1、 第 PAGE 12 頁 共 NUMPAGES 12頁OSPF協協議目 錄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協議原原理 PAGEREF _Toc519044730 h 5 HYPERLINK l _Toc519044731 31 自治系統統的分區 PAGEREF _Toc519044731 h 5 HYPER

2、LINK l _Toc519044732 32 區域間路路由 PAGEREF _Toc519044732 h 6 HYPERLINK l _Toc519044733 33 Stubb區和自治治系統外路路由 PAGEREF _Toc519044733 h 6 HYPERLINK l _Toc519044734 34 DR和BDR PAGEREF _Toc519044734 h 7 HYPERLINK l _Toc519044735 4OSPPF報文 PAGEREF _Toc519044735 h 7 HYPERLINK l _Toc519044736 41 OSPFF協議報文文 PAGEREF

3、_Toc519044736 h 7 HYPERLINK l _Toc519044737 42OOSPF包包承載的內內容 PAGEREF _Toc519044737 h 9 HYPERLINK l _Toc519044738 5OSPPF協議的的運行 PAGEREF _Toc519044738 h 10 HYPERLINK l _Toc519044739 51HHelloo協議的運運行 PAGEREF _Toc519044739 h 10 HYPERLINK l _Toc519044740 52 DDR和BDR的產產生 PAGEREF _Toc519044740 h 10 HYPERLINK l

4、 _Toc519044741 53鏈路路狀態數據據庫的同步步 PAGEREF _Toc519044741 h 11 HYPERLINK l _Toc519044742 54路由由表的產生生和查找 PAGEREF _Toc519044742 h 111概述 OSPF協協議是由IInterrnet網網絡工程部部(IETTF)開發發的一種內內部網關協協議(IGGP)，即即網關和路路由器都在在一個自治治系統內部部。OSPPF是一個個鏈路狀態態協議或最最短路徑優優先(SPPF)協議議。雖然該該協議依賴賴于IP環環境以外的的一些技術術，但該協協議專用于于IP，而而且還包括括子網編址址的功能。該協議根根據I

5、P數數據報中的的目的IPP地址來進進行路由選選擇，一旦旦決定了如如何為一個個IP數據據報選擇路路徑，就將將數據報發發往所選擇擇的路徑中中，不需要要額外的包包頭，即不不存在額外外的封裝。該方法與與許多網絡絡不同，因因為他們使使用某種類類型的內部部網絡報頭頭對UDPP進行封裝裝以控制子子網中的路路由選擇協協議。另外外OSPFF可以在很很短的時間間里使路由由選擇表收收斂。OSSPF還能能夠防止出出現回路，這這種能力對對于網狀網網絡或使用用多個網橋橋連接的不不同局域網網是非常重重要的。在在運行OSSPF的每每一個路由由器中都維維護一個描描述自治系系統拓撲結結構的統一一的數據庫庫，該數據據庫由每一一個路

6、由器器的局部狀狀態信息（該該路由器可可用的接口口信息、鄰鄰居信息）、路由器相相連的網絡絡狀態信息息（該網絡絡所連接的的路由器）、外部狀態態信息（該該自治系統統的外部路路由信息）等等組成。每每一個路由由器在自治治系統范圍圍內擴散相相應的狀態態信息。所有的路由由器并行運運行同樣的的算法，根根據該路由由器的拓撲撲數據庫構構造出以它它自己為根根節點的最最短路徑樹樹，該最短短路徑樹的的葉子節點點是自治系系統內部的的其它路由由器。當到到達同一目目的路由器器存在多條條相同代價價的路由時時，OSPPF能夠實實現在多條條路徑上分分配流量。RFC21178中刪刪除了OSSPF的TTOS功能能，但是為為了保證和和以

