OSPF使用IP數據報傳送

由于一個路由器的鏈路狀態(tài)只涉及到與相鄰路由器的連通狀態(tài)，因而與整個互連網的規(guī)模無關。

一、基本概念

1、鏈路狀態(tài)：所謂一個路由器的“鏈路狀態(tài)”就是該路由器都和哪些網

絡或路由器相鄰，以及將數據發(fā)往這些網絡或路由器所需的費用。

2、自治系統(tǒng)：一般簡稱為AS。一個自治系統(tǒng)是一個互連網絡，其最重要的特點是它有權自主地決定在本系統(tǒng)內應采用何種路由選擇協(xié)議。

3、內部網關協(xié)議IGP：即在一個自治系統(tǒng)內部使用的路由選擇協(xié)議。

4、區(qū)域：OSPF允許進一步地將互連網劃分成一些區(qū)域。每個區(qū)域都包含一

組相鄰的網絡及所連接的主機，每個網關都必須被放置在其中的一個區(qū)域中。每一區(qū)域內的拓撲結構對區(qū)域外是不可見的。由于保持了區(qū)域拓撲的獨立性，因此路由選擇交換信息量比AS未被分隔時小。帶有多個接口的路由器可加入到多個區(qū)域，這些所謂的區(qū)域邊界路由器為每個區(qū)域維護一個單獨的拓撲數據庫。

5、鏈路狀態(tài)數據庫：是與路由器相關的網絡的整體結構圖，它包含從同一

區(qū)域中所有路由器接收的LSA(鏈路狀態(tài)通告：包含有關鏈路接口、所用計量標準及其他變量信息)。

6、OSPF主干：負責在兩個區(qū)域之間發(fā)送路由選擇信息，它由區(qū)域邊界路由

器、跨區(qū)域網絡及與其連接的路由器組成。運行OSPF的AS邊界路由器通過外部網關協(xié)議或配置信息了解外部路由。

7、指定的路由器：如果某個網絡上接有N個網關，則它們可形成N(N-1)/2個可能的鄰接。每當某個網關傳送一個報文時，它會向所有N-1個鄰接網關發(fā)送該報文，因而共傳送(N-1)?個鏈路狀態(tài)。當指定一個網關作為指定路由器后，每個網關都變得與指定路由器有鄰接關系，而與其它網關不存在鄰接關系，與特定網絡相連的N個網關之間僅有N-1個鄰接，傳送的信息量大為減少。指定路由器的另一項任務是為該網絡發(fā)送鏈路狀態(tài)通告，傳送鏈路狀態(tài)更新數據。

8、后備指定路由器：當多重接入網絡上的網關沒有選出指定路由器的時候，后備指定路由器成為指定路由器，再在余下的網關中選出新的后備指定路由器。此時N個網關之間可能有2N-3個鄰接關系。

二、OSPF分組格式

OSPF分組格式

各字段含義如下：

版本號字段：給出了OSPF的版本。

類型字段：OSPF共有五種報文類型：

類型1：Hello報文，用來發(fā)現和維持鄰站的可達性;

類型2：Database Description報文，向鄰站給出自己的鏈路狀態(tài)數據庫中的所有鏈路狀態(tài)項目的摘要信息;

類型3：Link State Request報文，向對方請求發(fā)送某些鏈路狀態(tài)項目的詳細信息;

類型4：Link State Update報文，用洪泛法向全網更新鏈路狀態(tài);

