網(wǎng)絡協(xié)議分析（TCPIP）：第11章 開放式最短路徑優(yōu)先OSPF

第11章開放式最短路徑優(yōu)先OSPF要求：1

掌握OSPF的特點；2

掌握OSPF區(qū)域劃分的思想；3掌握OSPF路由匯總的方法；4掌握OSPF路由計算的方法；5掌握OSPF各種報文的功能。1OSPF是一個鏈路狀態(tài)路由協(xié)議，每個OSPF路由器維護一個鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫LSD；每個OSPF路由器使用Dijkstra算法求最短路徑，計算該路由器到其它目的站的最短路徑，然后更新數(shù)據(jù)庫；OSPF支持無類域內(nèi)路由CIDR；OSPF概述2無路由環(huán)路；收斂速度快；使用IP組播收發(fā)協(xié)議數(shù)據(jù)；提供服務類型路由，支持優(yōu)先級；支持協(xié)議報文的安全認證:口令和MD5；支持負載均衡，若存在代價相同的多條路徑，則均分通信量；適用于大規(guī)模網(wǎng)絡，最多可支持數(shù)千臺路由器；OSPF特性3簡要步驟

①鏈路狀態(tài)路由協(xié)議只在網(wǎng)絡拓撲發(fā)生變化后產(chǎn)生路由更新，創(chuàng)建LSA；②通過組播將LSA傳遞給所有鄰居，鄰居收到后更新自己的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫LSD，再轉發(fā)；③根據(jù)LSD，計算最短路徑，更新路由表。采用這種泛洪方式，保證每個路由表在更新路由表之前已更新了自己的LSD。4OSPF中的區(qū)域劃分思想：減少參與鏈路狀態(tài)交換的路由器群組規(guī)模方法：多區(qū)域技術（1）區(qū)域劃分：把網(wǎng)絡分成較小的塊或區(qū)域，且只要求同一區(qū)域的路由器交換鏈路狀態(tài)

1）每個區(qū)域都有一個編號，每個AS都必須有Area0，稱為骨干區(qū)域；所有非骨干區(qū)域均與骨干區(qū)域相連；

2）區(qū)域內(nèi)路由器互相通告鏈路狀態(tài)，維護本區(qū)域內(nèi)LSD；3）一個AS內(nèi)，各區(qū)域間僅交換經(jīng)匯總的路由信息；4）路由維護高效，隱藏區(qū)域內(nèi)網(wǎng)絡拓撲結構。OSPF思想5（2）若干概念1）內(nèi)部路由器（IR）：所有接口都在同一區(qū)域如RT1，RT2，RT5，RT6，RT8，RT9，RT12

2）區(qū)域邊界路由器（ABR）:接口屬于不同的區(qū)域如RT3，RT4，RT7，RT10，RT11

3）骨干路由器（BR）:所有的ABR和骨干區(qū)域中的內(nèi)部路由器4）AS邊界路由器（ASBR）：與其它AS相連如RT5，RT7OSPF思想6N3N9N6RT1RT2RT3RT4RT5RT6RT10RT7RT11RT8RT9RT12（）（）（）（）（）（）H1（）N10N7N8N11N2N1N4N12N15N12N13N141111233111111422310SLIP3888886686775IbIa629Area0Area1Area2Area3VirtualLinkABRABRABRABRABRASBRASBRRT5RT77（3）說明同一區(qū)域內(nèi)的路由器交換所有的信息，而對同一

AS中其它區(qū)域的路由器隱藏它的詳細拓撲結構；骨干區(qū)域可能不連續(xù)，若新區(qū)域無法直接連到骨干區(qū)域，則可通過定義虛鏈路實現(xiàn)互通，如RT10與RT11；

骨干區(qū)域在區(qū)域之間分發(fā)路由信息，非骨干區(qū)域不能進行直接的路由信息交互；規(guī)定區(qū)域內(nèi)路由器個數(shù)≤200，但最好≤50；

路由匯總采用CIDR技術；8（1）ABR隱藏區(qū)域內(nèi)部網(wǎng)絡及ASBR經(jīng)過的中間路由器（2）采用CIDR合并多條路由，既減少通告量，又隱藏網(wǎng)絡拓撲結構

路由匯總N1RT1RT2RT3ABR1ABR2553231359報文類型①HELLO:發(fā)現(xiàn)和維護鄰居（測試可達性），建立鄰接關系②數(shù)據(jù)庫描述:交換鏈路狀態(tài)，初始化網(wǎng)絡拓撲數(shù)據(jù)庫③鏈路狀態(tài)請求:請求鄰站傳送鏈路狀態(tài)信息④鏈路狀態(tài)更新:（對請求的響應）交換鏈路狀態(tài)⑤鏈路狀態(tài)確認:對更新報文的確認OSPF報文100：不鑒別1：口令鑒別OSPF-2支持MD5，還可擴充產(chǎn)生該報文的路由器ID1：HELLO…基于IP協(xié)議，24字節(jié)固定首部OSPF報文首部111.HELLO報文作用：①發(fā)現(xiàn)和維護鄰居，檢測鏈路是否可用

②選舉指定路由器和后備指定路由器

③建立鄰接關系（雙向連通性）OSPF報文12（1）發(fā)現(xiàn)和維護鄰居a.

