a班通信網(wǎng)理論基礎(chǔ)2internet單播路由協(xié)議walkaway

通信網(wǎng)理論根底第三章〔2〕因特網(wǎng)的路由協(xié)議參考書籍：高等計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)－體系結(jié)構(gòu)、協(xié)議機(jī)制、算法設(shè)計(jì)與路由器技術(shù)徐珞、吳建平等著，機(jī)械工業(yè)出版社2003，9

南京郵電大學(xué)張順頤2021，4，1312/4/20221Internet路由信息協(xié)議內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議之1：路由信息協(xié)議RIP一、路由信息協(xié)議RIP路由信息協(xié)議RIP是內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議的一種?！惨弧砇IP協(xié)議的開展過程RIP協(xié)議讓互聯(lián)網(wǎng)中所有的路由器都和自己的相鄰路由器不斷交換路由信息，并不斷更新其路由表。使得從每一個(gè)路由器到每一個(gè)目的網(wǎng)絡(luò)的路由都是最短的，即跳數(shù)最少。12/4/20222

20世紀(jì)80年代，加州大學(xué)伯克利分校在開發(fā)Unix系統(tǒng)的同時(shí)，在routed程序中設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了RIP協(xié)議軟件。Routed程序被綁定在BSDUnix系統(tǒng)中一起推出，被廣泛的使用于早期網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)之間交換路由信息。12/4/20223RIP協(xié)議認(rèn)為，好的路由就是跳數(shù)少，即通過的路由器數(shù)目少，稱為“距離短〞。RIP協(xié)議定義：路由器直接到所在網(wǎng)絡(luò)距離為0〔也有定義為1的〕，到非直接連接的網(wǎng)絡(luò)的距離那么為所經(jīng)過的路由器的數(shù)加1。盡管RIP/routed沒有非常突出的優(yōu)點(diǎn)，但是由于Unix操作系統(tǒng)的普及，RIP/routed也逐漸被推廣使用，為許多人所接受，成為中小型網(wǎng)絡(luò)中最根本的路由協(xié)議程序。12/4/20224

這是因?yàn)镽IP具有自身的特點(diǎn)。首先，在小型的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，從使用的網(wǎng)絡(luò)帶寬以及協(xié)議配置和管理復(fù)雜程度上看，RIP的運(yùn)行開銷很?。黄浯?，與其它路由協(xié)議相比，RIP使用簡(jiǎn)單的距離-向量算法，實(shí)現(xiàn)更容易；由于歷史的原因，RIP的應(yīng)用范圍非常廣，在未來的一段時(shí)間內(nèi)仍然會(huì)使用在各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中。因此，在路由器的設(shè)計(jì)中，RIP協(xié)議是不可缺少的路由協(xié)議之一。12/4/20225RIP協(xié)議雖然所有的路由器最終都擁有了整個(gè)自治系統(tǒng)的全局路由信息，但是由于每一個(gè)路由器的位置不同，其路由表是不一樣的。RIP協(xié)議使用運(yùn)輸層的用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP進(jìn)行傳送，因此RIP協(xié)議的位置應(yīng)當(dāng)在應(yīng)用層。但是轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)報(bào)的過程是在網(wǎng)絡(luò)層完成的。12/4/202261、路由信息協(xié)議RIP〔RoutingInformaitionProtocol〕

RIP是內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP中最先得到廣泛使用的協(xié)議。RIP是分布式的基于距離向量的路由選擇協(xié)議，特點(diǎn)是簡(jiǎn)單。距離：RIP協(xié)議要求網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)路由器都要維護(hù)從它自己到其它每一個(gè)目的網(wǎng)絡(luò)的距離記錄，即距離向量。12/4/20227RIP協(xié)議定義距離：從一個(gè)路由器到其直接連接的網(wǎng)絡(luò)的距離定為1，而從一個(gè)路由器到非直接連接的網(wǎng)絡(luò)距離定義為所經(jīng)過的路由器數(shù)加1。所以，這里距離也稱為“跳數(shù)〔hopcount〕〞。RIP不能在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間同時(shí)使用多個(gè)路由。12/4/20228IGP：內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議；EGP：外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議；12/4/20229

