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OSPF路由协议概念解释和特性介绍

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本篇文档针对一些对OSPF路由协议有一定的感性认识的技术人员,提供一些基于OSPF报文格式的介绍,来达到了解OSPF路由协议的特性和特有的一些概念的了解

作者:中国IT实验室 2007年9月10日

关键字: OSPF MPLS 路由协议 路由器设置 CISCO

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本篇文档针对一些对OSPF路由协议有一定的感性认识的技术人员,提供一些基于OSPF报文格式的介绍,来达到了解OSPF路由协议的特性和特有的一些概念的了解。

一.OSPF的特性:

快速收敛;

能够适应大型网络;

能够正确处理错误路由信息;

使用区域,能够减少单个路由器的CPU负担,构成结构化的网络;

支持无类路由,完全支持超网,可变长子网等无类特性;

支持多条路径负载均衡;

使用组播地址来进行信息互通,减少了非OSPF路由器的负载;

使用路由标签来表示来自外部区域的路由。

二.Neighbor和Adjacency的定义:

Neighbor:

在网络中,OSPF路由器可以发送Hello报文来进行邻居寻找,当Hello报文中的几个字段的内容是互相一致的时候,相邻的OSPF路由器就会形成Neighbor关系。

Neighbor是保存在Neighbor表里,需要有Router ID和IP地址信息。

Router ID的确定:

1. 选择IP地址最大的Loopback接口的IP地址为Router ID;如果只有一个Loopback接口,那么Router ID就是这个Loopback的地址。

2. 如果没有Loopback接口,就选择IP地址最大的物理接口的IP地址为Router ID,但是作为Router ID的物理接口,就不能运行OSPF,也就是说这个接口无法发送接受OSPF报文。

使用Loopback的IP地址作为Router ID的好处:

a. Loopback接口是逻辑接口,永远不会down,有利于OSPF的稳定运行;

b. 便于控制OSPF路由器的Router ID。

Hello协议的特点:

1. 目的:

a. 用来发现OSPF Neighbor;

b. Hello报文包含了多个需要OSPF路由器协商的参数,以形成Neighbor的关系;

c. 他可以用来维持邻居之间链接的存活;

d. 用来确定DR,BDR路由器的选择。

2. 报文内容:

a. Router ID

b. Area ID

c. IP地址和掩码

d. 认证方式和认证信息

e. Hello Interval和Dead Interval

f. Router优先权

g. DR和BDR的Router ID

h. 五个字节的特性控制信息

i. 距上次Hello报文后,在Dead Interval中,路由器的Neighbor的Router ID列表

每个OSPF路由器收到收到hello报文,将会协商上述信息,是否符合,如果不符合,Hello报文会遭到丢弃。

并且当一个路由器收到一个Hello报文,其中Neighbor Router ID List里有它的Router ID时,就会进入2-way模式,一旦进入2-way模式,就会建立Adjacency。

3. DR和BDR使用224.0.0.5(ALLSPFRouter Address)发送Hello Packet,而收到报文的路由器以224.0.0.6(ALLDRRouter Address)发送确认报文,表示收到了Hello Packet。

4. Point-to-Multipoint:相当与多个点对点网络的集合,但是不会产生DR,BDR的选举,通过组播报文发送路由信息报文。

5. 只有NBMA网络和采用虚拟链路的网络发送的是单播报文。

6. Stub Network:只有一个出口连接到路由器的网络,通常产生的报文的原地址和目的地址都是本网络中。

DR和BDR的选择,特性:

1. DR和BDR是接口的特性,和路由器本身无关。

2. DR和BDR和multiaccess网络中其他的路由器形成adjancency,但他们之间没有形成adjancency。

3. 每个接口上都会有优先级,如果优先级为0时,表示不参加选择DR,BDR。

Adjacency:

是在OSPF Neighbor之间形成的虚拟的连接,这些连接有不同的性质,根据路由器连接的不同网络类型。

形成Adjacency的步骤:

1. 邻居发现

2. 双向通信

3. 数据库同步

为了使路由器能够实现数据库的一致和同步,通过交换DD,LSR,LSU报文来达到数据库同步的目的。

4. 完全形成连接

Master和Slave的关系和选择

Neighbor表项的数据结构:

Neighbor表项中的信息是通过路由器从Hello报文中学到的,关于邻居的一些信息。

1. Neighbor ID

2. Neighbor IP Address

3. Area ID

4. Interface

5. Neighbor Priority

6. State

7. PollInterval

这是用于NBMA网络的一个概念,由于NBMA网络无法用组播来发送报文,也就是说无法自动发现邻居,如果当Neighbor处于down的状态时候,Hello报文每隔一个PollInterval时间就会发送一次,来发现和维护邻居关系。

