1、OSPF協議1概述32. SPFfT法33. OSPF協議原理531自治系統的分區532區域間路由633Stub區和自治系統外路由634DR和BDR64.OSPF艮文74. 1OSPF協議報文75. 2OSP冠承載白勺內容96. OSP助議的運行1051Hello協議的運行105.2DR和BDR勺產生1053鏈路狀態數據庫的同步1154路由表的產生和查找11第 3 頁 共 12頁1概述OSPF協議是由Internet網絡工程部（IETF）開發的一種內部網關協議（IGP）,即網關和路由器都在一個自治系統內部。OSPF一個鏈路狀態協議或最短路徑優先（SPF）協議。雖然該協議依賴于IP環境以外的一些

2、技術，但該協議專用于IP,而且還包括子網編址的功能。該協議根據IP數據報中的目的IP地址來進行路由選擇，一旦決定了如何為一個IP數據報選擇路徑，就將數據報發往所選擇的路徑中，不需要額外的包頭，即不存在額外的封裝。該方法與許多網絡不同，因為他們使用某種類型的內部網絡報頭對UDF®行封裝以控制子網中的路由選擇協議。另外OSPFW以在很短的時間里使路由選擇表收斂。OSPF還能夠防止出現回路，這種能力對于網狀網絡或使用多個網橋連接的不同局域網是非常重要的。在運行OSPF的每一個路由器中都維護一個描述自治系統拓撲結構的統一的數據庫，該數據庫由每一個路由器的局部狀態信息（該路由器可用的接口信息、

3、鄰居信息）、路由器相連的網絡狀態信息（該網絡所連接的路由器）、外部狀態信息（該自治系統的外部路由信息）等組成。每一個路由器在自治系統范圍內擴散相應的狀態信息。所有的路由器并行運行同樣的算法，根據該路由器的拓撲數據庫構造出以它自己為根節點的最短路徑樹，該最短路徑樹的葉子節點是自治系統內部的其它路由器。當到達同一目的路由器存在多條相同代價的路由時，OSPFT歸夠實現在多條路徑上分配流量。RFC2178中刪除了OSPF的TOS功能，但是為了保證和以前版本的兼容性，在各個鏈路狀態宣告中還保留了TOS項目。2.SPF算法與VD算法相比較的一組算法叫作“鏈接狀態”（linkstate）算法，又叫最短路徑優

4、先或SPF（ShortestPathFirst）算法。按照SPF算法的要求，網關尋徑表依賴于一張表示整個Internet網中網關與網絡拓撲結構的圖。在這張圖中，節點表示網關，邊表示連接網關的網絡（link），我們稱之為LS圖。在信息一致的情況下，所有網關的LS圖應該是完全相同的。各網關的尋徑表是根據相同的LS圖計算出來的。LS算法包括三個步驟：（1）各個網關主動測試與所有相鄰網關之間的狀態。為此，網關周期性地向相鄰網關發出Hello報文，詢問相鄰網關是否能夠訪問。假如相鄰網關做出反應，說明鏈接為“開”（UP）,否則為“關”（DOWN）鏈接一狀態的取名即出于此。（2）各網關周期性地廣播其LS信息

5、。這里的“廣播”是真正意義的廣播，不象VD算法那樣只向相鄰網關發送VD報文，而是向所有參加SPF算法的網關發送LS報文。(3)網關收到LS報文后，利用它刷新網絡拓撲圖，將相應鏈接改為“開”或“關”狀態。假如L-S發生變化，網關立即利用最短路徑算法，根據L-S圖重新計算本地路徑。在實際應用中有好幾種最短路徑選擇算法，大多數是以A算法(algorithmA)為基礎。該算法已作為互連網絡SPF協議的模型，并且多年來被用于優化網絡設計和網絡的拓撲結構。各節點用自己擁有的統一的描述自治系統拓撲結構的數據庫，以自己為根，建立一個路徑選擇的尋徑表。在圖1中，節點A是源節點，節點J是目的節點。其具體的步驟如下

