课程OSPF协议.doc

北京研究部培训教材 版本 1 0 协议软件系列之一 OSPF协议 作者 陈鹏 华为技术 一九九八年十二月 目目 录录 前前 言言 3 OSPF 协议分析协议分析 6 第一节 背景介绍 6 第二节 术语和基本概念 7 第三节 得到连接状态数据库 11 第四节 计算路由表 16 第五节 OSPF 协议与其它路由协议的比较 19 1 网络结构不同 19 2 协议的运行有差异 20 3 使用情况不同 20 OSPF 疑难解析疑难解析 22 问题 1 OSPF 的有什么特点 22 问题 2 OSPF 在实际运行中的情况怎样 23 问题 3 OSPF 协议中的一些常数是怎样规定的 25 问题 4 OSPF 报文的具体格式怎样 27 问题 5 OSPF 的适用范围怎样 31 问题 6 OSPF 协议的功能还将会有哪些改善 31 OSPF 实现的思路实现的思路 33 1 路由协议开发所使用的统一平台 33 2 OSPF实现的模块结构 34 3 OSPF的配置命令实现 34 前前 言言 OSPF 协议是 Open Shortest Path Fist 开放式最短路优先协议的缩写 是用 于计算机网络上发现路由 计算路由的一种协议 OSPF 入门童话 可以把整个网络 一个自治系统 AS 看成一个王国 这个王国可以分成几 个区 area 现在我们来看看区域内的某一个人 你所在的机器 root 是怎样得到 一张世界地图 routing table 的 首先 你得跟你周围的人 同一网段如 129 102 建立基本联系 你大叫一 声 我在这 发 HELLO 报文 于是 周围的人知道你的存在 他们也会大 叫 这样你知道周围大概有哪些人 你与他们之间建立了邻居 neighbor 关系 当然 他们之间也有邻居关系 在你们这一群人中 最有威望 Priority 优先级 的人会被推荐为首领 Designated Router 首领与你之间是上下级关系 adjacency 邻接 它会与你建 立单线联系 而不许你与其它邻居有过多交往 他会说 那样做的话 街上 太挤了 你只好通过首领来知道更多的消息了 首先 你们互通消息 他告诉你他 知道的所有地图的地名 你也会告诉他你现知道的地名 当然上也许只有你一 个点 Database Description 数据库描述报文 你发现地名表中有你缺少的或比你新的东西 你会问他要一份更详细的资 料 他发现你的地名表中有他需要的东西 他也会向你索求新资料 Link State Request 连接状态请求报文 当然 你们毫不犹豫地将一份详细资料发送给对方 Link State Update 连接 状态升级报文 收到地图后 互相致谢表示收到了 Link State Ack 连接状态响应报文 现在 你已经尽你所能得到一份地图 Link State DataBase 连接状态数据库 你去查找地图把到所有地方的路挑一条最近 shortest path 最短路 的 记为 一张表格 routing table 路由表 当然以后查这份表格就知道到目的地的一条 最近的路了 地图也要收好 万一表格上的某条路不通了可以通过图去找一条 新的路 其实跟你有联系的 只是周围一群人 外面的消息要通过首领来知道 因 为你的地图是跟首领的一致 我们假设你是首领 你要去画一份世界地图 你命令所有手下向你通报消息 你可以知道你这一群人的任何一点点小动 静 event 事件 你手下还会有同时属于两群人的家伙 同一区内两网段 他 会告诉你另一群人的地图 当然也会把你们这一群人的地图泄露 不过 无所 谓啦 这样 整个区的地图你知道了 对于不知道的那也没办法 我们尽力了 通过不停地交换地图 现在 整个区的人都有同样的地图了 住在区边境 上的人义不容辞地把这个区的地图 精确到每一群人 发送到别的区 把别的 区信息发送进来 国王会把这些边境的人命名为骨干 backbone area 通过骨 干人士的不懈努力 现在 整个国家的地图你都了解得一清二楚了 有些人 里通外国 AS Boundary Router 自治系统边界路由器 他们知 道一些 出国 AS External route 自治系统外部路由 的路 当然他们会把这些 秘密公之与众 import 引入 通过信息的传递 现在 你已经有一张完整的 世界地图 了 OSPF 