7、前版本本的兼容性性，在各個個鏈路狀態態宣告中還還保留了TTOS項目目。2SPFF算法與VD算算法相比較較的一組算算法叫作“鏈接狀狀態”（linnksttate）算算法，又叫叫最短路徑徑優先或SSPF(SShorttest Pathh Firrst)算算法。按照SPFF算法的要要求，網關關尋徑表依依賴于一張張表示整個個Inteernett網中網關關與網絡拓拓撲結構的的圖。在這這張圖中，節節點表示網網關，邊表表示連接網網關的網絡絡（linnk），我我們稱之為為LS圖圖。在信息息一致的情情況下，所所有網關的的LS圖圖應該是完完全相同的的。各網關關的尋徑表表是根據相相同的LS圖計算算出來的。LS算算法

8、包括三三個步驟：（1）各個個網關主動動測試與所所有相鄰網網關之間的的狀態。為為此，網關關周期性地地向相鄰網網關發出HHelloo報文，詢詢問相鄰網網關是否能能夠訪問。假如相鄰鄰網關做出出反應，說說明鏈接為為“開”(UP)，否則為為“關”(DOWWN)，鏈鏈接狀態態的取名即即出于此。（2）各網網關周期性性地廣播其其LS信信息。這里里的“廣播”是真正意意義的廣播播，不象VVD算法法那樣只向向相鄰網關關發送VD報文，而而是向所有有參加SPPF算法的的網關發送送LS報報文。（3）網關關收到LS報文后后，利用它它刷新網絡絡拓撲圖，將將相應鏈接接改為“開”或“關關”狀態。假如LS發生變變化，網關關立即利用

9、用最短路徑徑算法，根根據LSS圖重新計計算本地路路徑。在實際應用用中有好幾幾種最短路路徑選擇算算法，大多多數是以AA算法（aalgorrithmm A）為為基礎。該該算法已作作為互連網網絡SPFF協議的模模型，并且且多年來被被用于優化化網絡設計計和網絡的的拓撲結構構。各節點點用自己擁擁有的統一一的描述自自治系統拓拓撲結構的的數據庫，以以自己為根根，建立一一個路徑選選擇的尋徑徑表。在圖圖1中，節節點A是源源節點，節節點J是目目的節點。其具體的的步驟如下下：（1）在圖圖1中，網網絡中的每每條路徑有有一個權值值，該權值值是根據某某一標準（如如考慮距離離、時延、隊列長度度等）得出出的；（2）為每每個節

10、點標標上一條已已知路徑從從源端到該該節點需要要的最小代代價。最初初不知道任任何路徑，所所以每個節節點的標號號為無窮大大；（3）為每每個節點檢檢測它周圍圍有哪些相相鄰的節點點，源節點點是第一個個被考慮的的節點，并并且變為工工作節點；（4）為工工作節點的的每個相鄰鄰的節點分分配一個最最小代價標標號。如果果發現一條條從該節點點到源節點點的更短的的路徑，則則修改標號號。在OSSPF中，當當鏈路狀態態報文廣播播到所有其其他節點時時，會發生生這種情況況（即因發發現更短的的路徑而修修改標號）；(5)在給給相鄰節點點分配了標標號以后，檢檢測網絡中中的其他節節點，如果果某個已分分配了標號號的節點擁擁有較小的的標

11、號值，則則它的標號號變為永久久標號，該該節點變為為工作節點點；(6)如果果某節點的的標號與到到它的某個個相鄰節點點路徑上的的權值之和和小于該相相鄰節點的的標號，在在改變該相相鄰節點的的標號，因因為發現了了一條更短短的路徑；(7)選擇擇另一個工工作節點，重重復上述過過程直到窮窮盡所有的的可能。最最后的每個個節點的標標號就給出出了源節點點和目的節節點之間的的一條端到到端的代價價最低的路路徑。圖1 AA算法的應應用經過了上面面的計算可可以形成圖圖2所示的的路由選擇擇拓撲圖（即即最短距離離樹，又稱稱最優樹）：圖2 路路由器A的的路由選擇擇拓撲圖3OSPPF協議原原理31 自治系統統的分區OSPF允允許

