网络工程OSPF协议

1、 第 PAGE 12 页 共 NUMPAGES 12页OSPF协协议目 录TOC o 1-3 h z HYPERLINK l _Toc519044728 1概述 PAGEREF _Toc519044728 h 3 HYPERLINK l _Toc519044729 2SPFF算法 PAGEREF _Toc519044729 h 3 HYPERLINK l _Toc519044730 3OSPPF协议原原理 PAGEREF _Toc519044730 h 5 HYPERLINK l _Toc519044731 31 自治系统统的分区 PAGEREF _Toc519044731 h 5 HYPER

2、LINK l _Toc519044732 32 区域间路路由 PAGEREF _Toc519044732 h 6 HYPERLINK l _Toc519044733 33 Stubb区和自治治系统外路路由 PAGEREF _Toc519044733 h 6 HYPERLINK l _Toc519044734 34 DR和BDR PAGEREF _Toc519044734 h 7 HYPERLINK l _Toc519044735 4OSPPF报文 PAGEREF _Toc519044735 h 7 HYPERLINK l _Toc519044736 41 OSPFF协议报文文 PAGEREF

3、_Toc519044736 h 7 HYPERLINK l _Toc519044737 42OOSPF包包承载的内内容 PAGEREF _Toc519044737 h 9 HYPERLINK l _Toc519044738 5OSPPF协议的的运行 PAGEREF _Toc519044738 h 10 HYPERLINK l _Toc519044739 51HHelloo协议的运运行 PAGEREF _Toc519044739 h 10 HYPERLINK l _Toc519044740 52 DDR和BDR的产产生 PAGEREF _Toc519044740 h 10 HYPERLINK l

4、 _Toc519044741 53链路路状态数据据库的同步步 PAGEREF _Toc519044741 h 11 HYPERLINK l _Toc519044742 54路由由表的产生生和查找 PAGEREF _Toc519044742 h 111概述 OSPF协协议是由IInterrnet网网络工程部部(IETTF)开发发的一种内内部网关协协议(IGGP)，即即网关和路路由器都在在一个自治治系统内部部。OSPPF是一个个链路状态态协议或最最短路径优优先(SPPF)协议议。虽然该该协议依赖赖于IP环环境以外的的一些技术术，但该协协议专用于于IP，而而且还包括括子网编址址的功能。该协议根根据I

5、P数数据报中的的目的IPP地址来进进行路由选选择，一旦旦决定了如如何为一个个IP数据据报选择路路径，就将将数据报发发往所选择择的路径中中，不需要要额外的包包头，即不不存在额外外的封装。该方法与与许多网络络不同，因因为他们使使用某种类类型的内部部网络报头头对UDPP进行封装装以控制子子网中的路路由选择协协议。另外外OSPFF可以在很很短的时间间里使路由由选择表收收敛。OSSPF还能能够防止出出现回路，这这种能力对对于网状网网络或使用用多个网桥桥连接的不不同局域网网是非常重重要的。在在运行OSSPF的每每一个路由由器中都维维护一个描描述自治系系统拓扑结结构的统一一的数据库库，该数据据库由每一一个路

6、由器器的局部状状态信息（该该路由器可可用的接口口信息、邻邻居信息）、路由器相相连的网络络状态信息息（该网络络所连接的的路由器）、外部状态态信息（该该自治系统统的外部路路由信息）等等组成。每每一个路由由器在自治治系统范围围内扩散相相应的状态态信息。所有的路由由器并行运运行同样的的算法，根根据该路由由器的拓扑扑数据库构构造出以它它自己为根根节点的最最短路径树树，该最短短路径树的的叶子节点点是自治系系统内部的的其它路由由器。当到到达同一目目的路由器器存在多条条相同代价价的路由时时，OSPPF能够实实现在多条条路径上分分配流量。RFC21178中删删除了OSSPF的TTOS功能能，但是为为了保证和和以