是这样标记最短的路的 对于某个目的地 首先 考虑是否有同一区 内部到目的地的路 intra area 区域内 如果有 则在其中取一条离你最近的 花费最小 写进你的表格中 这个目的地可能是到本群体某个人也可能是到 其他群体的 对于经过其他区域的路由 你会不予考虑 跟自己人 同区域 打交道总比与外人 其他区域 打交道好 如果没有本区的路 你只好通过别 的区域了 区域间 你只要在地图上找最近的就是了 如果你发现目的地在国 外 你也只能先把它标记到你的表格上 期待什么时候王国扩张到那 你就可 以把它标记到国内地图上了 OSPF 就是这样 给你一份 世界地图 并且在上面标记了最短的路 如 此而已罢了 OSPF 协议分析协议分析 第一节 背景介绍第一节 背景介绍 TCP IP 协议中 寻找一台计算机到另一台计算机的路由是很重要的 1 要判断是否能找到路 2 找到路后找一条短的路 花费时间最小 3 在找路时不能循环 4 最好还应该能动态处理路由变化 如 接口的 UP 或 DOWN 时间花费的 变化 网络结构的改变等 IETF Internet Engineering Task Force 于 1988 年提出的 OSPF 是一个基于链 路状态的动态路由协议 协议的基本思路如下 在自治系统中每一台运行 OSPF 的路由器收集各自的接口 邻接信息称为链路状态 通过 Flooding 算法在 整个系统广播自己的链路状态 使得在整个系统内部维护一个同步的链路状态 数据库 根据这一数据库 路由器计算出以自己为根 其它网络节点为叶的一 根最短的路径树 从而计算出自己到达系统内部可达的最佳路由 OSPF 是一类 Interior Gateway Protocol 内部网关协议 IGP 它处理在一个自治系统中 路由器的网络的路由表信息 OSPF 路由协议在 TCP IP 协议族的位置 OSPF TELNET RIP2 SNMP SOCKET TCP UDP IP IPX PPP X 25等 操作系统 硬件接口及驱动 图 1 OSPF 在网络协议族的地位 第二节 术语和基本概念第二节 术语和基本概念 OSPF 路由协议术语 OSPF 路由协议 Open Shortest Path First 最短路径优先协议 路由器 router 第三层的 IP 包交换机 以前在 IP 文献中也叫做网关 自治系统 autonomy system 一群路由器通过相同的路由协议来交换路由信息 缩写为 AS 区域 area 自治系统的划分单元 一个自治系统可以划分为多个区域 区域 ID area ID 自治系统内区域的 32 bit 标识 内部网关协议 internal gateway protocol 属于一个自治系统的路由器上运行的路由协议 缩写为 IGP 每一个自 治系统有一个单独的 IGP 不同的自治系统可能运行不同的 IGP OSPF 是内部网关协议的一种 路由器的 ID router ID 一个 32 位的标号对每个运行 OSPF 的路由器 在自治系统内是唯一的 网络 network 在这种意义下 是 IP 网络 子网 超网 可能是标记了多重复合 IP 地址的 子网 我们把它们看成是分离的网络 点到点的物理网络是个特例 它 们只是被当作简单的网 不管对它们怎样指定 IP 号 网络掩码 network mask 一个 32 位的数指示 IP 网络的 IP 地址范围 以十六进制数显示 例如一 个 C 类网的掩码是 0 xfffff00 在文字上写成 255 255 255 0 点到点网络 point to point network 由一对路由器简单组成的网络 例如一个 56Kb 的串口线的连接 广播网 网络支持许多 两个以上 的路由器 都有能力将地址信息发送到所有连接 的路由器上 广播 邻居路由器被 OSPF 的 hello 协议动态地发现 OSPF 使这种广播能力能得到更大的应用 如果它存在 它上的每一对路由器 都假定能和对方直接相连 以太网是一个广播网的例子 非广播网 网络支持许多 两个以上 路由器 但没有广播能力 邻结点也是通过 OSPF hello 报文来维持 但是由于设有广播能力一些邻居需要靠配置来 发现 在邻居间 OSPF 协议报文也是互相传送的 X 25 网是一个例子 OSPF 可以在两种非广播网上运行 一种是非广播多重访问 NBMA 