各種路由協(xié)議都是要滿足路由器不斷地和其它的路由器交換路由信息，為了便于問題的討論，需要明確：不相鄰的路由器不交換信息。即一個(gè)路由器只與相鄰的路由器交換信息，因?yàn)槊總€(gè)路由器不需要考慮不相鄰的路由器的情況，那樣情況非常復(fù)雜；12/4/202210交換的信息是本路由器當(dāng)前所知道的全部信息，即自己的路由表；也就是說，所交換的信息是到本自治系統(tǒng)中所有網(wǎng)絡(luò)的〔最短〕距離，以及到每個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該經(jīng)過的下一跳路由器。至于本路由器怎樣獲得這些信息，以及路由表是否完整，那并不重要；12/4/202211Internet網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)12/4/202212按固定的時(shí)間間隔交換路由信息；然后更新路由表。當(dāng)然在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生拓?fù)渥兓瘯r(shí)，應(yīng)該即時(shí)交換信息。目前使用的RIP協(xié)議版本有RIPv1，是1988年6月提出的，RIPv2，是1998年11月提出的，兩者之間的不同是，后者在協(xié)議報(bào)文的路由表項(xiàng)中增加了子網(wǎng)掩碼信息，平安認(rèn)證，不同路由協(xié)議之間的交互等功能。12/4/202213二、RIP協(xié)議的報(bào)文結(jié)構(gòu)

1、RIPv1報(bào)文結(jié)構(gòu)。RIPv1的報(bào)文結(jié)構(gòu)如圖1所示。每個(gè)報(bào)文都包括一個(gè)報(bào)文命令字段、一個(gè)報(bào)文版本字段以及一些路由信息項(xiàng)〔一個(gè)RIP報(bào)文中最多允許25個(gè)路由信息項(xiàng)〕。RIP報(bào)文的最大長(zhǎng)度為4+20×25=504字節(jié)，加上UDP報(bào)頭的8字節(jié)，一共是512字節(jié)。如果路由表的路由表項(xiàng)數(shù)目大于25時(shí)，那么就需要多個(gè)RIP報(bào)文來完成路由信息的傳播過程。12/4/202214圖1RIPv1報(bào)文結(jié)構(gòu)12/4/202215Command字段：標(biāo)識(shí)RIP報(bào)文的類型，目前RIP只支持兩種報(bào)文類型，分別是請(qǐng)求報(bào)文〔request〕和響應(yīng)報(bào)文〔response〕。Version字段：表示RIP報(bào)文的版本信息，RIPv1報(bào)文中此字段為1。AddressFamilyIdentifier字段：表示路由信息所屬的地址族，目前RIP中規(guī)定此字段必須為2，表示使用IP地址族。IPv4Address字段：表示路由信息對(duì)應(yīng)的目的地IP地址，可以是網(wǎng)絡(luò)地址、子網(wǎng)地址以及主機(jī)地址。12/4/202216Metric字段：表示從本路由器到達(dá)目的地的距離，目前RIP協(xié)議將路由路徑上經(jīng)過的路由器數(shù)作為距離度量值。MustBeZero字段：協(xié)議規(guī)定這些字段必須為0。當(dāng)需要發(fā)送請(qǐng)求對(duì)方路由器全部路由表信息的請(qǐng)求報(bào)文時(shí)，RIP使用另一種報(bào)文結(jié)構(gòu)，如圖2所示。此報(bào)文結(jié)構(gòu)中路由信息項(xiàng)的地址族標(biāo)識(shí)符字段為0，目的地址字段為0，距離度量字段為16。12/4/202217圖2RIPv1請(qǐng)求全部路由信息報(bào)文結(jié)構(gòu)12/4/202218RIP協(xié)議因此，RIP協(xié)議使用的最大距離為15，16那么表示不可達(dá)。故只能在比較小的網(wǎng)絡(luò)中使用。網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大時(shí)，可以使用OSPF協(xié)議〔內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，也稱最短路徑優(yōu)先協(xié)議〕。如果網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生了故障，那么故障路由器信息可能要屢次才能更新。此即RIP協(xié)議的特點(diǎn)“壞消息傳得慢，好消息傳得快〞，這是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)的故障是由跳數(shù)不可達(dá)來表示的，跳數(shù)不可達(dá)需要特殊為16時(shí)才可判為不可達(dá)；而新的可達(dá)路由，那么直接轉(zhuǎn)發(fā)即可，所以傳得很快。12/4/2022192、RIPv2報(bào)文結(jié)構(gòu)。RIPv2充分利用了RIPv1報(bào)文結(jié)構(gòu)中未被使用的字段，對(duì)RIPv1進(jìn)行了進(jìn)一步的擴(kuò)展，包括：采用多播方式提高網(wǎng)絡(luò)報(bào)文利用效率；為每個(gè)路由表項(xiàng)增加子網(wǎng)掩碼信息；對(duì)RIP交互報(bào)文增加平安機(jī)制以及為不同路由協(xié)議的交互提供支持等。12/4/202220圖3RIPv2報(bào)文結(jié)構(gòu)12/4/202221RIPv2報(bào)文結(jié)構(gòu)中與RIPv1不一致的字段的簡(jiǎn)單說明：Unused字段：RIPv2不對(duì)此字段做任何處理，不要求字段必須為0。Version字段：對(duì)于RIPv2來說，此字段為2。RouteTag字段：表示路由對(duì)應(yīng)的自治系統(tǒng)號(hào)，從而用于協(xié)議的交互。SubnetMask：表示路由信息對(duì)應(yīng)的子網(wǎng)掩碼，增加對(duì)CIDR路由的支持。NextHop：表示路由對(duì)應(yīng)的下一跳路由器IP地址，如為，那么以此RIP報(bào)文的發(fā)送源地址作為下一跳路由器。12/4/202222

