1. OSPF的基本概念

OSPF（開放式最短路徑優(yōu)先）

OSPF（開放式最短路徑優(yōu)先）是內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，簡稱IGP）。與RIP相比，OSPF是一種鏈路狀態(tài)協(xié)議，而RIP是一種距離矢量路由協(xié)議。鏈接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通過通告路由器之間網(wǎng)絡(luò)接口的狀態(tài)以生成最短路徑樹來構(gòu)建鏈接狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。每個(gè)OSPF路由器都使用這些最短路徑來構(gòu)造路由表。

OSPF分為OSPFv2和OSPFv3兩個(gè)版本，其中OSPFv2用于IPv4網(wǎng)絡(luò)，而OSPFv3用于IPv6網(wǎng)絡(luò)。可用于大型網(wǎng)絡(luò)。

基本概念和術(shù)語：

鏈接狀態(tài)：

OSPF路由器收集其網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中每個(gè)路由器的連接狀態(tài)信息，即鏈路狀態(tài)信息（Link-State），并生成鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫（Link-State Database）。路由器已經(jīng)掌握了該區(qū)域中所有路由器的鏈路狀態(tài)信息，這相當(dāng)于了解整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)洹?OSPF路由器使用“最短路徑優(yōu)先（SPF）”算法來獨(dú)立計(jì)算到任何目的地的路由。

區(qū)：

OSPF協(xié)議引入了“分層路由”的概念，該概念將網(wǎng)絡(luò)劃分為一組通過“主干”連接的相互獨(dú)立的部分。這些獨(dú)立的部分稱為“區(qū)域”，“主干”部分稱為“主干區(qū)域”。每個(gè)區(qū)域就像一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，該區(qū)域中的OSPF路由器僅保存該區(qū)域的鏈接狀態(tài)。每個(gè)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(jì)算時(shí)間和報(bào)文數(shù)不會(huì)太大。一個(gè)

2. OSPF數(shù)據(jù)包

1. hello package發(fā)現(xiàn)，維護(hù)和創(chuàng)建鄰居關(guān)系10s 40s

2. dbd軟件包數(shù)據(jù)庫摘要

3. lsr鏈接狀態(tài)請(qǐng)求

4. lsu鏈接狀態(tài)更新響應(yīng)lsr承擔(dān)lsa

5. lsack鏈路狀態(tài)確認(rèn)報(bào)文

3. OSPF的四種路由器類型

OSPF在邏輯上將自治系統(tǒng)分為一個(gè)或多個(gè)區(qū)域。所有其他區(qū)域必須連接到區(qū)域0。

內(nèi)部路由器：所有端口都在同一區(qū)域中的路由器，維護(hù)鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。

骨干路由器：路由器，其端口連接到骨干區(qū)域。一個(gè)

區(qū)域邊界路由器（ABR）：具有多區(qū)域端口的路由器，通常用作區(qū)域的出口。 ABR為每個(gè)連接區(qū)域建立一個(gè)鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，并負(fù)責(zé)將連接區(qū)域的路由摘要信息發(fā)送到骨干區(qū)域，而骨干區(qū)域上的ABR負(fù)責(zé)將該信息發(fā)送到每個(gè)區(qū)域。一個(gè)

自治域系統(tǒng)邊界路由器（ASBR）：至少一個(gè)連接到外部自治域網(wǎng)絡(luò)（例如非OSPF網(wǎng)絡(luò)）的端口的路由器負(fù)責(zé)將非OSPF網(wǎng)絡(luò)信息引入OSPF網(wǎng)絡(luò)。

4. DR和BDR

指定路由器（DR）和備用指定路由器（BDR）

多路訪問網(wǎng)絡(luò)上可能有多個(gè)路由器。為了避免由于在路由器之間建立完整的鄰居關(guān)系而導(dǎo)致的大量開銷，OSPF要求在該區(qū)域中選舉DR。每個(gè)路由器都與其建立完整的鄰居關(guān)系。 DR負(fù)責(zé)收集所有鏈路狀態(tài)信息并將其發(fā)布到其他路由器。當(dāng)選擇DR時(shí)，也會(huì)選擇BDR。當(dāng)DR失敗時(shí)，BDR承擔(dān)DR的責(zé)任。一個(gè)