7、前版本本的兼容性性，在各个个链路状态态宣告中还还保留了TTOS项目目。2SPFF算法与VD算算法相比较较的一组算算法叫作“链接状状态”（linnksttate）算算法，又叫叫最短路径径优先或SSPF(SShorttest Pathh Firrst)算算法。按照SPFF算法的要要求，网关关寻径表依依赖于一张张表示整个个Inteernett网中网关关与网络拓拓扑结构的的图。在这这张图中，节节点表示网网关，边表表示连接网网关的网络络（linnk），我我们称之为为LS图图。在信息息一致的情情况下，所所有网关的的LS图图应该是完完全相同的的。各网关关的寻径表表是根据相相同的LS图计算算出来的。LS算算法

8、包括三三个步骤：（1）各个个网关主动动测试与所所有相邻网网关之间的的状态。为为此，网关关周期性地地向相邻网网关发出HHelloo报文，询询问相邻网网关是否能能够访问。假如相邻邻网关做出出反应，说说明链接为为“开”(UP)，否则为为“关”(DOWWN)，链链接状态态的取名即即出于此。（2）各网网关周期性性地广播其其LS信信息。这里里的“广播”是真正意意义的广播播，不象VVD算法法那样只向向相邻网关关发送VD报文，而而是向所有有参加SPPF算法的的网关发送送LS报报文。（3）网关关收到LS报文后后，利用它它刷新网络络拓扑图，将将相应链接接改为“开”或“关关”状态。假如LS发生变变化，网关关立即利用

9、用最短路径径算法，根根据LSS图重新计计算本地路路径。在实际应用用中有好几几种最短路路径选择算算法，大多多数是以AA算法（aalgorrithmm A）为为基础。该该算法已作作为互连网网络SPFF协议的模模型，并且且多年来被被用于优化化网络设计计和网络的的拓扑结构构。各节点点用自己拥拥有的统一一的描述自自治系统拓拓扑结构的的数据库，以以自己为根根，建立一一个路径选选择的寻径径表。在图图1中，节节点A是源源节点，节节点J是目目的节点。其具体的的步骤如下下：（1）在图图1中，网网络中的每每条路径有有一个权值值，该权值值是根据某某一标准（如如考虑距离离、时延、队列长度度等）得出出的；（2）为每每个节

10、点标标上一条已已知路径从从源端到该该节点需要要的最小代代价。最初初不知道任任何路径，所所以每个节节点的标号号为无穷大大；（3）为每每个节点检检测它周围围有哪些相相邻的节点点，源节点点是第一个个被考虑的的节点，并并且变为工工作节点；（4）为工工作节点的的每个相邻邻的节点分分配一个最最小代价标标号。如果果发现一条条从该节点点到源节点点的更短的的路径，则则修改标号号。在OSSPF中，当当链路状态态报文广播播到所有其其他节点时时，会发生生这种情况况（即因发发现更短的的路径而修修改标号）；(5)在给给相邻节点点分配了标标号以后，检检测网络中中的其他节节点，如果果某个已分分配了标号号的节点拥拥有较小的的标

11、号值，则则它的标号号变为永久久标号，该该节点变为为工作节点点；(6)如果果某节点的的标号与到到它的某个个相邻节点点路径上的的权值之和和小于该相相邻节点的的标号，在在改变该相相邻节点的的标号，因因为发现了了一条更短短的路径；(7)选择择另一个工工作节点，重重复上述过过程直到穷穷尽所有的的可能。最最后的每个个节点的标标号就给出出了源节点点和目的节节点之间的的一条端到到端的代价价最低的路路径。图1 AA算法的应应用经过了上面面的计算可可以形成图图2所示的的路由选择择拓扑图（即即最短距离离树，又称称最优树）：图2 路路由器A的的路由选择择拓扑图3OSPPF协议原原理31 自治系统统的分区OSPF允允许

