鏈路狀態(tài)路由協(xié)議

1、鏈路狀態(tài)路由協(xié)議在這里，我們首先將了解鏈路狀態(tài)路由協(xié)議的原理及它的算法等知識(shí)，然后，將詳細(xì)介 紹鏈路狀態(tài)路由協(xié)議相對(duì)于距離矢量路由協(xié)議的優(yōu)勢(shì)。9.1鏈路狀態(tài)路由協(xié)議原理屬于鏈路狀態(tài)類型的路由協(xié)議有OSPF、IS-IS等路由協(xié)議。運(yùn)行鏈路狀態(tài)路由協(xié)議的路由器，在互相學(xué)習(xí)路由之前，會(huì)首先向鄰居路由器學(xué)習(xí)整個(gè) 網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在自己的內(nèi)存中建立一個(gè)拓?fù)浔恚ɑ蚍Q鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)），然后使用最短 路徑優(yōu)先（SPF）算法，從自己的拓?fù)浔砝镉?jì)算出路由來。這就好比是在上高速路之前先去買了一份地圖，之后再開車去目的地，這樣就不用看了 路牌了。遇到路壞了，也可以根據(jù)自己手中的地圖找到繞行的路，而不用再去問別人了。運(yùn)

2、行鏈路狀態(tài)路由協(xié)議的路由器雖然在開始學(xué)習(xí)路由時(shí)先要學(xué)習(xí)整個(gè)網(wǎng)路的拓?fù)?，學(xué)習(xí) 路由的速率可能會(huì)比運(yùn)行距離矢量路由協(xié)議的路由器慢一點(diǎn)，但是一旦路由學(xué)習(xí)完畢，路由 器之間就不再需要周期性地互相傳遞路由表了，因?yàn)檎麄€(gè)網(wǎng)路的拓?fù)渎酚善鞫贾溃恍枰?使用周期性的路由更新包來維持路由表的正確性，從而節(jié)省了網(wǎng)路的帶寬。當(dāng)網(wǎng)路拓?fù)涑霈F(xiàn)改變時(shí)（如在網(wǎng)路中加入了新的路由器或網(wǎng)路發(fā)生了故障），路由器也 不需要吧自己的整個(gè)路由表發(fā)送給鄰居路由器，只需要發(fā)出一個(gè)包含有出現(xiàn)改變網(wǎng)段的信息 的觸發(fā)更新包。收到這個(gè)包的路由器會(huì)把該信息添加進(jìn)拓?fù)浔砝?，并且從拓?fù)浔砝镉?jì)算出新 的路由。由于運(yùn)行鏈路狀態(tài)路由協(xié)議的路由器都維護(hù)一個(gè)相

3、同的拓?fù)浔?，而路由是路由器?己從這張表中計(jì)算出來的，所以運(yùn)行鏈路狀態(tài)路由協(xié)議的路由器都能自己保證路由的正確 性，不需要使用額外的措施來保證它。運(yùn)行鏈路狀態(tài)路由協(xié)議的網(wǎng)路在出現(xiàn)故障收斂是很快 的。由于鏈路狀態(tài)路由協(xié)議不必周期性地傳遞路由更新包，所以它不像距離矢量路由協(xié)議一 樣用路由更新包來維持鄰居關(guān)系，鏈路狀態(tài)路由協(xié)議必須使用專門的Hello包來維持鄰居關(guān) 系。運(yùn)行鏈路狀態(tài)路由協(xié)議的路由器周期性地向鄰居的路由器發(fā)送Hello包，它們通過Hello 包中的信息相互認(rèn)識(shí)對(duì)方并且形成鄰居關(guān)系。只有在形成鄰居關(guān)系之后，路由器才可能學(xué)習(xí) 網(wǎng)路拓?fù)洹?.2鏈路狀態(tài)路由協(xié)議的算法正如我們所知，運(yùn)行鏈路狀態(tài)路