它类似于 OSPF 在广播网上的操作 第二种类型叫点到多点 可看为多 个点到点的连接的集合 非广播网类型的判别依靠于对网络的操作模式 接口 interface 一个路由器与它连接的一个网络 的连接称为接口 一个接口有它的状 态信息 可以通过底层协议或是路由协议本身来得到 每个接口有一个 唯一一个 IP 地址和掩码 除非是不标号的点到点连接 一个接口有时也 指一个连接 邻居路由器 neighbor 两台路由器有接口连向共同的网络 邻居关系通过 OSPF hello 协议被维 持 通常是动态的 邻接 adjacency 为交换路由而在邻居间建立的关系 不是每对邻居都成都为邻接的 连接状态传送 Link State Advertise 描述本地路由器或网络的数据单元对路由器来说 它描述了路由器的接 口状态和邻接状态 第一个连接状态传送会发送到整个路由领域 所有 的连接状态传送组成了协议的连接状态数据库 这在全局范围内使用 缩 写为 LSA 连接状态数据库 Link State DataBase 所有的连接状态传送组成了连接状态数据库 stub 网络 只有一个接口与外部相连的网络 如一个 PPP 可视为一个 stub 网络 骨干区域 Backbone Area 所有区域边界路由器和它们之间的路由组成骨干区域 自治系统外部路由 AS external route 指由非 OSPF 协议得到的路由 如 BGP 边界网关协议 RIP Routing Information Protocol 系统的静态配置路由等 系统的静态路由是由配置得到 的 其他协议的路由是通过引入操作得到的 外部路由的指定是由用户决定的 路由 route 指两节点之间的连通路径 路由表 routing table 到每个目的地有路由 这样的表叫路由表 基本概念 OSPF 把整个网络 Internet 上的子网或其他类型的网 看成一个自治 系统 AS 每一个 AS 内若干个物理上相邻的路由器 Router 网络 Network 组成 Area 这些 Area 内部一般是不相交的 它们划分了整个 AS 如图是一个典型的自治系统划分的例子 N1 R1 R2 R4 R3 R5 R6 R7 R10 AS other N2 N3 R8 R11 N4 R12 R9 Area2 Area1 Area3 图 2 OSPF 系统网络拓扑结构图例 Rxx 代表路由器 N 代表网络 1 R1 R2 R3 R4 N1 组成区域 1 R3 R4 是区域边界路由器 ABR 2 R7 R8 R10 N2 N3 组成区域 2 R7 R10 R11 是区域边界路由器 ABR 3 R9 R11 R12 N4 组成区域 3 R11 是区域边界路由器 ABR 4 所有区域边节点 R3 R4 R7 R10 R11 及 R5 R6 共同组成了骨干区 域 backbone area 5 Area1 Area2 Area3 以及 backbone area 共同组成了一个自治系统 Autonomous System R5 是系统的边节点 ASBR OSPF 的数据储存结构如下图所示 自治系统 路由表结构 区域 接口数据结构 邻居数据结构 区域数据结构 全局数据结构 网络 路由器 图 3 OSPF 的数据储存结构 OSPF 协议的中心思想是在每一个区域上运行一个 OSPF 的副本 让我们以 区域为基础进行阐述 通过路由器间的路由信息交换 自治系统内部可以达到信息同步 即 LSDB 连接状态数据库 描述的网络拓扑同步 LSDB 由 LSA 连接状态传送报文 得到 由于 LSA 的种类不同 可以把 LSDB 分成五类 1 rtr LSA 由区域内路由传送来的 LSA 2 net LSA 由区域内子网络传送的 LSA 3 netsum LSA 区域间传送描述网络的 LSA 4 asbrsum LSA 区域间传送描述 AS 边节点的 LSA 5 ASE LSA AS 外部的 LSA LSA 所描述的信息一般包括 1 接口信息 接口 ID 类型 LS TYPE 状态 STATE 等 2 网络节点信息 目的地 destination 掩码 mask 所属区域 位 置等 3 路由信息 下一跳 next hop 即路由下一步该去的顶点 权 metric 类型 route type 等 4 其他信息 时控 