12、在一个个自治系统统里划分区区域的做法法，相邻的的网络和它它们相连的的路由器组组成一个区区域(Arrea)。每一个区区域有该区区域自己拓拓扑数据库库，该数据据库对于外外部的区域域是不可见见的，每个个区域内部部路由器的的链路状态态信息数据据库实际上上只包含着着该区域内内的链路状状态信息，他他们也不能能详细地知知道外部的的链接情况况，在同一一个区域内内的路由器器拥有同样样的拓扑数数据库。和和多个区域域相连的路路由器拥有有多个区域域的链路状状态信息库库。划分区区域的方法法减少了链链路状态信信息数据库库的大小、并极大地地减少了路路由器间交交换状态信信息的数量量。如图33所示。 AS Area0 Area

13、2Area1Area3 Area4 RRRRRRR图3 把自自治系统分分成多个OOSPF区区域在多于一一个区域的的自治系统统中，OSSPF规定定必须有一一个骨干区区（bacckbonne）aarea 0，骨干干区是OSSPF的中中枢区域，它它与其他区区域通过区区域边界路路由器(AABR)相相连。区域域边界路由由器通过骨骨干区进行行区域路由由信息的交交换。为了了达到一个个区域的各各个路由器器保持相同同的链路状状态信息库库，这就要要求骨干区区是相连的的，但是并并不要求它它们是物理理连接的。在实际的的环境中，如如果它们在在物理上是是断开的，这这时可以通通过建立虚虚链路(VVirtuual LLink

14、)的方法保保证骨干区区域的连续续性。虚链链将属于骨骨干区并且且到一个非非骨干区都都有接口的的两个ABBR连接起起来，虚链链本身属于于骨干区，OSPF将通过虚链连接的两个路由器看作是通过未编号的点对点链路（unnumbered point-to-point）连接。32 区域间路路由当两个非骨骨干区域间间路由IPP包的时，必必须通过骨骨干区。IIP包经过过的路径分分为三个部部分：源区区域内路径径（从源端端到ABRR）、骨干干路径（源源和目的区区域间的骨骨干区路径径）、目的的端区域内内路径（目目的区域的的ABR到到目的路由由器的路径径）。从另另一个观点点来看，一一个自治系系统就象一一个以骨干干区作为

15、HHub，各各个非骨干干区域连到到Hub上上的星型结结构图。各各个区域边边界路由器器在骨干区区上进行路路由信息的的交换，发发布本区域域的路由信信息，同时时收到其他他ABR发发布的信息息，传到本本区域进行行链路状态态的更新以以形成最新新的路由表表。33 Stubb区和自治治系统外路路由在一个OSSPF自治治系统中有有这样一种种特殊的区区域存根区区域（Sttub区域域），在这这个区域中中只有一个个外部出口口，该区域域不允许外外部的非OOSPF的的路由信息息进入。到到自治系统统外的包只只能依靠缺缺省路由。存根区域域的边界路路由器必须须在路由概概要里向区区域宣告这这个缺省路路由，但是是不能超过过这个存

16、根根区域。缺缺省路由的的使用可以以减少链路路状态信息息库的大小小。对于该该自治系统统外部路由由信息，如如BGP产生生的路由信信息，可以以通过该自自治系统的的区域边界界路由器（ASBR）透明地扩散到整个自治系统的各个区域中，使得该自治系统内部的每一台路由器都能够获得外部的路由信息。但是该信息不能扩散到存根区域。这样自治系统内的路由器可以通过ASBR路由包到自治系统外的目标。34 DR和BBDR在自治系统统内的每个个广播和非非广播多点点访问（NNBMA）网网络里，都都有一个指指定路由器器（DRDesiignatted RRouteer）和一一个备份指指定路由器器（BDRRBacckup Desii