4、由協(xié)議的路由器在計(jì)算路由之前會(huì)首先學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌?建立拓?fù)浔?。然后，它們?huì)使用SPF算法（基于Dijkstra算法），即最短路徑優(yōu)先（ShortestPath First ）算法，根據(jù)拓?fù)浔碛?jì)算路由。SPF算法會(huì)把網(wǎng)路拓?fù)滢D(zhuǎn)變?yōu)樽疃搪窂絻?yōu)先樹（Shortest Path First Tree）,然后從該樹型 結(jié)構(gòu)中找出到達(dá)每一個(gè)網(wǎng)段的最短路徑，該路徑就是路由；同時(shí)，該樹型結(jié)構(gòu)還保證了所計(jì) 算出的路由不會(huì)存在路由環(huán)路。SPF計(jì)算路由的依據(jù)是帶寬，每條鏈路根據(jù)其帶寬都有相應(yīng)的開銷（Cost）。開銷越小， 該鏈路的帶寬越大，該鏈路越優(yōu)。9.3鏈路狀態(tài)協(xié)議的優(yōu)缺點(diǎn)當(dāng)在比較大型的網(wǎng)路里運(yùn)行時(shí)，距離矢量路

5、由協(xié)議就暴露出了它的缺陷。比如，運(yùn)行距 離矢量路由協(xié)議的路由器由于不能了解整個(gè)網(wǎng)路的拓?fù)?，只能周期性地向自己的鄰居路由?發(fā)送路由更新包，這種操作增加了整個(gè)網(wǎng)路的負(fù)擔(dān)。距離矢量路由協(xié)議在處理網(wǎng)路故障時(shí)， 其收斂速率也極其緩慢，通常要耗時(shí)48分鐘甚至更長(zhǎng)，著對(duì)于大型網(wǎng)絡(luò)或者電信級(jí)網(wǎng)路的 骨干來說是不能忍受的。另外，距離矢量路由協(xié)議的最大度量值的限制也使得該種協(xié)議無法 再大型網(wǎng)絡(luò)里使用。所以，在大型網(wǎng)絡(luò)里，我們需要使用一種比距離矢量路由協(xié)議更加高效， 對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的影響更小的動(dòng)態(tài)路由協(xié)議，這種協(xié)議就是鏈路狀態(tài)路由協(xié)議。鏈路狀態(tài)路由協(xié)議與距離矢量路由協(xié)議的比較鏈路狀態(tài)路由協(xié)議與距離矢量路由協(xié)議的比較的

6、比較如下。1）對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞牧私膺\(yùn)行距離矢量路由協(xié)議的路由器都是從自己的鄰居路由器處得到鄰居的整個(gè)路由表，然 后學(xué)習(xí)其中的路由信息，在把自己的路由表發(fā)給所有的鄰居路由器。在這個(gè)程中，路由器雖 然可以學(xué)習(xí)到路由，但是路由器并不了解整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)?。運(yùn)行鏈路狀態(tài)路由協(xié)議的路由器 首先會(huì)向鄰居路由器學(xué)習(xí)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，建立拓?fù)浔恚缓笫褂肧PF算法從該拓?fù)浔砝镒?己計(jì)算出路由來。由于對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞牧私?，鏈路狀態(tài)路由協(xié)議具有很多距離矢量路由協(xié)議所不具備的 優(yōu)點(diǎn)。2）計(jì)算路由的算法距離矢量路由協(xié)議的算法（也被稱為Bellman Ford-Fulkerson算法），只能夠使路由器 知道一個(gè)IP網(wǎng)段在網(wǎng)絡(luò)里

7、德哪個(gè)方向，有多遠(yuǎn)，而不能知道該IP網(wǎng)絡(luò)的具體位置，從而使 路由器無法了解網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)?。鏈路狀態(tài)路由協(xié)議的算法需要鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)的支持，鏈路狀態(tài)路由協(xié)議是從鏈路狀態(tài) 數(shù)據(jù)庫(kù)里計(jì)算出路由的。3）路由更新由于距離矢量路由協(xié)議不能了解網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，運(yùn)行該協(xié)議的路由器必須周期性地向鄰居路 由器發(fā)送路由更新包，其中包括了自己的整個(gè)路由表。距離矢量路由協(xié)議只能以這種方式保 證路由表的正確性和實(shí)時(shí)性。運(yùn)行距離矢量路由協(xié)議的路由器無法告訴鄰居路由器哪一條特 定的鏈路發(fā)生了故障，因?yàn)樗鼈兌疾恢谰W(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞臉幼印Ｓ捎谠阪溌窢顟B(tài)路由協(xié)議剛剛開始工作時(shí)，所有運(yùn)行鏈路狀態(tài)路由協(xié)議的路由器就都學(xué) 習(xí)了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)?，并且從中?jì)