為了給RIP路由交互報(bào)文提供認(rèn)證功能，RIPv2在每個(gè)路由交互報(bào)文中增加了認(rèn)證字段，報(bào)文結(jié)構(gòu)如圖4所示，RIPv2利用了一個(gè)完整的路由信息項(xiàng)來實(shí)現(xiàn)認(rèn)證功能，這樣整個(gè)報(bào)文最多只能包括24個(gè)路由信息項(xiàng)。12/4/202223圖4RIPv2認(rèn)證字段報(bào)文結(jié)構(gòu)12/4/202224AuthenticationType字段：表示認(rèn)證的類型，當(dāng)前協(xié)議只規(guī)定為2，表示明文密碼認(rèn)證。Authentication字段：表示認(rèn)證的數(shù)據(jù)，即認(rèn)證密碼值。該字段為16字節(jié)，未滿16字節(jié)的最后填0。12/4/202225〔三〕RIP協(xié)議的根本特點(diǎn)1、協(xié)議運(yùn)行過程當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，RIP協(xié)議處理模塊在所有RIP配置運(yùn)行的接口處發(fā)出request報(bào)文，然后RIP協(xié)議就進(jìn)入了循環(huán)等待狀態(tài)，等待外部RIP協(xié)議報(bào)文〔包括請(qǐng)求報(bào)文和響應(yīng)報(bào)文)的到來。12/4/202226而接收到request報(bào)文的相鄰路由器會(huì)發(fā)出包含它們路由表信息的response報(bào)文。當(dāng)請(qǐng)求的路由器接收到一個(gè)response報(bào)文后，它會(huì)逐一處理收到的路由表項(xiàng)內(nèi)容。如果報(bào)文中的表項(xiàng)為新的路由表項(xiàng)，那么就會(huì)向路由表參加該表項(xiàng)。12/4/202227如果該報(bào)文表項(xiàng)已經(jīng)在路由表中存在，那么首先判斷此更新路由是否就是本地路由當(dāng)初獲得的源主機(jī)，如果是，那么無論表項(xiàng)的距離度量值〔metric)如何，都需要更新表項(xiàng)；如果不是，那么只有當(dāng)更新表項(xiàng)的metric值小于路由表中相應(yīng)表項(xiàng)metric值時(shí)才需要替代原來的表項(xiàng)。12/4/2022282、定時(shí)器定義系統(tǒng)啟動(dòng)后，路由器以30秒的間隔自動(dòng)發(fā)送response報(bào)文，在這種response報(bào)文中會(huì)包括本路由器中除一些被水平分裂等策略抑制之外的所有路由信息。協(xié)議將此定時(shí)器存于路由更新定時(shí)器〔UpdateTimer)。12/4/202229為了防止整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中參與RIP協(xié)議交互的路由器同時(shí)播送路由更新報(bào)文從而造成網(wǎng)絡(luò)的擁塞，協(xié)議規(guī)定在30秒的根本更新時(shí)間間隔上附加一個(gè)隨機(jī)變化量，此變化量為5秒。因此真正RIP協(xié)議實(shí)現(xiàn)中更新定時(shí)器的值變化范圍為25秒到35秒。12/4/2022303、慢收斂問題及對(duì)策包括RIP在內(nèi)的所有距離向量算法路由協(xié)議都有一個(gè)嚴(yán)重的缺陷，即慢收斂〔slowconvergence〕問題，或者稱為計(jì)數(shù)至無窮〔counttoinfinity〕。12/4/202231圖5慢收斂問題實(shí)例12/4/202232如圖5所示，圖5a是一個(gè)正常的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從R1可以直接到達(dá)net1，從R2經(jīng)過R1可到達(dá)net1。