12、在一個個自治系統統里劃分區區域的做法法，相鄰的的網絡和它它們相連的的路由器組組成一個區區域(Arrea)。每一個區區域有該區區域自己拓拓撲數據庫庫，該數據據庫對于外外部的區域域是不可見見的，每個個區域內部部路由器的的鏈路狀態態信息數據據庫實際上上只包含著著該區域內內的鏈路狀狀態信息，他他們也不能能詳細地知知道外部的的鏈接情況況，在同一一個區域內內的路由器器擁有同樣樣的拓撲數數據庫。和和多個區域域相連的路路由器擁有有多個區域域的鏈路狀狀態信息庫庫。劃分區區域的方法法減少了鏈鏈路狀態信信息數據庫庫的大小、并極大地地減少了路路由器間交交換狀態信信息的數量量。如圖33所示。 AS Area0 Area

13、2Area1Area3 Area4 RRRRRRR圖3 把自自治系統分分成多個OOSPF區區域在多于一一個區域的的自治系統統中，OSSPF規定定必須有一一個骨干區區（bacckbonne）aarea 0，骨干干區是OSSPF的中中樞區域，它它與其他區區域通過區區域邊界路路由器(AABR)相相連。區域域邊界路由由器通過骨骨干區進行行區域路由由信息的交交換。為了了達到一個個區域的各各個路由器器保持相同同的鏈路狀狀態信息庫庫，這就要要求骨干區區是相連的的，但是并并不要求它它們是物理理連接的。在實際的的環境中，如如果它們在在物理上是是斷開的，這這時可以通通過建立虛虛鏈路(VVirtuual LLink

14、)的方法保保證骨干區區域的連續續性。虛鏈鏈將屬于骨骨干區并且且到一個非非骨干區都都有接口的的兩個ABBR連接起起來，虛鏈鏈本身屬于于骨干區，OSPF將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（unnumbered point-to-point）連接。32 區域間路路由當兩個非骨骨干區域間間路由IPP包的時，必必須通過骨骨干區。IIP包經過過的路徑分分為三個部部分：源區區域內路徑徑（從源端端到ABRR）、骨干干路徑（源源和目的區區域間的骨骨干區路徑徑）、目的的端區域內內路徑（目目的區域的的ABR到到目的路由由器的路徑徑）。從另另一個觀點點來看，一一個自治系系統就象一一個以骨干干區作為

15、HHub，各各個非骨干干區域連到到Hub上上的星型結結構圖。各各個區域邊邊界路由器器在骨干區區上進行路路由信息的的交換，發發布本區域域的路由信信息，同時時收到其他他ABR發發布的信息息，傳到本本區域進行行鏈路狀態態的更新以以形成最新新的路由表表。33 Stubb區和自治治系統外路路由在一個OSSPF自治治系統中有有這樣一種種特殊的區區域存根區區域（Sttub區域域），在這這個區域中中只有一個個外部出口口，該區域域不允許外外部的非OOSPF的的路由信息息進入。到到自治系統統外的包只只能依靠缺缺省路由。存根區域域的邊界路路由器必須須在路由概概要里向區區域宣告這這個缺省路路由，但是是不能超過過這個存

16、根根區域。缺缺省路由的的使用可以以減少鏈路路狀態信息息庫的大小小。對于該該自治系統統外部路由由信息，如如BGP產生生的路由信信息，可以以通過該自自治系統的的區域邊界界路由器（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。34 DR和BBDR在自治系統統內的每個個廣播和非非廣播多點點訪問（NNBMA）網網絡里，都都有一個指指定路由器器（DRDesiignatted RRouteer）和一一個備份指指定路由器器（BDRRBacckup Desii

17、gnatted RRouteer），它它們是通過過Helllo協議選選舉產生的的。DR的的主要功能能是：（1）產生生代表本網網絡的網絡絡路由宣告告，這個宣宣告列出了了連到該網網絡有哪些些路由器，其其中包括DDR自己；（2）DRR同本網絡絡的所有其其他的路由由器建立一一種星型的的鄰接關系系，這種鄰鄰接關系是是用來交換換各個路由由器的鏈路路狀態信息息，從而同同步鏈路狀狀態信息庫庫。DR在在路由器的的鏈路狀態態信息庫的的同步上起起到核心的的作用。另一個比較較重要的路路由器是BBDR，BDR也和和該網絡中中的其它路路由器建立立鄰接關系系。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，