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)不需要DR，因?yàn)橹挥袃蓚€(gè)節(jié)點(diǎn)，它們彼此完全相鄰。 OSPF協(xié)議包括Hello協(xié)議，交換協(xié)議和擴(kuò)散協(xié)議。本文僅介紹Hello協(xié)議，其他兩種協(xié)議可以參考RFC2328中的具體描述。一個(gè)

當(dāng)路由器在端口上啟動(dòng)OSPF路由時(shí)，它將從該端口發(fā)送Hello消息，并且還將以一定間隔定期發(fā)送Hello消息。 OSPF路由器使用Hello消息初始化新的鄰居關(guān)系，并確認(rèn)相鄰路由器的鄰居之間的通信狀態(tài)。一個(gè)

對(duì)于廣播網(wǎng)絡(luò)和非廣播多址網(wǎng)絡(luò)，路由器使用Hello協(xié)議選舉DR。在廣播網(wǎng)絡(luò)中，會(huì)使用多播地址224.0.0.5定期廣播Hello消息，并通過此過程自動(dòng)發(fā)現(xiàn)路由器鄰居。在NBMA網(wǎng)絡(luò)中，DR負(fù)責(zé)將Hello數(shù)據(jù)包一一發(fā)送到其他路由器。

5. OSPF鄰居建立過程

Down開始發(fā)送問候，但未收到鄰居的問候。收到對(duì)方打招呼后，進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)

初始化（初始化狀態(tài)）當(dāng)另一方發(fā)送的問候具有自己的路由器ID進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)時(shí)

雙向鄰居關(guān)系的建立完成-進(jìn)行選舉-選舉完成-下一個(gè)狀態(tài)進(jìn)入-DR之間的穩(wěn)定狀態(tài)-其他Exstart-選舉主從關(guān)系-主機(jī)首先具有DBD優(yōu)先級(jí)）

重啟前啟動(dòng)狀態(tài)

交換交換DBD

通過LSR加載Exchange LSA以請(qǐng)求LSA另一方通過LSU更新LSA

完全建立鄰接關(guān)系開始SPF算法計(jì)算路徑

6. OSPF支持的網(wǎng)絡(luò)接口類型

OSPF根據(jù)鏈路層協(xié)議類型將網(wǎng)絡(luò)分為以下五種類型：任何第2層鏈路都將具有適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接口類型；根據(jù)拓?fù)浜托枨蟮淖兓?，可以更改網(wǎng)絡(luò)接口類型以適應(yīng)它。

①點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（P2P）網(wǎng)絡(luò)

當(dāng)鏈路層協(xié)議為PPP和HDLC時(shí)，默認(rèn)情況下，OSPF會(huì)將網(wǎng)絡(luò)類型視為P2P。在這種類型的網(wǎng)絡(luò)中，協(xié)議消息（Hello消息，DD消息，LSR消息，LSU消息，LSAck消息）以多播（224.0.0.5）的形式發(fā)送。

Hello Time和Dead時(shí)間：10s / 40s

是否選擇DR和BDR：否

是否主動(dòng)發(fā)現(xiàn)鄰居：是

②廣播（Broadcast）網(wǎng)絡(luò)

當(dāng)鏈路層協(xié)議為以太網(wǎng)，F(xiàn)DDI，以太網(wǎng)或令牌環(huán)時(shí)，默認(rèn)情況下，OSPF會(huì)將網(wǎng)絡(luò)類型視為廣播。在這種類型的網(wǎng)絡(luò)中，通常以組播形式發(fā)送Hello消息，LSU消息和LSAck消息。其中，組播地址224.0.0.5為OSPF路由器的預(yù)留IP組播地址。組播地址224.0.0.6是OSPF DR的保留IP組播地址。 DD報(bào)文和LSR報(bào)文以單播方式發(fā)送。

Hello Time和Dead時(shí)間：10s / 40s

是否選擇DR和BDR：是

是否主動(dòng)發(fā)現(xiàn)鄰居：是

③NBMA（非廣播多址）網(wǎng)絡(luò)