该节点收到的连接状态传送报文信息等 所有的 LSA 组成 ROOT 的 LSDB 通过 LSDB 每个节点可以用 Dijkstra 算 法 求出最小树 Shortest Path Tree 通过最小树并改进系统路由表 routing table 路由表包含目的地 destination 下一跳 next hop 花费 metric 等 出于安全性考虑 OSPF 协议中还包含认证过程 路由器之间必须通过某个 过程来认证它们之间的通信 即在 OSPF 报文中加入认证字 第三节 得到连接状态数据库第三节 得到连接状态数据库 下面我们看看一台机器是怎样通过报文的发送得到一个完整的 LSBD 的 下 图能大概描述两台路由器从开始联系到数据库同步的信息 报文 传递过程 图 4 两台路由器的数据同步过程 向物理上能达 广播网同一网段或 PPP 或 NBMA 上的指定的节点 所 有结点发送 Hello 报文 同时也收到它们发送来的 Hello 报文 这样 可以确认 哪些机器是相连的 这种相连 确定了它们之间的 Neighbor 的关系 对 HELLO 报文的处理详见下图 收到HELLO报文 检查IP和OPSF报文头丢弃报文并终止进程 检查网络掩码 发HELLO间 隔 路由器死亡确认时间 丢弃报文并终止进程 在邻居表中查找 在HELLO报文中标记邻居列 表 在HELLO报文中标记优先级 标记DR 标记BDR 终止进程 生成新的邻居结构 正确 出错 不匹配 匹配 找到 没找到 邻居结构 状态 时间参数 主 从关系 序列号 邻居ID 邻居优先级 邻居的IP地址 邻居的DR 邻居的BDR 列表 连接状态响应 数据库描述 连接状态请求 图 5 HELLO 报文处理过程图 通过 Hello 报文的所带 priority 位 和 DR BDR 信息 可以选出该网段的 DR 所有路由器认可一个优先级最高的路由器作为 DR 优先级次高的作为 BDR 所有这个网段的路由器与 DR BDR 构成邻接关系 丢弃优先级为0的邻居 标记所有邻居的DR BDR 对于所有宣称自己为BDR的路由 器 选择优先级最大的为BDR 若相同 选取ID最大的 路由器为DR 若没有DR 在所有宣称为BDR的路 由器中选优先级最高的路由器为DR 对所有宣称为DR的路由器 取 其优先级最大的 为DR 若相同 取ID号最大的 路由器为DR 若没有人宣称DR BDR 则把优 先级最高的两个作为DR BDR 若DR或BDR改变了 加DR BDR到自己的数据库中并 相应发HELLO报文 重复步骤1到2 是 否 这里 DR 选举路由器 DBR 备分选举路由器 步骤1 步骤2 图 6 DR BDR 选举 路由信息 连接状态传送报文 只在形成邻接关系的路由器间传递 首先 它们之间互发 DD database description 报文 告之对方自己所拥有的路由信 息 DD 报文有两种 一种是空 DD 报文 用来确定 Master Slave 关系 避免 DD 报文的无序发送 确定 Master Slave 关系后 才发送有路由信息的 DD 报 文 收到有路由信息的 DD 报文后 比较自己的数据库 发现对方的数据库中 有自己需要的数据 则向对方发送连接状态请求 Link State Request 报文 请 求对方给自己发送数据 LSR 报文指示了所需的那部分 LSA 的内容 让对方给发送 收到 LSR 报文后 按要求发送新的路由信息给对方 即给对方发送连 接状态升级报文 Link State Update 报文 LSU 报文给对方一个详细的路由信息 收到 LSU 之后 会给对方发送一个连接状态响应报文 Link State Ack 报 文 以示收到 对 DR 来说 会发送一个包含该连接状态升级报文的连接状态 升级报文到网段内所有节点 不发连接状态响应报文 LSAck 报文指示收到 LSU 报文 DD LSR LSU LSAck 在没有收到对方相应的响应时 一般会重传 通过 Adjacency 间的连接状态传送报文传递信息在同一个网段内达到同步 通过属于多个网段的路由器的 中转 区域内路由信息可以达到同步 有的路由器的两个或多个接口会配置在几个区域上 这个路由器是在 backbone 上 它会把它得到的路由信息摘要 发给 backbone 上其它点 摘要指 的是只发网段信息 