8、算出了路由，所以運(yùn)行鏈路狀態(tài)路由協(xié)議的路由器不必周 期性地向鄰居路由器傳遞路由更新包。它只需要在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)發(fā)出觸發(fā)的更新包，告訴 其它的路由器在網(wǎng)絡(luò)的哪個(gè)位置發(fā)生了故障即可。而網(wǎng)絡(luò)中的路由器會(huì)依據(jù)拓?fù)浔碇匦掠?jì)算 該鏈路相關(guān)的路由。鏈路狀態(tài)路由協(xié)議的路由更新是增量的更新。鏈路狀態(tài)路由協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)從上述比較，我們可以看出鏈路狀態(tài)路由協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)如下?？焖偈諗?。由于該鏈路狀態(tài)路由協(xié)議對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓的了解，當(dāng)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)故障故障時(shí)，察覺到該故障 的路由器將該故障向網(wǎng)絡(luò)里德其它路由器通告。接收到鏈路狀態(tài)通告的路由器除了繼續(xù)傳遞 該通告外，還會(huì)根據(jù)自己的拓?fù)浔碇匦掠?jì)算關(guān)于故障網(wǎng)段的路由。這個(gè)重新計(jì)算的過程相當(dāng)

9、快速，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)會(huì)在極短的時(shí)間里收斂。路由更新的操作更加有效率。由于鏈路狀態(tài)路由協(xié)議在剛剛開始工作的時(shí)候，路由器就已經(jīng)學(xué)習(xí)了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)洌?并且根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆?jì)算出了路由表，如果網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)洳话l(fā)生改變，這些路由器的路由表里的 路由條目一定是正確的。所以運(yùn)行鏈路狀態(tài)路由協(xié)議的路由器之間不必周期性地傳遞路由更 新包來保證路由表的正確性，它們只需要在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生改變的時(shí)候（如有新的路由器加入 網(wǎng)絡(luò)或者網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)了故障），發(fā)送觸發(fā)的更新包來通知其他路由器，網(wǎng)絡(luò)中具體哪里發(fā)生 了變化，而不用傳遞整個(gè)路由表。接收到該信息的路由器會(huì)根據(jù)自己的拓?fù)浔碛?jì)算出網(wǎng)絡(luò)中 變化部分的路由。這種觸發(fā)的更新（或者叫做增量更新）

10、，由于不必周期性地傳遞整個(gè)路由表，使路由更 新的處理變得更有效率了。但是，鏈路狀態(tài)路由協(xié)議并不是沒有缺點(diǎn)。由于鏈路狀態(tài)路由協(xié)議要求路由器首先學(xué)習(xí)拓?fù)浔?，然后從中?jì)算出路由，所以運(yùn) 行鏈路狀態(tài)路由協(xié)議的路由器被要求有更大的內(nèi)存和更強(qiáng)計(jì)算能力的處理器。同時(shí)，由于鏈路狀態(tài)路由協(xié)議在剛剛開始工作的時(shí)候，路由器之間要首先形成鄰居 關(guān)系，并且學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，所以路由器在網(wǎng)絡(luò)剛開始工作的時(shí)候不能路由數(shù)據(jù)包，必須等到 拓?fù)浔斫⑵饋聿⑶覐闹杏?jì)算出路由，路由器才能進(jìn)行數(shù)據(jù)包的路由操作，這個(gè)過程需要一 定的時(shí)間。另外，因?yàn)殒溌窢顟B(tài)路由協(xié)議要求在網(wǎng)絡(luò)中劃分區(qū)域，并且對(duì)每個(gè)區(qū)域的路由進(jìn)行 匯總，從而達(dá)到減少路由表的路由