類型5：Link State Acknowledgment報文，對鏈路更新報文的確認。

數據分組長度字段：OSPF分組的長度，包括分組首部。

路由器ID字段：標識數據分組的源地。

區(qū)域ID字段：標識分組所屬的區(qū)域。

校驗和字段：檢驗分組內容。

鑒別類型字段：所有OSPF協(xié)議路由器間的數據交換都需要被鑒別，保證只有可信賴的路由器才能傳送路由信息。

鑒別字段：包括鑒別信息。

數據：類型1至類型5的OSPF報文。

三、鏈路狀態(tài)數據庫的建立和更新

每個路由器定期發(fā)送一個鏈路狀態(tài)通告LSA，以提供有關路由器的鄰接信息，或通知其他路由器某個路由器的狀態(tài)改變了。通過把已經建立的鄰接路由器與連接狀態(tài)相比較，可以快速檢測出失效路由器，并適時修改網絡的鏈路狀態(tài)數據庫，每一路由器以其為根據計算一個最短路徑樹，該最短路徑樹提供一個路由選擇表。OSPF規(guī)定，每兩個相鄰路由器每隔10秒要交換一次Hello報文，以確知哪些鄰站是可達的。只有可達鄰站的鏈路狀態(tài)信息才存入鏈路狀態(tài)數據庫，并由此算出路由表來。若有40秒沒有收到某個相鄰路由器發(fā)來的Hello報文，則可認為該相鄰路由器不可達，應立即修改鏈路狀態(tài)數據庫，并重新計算路由表。

當一個路由器剛開始工作時，它只能通過Hello報文得知它有哪些相鄰的路由器在工作，以及將數據發(fā)往相鄰路由器所需的費用。OSPF讓每一個路由器用Database Description報文和相鄰路由器交換本數據庫中已有的鏈路狀態(tài)摘要信息(指出有哪些路由器的鏈路狀態(tài)信息已寫入數據庫)。之后路由器使用Link State Request報文向對方請求發(fā)送自己所缺的某些鏈路狀態(tài)項目的詳細信息。通過一系列的這種報文交換，全網的鏈路狀態(tài)數據庫就建立起來了。

在網絡運行的過程中，只要一個路由器的鏈路狀態(tài)發(fā)生變化，該路由器就要使用Link State Update報文，用洪泛法向全網更新鏈路狀態(tài)。當一個重復的報文到達時，網關丟棄該報文，而不發(fā)送它的副本。為了確保鏈路狀態(tài)數據庫與全網的狀態(tài)保持一致，OSPF還規(guī)定每隔一段時間，如30分鐘要刷新一次數據庫中的鏈路狀態(tài)。

四、OSPF的圖論模型

OSPF利用網絡拓撲的圖論模型來計算最短路徑。OSPF拓撲圖中的每個節(jié)點或者對應一個網關，或者對應一個網絡。如果網中兩實體存在物理連接，則 OSPF圖在代表實體的兩個節(jié)點之間有一對有向邊，每個邊都有一個“權”。OSPF根據沿著花費最小的路徑轉發(fā)數據報的原則建立選路表。

五、OSPF的有限狀態(tài)機模型

有兩個原因使Hello對多重接入網絡特別重要。首先，網絡硬件并不檢查或報告網關的崩潰或重啟，為了互相保留對方的狀態(tài)信息，與多重接入網絡相連接的兩個網關必須交換分組。第二，與某個多重接入網絡相連接的任意兩個網關之間都能夠直接通信，因此OSPF必須防止這些網關形成過多的鄰接。

OSPF標準使用了一個有限狀態(tài)機來規(guī)范使用Hello的網關如何與相鄰網關交互作用。

一般來說，所有相鄰網關最初都處于DOWN狀態(tài)，表示并未準備通信。當一個網關接收到相鄰網關發(fā)出的Hello分組后，它將相鄰網關從DOWN 狀態(tài)變遷到INIT狀態(tài)。在此之后，相鄰網關或者進入2-WAY狀態(tài)，或者進入EXSTART狀態(tài)。其中2-WAY狀態(tài)表示通信已經建立，但相鄰網關與該網關之間沒有鄰接關系，EXSTART狀態(tài)表示不但已經建立通信，而且兩個網關之間存在經過雙方協(xié)商同意的鄰接關系。

當協(xié)商結束時，網關開始交換鏈路狀態(tài)數據庫中的信息，以確保它們有完全相同的底層互連網拓撲圖。兩個相鄰網關中的一個成為“主網關”，它查詢另一個網關數據庫中的信息。非主網關返回數據庫描述分組，以通知主網關最近接收到的該拓撲圖中每條鏈路的信息。在建立鄰接關系時，交換信息尤其重要，因為在網絡斷連期間，某個網關中的信息可能變?yōu)檫^時的信息。每個拓撲信息分組中包含一個序號，因此網關能夠知道相鄰網關數據庫中的描述信息是否比該網關自身數據庫中的信息更新。在交換完成且所有拓撲信息都已裝載后，網關進入FULL狀態(tài)。在FULL狀態(tài)中，兩個網關定期交換分組，以保持連接。

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