有些节点会把其它协议的路由 静态 RIP BGP EGP 等 引入到自治 系统内部 用类似的方法把 ASE ASBR 信息传送到整个自治系统 LSA 发送可以由下图表示 图 7 各类连接状态传送报文的发送 在系统达到同步后 某一台路由器的路由表发生变化 则把路由变化部分 以类似链式反应的方式发送 我们称之为 FLOOD 把升级的路由表在系统内 同步了 第四节 计算路由表第四节 计算路由表 让我们先看一个例子 H1 R1 N1 R2 R3 N2 R4 R6 N7 R5 N5 12 5 H2 1 2 4 5 14 N8 7 6 N6 8 N4 9 N3 21 2 1 1 8 34 2 8 4 6 8 7 图 8 一个网络的带权有向图 注 网络到路由器是没有花费的 由上图 得到 R1 的最短路树 H1 R1 N1 R2 R3 N2 R4 R6 N7 R5 N5 12 5 H2 1 2 4 5 1 4 N8 7 6 N6 8 N4 9 N3 图 9 由上图得到的 R1 的最短路树 路由表计算过程 1 初始化 保存旧的路由表 2 用 Dijkstra 算法计算区域内的路由 3 通过检查 SUM LSA 计算区域间的路由 4 利用虚连接改进路由 5 通过 ASE LSA 计算 AS 外部路由 计算是按根节点所连的区域逐个区域来计算的 对于每一个区域 分别进 行计算 且在计算过程中逐步改进路由表 其实际过程应该是如下图所示 开始 计算区域内路由 区域为空 否 是 计算区域间路由 用转换区域改进路由 计算自治系统外部路由 取下一个区域 结束 图 10 路由计算过程图 不同路由的比较如下图所示 开始 是否含外部路由 y n 只有一条路由 含外部路由 取不含外部路由 的路由 2 类外部路由 花费相同 y n 选 2 类花费小的路由 选择花费少的 结束 两条路由同 等级 y n y n 取等级高的 路由 取小花费的路由 图 11 路由比较过程图 第五节 第五节 OSPFOSPF 协议与其它路由协议的比较协议与其它路由协议的比较 通用的路由协议除了 OSPF 主要还有 RIP 路由协议 路由信息协议 等 将 OSPF 和 RIP 作一个大致的比较如下 1 网络结构不同 网络结构不同 RIP 的拓扑是简单的 小 图 说它简单 是因为它没有系统内外 系统 分区 边界的概念 它用的是不分类的路由 说它 小 是因为它的每一个 节点只能处理以自己为头的至多 16 个节点的链 路由以下一跳个数来描述 无法体现带宽和网络延迟 RIP 适用于中小型网络 OSPF 可以适用于较大规模的网络 它把自治系统分为若干个区域 通过 系统内外路由的不同处理 区域内和区域间路由的不同处理方法 引入摘要的 概念 减少了网络数据量的传输 OSPF 对应于 RIP 中的 距离 的概念 引 入了 权 metric 的概念 对于不同的网络连接可以人工指定或根据网络的 带宽和网络延迟动态地计算花费 OSPF 所能接受的最大的花费是 65534 即 0XFFFF 1 区域内 区域间和自治系统外为 16777214 即 0XFFFFFF 1 其缺 省得花费是 1 可以说 OSPF 的路由处理能力相当大 并且还把其他协议的路 由或静态或核心路由作为自治系统外部路由引入 它的处理能力已经是相当完 全了 RIP 不支持可变长度子网掩码 Variable Length Subnet Masks i e VLSM RIP 的新版本 RIP2 支持 OSPF 支持 VLSM 2 协议的运行有差异 协议的运行有差异 RIP 运行时 首先向外广播请求报文 其他运行 RIP 的路由器收到请求报 文后 马上把自己的路由表发送过来 在没有收到请求报文时 定期 30 秒 广播自己的路由表 在 180 秒之内如果没有收到某个相邻路由器的路由表 就 认为它 DOWN 掉了 把它从路由表中作废 120 秒后清除 并广播自己新的路 由表 OSPF 运行时 用 HELLO 报文建立连接 然后迅速建立邻接的关系 在建 立了邻接关系路由器中发送路由信息 以后 是靠定期发送 HELLO 报文去维 持连接 相对来说 HELLO 报文数据量比 RIP 协议的路由表报文小得多 网络 拥塞也少了 HELLO 报文在广播网上 10 秒发送一次 在 NBMA PPP 虚连 接上 30 秒发送一次 在一定时间 4 