11、條目、減少路由操作延時(shí)的目的，所以鏈路狀態(tài)路由協(xié)議 要求在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行體系化編址，對(duì)IP子網(wǎng)的分配位置和分配順序要求極為嚴(yán)格。雖然鏈路狀態(tài)路由協(xié)議有上述這些缺點(diǎn)，但相對(duì)于它所帶來的好處，這些缺點(diǎn)不過是白 璧微瑕，并非不可以接受。由于以上這些特點(diǎn)，鏈路狀態(tài)路由協(xié)議特別適合大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)或者電信級(jí)網(wǎng)絡(luò)的骨干上 使用。9.4 OSPF路由協(xié)議概述開放式最短路徑優(yōu)先（Open Shortest Path First,OSPF）路由協(xié)議是一種基于開放式標(biāo)準(zhǔn) 的鏈路狀態(tài)路由協(xié)議。它的最新記述出現(xiàn)在RFC2328文檔中。OSPF中的開放式（Open） 表示該協(xié)議是向公眾開放的非私有的協(xié)議。OSPF路由協(xié)議也是一

12、種IGP協(xié)議，它只能工作在自治域系統(tǒng)內(nèi)部，不能跨自治域系統(tǒng) 運(yùn)行。相對(duì)于距離矢量路由協(xié)議，OSPF具有收斂時(shí)間很短、適用范圍很大的優(yōu)點(diǎn)。在大型網(wǎng)絡(luò)或者電信級(jí)網(wǎng)絡(luò)的骨干上，是不能使用距離矢量路由協(xié)議的。原因在于距離 矢量路由協(xié)議的最大度量值影響了它的使用范圍；而且該種協(xié)議收斂緩慢，無法達(dá)到電信運(yùn) 營(yíng)網(wǎng)對(duì)故障恢復(fù)時(shí)間的要求；另外，距離矢量路由協(xié)議周期性地向鄰居發(fā)送路由更新，也會(huì) 占用帶寬。而OSPF很好地解決了這些問題。運(yùn)行OSPF路由協(xié)議的路由器，在剛剛開始工作的時(shí)候，首先和相鄰的路由器建立鄰居 關(guān)系，形成鄰居表，然后相互交換自己所了解的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。路由器在沒有學(xué)習(xí)到全部網(wǎng)絡(luò)的 拓?fù)渲?，是不?huì)進(jìn)

13、行任何路由操作的，因?yàn)檫@時(shí)路由表是空的。只有當(dāng)路由器學(xué)習(xí)到了全 部網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)?，建立了拓?fù)浔恚ㄒ卜Q鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)）之后，它們會(huì)使用最短路徑優(yōu)先（SPF） 算法，從拓?fù)浔碇杏?jì)算出路由來。因?yàn)樗羞\(yùn)行OSPF路由協(xié)議的路由器都維護(hù)著相同的拓 撲表，路由器可以自己從中計(jì)算出路由，所以這些路由器之間不必周期性地傳遞路由更新包， OSPF路由協(xié)議的更新是增量的更新。這種更新方式也節(jié)省了對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的消耗。由OSPF的工作方式，我們可以知道，運(yùn)行OSPF路由協(xié)議的路由器要求有更多的內(nèi)存 和更高效的處理器，以便存儲(chǔ)鄰居表、拓?fù)浔淼葦?shù)據(jù)庫(kù)和進(jìn)行路由的計(jì)算。雖然OSPF路由協(xié)議在剛剛運(yùn)行的時(shí)候，其操作要比距離矢量路

14、由協(xié)議復(fù)雜，OSPF路 由協(xié)議的生效可能不如距離矢量路由協(xié)議快，但是，OSPF路由協(xié)議一旦開始運(yùn)行，它的優(yōu) 勢(shì)就體現(xiàn)出來了。在運(yùn)行OSPF路由協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)里，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生改變的時(shí)候（比如有新的路由器或網(wǎng) 段加入網(wǎng)絡(luò)，或者網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)了故障，某個(gè)網(wǎng)段壞掉了），這時(shí)發(fā)現(xiàn)該變化的路由器會(huì)向其他 路由器發(fā)送觸發(fā)的路由更新包一一鏈路狀態(tài)更新包（LSU）。在LSU中包含了關(guān)于發(fā)生變化 的網(wǎng)段的信息鏈路狀態(tài)通告（LSA）。接收到該更新包的路由器，會(huì)繼續(xù)向其他路由器 發(fā)送更新，同時(shí)根據(jù)LSA中的信息，在拓?fù)浔碇匦掠?jì)算發(fā)生變化的網(wǎng)段的路由。由于沒有 holdown時(shí)間，OSPF路由協(xié)議的收斂速率是相當(dāng)快的，這一點(diǎn)對(duì)