18、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不生成網絡鏈路廣播消息。在DR、BBDR的選選舉后，該該網絡內其其它路由器器向DR、BDR發送送鏈路狀態態信息，并并經DR轉發到到和DR建立鄰鄰接關系的的其它路由由器。當鏈鏈路狀態信信息交換完完畢時，DDR和其它它路由器的的鄰接關系系進入了穩穩定態，區區域范圍內內統一的拓拓撲（鏈路路狀態）數數據庫也就就建立了，每每個路由器器以該數據據庫為基礎礎，采用SSPF算法法計算出各各個路由器器的路由表表，這樣就就可以進行行路由轉發發了。4OSPPF報文41 OSPFF協議報文文OSPF使使用五種類類型的

19、路由由協議包，在在各個路由由器間進行行交換信息息，如表11所示。每每種協議包包都包含224字節的的OSPFF協議包的的首部，如如圖4所示示。Helloo協議用于于尋找和維維護路由器器所連網絡絡上的鄰居居關系。通通過周期性性地發出HHelloo包，來確確定和維護護鄰居路由由器接口是是否仍在起起作用。HHelloo包被發送送到網絡上上的每個活活動的路由由器接口。在廣播和和非廣播的的多點訪問問的網絡上上，DR和和BDR的的選舉也是是通過Heello包包來完成的的。在不同同的物理網網絡上，HHelloo包的目的的地址是不不同的；在在點到點和和廣播網絡絡上，其目目的地址是是AllSSPFRoouterr

20、(2244.0.00.5)；在虛鏈路路上是單播播，也就是是從虛鏈路路的源端直直接發送到到鏈路的另另一端；而而在點到多多點的網絡絡上，分離離的Helllo包分分別發送到到相連的每每一個鄰居居；在非廣廣播的多點點訪問網絡絡上，Heello包包的發送要要看各個路路由器的配配置信息。表1 OOSPF路路由協議包包類型包類型目的Helloo協議包發現和維護護鄰居數據庫描述述匯總數據庫庫內容鏈路狀態請請求數據庫下載載鏈路狀態更更新數據庫上載載鏈路狀態確確認擴散確認 圖4 OOSPF協協議包的首首部數據庫描描述包是類類型往為22的OSPPF包，在在形成鄰接接過程中的的路由器之之間交換數數據庫描述述包，且它它

21、們描述鏈鏈路狀態數數據庫。根根據接口數數和網絡數數，可能不不只一個數數據庫描述述包來傳輸輸整個鏈路路狀態數據據庫。在交交換的過程程中所涉及及的路由器器建立主從從關系。主主路由器發發送包，而而從路由器器通過使用用數據庫描描述（Daatabaase DDescrriptiionDDD）序列列號認可接接收到的包包。接口MMTU域指指示通過該該接口可發發送的最大大IP包長長度。當通通過虛鏈路路發送包時時，這個域域設置為00。選項域域包含3位位，用于顯顯示路由器器的能力。I位是IInit位位，對數據據庫序列中中的第一個個包，設置置為1。MM位設置為為1，表示示在序列中中還有更多多的數據庫庫描述包。MS位

22、是是主從位，在在數據庫描描述包交換換期間，11表示路由由器是主路路由器，而而0表示路路由器是從從路由器。包的其余余部分是一一個或多個個LSA，如如圖5所示示。圖5 數據庫描描述包格式式鏈路狀態態請求包是是類型為33的OSPPF包，它它們的格式式如圖6所所示。當兩兩個路由器器完成交換換數據庫描描述包時，路路由器可檢檢測鏈路狀狀態數據庫庫是否過時時。當這種種情況發生生時，路由由器可請求求新一些的的數據庫描描述包。 圖6 路由由狀態請求求包格式鏈路狀態態更新包是是類型為44的OSPPF包，它它們用于實實現LSAA的傳播。鏈路狀態態更新包格格式顯示在在圖7中。每個鏈路路狀態更新新包包含一一個或多個個L