6、：(1)在圖1中，網絡中的每條路徑有一個權值，該權值是根據某一標準(如考慮距離、時延、隊列長度等)得出的；(2)為每個節點標上一條已知路徑從源端到該節點需要的最小代價。最初不知道任何路徑，所以每個節點的標號為無窮大；(3)為每個節點檢測它周圍有哪些相鄰的節點，源節點是第一個被考慮的節點，并且變為工作節點；(4)為工作節點的每個相鄰的節點分配一個最小代價標號。如果發現一條從該節點到源節點的更短的路徑，則修改標號。在OSPF中，當鏈路狀態報文廣播到所有其他節點時，會發生這種情況(即因發現更短的路徑而修改標號)；(5)在給相鄰節點分配了標號以后，檢測網絡中的其他節點，如果某個已分配了標號的節點擁有較

7、小的標號值，則它的標號變為永久標號，該節點變為工作節點；(6)如果某節點的標號與到它的某個相鄰節點路徑上的權值之和小于該相鄰節點的標號，在改變該相鄰節點的標號，因為發現了一條更短的路徑；(7)選擇另一個工作節點，重復上述過程直到窮盡所有的可能。最后的每個節點的標號就給出了源節點和目的節點之間的一條端到端的代價最低的路徑。(7,D)圖1A算法的應用經過了上面的計算可以形成圖2所示的路由選擇拓撲圖(即最短距離樹，又稱最優樹):圖2路由器A的路由選擇拓撲圖3.OSPF協議原理3.1自治系統的分區OSPF允許在一個自治系統里劃分區域的做法，相鄰的網絡和它們相連的路由器組成一個區域(Area)。每一個區

8、域有該區域自己拓撲數據庫，該數據庫對于外部的區域是不可見的，每個區域內部路由器的鏈路狀態信息數據庫實際上只包含著該區域內的鏈路狀態信息，他們也不能詳細地知道外部的鏈接情況，在同一個區域內的路由器擁有同樣的拓撲數據庫。和多個區域相連的路由器擁有多個區域的鏈路狀態信息庫。劃分區域的方法減少了鏈路狀態信息數據庫的大小、并極大地減少了路由器間交換狀態信息的數量。如圖3所示。第5頁共12頁圖3把自治系統分成多個OSPF區域在多于一個區域的自治系統中，OSPF規定必須有一個骨干區（backbone）-area0,骨干區是OSPF的中樞區域，它與其他區域通過區域邊界路由器（ABR）相連。區域邊界路由器通過骨

9、干區進行區域路由信息的交換。為了達到一個區域的各個路由器保持相同的鏈路狀態信息庫，這就要求骨干區是相連的，但是并不要求它們是物理連接的。在實際的環境中，如果它們在物理上是斷開的，這時可以通過建立虛鏈路（VirtualLink）的方法保證骨干區域的連續性。虛鏈將屬于骨干區并且到一個非骨干區都有接口的兩個ABR連接起來，虛鏈本身屬于骨干區，OSPFB通過虛鏈連接的兩個路由器看作是通過未編號的點對點鏈路（unnumberedpoint-to-point）連接。3 2區域間路由當兩個非骨干區域間路由IP包的時，必須通過骨干區。IP包經過的路徑分為三個部分：源區域內路徑（從源端到ABR）、骨干路徑（源和

10、目的區域間的骨干區路徑）、目的端區域內路徑（目的區域的ABRiU目的路由器的路徑）。從另一個觀點來看，一個自治系統就象一個以骨干區作為Hub,各個非骨干區域連到Hub上的星型結構圖。各個區域邊界路由器在骨干區上進行路由信息的交換，發布本區域的路由信息，同時收到其他ABRt布的信息，傳到本區域進行鏈路狀態的更新以形成最新的路由表。4 3Stub區和自治系統外路由在一個OSPF自治系統中有這樣一種特殊的區域一一存根區域（Stub區域），在這個區域中只有一個外部出口，該區域不允許外部的非OSPF的路由信息進入。到自治系統外的包只能依靠缺省路由。存根區域的邊界路由器必須在路由概要里向區域宣告這個缺省路