正常情況下，R2收到R1的距離向量報(bào)文后，會(huì)建立一條路徑〔net1,R1,1〕。12/4/202233現(xiàn)在假設(shè)從R1到net1的路徑因故障而崩潰，但R1依然能正常工作。R1一旦檢測(cè)到net1不可到達(dá)，它會(huì)立即將原來去往net1的路徑廢除〔將距離值設(shè)為16〕。然后會(huì)出現(xiàn)兩種情況：12/4/202234第一種，在收到來自R2的路由更新請(qǐng)求報(bào)文之前，R1將修改后的路徑〔net1,R1,1〕刪除。這時(shí)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)路由狀態(tài)是正確的。第二種，R2趕在R1發(fā)送新的更新路由報(bào)文之前播送自己的路由更新報(bào)文，該報(bào)文中必然有一條〔net1,R1,1)表項(xiàng)，說明從R2出發(fā)，經(jīng)過一個(gè)路由器就可以到達(dá)net1。這時(shí)R1會(huì)根據(jù)此表項(xiàng)來修改自已的路由表，產(chǎn)生關(guān)于net1的新路徑〔net1,R2,2〕。于是在R1與R2之間出現(xiàn)了路由環(huán)路，如圖5b所示。12/4/202235上述路徑環(huán)路會(huì)通過R1、R2之間不斷的路由更新報(bào)文交換而解除，但是解除過程是非常緩慢的。在出現(xiàn)路徑環(huán)路之后，在下一輪路由播送中，R1將向R2播送〔net1,R2,2)表項(xiàng)，R2收到此表項(xiàng)后，將去往net1的路徑改為〔net1,R1,3〕；12/4/202236然后R2向R1通告〔net1，R1,3〕表項(xiàng)，R1將去往net1的路由項(xiàng)改為〔net1，R2，4〕…如此下去，直到路徑長(zhǎng)度變?yōu)?6。也就是說，要經(jīng)過7次來回〔至少30×7秒〕路徑環(huán)路才可以消除。這就是所謂的慢收斂問題。更為復(fù)雜的路由環(huán)路還有可能發(fā)生在一系列路由器之間。12/4/202237為了克服慢收斂問題，RIP協(xié)議中提出了以下方法：〔1〕簡(jiǎn)單的水平分裂法。當(dāng)路由器從某個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送RIP路由更新報(bào)文時(shí)，其中不能包含從該接口獲取的路徑信息，即自身提供的路由信息不再采用。這樣就防止了形成路由環(huán)路。12/4/202238〔2〕帶有毒性逆轉(zhuǎn)的水平分裂法。路由器向某一個(gè)接口發(fā)送RIP路由更新報(bào)文時(shí)，包含從該接口獲取的路由信息，但是將這些路由項(xiàng)的路徑設(shè)為無窮。水平分裂法可以防止兩個(gè)路由器之間產(chǎn)生的路徑環(huán)路現(xiàn)象，但是它仍然不能完全防止路徑環(huán)路的產(chǎn)生。12/4/202239〔3〕觸發(fā)更新法。為了加速網(wǎng)絡(luò)路由收斂的速度，協(xié)議提出了觸發(fā)更新法。它的做法是：一旦發(fā)現(xiàn)某一些路由表項(xiàng)發(fā)生變化，就立即播送路由更新報(bào)文，而不必等待下一次刷新周期。12/4/202240觸發(fā)更新法能夠大大加快路由的收斂速度，但是它同樣存在著更新報(bào)文數(shù)量太多、太頻繁的缺點(diǎn)，因此需要對(duì)觸發(fā)更新報(bào)文的發(fā)送頻率做嚴(yán)格的控制。協(xié)議規(guī)定觸發(fā)更新報(bào)文的發(fā)送間隔時(shí)間范圍為1到5秒。12/4/202241