17、gnatted RRouteer），它它们是通过过Helllo协议选选举产生的的。DR的的主要功能能是：（1）产生生代表本网网络的网络络路由宣告告，这个宣宣告列出了了连到该网网络有哪些些路由器，其其中包括DDR自己；（2）DRR同本网络络的所有其其他的路由由器建立一一种星型的的邻接关系系，这种邻邻接关系是是用来交换换各个路由由器的链路路状态信息息，从而同同步链路状状态信息库库。DR在在路由器的的链路状态态信息库的的同步上起起到核心的的作用。另一个比较较重要的路路由器是BBDR，BDR也和和该网络中中的其它路路由器建立立邻接关系系。因此，BDR的设立是为了保证当DR发生故障时尽快接替DR的工作，

18、而不至于出现由于需重新选举DR和重新构筑拓扑数据库而产生大范围的数据库震荡。当DR存在的情况下，BDR不生成网络链路广播消息。在DR、BBDR的选选举后，该该网络内其其它路由器器向DR、BDR发送送链路状态态信息，并并经DR转发到到和DR建立邻邻接关系的的其它路由由器。当链链路状态信信息交换完完毕时，DDR和其它它路由器的的邻接关系系进入了稳稳定态，区区域范围内内统一的拓拓扑（链路路状态）数数据库也就就建立了，每每个路由器器以该数据据库为基础础，采用SSPF算法法计算出各各个路由器器的路由表表，这样就就可以进行行路由转发发了。4OSPPF报文41 OSPFF协议报文文OSPF使使用五种类类型的

19、路由由协议包，在在各个路由由器间进行行交换信息息，如表11所示。每每种协议包包都包含224字节的的OSPFF协议包的的首部，如如图4所示示。Helloo协议用于于寻找和维维护路由器器所连网络络上的邻居居关系。通通过周期性性地发出HHelloo包，来确确定和维护护邻居路由由器接口是是否仍在起起作用。HHelloo包被发送送到网络上上的每个活活动的路由由器接口。在广播和和非广播的的多点访问问的网络上上，DR和和BDR的的选举也是是通过Heello包包来完成的的。在不同同的物理网网络上，HHelloo包的目的的地址是不不同的；在在点到点和和广播网络络上，其目目的地址是是AllSSPFRoouterr

20、(2244.0.00.5)；在虚链路路上是单播播，也就是是从虚链路路的源端直直接发送到到链路的另另一端；而而在点到多多点的网络络上，分离离的Helllo包分分别发送到到相连的每每一个邻居居；在非广广播的多点点访问网络络上，Heello包包的发送要要看各个路路由器的配配置信息。表1 OOSPF路路由协议包包类型包类型目的Helloo协议包发现和维护护邻居数据库描述述汇总数据库库内容链路状态请请求数据库下载载链路状态更更新数据库上载载链路状态确确认扩散确认 图4 OOSPF协协议包的首首部数据库描描述包是类类型往为22的OSPPF包，在在形成邻接接过程中的的路由器之之间交换数数据库描述述包，且它它

21、们描述链链路状态数数据库。根根据接口数数和网络数数，可能不不只一个数数据库描述述包来传输输整个链路路状态数据据库。在交交换的过程程中所涉及及的路由器器建立主从从关系。主主路由器发发送包，而而从路由器器通过使用用数据库描描述（Daatabaase DDescrriptiionDDD）序列列号认可接接收到的包包。接口MMTU域指指示通过该该接口可发发送的最大大IP包长长度。当通通过虚链路路发送包时时，这个域域设置为00。选项域域包含3位位，用于显显示路由器器的能力。I位是IInit位位，对数据据库序列中中的第一个个包，设置置为1。MM位设置为为1，表示示在序列中中还有更多多的数据库库描述包。MS位

22、是是主从位，在在数据库描描述包交换换期间，11表示路由由器是主路路由器，而而0表示路路由器是从从路由器。包的其余余部分是一一个或多个个LSA，如如图5所示示。图5 数据库描描述包格式式链路状态态请求包是是类型为33的OSPPF包，它它们的格式式如图6所所示。当两两个路由器器完成交换换数据库描描述包时，路路由器可检检测链路状状态数据库库是否过时时。当这种种情况发生生时，路由由器可请求求新一些的的数据库描描述包。 图6 路由由状态请求求包格式链路状态态更新包是是类型为44的OSPPF包，它它们用于实实现LSAA的传播。链路状态态更新包格格式显示在在图7中。每个链路路状态更新新包包含一一个或多个个L