11、由，但是不能超過這個存根區域。缺省路由的使用可以減少鏈路狀態信息庫的大小。對于該自治系統外部路由信息，如BGP產生的路由信息，可以通過該自治系統的區域邊界路由器（ASBR）透明地擴散到整個自治系統的各個區域中，使得該自治系統內部的每一臺路由器都能夠獲得外部的路由信息。但是該信息不能擴散到存根區域。這樣自治系統內的路由器可以通過ASBR路由包到自治系統外的目標。5 4DR和BDR在自治系統內的每個廣播和非廣播多點訪問（NBMA）網絡里，都有一個指定路由器（DR一DesignatedRouter）和一個備份指定路由器（BDRBackupDesignatedRouter）,它們是通過Hello協議選

12、舉產生的。DR的主要功能是：（1）產生代表本網絡的網絡路由宣告，這個宣告列出了連到該網絡有哪些路由器，其中包括DR自己；(2)DR同本網絡的所有其他的路由器建立一種星型的鄰接關系，這種鄰接關系是用來交換各個路由器的鏈路狀態信息，從而同步鏈路狀態信息庫。DR在路由器的鏈路狀態信息庫的同步上起到核心的作用。另一個比較重要的路由器是BDRBDR也和該網絡中的其它路由器建立鄰接關系。因此，BDR的設立是為了保證當DR發生故障時盡快接替DR的工作，而不至于出現由于需重新選舉DR和重新構筑拓撲數據庫而產生大范圍的數據庫震蕩。當DR存在的情況下，BDR生成網絡鏈路廣播消息。在DRBDR的選舉后，該網絡內其它

13、路由器向DRBDR發送鏈路狀態信息，并經DR轉發到和DR建立鄰接關系的其它路由器。當鏈路狀態信息交換完畢時，DR和其它路由器的鄰接關系進入了穩定態，區域范圍內統一的拓撲(鏈路狀態)數據庫也就建立了，每個路由器以該數據庫為基礎，采用SPF算法計算出各個路由器的路由表，這樣就可以進行路由轉發了。4.OSPF艮文4.1OSPF協議報文1所示。每種OSPF使用五種類型的路由協議包，在各個路由器間進行交換信息，如表協議包都包含24字節的OSP劭議包的首部，如圖4所示。Hello協議用于尋找和維護路由器所連網絡上的鄰居關系。通過周期性地發出Hello包，來確定和維護鄰居路由器接口是否仍在起作用。Hello

14、包被發送到網絡上的每個活動的路由器接口。在廣播和非廣播的多點訪問的網絡上，DR和BDR的選舉也是通過Hello包來完成的。在不同的物理網絡上，Hello包的目的地址是不同的；在點到點和廣播網絡上，其目的地址是AllSPFRouter(224.0.0.5);在虛鏈路上是單播，也就是從虛鏈路的源端直接發送到鏈路的另一端；而在點到多點的網絡上，分離的Hello包分別發送到相連的每一個鄰居；在非廣播的多點訪問網絡上，Hello包的發送要看各個路由器的配置信息。表1OSPF路由協議包類型包類型目的Hello協議包發現和維護鄰居數據庫描述匯總數據庫內容鏈路狀態請求數據庫下載鏈路狀態更新數據庫上載鏈路狀態確

15、認擴散確認版本號類型包長度路由器ID區域ID檢驗和AuType身份驗證身份驗證圖4OSPF協議包的首部數據庫描述包是類型往為2的OSPFU,在形成鄰接過程中的路由器之間交換數據庫描述包，且它們描述鏈路狀態數據庫。根據接口數和網絡數，可能不只一個數據庫描述包來傳輸整個鏈路狀態數據庫。在交換的過程中所涉及的路由器建立主從關系。主路由器發送包，而從路由器通過使用數據庫描述(DatabaseDescription-DE)序列號認可接收到的包。接口MTIM指示通過該接口可發送的最大IP包長度。當通過虛鏈路發送包時，這個域設置為0。選項域包含3位，用于顯示路由器的能力。I位是Init位，對數據庫序列中的第