術(shù)語解釋：非廣播網(wǎng)絡(luò)是指支持兩個(gè)以上路由器互連但不具有廣播功能的網(wǎng)絡(luò)。在非廣播網(wǎng)絡(luò)上，OSPF具有兩種操作模式，即非廣播多址訪問和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)。非廣播多址訪問（NBMA）：在NBMA網(wǎng)絡(luò)上，OSPF模擬廣播網(wǎng)絡(luò)上的操作，但是每個(gè)路由器的鄰居都需要手動(dòng)配置，并且只能與NBMA類型的網(wǎng)絡(luò)接口建立鄰居關(guān)系。 NBMA方法要求網(wǎng)絡(luò)中的路由器形成完整的連接。點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)：將整個(gè)非廣播網(wǎng)絡(luò)視為一組點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)?？梢允褂玫图?jí)協(xié)議（例如反向ARP）來發(fā)現(xiàn)每個(gè)路由器的鄰居。對(duì)于無法完全連接的網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)使用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)模式，例如僅使用PVC的不完全連接的幀中繼網(wǎng)絡(luò)。

缺省情況下，鏈路層協(xié)議為ATM，F(xiàn)R或X.25時(shí)，OSPF會(huì)將網(wǎng)絡(luò)類型視為NBMA。在這種類型的網(wǎng)絡(luò)中，協(xié)議消息（Hello消息，DD消息，LSR消息，LSU消息，LSAck消息）以單播發(fā)送。

Hello Time和Dead時(shí)間：30s / 120s

是否選擇DR和BDR：是

是否主動(dòng)發(fā)現(xiàn)鄰居：否

④點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)（點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)）網(wǎng)絡(luò)

默認(rèn)情況下，沒有鏈路層協(xié)議將被視為點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)類型。點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)必須由其他網(wǎng)絡(luò)類型強(qiáng)制更改，即項(xiàng)目是按需的。通常的做法是將未完全連接的NBMA更改為點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。在這種類型的網(wǎng)絡(luò)中，Hello消息以多播（224.0.0.5）的形式發(fā)送，其他協(xié)議消息（DD消息，LSR消息，LSU消息，LSAck消息）以單播形式發(fā)送。

Hello Time和Dead時(shí)間：30s / 120s

是否選擇DR和BDR：否

是否主動(dòng)發(fā)現(xiàn)鄰居：是

⑤虛擬鏈接（Virtual Link）網(wǎng)絡(luò)

從上面的文章可以看出，OSPF的骨干區(qū)域必須是連續(xù)的，但是當(dāng)物理上不連續(xù)時(shí)，我們可以使用虛擬連接來使羅吉山的骨干區(qū)域連續(xù)。然后可以在任何兩個(gè)區(qū)域邊界路由器上恢復(fù)虛擬鏈路，但是要求兩個(gè)區(qū)域邊界路由器都具有連接到公共非骨干區(qū)域的端口。此非骨干區(qū)域是“過境”區(qū)域。虛擬鏈接實(shí)際上是骨干區(qū)域中的虛擬鏈接。注意：不建議在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中使用虛擬鏈接。規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)時(shí)，請(qǐng)盡量避免虛擬鏈接。

7. OSPF消息的目的地址

8. OSPF的工作過程

（1）了解自己的鏈接

每個(gè)路由器都了解自己的鏈路，即其直接連接的網(wǎng)絡(luò)。

（2）尋找鄰居

與RIP不同，OSPF協(xié)議運(yùn)行后，它不會(huì)立即向網(wǎng)絡(luò)廣播路由信息，而是首先在網(wǎng)絡(luò)中尋找可以與其自身交換鏈接狀態(tài)信息的周圍路由器?？梢越粨Q鏈接狀態(tài)信息的路由器是彼此的鄰居。一個(gè)

（3）創(chuàng)建鏈路狀態(tài)包

一旦路由器建立了鄰居關(guān)系，就可以創(chuàng)建鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)包。一個(gè)

（4）鏈路狀態(tài)信息傳輸

路由器將描述鏈路狀態(tài)的LSA泛洪到鄰居，最后形成一個(gè)鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，其中包含網(wǎng)絡(luò)的完整鏈路狀態(tài)信息。