4、子網(wǎng)掩碼的處理RIPv1協(xié)議規(guī)定，路由器可以利用它的網(wǎng)絡(luò)接口配置來獲得該網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)掩碼。例如，如果路由器某一個(gè)接口地址配置為，此時(shí)如果接收到目的地址的RIPv1路由信息項(xiàng)時(shí)，路由器就可以知道該路由為子網(wǎng)路由；12/4/202242

但是如果路由器沒有一個(gè)接口配置與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)，從而路由器不知道任何關(guān)于該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的子網(wǎng)分配情況，此時(shí)如果路由器接收到目的地址的RIPv1路由信息項(xiàng)時(shí)，它只能將此路由按照A、B、C類基類網(wǎng)絡(luò)去判斷，將該路由轉(zhuǎn)化成。12/4/202243 由于運(yùn)行RIPv1的路由器只知道直接相連的網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部子網(wǎng)劃分情況，并不知道其它外部網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)劃分情況，為此需要新的方法?？梢栽趦蓚€(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的路由器中采用路由合并〔RouteSummarization〕的策略。如果路由器與兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)A和B相連，那么此網(wǎng)絡(luò)邊界路由器就不需要把一個(gè)網(wǎng)絡(luò)〔如A網(wǎng)絡(luò)〕內(nèi)部的子網(wǎng)路由通知給另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)〔如B網(wǎng)絡(luò)〕；12/4/202244

因?yàn)閷?duì)于B網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的路由器來說，它不知道A網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的子網(wǎng)掩碼，所以這些子網(wǎng)路由對(duì)B網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部路由器來說只能當(dāng)作是A、B、C類基類網(wǎng)絡(luò)路由。12/4/202245圖6網(wǎng)絡(luò)邊界路由合并實(shí)例

〔自動(dòng)路由合并策略〕

左為一C類地址〔110開頭〕網(wǎng)絡(luò)，右為一A類地址〔0開頭〕網(wǎng)絡(luò)

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圖6中的邊界路由器采用了自動(dòng)路由合并策略，它只把一條路由信息向網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部傳播，而把一條的信息向網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部傳播。12/4/202247