23、SA，而而每个包通通过使用链链路状态确确认包来认认可。图7 链路路状态更新新包的格式式链路状态确确认包是类类型位5的的OSPFF包，其格格式中除了了OSPFF包首部外外，包括LLAS的首首部。这些些包发送到到三个地址址之一：多多点传送地地址AlllDRouuterss，多点传传送地址AAllSPPFRouuterss，或单点点传送地址址。OSPF包包承载的内内容路由器链路路状态宣告告 路由器为每每个有活动动OSPFF接口的区区域生成一一个路由器器LSA。包含在路路由器LAAS中的信信息是路由由器接口在在该区域中中的状态，而而LSA在在整个区域域传播。进进入一个区区域的所有有路由器接接口必须在在

24、一个路由由器LSAA中说明。链路状态态ID域是是路由器的的OSPFF ID。VEB位位用于确定定路由器可可能有的链链路类型。V位显示示路由器虚虚拟链路的的端点。链路ID标标识路由器器的接口所所连接的对对象。链路路ID一般般等于邻居居路由器的的链路状态态ID。链链路数据域域的内容取取决于链路路类型。如如果路由器器与存根区区域连接，那那么，这个个域将包含含这个网络络的IP地地址掩码。对其他类类型的链路路，这个域域包含分配配给该接口口的IP地地址。服务务类型域通通常设置为为0，最后后的值是度度量值，或或链路的费费用。网络链路状状态宣告网络LSAA是类型为为2的LAAS，而这这样的LSSA是由支支持两

25、个或或多个路由由器的每个个广播和NNBMA网网络所生成成的。网络络LSA是是由网络的的DR所创创建的。这这个LSAA描述了连连接到网络络的所有的的路由器，包包括DR自自己。链路路状态IDD是DR到到这个区域域的接口的的IP地址址。汇总链路状状态宣告类型3和类类型4的LLSA是汇汇总链路状状态宣告。汇总LSSA是有区区域边界路路由器生成成的，而且且它们说明明区域的目目标。3型型汇总有IIP地址目目标，链路路状态IDD是IP的的网络号。4型汇总总LSA以以一个自治治系统边界界路由器为为其目标，链链路状态IID是OSSPF路由由器ID。链路状态态ID是两两种类型LLSA包之之间的唯一一区别。外部自治

26、系系统链路状状态宣告类型5是AASExxternnal LLSA，它它被用于说说明自治系系统外的网网络。ASSExtternaal LSSA用于说说明到外部部网络的路路由。链路路状态IDD域包含IIP网络号号或0.00.0.00，如果它它描述一个个默认路由由，此时的的作为掩码码也是0.0.0.0。5OSPPF协议的的运行Helloo协议的运运行Helloo协议的作作用是发现现和维护邻邻居关系、选举DRR和BDR。在在广播型网网络上每一一个路由器器周期性地地广播Heello包包（目的地地址是AlllSPFFRoutter），使使得它能够够被邻居发发现。每一一个路由器器的每个接接口都有一一个相关的

27、的接口数据据结构，当当Helllo包里的的特定参数数（如Arrea IID, AAutheenticcatioon, NNetwoork MMask, HellloInntervval, RoutterDeeadInntervval 和和Optiions valuues）相相匹配时，HHelloo包才能被被接收。HHelloo包中包含含着本路由由器所希望望选举的DDR和该DR的优先先级、BDDR和BDR的优优先级、还还有本路由由器通过交交换Helllo协议议包所“看”到的其它它路由器。从Helllo包里里得到的邻邻居被放在在路由器的的邻居列表表里。当从从接收到的的Helllo包里看看到自己时时

