OSPF动态路由协议的基础知识
发布时间：2020-07-13 点击数：4973
1. OSPF的基本概念
OSPF（开放式最短路径优先）
OSPF（开放式最短路径优先）是内部网关协议（内部网关协议，简称IGP）。与RIP相比，OSPF是一种链路状态协议，而RIP是一种距离矢量路由协议。链接是路由器接口的另一种说法，因此OSPF也称为接口状态路由协议。 OSPF通过通告路由器之间网络接口的状态以生成最短路径树来构建链接状态数据库。每个OSPF路由器都使用这些最短路径来构造路由表。
基本概念和术语：
链接状态：
OSPF路由器收集其网络区域中每个路由器的连接状态信息，即链路状态信息（Link-State），并生成链路状态数据库（Link-State Database）。路由器已经掌握了该区域中所有路由器的链路状态信息，这相当于了解整个网络的拓扑。 OSPF路由器使用“最短路径优先（SPF）”算法来独立计算到任何目的地的路由。
区：
OSPF协议引入了“分层路由”的概念，该概念将网络划分为一组通过“主干”连接的相互独立的部分。这些独立的部分称为“区域”，“主干”部分称为“主干区域”。每个区域就像一个独立的网络，该区域中的OSPF路由器仅保存该区域的链接状态。每个路由器的链路状态数据库都可以保持合理的大小，路由计算时间和报文数不会太大。一个
2. OSPF数据包
1. hello package发现，维护和创建邻居关系10s 40s
2. dbd软件包数据库摘要
3. lsr链接状态请求
4. lsu链接状态更新响应lsr承担lsa
5. lsack链路状态确认报文
3. OSPF的四种路由器类型
OSPF在逻辑上将自治系统分为一个或多个区域。所有其他区域必须连接到区域0。
内部路由器：所有端口都在同一区域中的路由器，维护链路状态数据库。
骨干路由器：路由器，其端口连接到骨干区域。一个
区域边界路由器（ABR）：具有多区域端口的路由器，通常用作区域的出口。 ABR为每个连接区域建立一个链路状态数据库，并负责将连接区域的路由摘要信息发送到骨干区域，而骨干区域上的ABR负责将该信息发送到每个区域。一个
自治域系统边界路由器（ASBR）：至少一个连接到外部自治域网络（例如非OSPF网络）的端口的路由器负责将非OSPF网络信息引入OSPF网络。
4. DR和BDR
指定路由器（DR）和备用指定路由器（BDR）
多路访问网络上可能有多个路由器。为了避免由于在路由器之间建立完整的邻居关系而导致的大量开销，OSPF要求在该区域中选举DR。每个路由器都与其建立完整的邻居关系。 DR负责收集所有链路状态信息并将其发布到其他路由器。当选择DR时，也会选择BDR。当DR失败时，BDR承担DR的责任。一个
点对点网络不需要DR，因为只有两个节点，它们彼此完全相邻。 OSPF协议包括Hello协议，交换协议和扩散协议。本文仅介绍Hello协议，其他两种协议可以参考RFC2328中的具体描述。一个
当路由器在端口上启动OSPF路由时，它将从该端口发送Hello消息，并且还将以一定间隔定期发送Hello消息。 OSPF路由器使用Hello消息初始化新的邻居关系，并确认相邻路由器的邻居之间的通信状态。一个
对于广播网络和非广播多址网络，路由器使用Hello协议选举DR。在广播网络中，会使用多播地址224.0.0.5定期广播Hello消息，并通过此过程自动发现路由器邻居。在NBMA网络中，DR负责将Hello数据包一一发送到其他路由器。
5. OSPF邻居建立过程
Down开始发送问候，但未收到邻居的问候。收到对方打招呼后，进入下一个状态
初始化（初始化状态）当另一方发送的问候具有自己的路由器ID进入下一个状态时
双向邻居关系的建立完成-进行选举-选举完成-下一个状态进入-DR之间的稳定状态-其他Exstart-选举主从关系-主机首先具有DBD优先级）
重启前启动状态
交换交换DBD
通过LSR加载Exchange LSA以请求LSA另一方通过LSU更新LSA
完全建立邻接关系开始SPF算法计算路径
6. OSPF支持的网络接口类型
OSPF根据链路层协议类型将网络分为以下五种类型：任何第2层链路都将具有适应的网络接口类型；根据拓扑和需求的变化，可以更改网络接口类型以适应它。
①点对点（P2P）网络
当链路层协议为PPP和HDLC时，默认情况下，OSPF会将网络类型视为P2P。在这种类型的网络中，协议消息（Hello消息，DD消息，LSR消息，LSU消息，LSAck消息）以多播（224.0.0.5）的形式发送。
Hello Time和Dead时间：10s / 40s
是否选择DR和BDR：否
是否主动发现邻居：是
②广播（Broadcast）网络
当链路层协议为以太网，FDDI，以太网或令牌环时，默认情况下，OSPF会将网络类型视为广播。在这种类型的网络中，通常以组播形式发送Hello消息，LSU消息和LSAck消息。其中，组播地址224.0.0.5为OSPF路由器的预留IP组播地址。组播地址224.0.0.6是OSPF DR的保留IP组播地址。 DD报文和LSR报文以单播方式发送。
Hello Time和Dead时间：10s / 40s
是否选择DR和BDR：是
是否主动发现邻居：是
③NBMA（非广播多址）网络