采用這種方法，那么網(wǎng)絡(luò)中的路由器只包含一條關(guān)于的信息，反之亦然。邊界路由器隱藏了子網(wǎng)的細(xì)節(jié)。12/4/202248內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議之2：最短路徑優(yōu)先協(xié)議OSPF二、最短路徑優(yōu)先協(xié)議OSPF〔一〕OSPF的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)子網(wǎng)掩碼的采用，大大增加了地址的數(shù)量，也使得子網(wǎng)訪問網(wǎng)絡(luò)非常方便。但是帶來了一個(gè)新的問題：路由尋址變得復(fù)雜。這是因?yàn)椋鹤泳W(wǎng)的出現(xiàn)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)數(shù)量大大增加，路由表加長(zhǎng)。12/4/202249 OSPF協(xié)議采用鏈路狀態(tài)路由算法。 Internet中的很多自治系統(tǒng)AS其自身很龐大，而且不便于管理。為此，OSPF對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了進(jìn)一步的劃分，它把一個(gè)網(wǎng)絡(luò)或一系列相鄰的網(wǎng)絡(luò)分為編號(hào)區(qū)域〔Area),一個(gè)區(qū)域的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)于自治系統(tǒng)的其余局部是不可見的。12/4/202250這種信息的隱藏可以帶來路由信息量的顯著降低。同時(shí)，域內(nèi)的路由只由域本身的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定，使其不受域外錯(cuò)誤信息的影響。OSPF還定義了一個(gè)特殊的域，我們稱之為主干〔Backbone〕，其編號(hào)為0。所有的區(qū)域都與主干相連，主干負(fù)責(zé)向所有的非主干區(qū)域分發(fā)路由信息。主干在邏輯上必須是連續(xù)的。與其他區(qū)域一樣，在主干之外其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是不可見的。12/4/202251由于區(qū)域概念的引入，OSPFv3路由器可根據(jù)功能進(jìn)一步劃分為4種類型：〔1〕域內(nèi)路由器〔InternalRouters)。與該路由器相連的所有通信對(duì)端〔網(wǎng)絡(luò)或路由器〕均屬于同一個(gè)域。該路由器只運(yùn)行一套根本的路由算法。如圖7中的路由器R1、R4和R7。12/4/202252圖7OSPF中AS、主干和區(qū)域間的關(guān)系12/4/202253〔2〕域間路由器〔AreaborderRouters〕。與多個(gè)域相連的路由器。域間路由器運(yùn)行多套根本的路由算法，每套算法對(duì)應(yīng)它相連的一個(gè)區(qū)域。域間路由器將與它們相連的域的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息加以提煉并將其發(fā)送到主干，然后主干將這些信息分發(fā)到各個(gè)域中。如圖7中的路由器R2、R3、R5和R6。12/4/202254 〔3〕主干路由器〔BackboneRouters〕。與主干有接口的路由器。這包括所有的域間路由器，但是并非所有的主干路由器都是域邊界路由器。如圖7中的R2~R6。12/4/202255〔4〕自治系統(tǒng)邊界路由器〔ASboundaryRouters〕。與其他自治系統(tǒng)交換路由信息的路由器。這些路由器向整個(gè)自治系統(tǒng)播送自治系統(tǒng)外的路由信息，自治系統(tǒng)內(nèi)的所有路由器都知道通往自治系統(tǒng)邊界路由器的路徑。如圖7中的路由器R2。12/4/202256〔二〕最短路徑優(yōu)先協(xié)議OSPF的工作過程1、建立緊鄰關(guān)系 建立緊鄰關(guān)系的目的是交互路由信息，并不是所有相鄰的路由器之間都建立緊鄰關(guān)系。建立緊鄰關(guān)系包含兩個(gè)主要的步驟—HELLO協(xié)議和交互鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫信息。12/4/202257使用HELLO協(xié)議有兩個(gè)目的：〔1〕尋找并發(fā)現(xiàn)相鄰的路由器。〔2〕在播送型與非播送型網(wǎng)絡(luò)上選舉代表路由器及其備份。12/4/202258路由器每隔一個(gè)“hello間隔〞發(fā)送一次hello分組，內(nèi)容包括鏈路上代表路由器的地址〔如果還沒有代表路由器那么設(shè)為0〕，以及備份代表路由器的地址〔沒有也設(shè)為0〕。鄰居列表說明該路由器發(fā)現(xiàn)的與之相鄰的路由器。hello協(xié)議的分組格式如圖8所示。Hello分組是一種最常用的報(bào)文，它周期性的被發(fā)送至鄰居路由器，用于發(fā)現(xiàn)與維持鄰居關(guān)系，選舉指定路由器DR與備份指定路由器BDR。12/4/202259圖8Hello分組格式12/4/202260當(dāng)路由器收到一個(gè)hello分組時(shí)，如果發(fā)送這個(gè)分組的路由器還沒有出現(xiàn)在本地路由器的鄰居列表中〔這通過檢查路由器ID是否匹配實(shí)現(xiàn)〕，那么路由器就可以認(rèn)為發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的鄰居，在把這個(gè)路由器參加鄰居列表之后，路由器開始試圖與對(duì)方建立雙向的鄰接關(guān)系。ID是OSPF域中路由器擁有的唯一標(biāo)識(shí)，可以手工配置，也可以由系統(tǒng)從當(dāng)前接口的IP地址中選取一個(gè)作為路由器的ID號(hào)。12/4/202261如果分組可以在兩個(gè)路由器之間的鏈路上雙向流動(dòng)，那么這兩個(gè)路由器就可以開始交互路由信息了〔實(shí)際運(yùn)行過程中還要考慮某些參數(shù)是否符合限制條件〕。通過查看對(duì)方路由器的鄰居列表〔這個(gè)表包含在HELLO分組中〕，很容易檢測(cè)出雙向連通性。12/4/202262如果本地路由器的ID未出現(xiàn)在它們的鄰居列表中，就意味著它們尚未接收到本地發(fā)送的hello分組。那么，就宣布這個(gè)連接為單向連接〔1-way〕，不能用來路由。12/4/202263如果本地路由器ID出現(xiàn)在對(duì)方的鄰居列表中，就建立了一個(gè)雙向連接。而如果在路由器死亡間隔〔routerdeadinterval〕內(nèi)，都沒有接受到來自相鄰路由器的HELLO分組，就認(rèn)為這個(gè)鄰居已經(jīng)死亡，而將它從鄰居列表中刪除。12/4/202264