15、于大型網(wǎng)絡(luò)或者電信級(jí)網(wǎng) 絡(luò)是非常重要的。OSPF路由協(xié)議還有一個(gè)重要的特征，就是它可以把一個(gè)大型的路由網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分級(jí)設(shè)計(jì)， 即把一個(gè)大型網(wǎng)絡(luò)分成多個(gè)區(qū)域，這種特性使OSPF路由協(xié)議能夠在大規(guī)模的路由網(wǎng)絡(luò)上正 常而高效地工作。在大型路由網(wǎng)絡(luò)里，往往有成百上千臺(tái)路由器。如果這些路由器都是在一個(gè)大的區(qū)域里 工作，那么每一臺(tái)路由器都要了解整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的所有網(wǎng)段的路由，這些路由器的路由表里的條 目可能會(huì)有成千上萬條。路由器為每一個(gè)數(shù)據(jù)包做路由時(shí)，都不得不在大量的路由信息里尋 找適合該數(shù)據(jù)包的路由條目，路由器對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行路由操作的反應(yīng)時(shí)間勢(shì)必會(huì)延長(zhǎng)，從而路 由器的包通過率下降。另外，在一個(gè)大的區(qū)域里集中了如此多

16、的路由器和鏈路，出現(xiàn)設(shè)備故障和鏈路故障的概 率也會(huì)相應(yīng)增加，而每次故障都會(huì)引起整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的路由收斂操作。即使是使用如OSPF這樣 的能夠快速收斂的路由協(xié)議，頻繁的網(wǎng)絡(luò)收斂一樣會(huì)使網(wǎng)絡(luò)的可用性下降。OSPF路由協(xié)議通過使用分級(jí)的設(shè)計(jì)，把整個(gè)大型路由網(wǎng)絡(luò)劃分成多個(gè)小范圍的區(qū)域， 從而解決了上述問題。OSPF把大型網(wǎng)絡(luò)劃分為骨干區(qū)域和非骨干區(qū)域。骨干區(qū)域只有一個(gè)并且固定地稱為區(qū) 域0，所有的非骨干區(qū)域都必須和骨干區(qū)域相連，如圖9-1所示。圖9-1 OSPF劃分區(qū)域的示意圖在每個(gè)小區(qū)域里，路由器不再去關(guān)心其他區(qū)域的鏈路改變，而只關(guān)心本區(qū)域的鏈路改變, 一個(gè)區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓?，只?huì)引起本區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)收斂操作

17、。通過劃分區(qū)域，網(wǎng)絡(luò)故障的影 響范圍被縮小，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)不再頻繁地進(jìn)行收斂操作。在區(qū)域與區(qū)域的邊界處有邊界路由器。該路由器負(fù)責(zé)學(xué)習(xí)兩個(gè)區(qū)域的路由，而區(qū)域內(nèi)部 的路由器只需要使用靜態(tài)路由或者匯總的路由，把目的地是其他區(qū)域的數(shù)據(jù)包路由給邊界的 路由器，由邊界路由器將數(shù)據(jù)包路由到其他區(qū)域，而區(qū)域內(nèi)部的路由器不需要學(xué)習(xí)其他區(qū)域 的路由。這樣，相對(duì)而言，路由器所維護(hù)的路由表體積顯著減小，路由操作提高。但是，為了達(dá)到以上目的，每一個(gè)區(qū)域的路由都要盡量地進(jìn)行匯總，這要求進(jìn)行分級(jí)的、體系化的編址，如圖9-2所示。圖9-2 OSPF要求進(jìn)行體系化的編址在圖9-2中，我們可以看到，每一個(gè)區(qū)域里都IP地址,應(yīng)該盡量的連

18、續(xù)分配，這樣才能 匯總出比較少的路由條目。由于多區(qū)域的OSPF操作比較復(fù)雜，CCNA的教學(xué)和考試只要求掌握在單個(gè)區(qū)域里配置 OSPF路由協(xié)議的技術(shù)。本章下面的有關(guān)OSPF的內(nèi)容，都是在OSPF單區(qū)域中的操作知識(shí)， 學(xué)會(huì)了在單個(gè)區(qū)域里配置OSPF協(xié)議，就為學(xué)習(xí)在多區(qū)域環(huán)境中配置OSPF打下了良好的基 礎(chǔ)。9.5 OSPF協(xié)議適用的網(wǎng)絡(luò)類型OSPF路由協(xié)議在下面三種類型的網(wǎng)絡(luò)上都可以使用。廣播多路訪問(Broadcast Multiaccess， BMA)網(wǎng)絡(luò)：廣播多路訪問網(wǎng)絡(luò)包括以太網(wǎng)、 令牌環(huán)網(wǎng)及FDDI。在這種類型的網(wǎng)絡(luò)上使用OSPF要求進(jìn)行DR與BDR的選舉。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(Point-To-Po