路由器R定期在所有接口上廣播Hello報文b.

相鄰路由器S收到后，判斷R是否在自己的相鄰路由器列表中，若沒有，則加入，并建立單向關系（S知道，但R還不知道）c.S定期向所有接口廣播Hello報文，包含了自己知道的所有鄰居d.R發(fā)現(xiàn)自己是S的鄰居，則雙向關系建立e.

如果在一段時間內(nèi)沒有收到某個鄰居的廣播，則鄰居關系解除OSPF報文13（2）報文格式①HELLO間隔(10s):組播間隔②路由器死亡間隔(Hello的4倍)：40s內(nèi)未收到某鄰居的Hello報文，鄰居關系解除③鄰站IP地址:發(fā)送方最近收到Hello報文的所有鄰站建立鄰居關系的條件(1)位于相同的區(qū)域(2)通過安全認證(3)相同的Hello和死亡間隔網(wǎng)絡掩碼HELLO間隔選項優(yōu)先級指定路由器后備指定路由器鄰站1的IP地址鄰站2的IP地址……鄰站n的IP地址路由器死亡間隔類型為‘1’的OSPF首部相當于RIP的30s更新定時器相當于RIP的180s路由超時定時器14④優(yōu)先級:

選舉指定路由器DR和后備指定路由器BDR通常優(yōu)先級高的當選(相同時選IP地址比較大的)

且一經(jīng)當選，不輕易更換15⑤指定路由器（DR）在一個連接有多個路由器的網(wǎng)絡上，指定其中一個路由器負責向外發(fā)送該網(wǎng)絡中所有鏈路狀態(tài)信息N1R1R2R3R4后備指定路由器:

DR的接班人（防止DR失效）R1R2R3R4N1拓撲圖中，抽象成若R1為DR，則只有R1對外發(fā)一個網(wǎng)絡LSA，通告該處鏈路狀態(tài)162.數(shù)據(jù)庫描述報文：交換協(xié)議①作用：相鄰路由器建立連通性后交換信息來初始化網(wǎng)絡拓撲數(shù)據(jù)庫（數(shù)據(jù)庫同步）數(shù)據(jù)庫序號接口MTUIMMs類型為‘2’的OSPF首部……選項00000LSA首部（20字節(jié)）若干個LSA首部②數(shù)據(jù)庫序號：描述報文可能有多個，需編序未完位：M=0，最后一個初始化位：I=1，第一個序號、I、M結合，作用類似分片控制17③Ms位的作用（Master-Slave，主從位）主從位：控制交換地位

交換過程第一步：交換雙方確定主從關系先提出的一方發(fā)送一個沒有鏈路描述的請求報文，將自己置為主方收到請求的一方發(fā)送一個相同格式的“確認”報文，將自己置為從方數(shù)據(jù)庫序號接口MTUIMMs類型為‘2’的OSPF首部選項00000若干個LSA首部……LSA首部（20字節(jié)）18數(shù)據(jù)庫序號接口MTUIMMs類型為‘2’的OSPF首部選項00000③Ms位的作用（Master-Slave，主從位）主從位：控制交換地位

交換過程第一步：交換雙方確定主從關系先提出的一方發(fā)送一個沒有鏈路描述的請求報文，將自己置為主方收到請求的一方發(fā)送一個相同格式的“確認”報文，將自己置為從方先提出方發(fā)請求報文置自己為主方1數(shù)據(jù)庫序號接口MTUIMMs類型為‘2’的OSPF首部選項00000收到方發(fā)“確認”報文置自己為從方019③Ms位的作用（Master-Slave，主從位）

交換過程第一步：交換雙方確定主從關系先提出的一方發(fā)送一個沒有鏈路描述的請求報文，將自己置為主方收到請求的一方發(fā)送一個相同格式的“確認”報文，將自己置為從方問題：若雙方同時請求，怎么辦？（Tie-Breaking算法：比較地址，大者為主）第二步：非對稱交換主路由器發(fā)送，從路由器“確認”收到的報文，并附帶自己的數(shù)據(jù)庫描述記錄問題：主發(fā)送完，但從未完，怎么辦？（主發(fā)送M位置0的空報文并等待確認）20④一條“LSA首部”描述一條鏈路◆鏈路類型共5種◆此處僅LSA首部，沒有任何鏈路狀態(tài)記錄的內(nèi)容，接收方需通過鏈路狀態(tài)請求報文去獲得數(shù)據(jù)庫序號接口MTUIMMs類型為‘2’的OSPF首部……選項00000LSA首部（20字節(jié)）鏈路狀態(tài)類型鏈路狀態(tài)ID通告路由器鏈路狀態(tài)序號鏈路狀態(tài)校驗和鏈路狀態(tài)長度選項鏈路狀態(tài)年齡213、鏈路狀態(tài)請求報文