术语解释：非广播网络是指支持两个以上路由器互连但不具有广播功能的网络。在非广播网络上，OSPF具有两种操作模式，即非广播多址访问和点对多点。非广播多址访问（NBMA）：在NBMA网络上，OSPF模拟广播网络上的操作，但是每个路由器的邻居都需要手动配置，并且只能与NBMA类型的网络接口建立邻居关系。 NBMA方法要求网络中的路由器形成完整的连接。点对多点：将整个非广播网络视为一组点对点网络。可以使用低级协议（例如反向ARP）来发现每个路由器的邻居。对于无法完全连接的网络，应使用点对多点模式，例如仅使用PVC的不完全连接的帧中继网络。
缺省情况下，链路层协议为ATM，FR或X.25时，OSPF会将网络类型视为NBMA。在这种类型的网络中，协议消息（Hello消息，DD消息，LSR消息，LSU消息，LSAck消息）以单播发送。
Hello Time和Dead时间：30s / 120s
是否选择DR和BDR：是
是否主动发现邻居：否
④点对多点（点对多点）网络
默认情况下，没有链路层协议将被视为点对多点类型。点对多点必须由其他网络类型强制更改，即项目是按需的。通常的做法是将未完全连接的NBMA更改为点对多点网络。在这种类型的网络中，Hello消息以多播（224.0.0.5）的形式发送，其他协议消息（DD消息，LSR消息，LSU消息，LSAck消息）以单播形式发送。
Hello Time和Dead时间：30s / 120s
是否选择DR和BDR：否
是否主动发现邻居：是
⑤虚拟链接（Virtual Link）网络
从上面的文章可以看出，OSPF的骨干区域必须是连续的，但是当物理上不连续时，我们可以使用虚拟连接来使罗吉山的骨干区域连续。然后可以在任何两个区域边界路由器上恢复虚拟链路，但是要求两个区域边界路由器都具有连接到公共非骨干区域的端口。此非骨干区域是“过境”区域。虚拟链接实际上是骨干区域中的虚拟链接。注意：不建议在实际网络中使用虚拟链接。规划网络时，请尽量避免虚拟链接。
7. OSPF消息的目的地址
8. OSPF的工作过程
（1）了解自己的链接
每个路由器都了解自己的链路，即其直接连接的网络。
（2）寻找邻居
与RIP不同，OSPF协议运行后，它不会立即向网络广播路由信息，而是首先在网络中寻找可以与其自身交换链接状态信息的周围路由器。可以交换链接状态信息的路由器是彼此的邻居。一个
（3）创建链路状态包
一旦路由器建立了邻居关系，就可以创建链路状态数据包。一个
（4）链路状态信息传输
路由器将描述链路状态的LSA泛洪到邻居，最后形成一个链路状态数据库，其中包含网络的完整链路状态信息。
（5）计算路线
路由区域中的每个路由器都可以使用SPF算法独立计算路由。
9. OSPF协议的主要优点
（1）OSPF适用于广泛的网络：OSPF协议对路由跳数没有限制，因此OSPF协议可以在许多场合使用，并且支持更大的网络规模。只要在多播网络中，OSPF协议就可以支持数十个路由器一起工作。
（2）组播触发更新：收敛完成后，OSPF协议以触发方式将拓扑变化信息发送给其他路由器，从而降低了网络宽带的利用率。同时，可以减少干扰，尤其是在使用时。组播网络结构，发送信息时不影响其他设备
（3）收敛速度快：如果网络结构发生变化，OSPF协议系统将以最快的速度发送新的报文，使新的拓扑结构迅速传播到整个网络；此外，OSPF采用较短周期的HELLO消息来维护邻居状态。
（4）以成本为度量标准：在设计OSPF协议时，要考虑链路带宽对路由度量的影响。 OSPF协议以成本值为标准，链路成本和链路带宽成反比关系。带宽越高，成本越小。这样，OSPF路由主要基于带宽因素。
（5）OSPF协议的设计是避免路由环路：在使用最短路径的算法下，接收路由中的链路状态，然后生成路径，因此不会产生环路。
（6）广泛的应用：在Internet上广泛使用，将会有大量的应用示例。证明这是使用最广泛的IGP之一。
10. OSPF区域
在OSPF中划分区域的目的是控制链路状态信息LSA泛洪的范围，减小链路状态数据库LSDB的大小，提高网络可伸缩性并实现快速收敛。
当网络包含多个区域时，OSPF协议有特殊规定，即必须有一个区域0，通常称为主干区域（Backbone Area）。设计OSPF网络时，一个好的方法是从骨干区域开始，然后扩展到其他区域。骨干区域位于所有其他区域的中心，也就是说，所有区域都必须在物理上或逻辑上连接到骨干区域。这种设计思想的原因是，OSPF协议需要将来自所有区域的路由信息引入到骨干区域，然后又将来自骨干区域的路由信息分发到其他区域。
OSPF将区域分为几种类型
骨干区域：作为中心实体，其他区域也连接到骨干区域，骨干区域号为0。在该区域中，允许发布各种类型的LSA。
标准区域：除骨干区域以外的默认区域类型。在这种类型的区域中，允许发布各种类型的LSA。
存根区域：STUB区域。此类型的区域不接受有关AS外部的路由信息，即，它不接受类型5 AS外部LSA。当需要路由到自治系统外部的网络时，路由器将使用默认路由（0.0.0.0），自治区域边界路由器ASBR不能包含在末节区域中。
完整的末节区域：此类区域不接受AS外部的路由
同时，它不接受来自AS中其他区域的摘要路由，即不接受类型3，类型4和类型5的LSA，并且完整的存根区域不能用自治系统替换ASBR。边界路由器。
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