先是經(jīng)由我們網(wǎng)絡(luò)管理員手工配置，若沒有手動配置的Router ID，選取Loopback接口上最大的IP地址作為Router ID，若連Loopback接口都沒有配置，則選擇已經(jīng)配置IP地址的接口上數(shù)值最大的IP地址作為Router ID。

值得注意的是，Router ID是一個32bit的無符號整數(shù)，所以不一定是路由器上的接口IP地址，只要它的范圍是從0.0.0.0~255.255.255.255就可以了，之所以我們經(jīng)常將Router ID和接口IP地址聯(lián)系在一起，則是因?yàn)樗?dú)特的選舉機(jī)制。

二、兩層結(jié)構(gòu)

“2”主要是指OSPF的分層結(jié)構(gòu)，可以說是OSPF將網(wǎng)絡(luò)分成了骨干區(qū)域和非骨干區(qū)域。非骨干區(qū)域必須和骨干區(qū)域相連，非骨干區(qū)域之間不可以連接，這是為了防止環(huán)路的產(chǎn)生。

雖然在以后的進(jìn)階學(xué)習(xí)中，會有一個叫虛連接的方法來解決非骨干區(qū)域沒有和骨干區(qū)域連接在一起的問題。但I(xiàn)A階段中，非骨干區(qū)域和骨干區(qū)域直接相連是毫無問題的。

三、三張表/三種身份

“3”主要是指三張表和三種身份。

1、三張表

三張表包括OSPF鄰居表、OSPF拓?fù)浔砗蚈SPF路由表。

OSPF鄰居表就是用來記錄路由器鄰居關(guān)系的表，包括鄰居的相關(guān)描述和狀態(tài)。也就是說可以用鄰居表來顯示該路由器與哪些設(shè)備建立鄰居或鄰接關(guān)系，我們可以用display OSPF peer來查看這張表。

OSPF拓?fù)浔恚脖唤凶鯨SDB表，這張表存儲了當(dāng)前區(qū)域的所有鏈路狀態(tài)信息，用來計算OSPF的最優(yōu)路由。

而OSPF路由表記錄根據(jù)LSDB的鏈路狀態(tài)信息和SPF算法計算出來的最優(yōu)路由，這些路由將有可能作為最優(yōu)加入該表。

這里需要注意，OSPF路由表不是我們的全局路由表，我們使用display ip router-table查看的就是路由器的全局路由表，它保存的是根據(jù)所有途徑學(xué)習(xí)到的最優(yōu)路由，而OSPF路由表存儲的是根據(jù)OSPF協(xié)議計算到最優(yōu)路由。

2、三種身份

三種身份則是指運(yùn)行了OSPF協(xié)議路由器的身份，主要是DR，BDR和DRother。

首先明確OSPF需要為路由器劃分身份的背景。假設(shè)沒有對運(yùn)行OSPF協(xié)議的路由器進(jìn)行任何的配置，那么整個網(wǎng)絡(luò)中，所有運(yùn)行OSPF協(xié)議的路由器兩兩之間都會建立起鄰居和鄰接關(guān)系，它們之間都會互相發(fā)送和學(xué)習(xí)報文，那么可能就會造成一種重復(fù)學(xué)習(xí)的現(xiàn)象。

類似于教室中，學(xué)生A把他的筆記給了學(xué)生B和學(xué)生C進(jìn)行抄錄，然后學(xué)生B又將他的筆記給了學(xué)生A和學(xué)生C抄錄。在這個過程中，學(xué)生B的筆記是已經(jīng)包括了學(xué)生A的，那么學(xué)生A和學(xué)生C就會不得不再次抄錄一遍最開始學(xué)生A的筆記，這就是重復(fù)學(xué)習(xí)。

然后為了防止路由器之間重復(fù)學(xué)習(xí)造成的資源浪費(fèi)問題，OSPF就給路由器劃定了角色，也就是DR，BDR和DRother。

這三種角色類似于組長，副組長和組員的關(guān)系，其中DR是組長，BDR是副組長，DRother則是組員。之后當(dāng)組員需要交換筆記的時候，就只會把筆記提交給組長和副組長，然后由他們把筆記分發(fā)給各個組員，而組員之間不能夠互相交換筆記。