對沒有鏈路狀態(tài)記錄內(nèi)容的鏈路或信息過時的鏈路，請求鄰站發(fā)送更新信息鏈路狀態(tài)類型鏈路狀態(tài)ID通告路由器類型為‘3’的OSPF首部……224、鏈路狀態(tài)更新報文

★定期(至少30分鐘)組播鏈路狀態(tài)記錄內(nèi)容，以“維護”網(wǎng)絡拓撲數(shù)據(jù)庫★對鏈路狀態(tài)請求的響應LSA的個數(shù)……類型為‘4’的OSPF首部5、鏈路狀態(tài)確認報文對鏈路狀態(tài)更新報文的確認發(fā)回收到的LSA的首部來確認

（首部）

（內(nèi)容）LSA236、核心內(nèi)容：鏈路狀態(tài)通告LSA

（LinkStateAdvertisement）鏈路狀態(tài)類型鏈路狀態(tài)ID通告路由器鏈路狀態(tài)序號鏈路狀態(tài)校驗和鏈路狀態(tài)長度選項鏈路狀態(tài)年齡（1）首部：20字節(jié)①鏈路狀態(tài)序號：使得接收方可以判斷收到的對某條鏈路的描述是否是最新的(一條鏈路的狀態(tài)會變化，描述會多次出現(xiàn)，每次賦予不同序號)②鏈路狀態(tài)年齡：該LSA產(chǎn)生后經(jīng)歷的秒數(shù)（MaxAge=3600s，此時刪除）鏈路狀態(tài)序號鏈路狀態(tài)年齡24鏈路狀態(tài)類型③鏈路狀態(tài)類型和鏈路狀態(tài)ID：指示LSA的格式與功能類型值鏈路鏈路狀態(tài)ID1路由器鏈路產(chǎn)生該LSA的路由器ID2網(wǎng)絡鏈路DR的網(wǎng)絡接口IP地址3Summary鏈路(到網(wǎng)絡)目的網(wǎng)絡的IP地址4Summary鏈路(到ASBR)所描述的ASBR的路由器ID5AS外部鏈路目的網(wǎng)絡的IP地址(外部)25類型1：路由器鏈路

本區(qū)域內(nèi)如右圖所示的鏈路路由器R1通告它的所有接口狀態(tài)R1R2R3HHHHH類型2：網(wǎng)絡鏈路

本區(qū)域內(nèi)如左圖所示的多點接入網(wǎng)由指定路由器DR通告該組路由器N1R1R2R3R426類型3：Summary鏈路（到網(wǎng)絡）

ABR產(chǎn)生的所連區(qū)域內(nèi)到網(wǎng)絡的匯總鏈路，向骨干通告骨干區(qū)匯總后的到網(wǎng)絡的鏈路，向非骨干區(qū)域通告N1ABR1ABR255332匯總后N1ABR1ABR2513隱藏細節(jié)27類型4：Summary鏈路（到ASBR）

ABR產(chǎn)生的到ASBR的匯總鏈路（類似于類型3）類型5：外部鏈路

ASBR通告的到外部系統(tǒng)的鏈路

同一區(qū)域的路由器保持相同的LSD

包含三方面內(nèi)容：■本區(qū)路由器發(fā)出的類型1和類型2的LSA■發(fā)自本區(qū)ABR的屬于骨干區(qū)和其它區(qū)的類型3和類型4的LSA■發(fā)自ASBR的外部LSA（不改變）28④LSA格式示例……Link個數(shù)000000VEBLSA首部LinkID類型=1LinkDataTypeToS=0時的MetricToS個數(shù)ToS=xToS=x時的Metric0………如：路由器LSA格式R1R2R3HHHHH描述一個Link有多個服務類型ToS時，每個特殊的ToS一項（路由器的身份）V：VirtualLinkE：ASBRB：ABR29Link個數(shù)=3000000001（R1發(fā)出）LSA首部類型=1LinkID=203.19.2.2LinkData=203.19.2.1Type=11001013202.196.48.0/24設R1是ABR，R1的三個接口：左：203.19.2.1右：202.196.48.1下：198.22.5.1203.19.2.2/24LinkID=202.196.48.0LinkData=255.255.255.0Type=310LinkID=198.22.5.2LinkData=198.22.5.1Type=230R1R2R3HHHHH198.22.5.2/24（DR）30OSPF路由計算1、域內(nèi)路由計算運行SPF算法2、域間路由計算①一個域內(nèi)的ABR（設為R1）首先產(chǎn)生匯總路由，通告給其它ABR②

ABR收到這個通告后，在本地路由表中生成新的路由條目，下一跳指向R1，之后把這些