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OSPF理论知识详解

更新时间:2021年11月04日   作者:spoto   标签(Tag):

1、OSPF简介

开放式最短路径优先OSPF(Open Shortest Path First)是IETF组织开发的一个基于链路状态的内部网关协议(Interior Gateway Protocol)。目前针对IPv4协议使用的是OSPF Version (RFC2328);针对IPv6协议使用OSPF Version 3(RFC2740)。如无特殊说明,本文中所指的OSPF均为OSPF Version 2。在OSPF出现前,网络上广泛使用RIP(Routing Information Protocol,路由信息协议)作为内部网关协议。由于RIP是基于距离矢量算法的路由协议,存在着收敛慢、路由环路、可扩展性差等问题,所以逐渐被OSPF取代。

OSPF采用组播形式收发报文,这样可以减少对其它不运行OSPF路由器的影响。
OSPF支持无类型域间选路(CIDR)。
OSPF支持对等价路由进行负载分担。
OSPF支持报文加密。
由于OSPF具有以上优势,使得OSPF作为优秀的内部网关协议被快速接受并广泛使用。
 

2、OSPF特点

OSPF协议具有以下特点:
1、OSPF把自治系统AS(Autonomous System)划分成逻辑意义上的一个或多个区域;
2、OSPF通过LSA(Link State Advertisement,链路状态通告)的形式发布路由;
3、OSPF依靠在OSPF区域内各设备间交互OSPF报文来达到路由信息的统一;
4、OSPF报文封装在IP报文内,可以采用单播或组播的形式发送。
 

3、OSPF报文类型

1、Hello报文

周期性发送,用来发现和维持OSPF邻居关系。

2、DD报文(DatabASe Description packet)

描述本地LSDB(Link State DatabASe)的摘要信息,用于两台设备进行数据库同步。

3、LSR报文(Link State Request packet)

用于向对方请求所需的LSA。设备只有在OSPF邻居双方成功交换DD报文后才会向对方发出LSR报文。

4、LSU报文(Link State Update packet)

用于向对方发送其所需要的LSA。

5、LSAck报文(Link State Acknowledgment packet)

用来对收到的LSA进行确认。
 

4、OSPF基本概念

1、路由ID

一台运行OSPF协议的路由中每个OSPF进程必须指定一个用于标识本地路由器的Router ID,是一个32比特无符号的整数。在一个AS中必须唯一,但在同一台路由器的不同进程(不同进程可以理解为不同的路由协议路由)中可以相同。
 

2、路由域(AS或自治系统)

路由域(Routing Domain),由运行同一种路由协议并且被同一组织机构管理的一组路由器组成。同一个AS中的所有路由器必须运行相同的路由协议,且彼此相连(中间不能被其他协议、路由域所间断),分配相同的AS号。在OSPF网络中,只有在同一个AS中的路由器才会相互交换链路状态信息,所有的OSPF路由器都维护一个相同的AS结果描述(AS中各区域间的连接关系)的数据库。该数据库中存放的是路由域中相应的链路状态信息,OSPF通过该数据库来计算路由表。
 

3、区域(Area)

Area是在一个AS内部划分的多个不同位置或者不同角色的一组路由器单元,每个OSPF路由器只能在Area内部学习到完整的链路状态信息。在大中型网络中,路由设备可能非常多,如果不进行Area划分的话,则整个网络中的所有设备都要彼此学习路由信息,最终生成的路由信息库可能非常庞大,这样会大大消耗设备的存储空间,更不利于进行高效的路由选择。
 

5、OSPF路由器类型

OSPF协议中常用到的路由器类型如上图1所示。由于OSPF把一个AS划分成了多个区域,这就使得OSPF网络中不同的路由器扮演不同的角色。

1、区域内路由器IR(Internal Router)

该类设备的所有接口都属于同一个OSPF区域。

2、区域边界路由器ABR(Area Border Router)

该类设备可以同时属于两个以上的区域,但其中一个必须是骨干区域。ABR用来连接骨干区域和非骨干区域,它与骨干区域之间既可以是物理连接,也可以是逻辑上的连接。

3、骨干路由器BR(Backbone Router)

该类设备至少有一个接口属于骨干区域。所有的ABR和位于Area0的内部设备都是骨干路由器。

4、自治系统边界路由器ASBR(AS Boundary Router)

与其他AS交换路由信息的设备称为ASBR。ASBR并不一定位于AS的边界,它可能是区域内设备,也可能是ABR。只要一台OSPF设备引入了外部路由的信息,它就成为ASBR。

5、DR(Designated Router)与BDR(Backup Designated Router)路由器

 

6、OSPF路由类型

AS区域内和区域间路由描述的是AS内部的网络结构,AS外部路由则描述了应该如何选择到AS以外目的地址的路由。OSPF将引入的AS外部路由分为Type1和Type2两类。下面按优先级从高到低顺序列出了路由类型。

 

 

1、区域内路由(Intra Area)

区域内路由(Intra Area)仅用于区域内IR路由器之间的路由,用于IR设备间的互联,不像区域外通告。

 

 

2、区域间路由(Inter Area)

区域间路由(Inter Area)仅用于区域间ABR之间的路由。

 

 

3、第一类外部路由(Type1 External)

这类路由的可信程度高一些,所以计算出的外部路由的开销与自治系统内部的路由开销是相当的,并且和OSPF自身路由的开销具有可比性。到第一类外部路由的开销=本设备到相应的ASBR的开销+ASBR到该路由目的地址的开销。

 

 

4、第二类外部路由(Type2 External)

这类路由的可信度比较低,所以OSPF协议认为从ASBR到自治系统之外的开销远远大于在自治系统之内到达ASBR的开销。所以,OSPF计算路由开销时只考虑ASBR到自治系统之外的开销,即到第二类外部路由的开销=ASBR到该路由目的地址的开销。

 

 

 

7、OSPF支持的网络类型

OSPF根据链路层协议类型,将网络分为如下表所列四种类型。

 

 

 

1、广播类型(BroadcASt)

当链路层协议是Ethernet、FDDI时,缺省情况下,OSPF认为网络类型是BroadcASt。在该类型的网络中通常以组播形式发送Hello报文、LSU报文和LSAck报文。其中,224.0.0.5的组播地址为OSPF设备的预留IP组播地址;224.0.0.6的组播地址为OSPF DR/BDR( Backup Designated Router)的预留IP组播地址。以单播形式发送DD报文和LSR报文。

 

 

2、NBMA类型(Non-BroadcASt Multi-Access)

当链路层协议是帧中继、X.25时,缺省情况下,OSPF认为网络类型是NBMA。 在该类型的网络中,以单播形式发送协议报文(Hello报文、DD报文、LSR报文、LSU报文、LSAck报文)。

 

3、P2MP类型(Point-to-Multipoint)

没有一种链路层协议会被缺省的认为是Point-to-Multipoint类型。点到多点必须是由其他的网络类型强制更改的。常用做法是将非全连通的NBMA改为点到多点的网络。在该类型的网络中:
以组播形式(224.0.0.5)发送Hello报文。
以单播形式发送其他协议报文(DD报文、LSR报文、LSU报文、LSAck报文)。

4、P2P类型(point-to-point)

当链路层协议是PPP、HDLC和LAPB时,缺省情况下,OSPF认为网络类型是P2P。 在该类型的网络中,以组播形式(224.0.0.5)发送协议报文(Hello报文、DD报文、LSR报文、LSU报文、LSAck报文)。
 

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