19、int)網(wǎng)絡(luò)：專線是典型的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。在這種類型的網(wǎng)絡(luò)上不 需要進(jìn)行DR與BDR的選舉。非廣播多路訪問(Nonbroadcast Multiaccess， NBMA)網(wǎng)絡(luò)：非廣播多路訪問網(wǎng)絡(luò) 包括幀中繼、X.25及SMDS。在這種網(wǎng)絡(luò)中使用OSPF情況比較復(fù)雜。圖9-3描述了這三種網(wǎng)絡(luò)類型。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)廣播多.路訪問非廣播多 路訪問圖9-3 OSPF路由協(xié)議適用的三種網(wǎng)絡(luò)類型9.6 DR與BDR的選舉在運(yùn)行OSPF路由協(xié)議的廣播多路訪問網(wǎng)絡(luò)中，所有的路由器被連接到同一個(gè)網(wǎng)段，它 們兩兩之間如果建立完全的鄰居關(guān)系，則會(huì)有nX(n-1)/2個(gè)鄰居關(guān)系。在大型的網(wǎng)絡(luò)中，存 在著大量的路由器，在一個(gè)網(wǎng)段里有

20、如此多的鄰居，維持鄰居關(guān)系的Hello包及鄰居間的鏈 路狀態(tài)通告會(huì)消耗很多的帶寬。尤其是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中突發(fā)大面積故障時(shí)，同時(shí)發(fā)生的大量的鏈路 更新可能會(huì)使路由器不斷的重新計(jì)算路由，而無法正常提供路由服務(wù)。解決該問題的辦法是從這些路由器中選舉出指定的路由器DR，并且把這個(gè)路由器作為 廣播網(wǎng)絡(luò)里每一臺(tái)路由器的鄰居路由器，如圖9-4所示。所有非DR得路由器把自己的鏈路狀態(tài)信息以多點(diǎn)廣播的形式發(fā)送給DR，該多點(diǎn)廣播 的地址為224.0.0.6。然后DR再以多點(diǎn)廣播的形式將這些信息發(fā)送給網(wǎng)段中所有的路由器， 該多點(diǎn)廣播的地址為224.0.0.5。這樣的操作使眾多的狀態(tài)信息只使用一個(gè)廣播包就可以傳遞 到所有的路

21、由器，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)資源。圖9-5、圖9-6和圖9-7舉例說明了 DR的操作。圖9-4 DR與BDR的操作圖9-5路由器B向DR通告網(wǎng)絡(luò)故障在圖9-5中我們看到，當(dāng)路由器B發(fā)現(xiàn)一個(gè)網(wǎng)段出現(xiàn)故障后，它會(huì)向DR發(fā)出LSU,通 告該網(wǎng)絡(luò)故障。然后，DR會(huì)向網(wǎng)絡(luò)中所有的非DR路由器發(fā)送LSU，通告該故障。如圖9-6 所示。路由器C在接收到該通告后，除了要改動(dòng)自己的拓?fù)浔?、重新?jì)算路由以外，還要向 其他的路由器轉(zhuǎn)發(fā)該通告，如圖9-7所示。圖9-7路由器C轉(zhuǎn)發(fā)鏈路狀態(tài)更新從上例子中我們可以看出，事實(shí)上，DR成為了廣播多路訪問網(wǎng)絡(luò)中鏈路信息會(huì)聚的點(diǎn)， 它同時(shí)也是廣播多路訪問網(wǎng)絡(luò)中鏈路信息發(fā)散的點(diǎn)。為了防止DR故