16、一個包，設置為1。M位設置為1,表示在序列中還有更多的數據庫描述包。M騎是主從位，在數據庫描述包交換期間，1表示路由器是主路由器，而0表示路由器是從路由器。包的其余部分是一個或多個LSA,如圖5所示。InterfaceMTUOptions00000IMMSDDsequencenumberAnLSAHeader圖5數據庫描述包格式6所示。當兩個路由器完成交 當這種情況發生時，路由器可鏈路狀態請求包是類型為3的OSP咆，它們的格式如圖換數據庫描述包時，路由器可檢測鏈路狀態數據庫是否過時。請求新一些的數據庫描述包。第9頁共12頁LSA的傳播。鏈路狀態更新包格鏈路狀態更新包是類型為4的OSP咆，它們用

17、于實現式顯示在圖7中。每個鏈路狀態更新包包含一個或多個LSA,而每個包通過使用鏈路狀態確認包來認可。LSA的個數LSA圖7鏈路狀態更新包的格式鏈路狀態確認包是類型位5的OSP咆，其格式中除了OSP咆首部外，包才LAS的首部。這些包發送到三個地址之一：多點傳送地址AllDRouters,多點傳送地址AllSPFRouters,或單點傳送地址。4. 2OSPF&承載的內容路由器鏈路狀態宣告路由器為每個有活動OSPF接口的區域生成一個路由器LSA。包含在路由器LAS中的信息是路由器接口在該區域中的狀態，而LSA在整個區域傳播。進入一個區域的所有路由器接口必須在一個路由器LSA中說明。鏈路狀態

18、ID域是路由器的OSPFD。VEB位用于確定路由器可能有的鏈路類型。V位顯示路由器虛擬鏈路的端點。鏈路ID標識路由器的接口所連接的對象。鏈路ID一般等于鄰居路由器的鏈路狀態ID。鏈路數據域的內容取決于鏈路類型。如果路由器與存根區域連接，那么，這個域將包含這個網絡的IP地址掩碼。對其他類型的鏈路，這個域包含分配給該接口的IP地址。服務類型域通常設置為0,最后的值是度量值，或鏈路的費用。網絡鏈路狀態宣告網絡LSA是類型為2的LAS,而這1的LSA是由支持兩個或多個路由器的每個廣播和NBMA網絡所生成的。網絡LSA是由網絡的DR所創建的。這個LSA描述了連接到網絡的所有的路由器，包括DR自己。鏈路狀

19、態ID是DR到這個區域的接口的IP地址。匯總鏈路狀態宣告類型3和類型4的LSA是匯總鏈路狀態宣告。匯總LSA是有區域邊界路由器生成的，而且它們說明區域的目標。3型匯總有IP地址目標，鏈路狀態ID是IP的網絡號。4型匯總LSA以一個自治系統邊界路由器為其目標，鏈路狀態ID是OSPFM由器ID。鏈路狀態ID是兩種類型LSA包之間的唯一區別。外部自治系統鏈路狀態宣告類型5是AS-ExternalLSA,它被用于說明自治系統外的網絡。AS-ExternalLSA用于說明到外部網絡的路由。鏈路狀態ID域包含IP網絡號或0.0.0.0,如果它描述一個默認路由，此時的作為掩碼也是0.0.0.0。5. OSP

20、FJ、議的運行51Hello協議的運行Hello協議的作用是發現和維護鄰居關系、選舉DR和BDR在廣播型網絡上每一個路由器周期性地廣播Hello包(目的地址是AllSPFRouter)，使得它能夠被鄰居發現。每一個路由器的每個接口都有一個相關的接口數據結構，當Hello包里的特定參數(如AreaID,Authentication,NetworkMask,HelloInterval,RouterDeadInterval和Optionsvalues)相匹配時，Hello包才能被接收。Hello包中包含著本路由器所希望選舉的DR和該DR的優先級、BDM口BDR的優先級、還有本路由器通過交換Hello