這就是我們DR和BDR的作用，也就是之后OSPF網(wǎng)絡(luò)中，DRother的路由器只會把LSA信息提交給DR和BDR，然后由他們進(jìn)行分發(fā)，而DRother之間不會傳遞LSA信息。

其中DR和BDR的選舉首先是根據(jù)接口的優(yōu)先級來選的，不過路由器接口的優(yōu)先級一般默認(rèn)都是1，所以接下來就會根據(jù)Router ID來進(jìn)行選舉，Router ID大的優(yōu)選。

需要注意的是，接口優(yōu)先級的取值范圍是0-255，為0時，表示當(dāng)前路由器不參加選舉。而且，當(dāng)選舉已經(jīng)結(jié)束，再加入新的設(shè)備，即便新設(shè)備的優(yōu)先級更高，也不會重新選舉DR和BDR，DR不故障，就不會選舉DR，DR故障后，只會是BDR成為DR，再競選新的BDR。

四、四種網(wǎng)絡(luò)類型/四種路由器類型

“4”主要包括四種網(wǎng)絡(luò)類型和四種路由器類型。

1、四種網(wǎng)絡(luò)類型

四種網(wǎng)絡(luò)類型，分別是Broadcast，NBMA，P2MP和P2P。

這四種網(wǎng)絡(luò)類型主要影響OSPF在接口上的操作，例如采用什么方式來發(fā)送OSPF協(xié)議報文，以及是否需要選舉DR和BDR。

首先是Broadcast，廣播多點(diǎn)可達(dá)，當(dāng)鏈路層協(xié)議是Ethernet時，OSPF默認(rèn)的網(wǎng)絡(luò)類型就是這個，這個時候需要選舉DR和BDR。

接著是NBMA，非廣播多點(diǎn)可達(dá)，該網(wǎng)絡(luò)類似是取消了廣播報文的廣播多點(diǎn)可達(dá)類型，當(dāng)鏈路層協(xié)議是幀中繼類型，OSPF默認(rèn)的網(wǎng)絡(luò)類型就是此項，這個時候也是需要選舉DR和BDR。

第三個是P2MP，點(diǎn)到多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)類型必須由其它網(wǎng)絡(luò)類型更改的，一般是由NBMA網(wǎng)絡(luò)類型更改過來的，不需要選舉DR和BDR，這是為了加快OSPF網(wǎng)絡(luò)中鄰居的建立速度。

第四個就是P2P，點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)鏈路層協(xié)議是PPP時，OSPF默認(rèn)的網(wǎng)絡(luò)類型就是這個，這個時候不需要選舉DR和BDR。

2、四種路由器類型

接著是四種路由器類型，這是根據(jù)OSPF網(wǎng)絡(luò)的分層結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分的。

首先是區(qū)域內(nèi)路由器，IR，路由器所有接口都是在同一區(qū)域中的路由器。

接著是區(qū)域邊界路由器，ABR，是連接骨干區(qū)域和非骨干區(qū)域的路由器。

然后是自治系統(tǒng)邊界路由器，ASBR，是與其它自治系統(tǒng)交換路由信息的路由器。

最后是骨干路由器，BR，有接口在骨干區(qū)域中的路由器。

五、五種報文

“5”即五種報文：Hello報文，DD報文，LSR報文，LSU報文和LSAck報文。

Hello報文，它的作用就是發(fā)現(xiàn)、建立和維護(hù)鄰居關(guān)系。

DD報文，全英文是Database Description，就是描述鏈路狀態(tài)信息，用于選舉主從以及攜帶LSA的摘要信息。

LSR報文，Link State Request，鏈路狀態(tài)請求報文，根據(jù)對方發(fā)送過來的DD報文的摘要信息，請求獲取自己沒有的LSA信息。

LSU報文，Link State Update，鏈路狀態(tài)更新報文，根據(jù)對方發(fā)送過來的請求，向?qū)Ψ桨l(fā)送相應(yīng)的LSA信息，此時LSA信息是完整的。