22、障影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)鏈路信息的傳遞，我們還要從這些路由器中選舉出備份的DR，即BDR。DR與BDR的選舉，在廣播多路訪問網(wǎng)絡(luò)中是自動(dòng)的。在運(yùn)行OSPF路由協(xié)議的廣播多路訪問網(wǎng)絡(luò)中，路由器相互比較它們的優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí) 高的作為DR，第二高的作為BDR。但是在默認(rèn)情況下，路由器的優(yōu)先級(jí)是一樣的，這時(shí)，路由器依靠比較路由器的標(biāo)識(shí)來 決定誰是DR。標(biāo)識(shí)最大的路由器作為DR，標(biāo)識(shí)第二大的路由器作為BDR。一旦DR發(fā)生故障而離線，BDR會(huì)升級(jí)為DR，同時(shí)引發(fā)新一輪的選舉，從非DR中選 舉出一臺(tái)BDR。當(dāng)發(fā)生故障的原DR重新在線時(shí)，無論它的優(yōu)先級(jí)多高，或者路由器標(biāo)識(shí) 多大，它都不能得到原來的DR地位，只能成為普通

23、的非DR路由器。只有等到下一次DR 的選舉，它才可能成為DR或者BDR。優(yōu)先級(jí)是0的路由器永遠(yuǎn)不能成為DR或者BDR。9.7 OSPF鄰居關(guān)系的建立運(yùn)行OSPF路由協(xié)議的路由器之間使用周期性地發(fā)送Hello包的方法建立和維持鄰居關(guān) 系。在OSI參考模式的網(wǎng)絡(luò)層上，Hello包也是向多點(diǎn)廣播組224.0.0.5發(fā)送。這個(gè)多點(diǎn)廣播 組是所有運(yùn)行OSPF路由協(xié)議的路由器都識(shí)別的。默認(rèn)地，運(yùn)行OSPF路由協(xié)議的路由器每10秒鐘發(fā)出一次Hello包，但是在NBMA類 型的網(wǎng)絡(luò)里，路由器每30秒鐘發(fā)出一次Hello包。圖9-8是Hello包的包頭結(jié)構(gòu)。VersionTypePacket LengthRou

24、ter IDArea IDChecksumAuthentication TypeAuthentication Data圖9-8 Hello包的包頭結(jié)構(gòu)Hello包的包頭實(shí)際上是OSPF包的包頭，當(dāng)OSPF包頭的TYPE部分被置位為1時(shí)， 該報(bào)成為Hello包。在Hello包的包頭里，包含路由器的標(biāo)識(shí)及區(qū)域標(biāo)識(shí)，這是必不可少的信息。路由器的標(biāo)識(shí)作用在于讓其他的路由器能夠識(shí)別自己。兩臺(tái)路由器只有區(qū)域標(biāo)識(shí)相同才能成為鄰居。 另外，如果我們?cè)谶\(yùn)行OSPF路由協(xié)議的路由器上配置了鄰居驗(yàn)證，驗(yàn)證的數(shù)據(jù)也會(huì)包含在 Hello包的包頭里，如果驗(yàn)證口令不匹配，兩臺(tái)路由器不能成為鄰居。圖9-9表示的是Hello包

25、的內(nèi)容。Network MaskHello IntervalOptionsRouter PriorityDead IntervalDesignated RouterBackup Designated RouterNeighbor Router IDNeighbor Router ID(additional Neighbor Router ID fields can be added to end of the header,if necessary)圖9-9 Hello包的內(nèi)容在圖9-9中Hello Interval是發(fā)出Hello包的時(shí)間間隔，Dead Interval是鄰居關(guān)系失效的 時(shí)間

26、，也就是在Dead Interval規(guī)定的時(shí)間里沒有收到Hello包，則鄰居關(guān)系失效。兩臺(tái)只有 Hello Interval和Dead Interval相同才能成為鄰居關(guān)系。Router Priority是路由器的優(yōu)先級(jí)。通過交換Hello包，路由器能夠了解鄰居的優(yōu)先級(jí)和 路由器標(biāo)識(shí)的大小，從而能夠在廣播多路訪問網(wǎng)絡(luò)中選舉出DR和BDR。一旦DR和BDR被選出，它們會(huì)出現(xiàn)在Hello包的內(nèi)容里。一臺(tái)路由器發(fā)出的Hello包里還包括了它的所有鄰居路由器的標(biāo)識(shí)。如果路由器在它收 到的Hello包里看到了自己的標(biāo)識(shí)則該路由器認(rèn)為發(fā)送Hello包的路由器和自己是鄰居關(guān)系下面的圖9-10到圖9-16，表