倍于 HELLO 间隔 没有收到 HELLO 报 文 认为对方 死 掉 从路由表中去掉它 在 LSBD 中给它置位为 INFINITY 但并没有真正去掉 以备它再起时减少数据传输量 在它达到 MaxAge 3600 秒 时 真正去掉它 OSPF 的路由表也重发 重发间隔是 1800 秒 以上这些从另一方面说明了 OSPF 协议适用性广 RIP 相对简单 适用于 较小规模网络 3 使用情况不同 使用情况不同 一般说来 由统计数据得到 参看 RFC 1245 OSPF 占用的实际链路带宽 比 RIP 少 因为它的路由表是有选择的广播 只在建立邻接关系的路由器间 OSPF 使用的 CUP 时间比 RIP 少 因为 OSPF 达到平衡后的主要工作只是发 HELLO 报文 RIP 是发送路由表 OSPF 用的路由器的内存比 RIP 大 因为 OSPF 相对有一个大的路由表 RIP 在网络上达到平衡用的时间比 OSPF 多 因 为它往往要发送及处理一些无用的路由信息 OSPF 疑难解析疑难解析 问题问题 1 OSPF 的有什么特点 的有什么特点 答 OSPF 协议的特点有 1 它引入了以下的概念 邻接关系 在某些运行 OSPF 的路由器对 pair 中建立邻接关系 它们 的数据库通过交换信息来达到同步 所有路由器和网段上的 DR BDR 建立邻接关系 对于没有 DR BDR 的点到点网络 是 两端直接构成邻接关系的 DR 在广播网和 NBMA 上 同一网段上的所有路由器通过一定算法选举 DR BDR DR 的作用是与网段内的路由器构成邻接关系 并交换 路由信息 把本网段的路由信息 包装 成 NETLSA 本网段内有 多个接口的路由器发送到其他网段 BDR 在选举 DR 的同时 BDR 也被选举出来 它也与本网段所有路由器 建立邻接关系 与 DR 功能不同的是 它不产生 NETLSA 它的主 要意义在于网络的 DR 消失后 能迅速 最坏的情况 240 秒 最好 的情况马上 升级为 DR 这样做 能够节省许多开销 区域 OSPF 允许把自治系统分为区域 首先 它提供了所谓的路由保护 即区域内路由的优先级高于其余的路由 其次 路由算法所占用的 计算时间 占 CPU 时间的主要部分 也减少了 路由分级 OSPF 的路由依照其优先级排列有四种 区域内路由 区域间 路由 ASE 外部 1 类路由 ASE 外部 2 类路由 它提供了路由保护 的功能 即优先级高的路由比优先级低的路由优先加入路由表 及简化了自治系统的路由管理 虚连接 引入虚连接的概念 保证了骨干区域的路由器的连通性 减少了 区域拓扑结构的限制 验证字 OSPF 的报文都包含验证字字段 OSPF 在处理报文之前 会检查 验证字以判断是否要处理该报文 STUB 区域 为了减少路由器内存的开销 某些区域可以标记为 STUB 区 域 ASE 路由信息 往往在 AS 的路由信息中占用大部分 不发送 进入 通过 STUB 区域 STUB 区域到 ASE 目的地的路由是通过一 个缺省出口出去的 2 它有如下功能 支持 NBMA OSPF 对 NBMA 的处理与广播网是基本一样的 其不同之 处在于 HELLO 报文不是以广播的形式发出的 而是向指定的 有 权成为 DR BDR 的路由器发 HELLO 报文 其余 都和广播网一 样 灵活引入外部路由 OSPF 把系统外部路由以 ASE LSA 的形式引入 减少 了路由的交通拥塞 ASE 路由占路由表的大部分 这样做 我们 只需要传送路由的变化 再局部路由表升级即可 在自治系统的 边界有一个 前方地址 的概念 它可以规划 ASE 的下一跳 ASE 有两类花费 使路由多了一个层次 ASE 路由还引入了标签 tag 的概念 方便了路由管理 灵活引入花费 OSPF 中 花费是配置在外出的路由器接口上的 路由的 花费为所有构成该路由的接口的花费的总和 这有利于用户根据带 宽 网络延迟 网络费用等因素灵活配置 选取路由 支持 VLSM 通过配置掩码 OSPF 支持可变长度子网掩码 支持 IP 多点传送 OSPF 通过 IP 多点传送 IP Multicasting 来传送路由 信息 有效地利用了带宽 问题问题 2 OSPF 在实际运行中的情况怎样 在实际运行中的情况怎样 衡量其运行情况的因素主要有 CPU 占用率 路由器内存使用情况 带宽 