网络协议分析（TCPIP）：第11章 开放式最短路径优先OSPF

第11章开放式最短路径优先OSPF要求：1

掌握OSPF的特点；2

掌握OSPF区域划分的思想；3掌握OSPF路由汇总的方法；4掌握OSPF路由计算的方法；5掌握OSPF各种报文的功能。1OSPF是一个链路状态路由协议，每个OSPF路由器维护一个链路状态数据库LSD；每个OSPF路由器使用Dijkstra算法求最短路径，计算该路由器到其它目的站的最短路径，然后更新数据库；OSPF支持无类域内路由CIDR；OSPF概述2无路由环路；收敛速度快；使用IP组播收发协议数据；提供服务类型路由，支持优先级；支持协议报文的安全认证:口令和MD5；支持负载均衡，若存在代价相同的多条路径，则均分通信量；适用于大规模网络，最多可支持数千台路由器；OSPF特性3简要步骤

①链路状态路由协议只在网络拓扑发生变化后产生路由更新，创建LSA；②通过组播将LSA传递给所有邻居，邻居收到后更新自己的链路状态数据库LSD，再转发；③根据LSD，计算最短路径，更新路由表。采用这种泛洪方式，保证每个路由表在更新路由表之前已更新了自己的LSD。4OSPF中的区域划分思想：减少参与链路状态交换的路由器群组规模方法：多区域技术（1）区域划分：把网络分成较小的块或区域，且只要求同一区域的路由器交换链路状态

1）每个区域都有一个编号，每个AS都必须有Area0，称为骨干区域；所有非骨干区域均与骨干区域相连；

2）区域内路由器互相通告链路状态，维护本区域内LSD；3）一个AS内，各区域间仅交换经汇总的路由信息；4）路由维护高效，隐藏区域内网络拓扑结构。OSPF思想5（2）若干概念1）内部路由器（IR）：所有接口都在同一区域如RT1，RT2，RT5，RT6，RT8，RT9，RT12

2）区域边界路由器（ABR）:接口属于不同的区域如RT3，RT4，RT7，RT10，RT11

3）骨干路由器（BR）:所有的ABR和骨干区域中的内部路由器4）AS边界路由器（ASBR）：与其它AS相连如RT5，RT7OSPF思想6N3N9N6RT1RT2RT3RT4RT5RT6RT10RT7RT11RT8RT9RT12（）（）（）（）（）（）H1（）N10N7N8N11N2N1N4N12N15N12N13N141111233111111422310SLIP3888886686775IbIa629Area0Area1Area2Area3VirtualLinkABRABRABRABRABRASBRASBRRT5RT77（3）说明同一区域内的路由器交换所有的信息，而对同一

AS中其它区域的路由器隐藏它的详细拓扑结构；骨干区域可能不连续，若新区域无法直接连到骨干区域，则可通过定义虚链路实现互通，如RT10与RT11；

骨干区域在区域之间分发路由信息，非骨干区域不能进行直接的路由信息交互；规定区域内路由器个数≤200，但最好≤50；

路由汇总采用CIDR技术；8（1）ABR隐藏区域内部网络及ASBR经过的中间路由器（2）采用CIDR合并多条路由，既减少通告量，又隐藏网络拓扑结构

路由汇总N1RT1RT2RT3ABR1ABR2553231359报文类型①HELLO:发现和维护邻居（测试可达性），建立邻接关系②数据库描述:交换链路状态，初始化网络拓扑数据库③链路状态请求:请求邻站传送链路状态信息④链路状态更新:（对请求的响应）交换链路状态⑤链路状态确认:对更新报文的确认OSPF报文100：不鉴别1：口令鉴别OSPF-2支持MD5，还可扩充产生该报文的路由器ID1：HELLO…基于IP协议，24字节固定首部OSPF报文首部111.HELLO报文作用：①发现和维护邻居，检测链路是否可用

②选举指定路由器和后备指定路由器

③建立邻接关系（双向连通性）OSPF报文12（1）发现和维护邻居a.

路由器R定期在所有接口上广播Hello报文b.

相邻路由器S收到后，判断R是否在自己的相邻路由器列表中，若没有，则加入，并建立单向关系（S知道，但R还不知道）c.S定期向所有接口广播Hello报文，包含了自己知道的所有邻居d.R发现自己是S的邻居，则双向关系建立e.

如果在一段时间内没有收到某个邻居的广播，则邻居关系解除OSPF报文13（2）报文格式①HELLO间隔(10s):组播间隔②路由器死亡间隔(Hello的4倍)：40s内未收到某邻居的Hello报文，邻居关系解除③邻站IP地址:发送方最近收到Hello报文的所有邻站建立邻居关系的条件(1)位于相同的区域(2)通过安全认证(3)相同的Hello和死亡间隔网络掩码HELLO间隔选项优先级指定路由器后备指定路由器邻站1的IP地址邻站2的IP地址……邻站n的IP地址路由器死亡间隔类型为‘1’的OSPF首部相当于RIP的30s更新定时器相当于RIP的180s路由超时定时器14④优先级:

选举指定路由器DR和后备指定路由器BDR通常优先级高的当选(相同时选IP地址比较大的)

且一经当选，不轻易更换15⑤指定路由器（DR）在一个连接有多个路由器的网络上，指定其中一个路由器负责向外发送该网络中所有链路状态信息N1R1R2R3R4后备指定路由器:

DR的接班人（防止DR失效）R1R2R3R4N1拓扑图中，抽象成若R1为DR，则只有R1对外发一个网络LSA，通告该处链路状态162.数据库描述报文：交换协议①作用：相邻路由器建立连通性后交换信息来初始化网络拓扑数据库（数据库同步）数据库序号接口MTUIMMs类型为‘2’的OSPF首部……选项00000LSA首部（20字节）若干个LSA首部②数据库序号：描述报文可能有多个，需编序未完位：M=0，最后一个初始化位：I=1，第一个序号、I、M结合，作用类似分片控制17③Ms位的作用（Master-Slave，主从位）主从位：控制交换地位

交换过程第一步：交换双方确定主从关系先提出的一方发送一个没有链路描述的请求报文，将自己置为主方收到请求的一方发送一个相同格式的“确认”报文，将自己置为从方数据库序号接口MTUIMMs类型为‘2’的OSPF首部选项00000若干个LSA首部……LSA首部（20字节）18数据库序号接口MTUIMMs类型为‘2’的OSPF首部选项00000③Ms位的作用（Master-Slave，主从位）主从位：控制交换地位

交换过程第一步：交换双方确定主从关系先提出的一方发送一个没有链路描述的请求报文，将自己置为主方收到请求的一方发送一个相同格式的“确认”报文，将自己置为从方先提出方发请求报文置自己为主方1数据库序号接口MTUIMMs类型为‘2’的OSPF首部选项00000收到方发“确认”报文置自己为从方019③Ms位的作用（Master-Slave，主从位）

交换过程第一步：交换双方确定主从关系先提出的一方发送一个没有链路描述的请求报文，将自己置为主方收到请求的一方发送一个相同格式的“确认”报文，将自己置为从方问题：若双方同时请求，怎么办？（Tie-Breaking算法：比较地址，大者为主）第二步：非对称交换主路由器发送，从路由器“确认”收到的报文，并附带自己的数据库描述记录问题：主发送完，但从未完，怎么办？（主发送M位置0的空报文并等待确认）20④一条“LSA首部”描述一条链路◆链路类型共5种◆此处仅LSA首部，没有任何链路状态记录的内容，接收方需通过链路状态请求报文去获得数据库序号接口MTUIMMs类型为‘2’的OSPF首部……选项00000LSA首部（20字节）链路状态类型链路状态ID通告路由器链路状态序号链路状态校验和链路状态长度选项链路状态年龄213、链路状态请求报文

对没有链路状态记录内容的链路或信息过时的链路，请求邻站发送更新信息链路状态类型链路状态ID通告路由器类型为‘3’的OSPF首部……224、链路状态更新报文

★定期(至少30分钟)组播链路状态记录内容，以“维护”网络拓扑数据库★对链路状态请求的响应LSA的个数……类型为‘4’的OSPF首部5、链路状态确认报文对链路状态更新报文的确认发回收到的LSA的首部来确认

（首部）

（内容）LSA236、核心内容：链路状态通告LSA

（LinkStateAdvertisement）链路状态类型链路状态ID通告路由器链路状态序号链路状态校验和链路状态长度选项链路状态年龄（1）首部：20字节①链路状态序号：使得接收方可以判断收到的对某条链路的描述是否是最新的(一条链路的状态会变化，描述会多次出现，每次赋予不同序号)②链路状态年龄：该LSA产生后经历的秒数（MaxAge=3600s，此时删除）链路状态序号链路状态年龄24链路状态类型③链路状态类型和链路状态ID：指示LSA的格式与功能类型值链路链路状态ID1路由器链路产生该LSA的路由器ID2网络链路DR的网络接口IP地址3Summary链路(到网络)目的网络的IP地址4Summary链路(到ASBR)所描述的ASBR的路由器ID5AS外部链路目的网络的IP地址(外部)25类型1：路由器链路

本区域内如右图所示的链路路由器R1通告它的所有接口状态R1R2R3HHHHH类型2：网络链路

本区域内如左图所示的多点接入网由指定路由器DR通告该组路由器N1R1R2R3R426类型3：Summary链路（到网络）

ABR产生的所连区域内到网络的汇总链路，向骨干通告骨干区汇总后的到网络的链路，向非骨干区域通告N1ABR1ABR255332汇总后N1ABR1ABR2513隐藏细节27类型4：Summary链路（到ASBR）

ABR产生的到ASBR的汇总链路（类似于类型3）类型5：外部链路

ASBR通告的到外部系统的链路

同一区域的路由器保持相同的LSD

包含三方面内容：■本区路由器发出的类型1和类型2的LSA■发自本区ABR的属于骨干区和其它区的类型3和类型4的LSA■发自ASBR的外部LSA（不改变）28④LSA格式示例……Link个数000000VEBLSA首部LinkID类型=1LinkDataTypeToS=0时的MetricToS个数ToS=xToS=x时的Metric0………如：路由器LSA格式R1R2R3HHHHH描述一个Link有多个服务类型ToS时，每个特殊的ToS一项（路由器的身份）V：VirtualLinkE：ASBRB：ABR29Link个数=3000000001（R1发出）LSA首部类型=1LinkID=203.19.2.2LinkData=203.19.2.1Type=11001013202.196.48.0/24设R1是ABR，R1的三个接口：左：203.19.2.1右：202.196.48.1下：198.22.5.1203.19.2.2/24LinkID=202.196.48.0LinkData=255.255.255.0Type=310LinkID=198.22.5.2LinkData=198.22.5.1Type=230R1R2R3HHHHH198.22.5.2/24（DR）30OSPF路由计算1、域内路由计算运行SPF算法2、域间路由计算①一个域内的ABR（设为R1）首先产生汇总路由，通告给其它ABR②

ABR收到这个通告后，在本地路由表中生成新的路由条目，下一跳指向R1，之后把这些