28、，就建立立了双向通通信。建立立了双向通通信的路由由器才有可可能建立连连接（addjaceency）关关系，能否否建立连接接关系，要要看连接两两个邻居的的网络的类类型。通过过Helllo协议包包的交换，得得知了希望望成为DRR和BDR的路路由器以及及他们的优优先级，下下一步的工工作是选举举DR和BDR。52 DDR和BDDR的产生生在初始状态态下，一个个路由器的的活动接口口设置DRR和BDR为0.0.0.0，这意意味着没有有DR和BDR被选选举出来。同时设置置Waitt Timmer，其其值为RoouterrDeaddInteervall，其作用用是如果在在这段数时时间里还没没有收到有有关DR和

29、和BDR的的宣告，那那么它就宣宣告自己为为DR或BBDR。经经过Helllo协议议交换过程程后，每一一个路由器器获得了希希望成为DDR和BDR的那那些路由器器的信息，按按照下列步步骤选举DDR和BDR：（1）在路路由器同一一个或多个个路由器建建立双向的的通信以后后，就检查查每个邻居居Helllo包里的的优先级、DR和BBDR域。列出所有有符合DRR和BDRR选举的路路由器（他他们的优先先级要大于于0，接口口状态要大大于双向通通信），列列出所有的的DR，列列出所有的的BDR；（2）从这这些合格的的路由器中中建立一个个没有宣称称自己为DDR的子集集（因为宣宣称为DRR的路由器器不能选举举成为BDD

30、R）；（3）如果果在这个子子集里有一一个或多个个邻居（包包括它自己己的接口）在在BDR域域宣称自己己为BDRR，则选举举具有最高高优先级的的路由器，如如果优先级级相同，则则选择具有有最高Roouterr ID的的那个路由由器为BDDR；（4）如果果在这个子子集里没有有路由器宣宣称自己为为BDR，则则在它的邻邻居里选择择具有最高高优先级的的路由器为为BDR，如如果优先级级相同，则则选择具有有最大Roouterr ID的的路由器为为BDR；（5）在宣宣称自己为为DR的路路由器列表表中，如果果有一个或或多个路由由器宣称自自己为DRR，则选择择具有最高高优先级的的路由器为为DR，如如果优先级级相同，则

31、则选择具有有最大Roouterr ID的的路由器为为DR；（6）如果果没有路由由器宣称为为DR，则则将最新选选举的BDDR作为DDR；（7）如果果是第一选选举某个路路由器为DDR/BDDR或没有有DR/BBDR被选选举，则要要重复2到到6步，然然后是第88步。（8）将选选举出来的的路由器的的端口状态态作相应的的改变，DDR的端口口状态为DDR，BDDR的端口口状态为BBDR，否否则的话为为DR ootherr。在多路访访问网络中中，DR和BDR与该该网络内所所有其它的的路由器建建立邻接关关系，这些些邻接关系系也是该网网络内全部部的邻接关关系。由于DR和和BDR的引引入，简化化了网络的的逻辑拓扑

32、扑结构，将将一个网状状网络转变变成一个星星型网络，使使协议包的的扩散，计计算变的简简单，并有有效防止了了邻接关系系震荡的发发生。53链路路状态数据据库的同步步在OSPFF中，保持持区域范围围内的所有有路由器的的链路状态态数据库同同步极为重重要。通过过建立并保保持邻接关关系，OSSPF使具具有邻接关关系的路由由器的数据据库同步，进进而保证了了区域范围围内所有路路由器数据据库同步。数据库同同步过程从从建立邻接接关系开始始，在完全全邻接关系系已建立时时完成。当当路由器的的端口状态态为ExSStartt时，路由由器通过发发一个空的的数据库描描述包来协协商“主从”关系以及及数据库描描述包的序序号，Roouterr ID大大的为主，反反之为从。序号也以以主路由器器产生的初初始序号为为基准，以以后的每一一次数据库库描述包的的发送，序序号都要加加1。主路路由器发送送链路状态态描