23、SA，而而每個包通通過使用鏈鏈路狀態確確認包來認認可。圖7 鏈路路狀態更新新包的格式式鏈路狀態確確認包是類類型位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。這些些包發送到到三個地址址之一：多多點傳送地地址AlllDRouuterss，多點傳傳送地址AAllSPPFRouuterss，或單點點傳送地址址。OSPF包包承載的內內容路由器鏈路路狀態宣告告 路由器為每每個有活動動OSPFF接口的區區域生成一一個路由器器LSA。包含在路路由器LAAS中的信信息是路由由器接口在在該區域中中的狀態，而而LSA在在整個區域域傳播。進進入一個區區域的所有有路由器接接口必須在在

24、一個路由由器LSAA中說明。鏈路狀態態ID域是是路由器的的OSPFF ID。VEB位位用于確定定路由器可可能有的鏈鏈路類型。V位顯示示路由器虛虛擬鏈路的的端點。鏈路ID標標識路由器器的接口所所連接的對對象。鏈路路ID一般般等于鄰居居路由器的的鏈路狀態態ID。鏈鏈路數據域域的內容取取決于鏈路路類型。如如果路由器器與存根區區域連接，那那么，這個個域將包含含這個網絡絡的IP地地址掩碼。對其他類類型的鏈路路，這個域域包含分配配給該接口口的IP地地址。服務務類型域通通常設置為為0，最后后的值是度度量值，或或鏈路的費費用。網絡鏈路狀狀態宣告網絡LSAA是類型為為2的LAAS，而這這樣的LSSA是由支支持兩

25、個或或多個路由由器的每個個廣播和NNBMA網網絡所生成成的。網絡絡LSA是是由網絡的的DR所創創建的。這這個LSAA描述了連連接到網絡絡的所有的的路由器，包包括DR自自己。鏈路路狀態IDD是DR到到這個區域域的接口的的IP地址址。匯總鏈路狀狀態宣告類型3和類類型4的LLSA是匯匯總鏈路狀狀態宣告。匯總LSSA是有區區域邊界路路由器生成成的，而且且它們說明明區域的目目標。3型型匯總有IIP地址目目標，鏈路路狀態IDD是IP的的網絡號。4型匯總總LSA以以一個自治治系統邊界界路由器為為其目標，鏈鏈路狀態IID是OSSPF路由由器ID。鏈路狀態態ID是兩兩種類型LLSA包之之間的唯一一區別。外部自治

26、系系統鏈路狀狀態宣告類型5是AASExxternnal LLSA，它它被用于說說明自治系系統外的網網絡。ASSExtternaal LSSA用于說說明到外部部網絡的路路由。鏈路路狀態IDD域包含IIP網絡號號或0.00.0.00，如果它它描述一個個默認路由由，此時的的作為掩碼碼也是0.0.0.0。5OSPPF協議的的運行Helloo協議的運運行Helloo協議的作作用是發現現和維護鄰鄰居關系、選舉DRR和BDR。在在廣播型網網絡上每一一個路由器器周期性地地廣播Heello包包（目的地地址是AlllSPFFRoutter），使使得它能夠夠被鄰居發發現。每一一個路由器器的每個接接口都有一一個相關的

27、的接口數據據結構，當當Helllo包里的的特定參數數（如Arrea IID, AAutheenticcatioon, NNetwoork MMask, HellloInntervval, RoutterDeeadInntervval 和和Optiions valuues）相相匹配時，HHelloo包才能被被接收。HHelloo包中包含含著本路由由器所希望望選舉的DDR和該DR的優先先級、BDDR和BDR的優優先級、還還有本路由由器通過交交換Helllo協議議包所“看”到的其它它路由器。從Helllo包里里得到的鄰鄰居被放在在路由器的的鄰居列表表里。當從從接收到的的Helllo包里看看到自己時時