LSAck報文，鏈路狀態(tài)確認(rèn)報文，回復(fù)對方自己收到了LSA信息，如果對方長時間沒有收到LSAck報文，對方就會重新發(fā)送LSU報文。

六、六種LSA

“6”即六種LSA信息。正如我開篇所說，該文章是對IA階段內(nèi)容的概括，而這六種LSA是更高階的內(nèi)容，所以這里為了文章的完整性，只是稍微提及一下，不會作詳細(xì)的贅述。

七、七種狀態(tài)

“7”指七種狀態(tài)，即運(yùn)行OSPF的路由器之間建立鄰居和鄰接的過程中，路由器所需要經(jīng)歷的狀態(tài)變化過程。

嚴(yán)格來說，路由器的狀態(tài)應(yīng)該是8種，不過多的這一種只會出現(xiàn)在NBMA網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)用極少，且該狀態(tài)的作用和當(dāng)中其它的某種狀態(tài)也是相同的，所以我最后只是用了7種狀態(tài)而不是8種狀態(tài)，不過我會在文章的最后對此狀態(tài)作補(bǔ)充。

首先是第一種狀態(tài)，Down狀態(tài)，即關(guān)閉狀態(tài)，這也是路由器的第一個穩(wěn)定狀態(tài)，即不會隨便發(fā)現(xiàn)變化的狀態(tài)，該狀態(tài)表示當(dāng)前接口沒有收到任何的Hello報文。

然后當(dāng)路由器收到其它路由器發(fā)送過來的Hello報文之后，就會進(jìn)入Init狀態(tài)，這是一種單方發(fā)現(xiàn)狀態(tài)，該狀態(tài)表示已經(jīng)收到其它路由器發(fā)送的Hello報文，但在對方的Hello報文的鄰居表中沒有看到自己的Router ID，也就是對方還不知道我是鄰居。

然后當(dāng)兩邊路由器相互發(fā)送Hello報文，建立起鄰居關(guān)系之后，就會進(jìn)入2-way狀態(tài)，這是鄰居狀態(tài)，也是第二個穩(wěn)定狀態(tài)，表示路由器建立鄰居關(guān)系成功。

之后當(dāng)路由器之間想要同步LSDB數(shù)據(jù)庫時，路由器首先會進(jìn)入ExStart狀態(tài)，該狀態(tài)表示路由器和它的鄰居路由器開始協(xié)商主從關(guān)系，也就是協(xié)商誰先發(fā)送報文。

協(xié)商完成后，路由器就正式進(jìn)入Exchange狀態(tài)，該狀態(tài)表示路由器的主從關(guān)系已經(jīng)確認(rèn)，開始正式交換DD報文，此時的DD報文主要包含路由器的LSDB的摘要信息。

然后就會進(jìn)入Loading狀態(tài)，該狀態(tài)中，路由器會比較DD報文和自己的LSDB信息，如果DD報文中存在LSDB不具有的LSA信息，則向鄰居發(fā)送LSU報文請求該LSA的完整信息。

之后當(dāng)LSA信息交換完畢，也就是LSDB同步結(jié)束，路由器就會進(jìn)入最后一個狀態(tài)——Full狀態(tài)，即鄰接狀態(tài)，也是第三個和最后一個穩(wěn)定狀態(tài)，該狀態(tài)就是表示路由器的LSDB同步已經(jīng)完成。

之后，建立起關(guān)系的路由器之間就只會周期性發(fā)送Hello報文來維護(hù)彼此之間的關(guān)系。

這就是運(yùn)行OSPF協(xié)議的路由器之間建立起鄰居或鄰接關(guān)系所需要經(jīng)歷的七種狀態(tài)。

然后是只會出現(xiàn)在NBMA網(wǎng)絡(luò)中的第8種狀態(tài)，Attempt狀態(tài)，該狀態(tài)和Init狀態(tài)類似，當(dāng)路由器發(fā)現(xiàn)了Hello報文，但還沒有收到對方回應(yīng)的報文的時候，路由器就會處于這種狀態(tài)。

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