使用情况 及路由器的处理量的情况 有一组统计数据 描述了 OSPF 在一些网络的运行情况 BARRNet NEI OARnet 分别是 90 年数据 Statistic BARRNet NSI OARnet 路由器的数量 14 15 13 数据收集用时 99 hrs 277 hrs 28 hrs SPF 计算频率 50 min 25 min 13 min 外部路由增加的频率 1 2 min 0 98 min not gathered LSA 重传周期 29 7 min 30 9 min 28 2 min LSU 报文中 LSA 个数 3 38 3 16 2 99 重传概率 1 3 1 4 0 7 数据收集用时是统计用的总时间 SPF 计算频率是在数据收集用时内平均的 SPF 树的计算频率 是占用 CPU 的主要因素 由统计数据可以看出 在相当的网络上路由计算的时 间间隔至少 13 分钟 而每次计算的时间是小于毫秒级 斯坦福大学的实验数据是 200 台路由器组成的网络 SPF 计 算的用时是 15 毫秒 MILNET 美国军用网络 的数据是 230 台路由器组成的网 络 在网络变化相对较频繁的情况下 CPU 占用率也不到 5 经过计算得到结论 其算法复杂度是 O n log n 其中 n 是系统中 路由器的数量 其运算时间的增长是相当慢的 外部路由增加的频率是衡量路由器路由表和 LSDB 大小的主要因素 即路 由器内存增加的主要部分 因为 OSPF 的路由绝大部分是 ASE 每 个 ASE 占用内存是 36 字节 加上在路由表中 ASE 路由占的 28 字 节 共 64 字节 其他统计数据表明 在一台路由器上 会出现万 个以上的 ASE 以 10000 个来计算 其占用的内存是 640K 这是个 相当大的数字 外部路由增加的频率 LSA 重传周期 连接状态升级报文中 LSA 个数 重传概率是衡量传送数据量的因素 是决定 OSPF 协议占用带宽的 主要部分 一般说来 传送的数据主要是 ASE 连接数据升级报文 一个报文的大小是 52 字节 我们可以来计算一下带宽的利用 按照占用带宽的 5 来计算 网络速率 每秒发送报文的个数 一个重传周期 1800 秒发送报文数 9 6 Kb 9 2 16560 56 Kb 53 95400 总的说来 OSPF 占用的带宽还是比较小的 相对 RIP OSPF 网络中 信息量处理最大的路由器是 DR 路由器 它发送的路由状 态信息要比其他路由器要大得多 收到的响应报文也是最多的 DR 路由器 的处理量的大小 从根本上来说 决定了网络资源的使用 DR 处理路由 器的数量的上限一般是 50 台路由器 问题问题 3 OSPF 协议中的一些常数是怎样规定的 协议中的一些常数是怎样规定的 答 OSPF 协议规定了以下常数 1 重传周期 1800 秒 定义了连接状态数据库的重传的时间间隔 2 路由最大存在时间 3600 秒 正好是重传周期的两倍 即在两个 重传时间都没有得到某路由器传来的路由信息 则将其从路由器 的数据库中删去 3 最小数据报文发送间隔 5 秒 指定连接状态数据库发送的最小 时间间隔 4 最小报文收到时间 1 秒 路由器不接受来自同一路由器的过于 频繁的连接状态报文 5 效验时间 300 秒 用于效验和操作的时间常数 6 最大连接状态传送报文发送时间 900 秒 描述连接状态传送报 文到达的时间上限 7 不可达花费 定义为 0XFFFFFF 大于等于此数的花费认为是无 穷 即目的地不可达 8 缺省目的地 对于 ASE 路由和 STUB 区域的外出路由 有一个 缺省目的地 0 0 0 0 其掩码也是 0 0 0 0 对于路由表中找不到的目 的地 一律发送到该缺省目的地 9 初始化序列号 连接状态信息传送的第一个报文的序列号 0X80000001 即 0X7FFFFFFF 10 最大序列号 连接状态信息传送的最大的序列号 0X7FFFFFFF 11 所有 OSPF 路由器 多重 IP 地址 224 0 0 5 报文广播用 12 本网段 DR 路由器 多重 IP 地址 226 0 0 6 报文广播用 需要配置的常数 全局变量 1 路由器的 ID 号 区域常数 2 区域 ID 号 3 网段列表 包括 IP 地址 掩码 4 外部路由能力 指明该区域是否 STUB 5 STUB 