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OSPFv3兩個版本，其中OSPFv2用于IPv4網(wǎng)絡(luò)，而OSPFv3用于IPv6網(wǎng)絡(luò)?？捎糜诖笮途W(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)于了解整個網(wǎng)絡(luò)的拓撲。 OSPF路由器使用“最短路徑優(yōu)先（SPF）”算法來獨立計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”連接的相互獨立的部分。這些獨立的部分稱為“區(qū)域”，“主干”部分稱為“主干區(qū)域”。每個區(qū)域就像一個獨立的網(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，路由計算時間和報文數(shù)不會太大。一個

2. OSPF數(shù)據(jù)包

1. hello package發(fā)現(xiàn)，維護和創(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)確認報文

3. OSPF的四種路由器類型

OSPF在邏輯上將自治系統(tǒng)分為一個或多個區(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

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為每個連接區(qū)域建立一個鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，并負責(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負責(zé)將該信息發(fā)送到每個區(qū)域。一個

自治域系統(tǒng)邊界路由器（ASBR）：至少一個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。每個路由器都與其建立完整的鄰居關(guān)系。 DR負責(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，也會選擇BDR。當(dāng)DR失敗時，BDR承擔(dān)DR的責(zé)任。一個

點對點網(wǎng)絡(luò)不需要DR，因為只有兩個節(jié)點，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

當(dāng)路由器在端口上啟動OSPF路由時，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，并確認相鄰路由器的鄰居之間的通信狀態(tài)。一個

對于廣播網(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，并通過此過程自動發(fā)現(xiàn)路由器鄰居。在NBMA網(wǎng)絡(luò)中，DR負責(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。收到對方打招呼后，進入下一個狀態(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進入下一個狀態(tài)時

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

重啟前啟動狀態(tài)

交換交換DBD

通過LSR加載Exchange LSA以請求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)拓撲和需求的變化，可以更改網(wǎng)絡(luò)接口類型以適應(yīng)它。

①點對點（P2P）網(wǎng)絡(luò)

當(dāng)鏈路層協(xié)議為PPP和HDLC時，默認情況下，OSPF會將網(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時間：10s / 40s

是否選擇DR和BDR：否

是否主動發(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，默認情況下，OSPF會將網(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報文和LSR報文以單播方式發(fā)送。

Hello Time和Dead時間：10s / 40s

是否選擇DR和BDR：是

是否主動發(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對多點。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，但是每個路由器的鄰居都需要手動配置，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。點對多點：將整個非廣播網(wǎng)絡(luò)視為一組點對點網(wǎng)絡(luò)?？梢允褂玫图墔f(xié)議（例如反向ARP）來發(fā)現(xiàn)每個路由器的鄰居。對于無法完全連接的網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)使用點對多點模式，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，OSPF會將網(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時間：30s / 120s

是否選擇DR和BDR：是

是否主動發(fā)現(xiàn)鄰居：否

④點對多點（點對多點）網(wǎng)絡(luò)

默認情況下，沒有鏈路層協(xié)議將被視為點對多點類型。點對多點必須由其他網(wǎng)絡(luò)類型強制更改，即項目是按需的。通常的做法是將未完全連接的NBMA更改為點對多點網(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時間：30s / 120s

是否選擇DR和BDR：否

是否主動發(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，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區(qū)域邊界路由器上恢復(fù)虛擬鏈路，但是要求兩個區(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。虛擬鏈接實際上是骨干區(qū)域中的虛擬鏈接。注意：不建議在實際網(wǎng)絡(luò)中使用虛擬鏈接。規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)時，請盡量避免虛擬鏈接。

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)議運行后，它不會立即向網(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

（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

（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）計算路線

路由區(qū)域中的每個路由器都可以使用SPF算法獨立計算路由。

9. OSPF協(xié)議的主要優(yōu)點

（1）OSPF適用于廣泛的網(wǎng)絡(luò)：OSPF協(xié)議對路由跳數(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)方式將拓撲變化信息發(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，可以減少干擾，尤其是在使用時。組播網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，發(fā)送信息時不影響其他設(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)送新的報文，使新的拓撲結(jié)構(gòu)迅速傳播到整個網(wǎng)絡(luò)；此外，OSPF采用較短周期的HELLO消息來維護鄰居狀態(tài)。

（4）以成本為度量標(biāo)準(zhǔn)：在設(shè)計OSPF協(xié)議時，要考慮鏈路帶寬對路由度量的影響。 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，因此不會產(chǎn)生環(huán)路。

（6）廣泛的應(yīng)用：在Internet上廣泛使用，將會有大量的應(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)可伸縮性并實現(xiàn)快速收斂。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)包含多個區(qū)域時，OSPF協(xié)議有特殊規(guī)定，即必須有一個區(qū)域0，通常稱為主干區(qū)域（Backbone Area）。設(shè)計OSPF網(wǎng)絡(luò)時，一個好的方法是從骨干區(qū)域開始，然后擴展到其他區(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：作為中心實體，其他區(qū)域也連接到骨干區(qū)域，骨干區(qū)域號為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，路由器將使用默認路由（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，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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