8. Neighbor Option

9. Inactivity Time

10. DR

11. BDR

12. Master/Slave

13. DD Sequence Number

14. Last Received Database Description Packet

15. Lik State Retransmission List

是指已经发送出去的LSA,但是还没有收到Acknowledge的报文,如果超过RxmtInterval还没有收到,就会进行重传。

16. Database Summary List

在database synchronization时,所发送的LSA的表单。

17. Link State Request List

是指最新收到的在Database Description报文中所带的LSA清单,路由器会发送LSR到Neighbor要最新的LSA,收到LSU后,会把list里的相应条目删掉。

三.Neighbor状态机制

1. Down

没有收到任何Hello报文的时候,或是在DeadInterval中,没有收到Hello报文

2. Attempt

只有在NBMA网络里才有,手工进行Neighbor的指定。

3. Init

收到了Hello报文

4. 2-way

当路由器看到自己的Router ID在邻居发来的Hello报文里;在广播网络里,DR和BDR开始被选举。

5. ExStart

决定Master/Slave关系,以初始化DD 报文序列号来交换Database Description报文

6. Exchange

路由器开始交换DD报文的过程

7. Loading

发送LSR报文已处在Loading状态的报文,请求最新的通过Exchange DD报文发现的未收到的LSA

8. Full

完成了路由器和网络的LSA的交换

当路由器收到LSA后,会把LSA存到数据库中,然后会把收到LSA复制并从其它的OSPF接口发送出去,直到整个网络区域的LSA Database获得同步一致。然后每个路由器根据LSA Database里的Link信息进行SPF运算,算出没有回路的最短路径。

四.Database Description报文

它是包含了路由器所有的LSA信息的报头,可以使路由器知道,Neighbor上有多少LSA是自己不知道的,可以通过LSR报文来请求新的LSA。

五.多区域OSPF特性

1.骨干区域:起到了让其他非骨干区域能够知道别的区域的网络情况的作用。也就是说,所有非骨干区域的路由信息都要流经骨干区域。

2.虚拟链路:是一个通过非骨干区域到骨干区域的链路。

使用目的:

连接一个非骨干区域到一个骨干区域通过一个非骨干区域

通过一个非骨干区,连接分开的两个骨干区部分

规则:

必须在两个ABR之间进行配置

虚链路通过的区域作为传输区域,必须有完整的路由信息

中间传输区不能是存根区

六.区域的Link State报文类型:

1. Router LSA

由区域内所有的路由器产生的,并且只能在本个区域泛洪广播。

2. Network LSA

由区域内的DR或BDR路由器产生的,报文包括DR和BDR连接的路由器的链路信息。

3. Network Summary LSA

由ABR产生的,可以通知本区域内的路由器通往区域外的路由信息;同时可以发送通往相同自治区不同区域的默认路由;把本区域的路由发送到骨干区域,如果有两个到相同目的地的路径,只会把最低cost的路由发送出去;

4. ASBR Summary LSA

由ABR产生,但是它是一条主机路由,指向ASBR路由器地路由。

5. Autonomous System External LSA

由ASBR产生,它告诉相同自治区的路由器通往外自治区的路径。

6. NSSA External LSA

由ASBR产生,在NSSA区域中,当有一个路由器是ASBR时,不得不产生LSA 5报文,但是NSSA中不能有LSA 5报文,所有ASBR产生LSA 7报文,发给本区域的路由器。

七.OSPF Over Demand Circuits

是应用于有交换虚电路的链路中,当链路在是空闲的时候,它不会有虚电路的连接,只有在链路上有通信量的时候,才会建立虚电路。而OSPF的Hello,LSA报文是要每隔一段时间要发送一次,而Demand Circuits提供了一种特性,在虚电路上只需要传一次Hello和LSA报文进行OSPF的邻居和数据库同步,接下来就不需要再发送以上这些报文,LSA也不会由于收不到Update报文而过期,邻居关系也不会Dead。这样可是减少链路的使用情况,节省了广域网链路的开支。

OSPF通过在LSA报文中设置一个DonotAge字节,来使两端得到协商,使收到的LSA永不过期。并且在LSA中加了一个标志位,DC bit,使其他路由器知道这个LSA具有Demand Circuit的特性,使其他路由器不会认为这条路由过期。

八.OSPF的配置(只有一些特点,比较常规的东西不讲了)

OSPF 具有DNS功能,可以使用路由器名来取代Router ID。

配置:

ip name-server 172.19.45.1

指定OSPF使用的DNS-SERVER的 IP地址

ip ospf name-lookup

使OSPF可以启用DNS功能

OSPF针对接口有多个地址的解决方法:

1. OSPF只有当接口主地址启用了OSPF时候,才会对secondary IP address Network的路由信息进行处理。

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