28、，就建立立了雙向通通信。建立立了雙向通通信的路由由器才有可可能建立連連接（addjaceency）關關系，能否否建立連接接關系，要要看連接兩兩個鄰居的的網絡的類類型。通過過Helllo協議包包的交換，得得知了希望望成為DRR和BDR的路路由器以及及他們的優優先級，下下一步的工工作是選舉舉DR和BDR。52 DDR和BDDR的產生生在初始狀態態下，一個個路由器的的活動接口口設置DRR和BDR為0.0.0.0，這意意味著沒有有DR和BDR被選選舉出來。同時設置置Waitt Timmer，其其值為RoouterrDeaddInteervall，其作用用是如果在在這段數時時間里還沒沒有收到有有關DR和

29、和BDR的的宣告，那那么它就宣宣告自己為為DR或BBDR。經經過Helllo協議議交換過程程后，每一一個路由器器獲得了希希望成為DDR和BDR的那那些路由器器的信息，按按照下列步步驟選舉DDR和BDR：（1）在路路由器同一一個或多個個路由器建建立雙向的的通信以后后，就檢查查每個鄰居居Helllo包里的的優先級、DR和BBDR域。列出所有有符合DRR和BDRR選舉的路路由器（他他們的優先先級要大于于0，接口口狀態要大大于雙向通通信），列列出所有的的DR，列列出所有的的BDR；（2）從這這些合格的的路由器中中建立一個個沒有宣稱稱自己為DDR的子集集（因為宣宣稱為DRR的路由器器不能選舉舉成為BDD

30、R）；（3）如果果在這個子子集里有一一個或多個個鄰居（包包括它自己己的接口）在在BDR域域宣稱自己己為BDRR，則選舉舉具有最高高優先級的的路由器，如如果優先級級相同，則則選擇具有有最高Roouterr ID的的那個路由由器為BDDR；（4）如果果在這個子子集里沒有有路由器宣宣稱自己為為BDR，則則在它的鄰鄰居里選擇擇具有最高高優先級的的路由器為為BDR，如如果優先級級相同，則則選擇具有有最大Roouterr ID的的路由器為為BDR；（5）在宣宣稱自己為為DR的路路由器列表表中，如果果有一個或或多個路由由器宣稱自自己為DRR，則選擇擇具有最高高優先級的的路由器為為DR，如如果優先級級相同，則

31、則選擇具有有最大Roouterr ID的的路由器為為DR；（6）如果果沒有路由由器宣稱為為DR，則則將最新選選舉的BDDR作為DDR；（7）如果果是第一選選舉某個路路由器為DDR/BDDR或沒有有DR/BBDR被選選舉，則要要重復2到到6步，然然后是第88步。（8）將選選舉出來的的路由器的的端口狀態態作相應的的改變，DDR的端口口狀態為DDR，BDDR的端口口狀態為BBDR，否否則的話為為DR ootherr。在多路訪訪問網絡中中，DR和BDR與該該網絡內所所有其它的的路由器建建立鄰接關關系，這些些鄰接關系系也是該網網絡內全部部的鄰接關關系。由于DR和和BDR的引引入，簡化化了網絡的的邏輯拓撲

32、撲結構，將將一個網狀狀網絡轉變變成一個星星型網絡，使使協議包的的擴散，計計算變的簡簡單，并有有效防止了了鄰接關系系震蕩的發發生。53鏈路路狀態數據據庫的同步步在OSPFF中，保持持區域范圍圍內的所有有路由器的的鏈路狀態態數據庫同同步極為重重要。通過過建立并保保持鄰接關關系，OSSPF使具具有鄰接關關系的路由由器的數據據庫同步，進進而保證了了區域范圍圍內所有路路由器數據據庫同步。數據庫同同步過程從從建立鄰接接關系開始始，在完全全鄰接關系系已建立時時完成。當當路由器的的端口狀態態為ExSStartt時，路由由器通過發發一個空的的數據庫描描述包來協協商“主從”關系以及及數據庫描描述包的序序號，Roouterr ID大大的為主，反反之為從。序號也以以主路由器器產生的初初始序號為為基準，以以后的每一一次數據庫庫描述包的的發送，序序號都要加加1。主路路由器發送送鏈路狀態態描