當(dāng)鏈路是一個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)鏈路或一個(gè)虛擬鏈路時(shí)，在建立一個(gè)雙向連接之后，就可以開始建立緊鄰關(guān)系。而在網(wǎng)絡(luò)端口，必須首先選舉代表路由器及其備份。12/4/202265選舉過程使用hello分組中的“優(yōu)先級(jí)〞域。每個(gè)路由器都配有一個(gè)優(yōu)先級(jí)，其數(shù)值在0~255之間。選舉的正常結(jié)果是選出一個(gè)優(yōu)先級(jí)最高的路由器。然而，為了防止在某些情況下過于頻繁地更換代表路由器，選舉的結(jié)果在一定的條件下可以保持不變。優(yōu)先級(jí)為零的路由器永遠(yuǎn)也不會(huì)被選為代表路由器。12/4/202266在建立雙向連接之后，路由首先進(jìn)入一個(gè)“等待〞狀態(tài)，并且就這樣保持一段與路由器死亡間隔相等的“等待間隔〞。在此間隔內(nèi)，路由器繼續(xù)傳送hello分組，而不會(huì)參與選舉過程。它將代表路由器和備份代表路由器的標(biāo)識(shí)域置為零，并監(jiān)聽進(jìn)來的hello分組，進(jìn)而采用下面的措施為選舉進(jìn)行初始化準(zhǔn)備：12/4/202267對(duì)于每個(gè)鄰居，路由器記錄鄰居的優(yōu)先權(quán)及其連接狀態(tài)〔單向或雙向〕，并記錄此鄰居是否建議其自身作為代表路由器或其備份。只有到達(dá)雙向狀態(tài)的鄰居才能認(rèn)為可以參與選舉。選舉按如下過程進(jìn)行：12/4/202268〔1〕如果一個(gè)或多個(gè)鄰居建議它們自身作為備份代表路由器，那么擁有最大ID的路由器將被選中?！?〕如果沒有鄰居建議其自身作為備份，擁有最高優(yōu)先級(jí)的鄰居將被選中，或者，在具有最高優(yōu)先級(jí)的路由器有多個(gè)的情況下，選擇ID最大的一個(gè)。

12/4/202269〔3〕如果一個(gè)或多個(gè)鄰居建議它們自身作為代表路由器，將選擇擁有最高優(yōu)先級(jí)的一個(gè)作為代表路由器。在出現(xiàn)優(yōu)先級(jí)相等的情況下，擁有最大ID的路由器將被選中?！?〕如果沒有鄰居建議其自身作為代表路由器，備份將升級(jí)為代表路由器。由于代表路由器和其備份不能相同，必須重新執(zhí)行步驟〔1〕和〔2〕。12/4/202270OSPF的交互過程是非對(duì)稱性的。這個(gè)過程的第一步是從路由器中選擇“主〞〔master〕和“從〞〔slave〕，當(dāng)這個(gè)角色的選擇達(dá)成一致之后，兩個(gè)路由器就交換它們的數(shù)據(jù)庫描述信息。這一步使用“數(shù)據(jù)庫描述分組〞〔DatabaseDescriptionPacket，DDP〕，它的格式如圖9所示。12/4/202271圖9DDP分組格式

12/4/202272 想要啟動(dòng)交換過程的路由器首先發(fā)送一個(gè)空的DDP。其中初始化〔IMMS中的I〕、未完〔IMMS中的M〕和主-從位〔IMMS中的MS〕都設(shè)為1，而且DD序列號(hào)被設(shè)置成一個(gè)隨機(jī)