（5）計(jì)算路線

路由區(qū)域中的每個(gè)路由器都可以使用SPF算法獨(dú)立計(jì)算路由。

9. OSPF協(xié)議的主要優(yōu)點(diǎn)

（1）OSPF適用于廣泛的網(wǎng)絡(luò)：OSPF協(xié)議對(duì)路由跳數(shù)沒有限制，因此OSPF協(xié)議可以在許多場合使用，并且支持更大的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。只要在多播網(wǎng)絡(luò)中，OSPF協(xié)議就可以支持?jǐn)?shù)十個(gè)路由器一起工作。

（2）組播觸發(fā)更新：收斂完成后，OSPF協(xié)議以觸發(fā)方式將拓?fù)渥兓畔l(fā)送給其他路由器，從而降低了網(wǎng)絡(luò)寬帶的利用率。同時(shí)，可以減少干擾，尤其是在使用時(shí)。組播網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，發(fā)送信息時(shí)不影響其他設(shè)備

（3）收斂速度快：如果網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，OSPF協(xié)議系統(tǒng)將以最快的速度發(fā)送新的報(bào)文，使新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)迅速傳播到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)；此外，OSPF采用較短周期的HELLO消息來維護(hù)鄰居狀態(tài)。

（4）以成本為度量標(biāo)準(zhǔn)：在設(shè)計(jì)OSPF協(xié)議時(shí)，要考慮鏈路帶寬對(duì)路由度量的影響。 OSPF協(xié)議以成本值為標(biāo)準(zhǔn)，鏈路成本和鏈路帶寬成反比關(guān)系。帶寬越高，成本越小。這樣，OSPF路由主要基于帶寬因素。

（5）OSPF協(xié)議的設(shè)計(jì)是避免路由環(huán)路：在使用最短路徑的算法下，接收路由中的鏈路狀態(tài)，然后生成路徑，因此不會(huì)產(chǎn)生環(huán)路。

（6）廣泛的應(yīng)用：在Internet上廣泛使用，將會(huì)有大量的應(yīng)用示例。證明這是使用最廣泛的IGP之一。

10. OSPF區(qū)域

在OSPF中劃分區(qū)域的目的是控制鏈路狀態(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，提高網(wǎng)絡(luò)可伸縮性并實(shí)現(xiàn)快速收斂。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)包含多個(gè)區(qū)域時(shí)，OSPF協(xié)議有特殊規(guī)定，即必須有一個(gè)區(qū)域0，通常稱為主干區(qū)域（Backbone Area）。設(shè)計(jì)OSPF網(wǎng)絡(luò)時(shí)，一個(gè)好的方法是從骨干區(qū)域開始，然后擴(kuò)展到其他區(qū)域。骨干區(qū)域位于所有其他區(qū)域的中心，也就是說，所有區(qū)域都必須在物理上或邏輯上連接到骨干區(qū)域。這種設(shè)計(jì)思想的原因是，OSPF協(xié)議需要將來自所有區(qū)域的路由信息引入到骨干區(qū)域，然后又將來自骨干區(qū)域的路由信息分發(fā)到其他區(qū)域。

OSPF將區(qū)域分為幾種類型

骨干區(qū)域：作為中心實(shí)體，其他區(qū)域也連接到骨干區(qū)域，骨干區(qū)域號(hào)為0。在該區(qū)域中，允許發(fā)布各種類型的LSA。

標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域：除骨干區(qū)域以外的默認(rèn)區(qū)域類型。在這種類型的區(qū)域中，允許發(fā)布各種類型的LSA。

存根區(qū)域：STUB區(qū)域。此類型的區(qū)域不接受有關(guān)AS外部的路由信息，即，它不接受類型5 AS外部LSA。當(dāng)需要路由到自治系統(tǒng)外部的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，路由器將使用默認(rèn)路由（0.0.0.0），自治區(qū)域邊界路由器ASBR不能包含在末節(jié)區(qū)域中。

完整的末節(jié)區(qū)域：此類區(qū)域不接受AS外部的路由

同時(shí)，它不接受來自AS中其他區(qū)域的摘要路由，即不接受類型3，類型4和類型5的LSA，并且完整的存根區(qū)域不能用自治系統(tǒng)替換ASBR。邊界路由器。

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