21、協議包所“看”到的其它路由器。從Hello包里得到的鄰居被放在路由器的鄰居列表里。當從接收到的Hello包里看到自己時，就建立了雙向通信。建立了雙向通信的路由器才有可能建立連接(adjacency)關系，能否建立連接關系，要看連接兩個鄰居的網絡的類型。通過Hello協議包的交換，得知了希望成為DR和BDR勺路由器以及他們的優先級，下一步的工作是選舉DR和BDR5. 2DR和BDR勺產生在初始狀態下，一個路由器的活動接口設置DR和BDR為0.0.0.0,這意味著沒有DR和BDR被選舉出來。同時設置WaitTimer,其值為RouterDeadInterval,其作用是如果在這段數時間里還沒有收到

22、有關DR和BDR的宣告，那么它就宣告自己為DR或BDR經過Hello協議交換過程后，每一個路由器獲得了希望成為DR和BDR的那些路由器的信息，按照下列步驟選舉DR和BDR(1)在路由器同一個或多個路由器建立雙向的通信以后，就檢查每個鄰居Hello包里的優先級、DR和BDRM。列出所有符合DR和BD砒舉的路由器(他們的優先級要大于0,接口狀態要大于雙向通信)，列出所有的DR列出所有的BDR(2)從這些合格的路由器中建立一個沒有宣稱自己為DR的子集(因為宣稱為DR的路由器不能選舉成為BDR)；(3)如果在這個子集里有一個或多個鄰居(包括它自己的接口)在BDRM宣稱自己為BDR則選舉具有最高優先級的

23、路由器，如果優先級相同，則選擇具有最高RouterID的那個路由器為BDR；(4)如果在這個子集里沒有路由器宣稱自己為BDR則在它的鄰居里選擇具有最高優先級的路由器為BDR如果優先級相同，則選擇具有最大RouterID的路由器為BDR(5)在宣稱自己為DR的路由器列表中，如果有一個或多個路由器宣稱自己為DR則選擇具有最高優先級的路由器為DR如果優先級相同，則選擇具有最大RouterID的路由器為DR；(6)如果沒有路由器宣稱為DR則將最新選舉的BDR乍為DR;(7)如果是第一選舉某個路由器為DR/BDR沒有DR/BDRt選舉，則要重復2到6步,然后是第8步。(8)將選舉出來的路由器的端口狀態作

24、相應的改變，DR的端口狀態為DRBDR的端口狀態為BDR否則白話為DRother。在多路訪問網絡中，DR和BDR與該網絡內所有其它的路由器建立鄰接關系，這些鄰接關系也是該網絡內全部的鄰接關系。由于DR和BDR的引入，簡化了網絡的邏輯拓撲結構，將一個網狀網絡轉變成一個星型網絡，使協議包的擴散，計算變的簡單，并有效防止了鄰接關系震蕩的發生。5 3鏈路狀態數據庫的同步在OSPF中，保持區域范圍內的所有路由器的鏈路狀態數據庫同步極為重要。通過建立并保持鄰接關系，OSPF使具有鄰接關系的路由器的數據庫同步，進而保證了區域范圍內所有路由器數據庫同步。數據庫同步過程從建立鄰接關系開始，在完全鄰接關系已建立時完成。當路由器的端口狀態為ExStart時，路由器通過發一個空的數據庫描述包來協商“主從”關系以及數據庫描述包的序號，RouterID大的為主，反之為從。序號也以主路由器產生的初始序號為基準，以后的每一次數據庫描述包的發送，序號都要加1。主路由器發送鏈路狀態描述包(數據庫描述包)，從路由器接收鏈路狀態描述包后來檢查自己的鏈路狀態數據庫，如果發現鏈路狀態數據庫里沒有改項，則進行添加該項，并將該項加