缺省花费 接口常数 包括点到点 NBMA 虚连接 6 接口 IP 地址 掩码 7 接口所属区域的 ID 8 发送 HELLO 的间隔 默认网口 10 秒 其他接口 30 秒 9 认为连接断开的时间 一般是 4 倍以上于发送 HELLO 的时间 10 接口花费 默认 1 11 发送接收连接状态传送报文的时间参数 12 路由器优先级 默认 0 13 验证字 实验所得的数据 一个区域至多配置 40 到 50 台路由器 一个网段至多配置 50 台路由器 太多的话 最好分区域 分网段运行 区域边节点路由器最好只连两个区域 一个骨干区域 一个非骨干区域 至多多连一个非骨干区域 这样网络运行才 比较正常 问题问题 4 OSPF 报文的具体格式怎样 报文的具体格式怎样 答 所有的 OSPF 报文有统一的报文头格式 如下图 版本 指 OSPF 版本 1 或 2 版本 8 类型 8 报文长度 16 路由器 ID 32 区域 ID 32 校验和 16 认证 AU 类型 16 认证字 64 图 12 OSPF 报文头结构 HELLO 报文有如下格式 OSPF 报文头 192 网络掩码 32 发送 HELLO 报文的间隔 16 选项 8 路由器优先级 8 认为对方断开时间 32 选举 备份选举路由器 64 所有邻居路由器 ID n 32 图 13 OSPF 的 Hello 报文 连接状态数据报文有如下报文头 该报文发出的时间 16 选项 8 连接状态类型 8 连接状态 ID 32 发送报文的路由器 32 报文的序号 32 报文检验和 16 长度 16 图 14 连接状态传送报文头结构 数据描述报文有如下格式 OSPF头标 192 保留 可选 5 I M MS DD 序号 n 32 数据库段1 to n 数据库段的拓扑结构列 表 每一连接状态传送都 由连接状态报文头描述 为每一 LSA 重复 连接状态请求报文有以下格式 OSPF 报文头 192 连接状态类型 1 32 连接状态 ID1 32 发送报文的路由器 1 32 连接状态类型 n 2 连接状态 ID n 32 0 发送报文的路由器 n 32 图 15 连接状态请求报文 连接状态升级报文有如下格式 1 路由器连接状态升级报文 OSPF报文头 192 连接状态报文头 160 路由器连接的数量 16 路由器连接状态报文 6 8 连接的ID 32 连接的顶点信息 32 类型 8 服务类型 8 0类服务类型的权 16 所有的服务类型的列表 8 服务类型n 8 n类服务类型的权 16 保留和 或设置为零 E B 为每一路由 连接重复 为每一服务类型重复 图 16 路由器连接状态升级报文 2 其他连接状态升级报文 连接状态报文头 160 网络掩码 32 所连接的路由器 1 32 所连接的路由器 n 32 连接状态报文头 160 网络掩码 32 服务类型1 8 花费 1 24 服务类型n 8 花费n 24 服务类型1 7 花费1 24 下一跳地址1 32 外部路由标记 1 32 服务类型n 7 花费n 24 网络掩码 32 下一跳地址 n 32 外部路由标记 n 32 连接状态报文头 160 网络连接状态升级报文 网络摘要连接状态升级报文 自治系统外部路 由连接状态报文 E位 1 E位 1 图 17 其它连接状态升级报文 连接状态确认报文格式 OSPF 报文头 192 连接状态 类型 32 连接 ID 32 发送报文的路由器 32 连接状态 序号 32 连接状态校验和 16 连接状态年龄 16 图 18 连接状态确认报文 问题问题 5 OSPF 的适用范围怎样 的适用范围怎样 答 OSPF 适用从大到小的网络 它能引入大量的外部路由 两种不同的外部 路由花费 路由的分级制度 局部路由表升级方法 确定了它有很广泛的应用 范围 问题问题 6 OSPF 协议的功能还将会有哪些改善 协议的功能还将会有哪些改善 答 OSPF 路由协议的功能已经相当完善了 但有个小的局限 OSPF 的局限性 主要在于它的路由分级制度还是不够理想 只有 4 种路由等级 在很复杂的外 部路由的情况下 简单的四种分级是不够的 往往要把它分为多个自治系统 用外部网关路由协议来处理 一种更为理想的分级制度是把路由器按某些规律 分成一些组 这些组中进一步组合成一些更大的组 到最后 最大的组是整 个 Internet 到某