27、示了路由器之間形成鄰居關(guān)系及建立拓?fù)浔砗托纬陕酚杀?的過程。首先請(qǐng)看圖9-10。如圖9-10所示，在使用OSPF路由協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)還沒有運(yùn)行的時(shí)候，路由器A和路由器 B互相還沒有向?qū)Ψ桨l(fā)送任何信息，這是兩臺(tái)路由器互相不知道對(duì)方的存在，這種狀態(tài)是 DOWN狀態(tài)。路由器A 路由器id：路由器ID：路由器BDOWN狀態(tài)圖9-10 DOWN狀態(tài)當(dāng)使用OSPF路由協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)開始運(yùn)行時(shí)，其中總會(huì)有一臺(tái)路由器首先發(fā)出Hello包， 如圖9-11所示。路由器A路由器ID：1.1.1.1路由器ID：1.1.1.2E1路由器B初始（Init）狀態(tài)1.1.1.1圖9-11初始狀態(tài)在圖9-11中，路由器A首先發(fā)出Hell

28、o包，路由器B收到該Hello包并且將路由器A的標(biāo)識(shí)記入鄰居表，這個(gè)狀態(tài)是初始狀態(tài)。路由器B認(rèn)識(shí)了路由器A之后，也會(huì)向路由器A發(fā)出Hello包，如圖9-11所示。在圖9-12中，路由器B也發(fā)出Hello包，其中不但有路由器B的標(biāo)識(shí)，還有它所認(rèn)識(shí)的鄰居的標(biāo)識(shí)。路由器A收到該Hello包后，也會(huì)把路由器B的標(biāo)識(shí)記入鄰居表。這時(shí)，兩臺(tái)路由器的鄰居表里都有了對(duì)方的信息，鄰居關(guān)系形成，這個(gè)狀態(tài)是Two-Way狀態(tài)。路由器A路由器ID：1.1.1.1路由器ID： 化工昨路由器B1.1.1.2E0E1Two-Way 狀態(tài)鄰居表路由器ID：1.1.1.2，E0Hello 包路由器 ID： 1.1.1.2鄰居路

29、由器ID： 1.1.1.1圖 9-12 Two-Way狀態(tài)由于兩臺(tái)路由器是使用以太線連接的，也就是說它們工作在廣播多路訪問網(wǎng)絡(luò)中，而不 是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，所有，在形成鄰居關(guān)系之后要選舉DR，如圖9-13所示。在圖9-13中我們可以看到，路由器A和路由器B通過相互交換Hello包比較兩者的優(yōu) 先級(jí)和路由器標(biāo)識(shí)。優(yōu)先級(jí)高的路由器將成為DR。如果優(yōu)先級(jí)相同，則路由器標(biāo)識(shí)大的路 由器成為DR。在圖9-13中，兩臺(tái)路由器的優(yōu)先級(jí)都是默認(rèn)的，是相同的，所以路由器標(biāo)識(shí)較大的B路由器成為了 DR。路由器A路由器ID：1.1.1.1路由器ID：1.1.1.2路由器BE0 Exstart 狀態(tài) E14DR交換Hell

30、o包比較路由器優(yōu)先級(jí)和路由器標(biāo)識(shí)圖 9-13 Exstart 狀態(tài)這個(gè)過程是Exstart狀態(tài)選舉出DR之后，有DR首先向非DR發(fā)送網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?，然后非DR再把自己所知道 的網(wǎng)卡拓?fù)湫畔l(fā)送給DR，如圖9-14所示。路由器A路由器ID：1.1.1.1路由器ID：1.1.1.2路由器BE0 Exchange 狀態(tài) E1 DR路由器B的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)的匯總信息路由器A的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)的匯總信息發(fā)LSAck確認(rèn)收到信息圖 9-14 Exchange 狀態(tài)路由器交換鏈路狀態(tài)信息的過程是Exchange狀態(tài)。在這個(gè)過程中交換的是鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)的匯總信息。如果路由器A對(duì)某一條鏈路的信 息不清楚，可以要求D

31、R發(fā)送關(guān)于該鏈路的完整的信息條目。在圖9-15中，DR應(yīng)路由器A的要求，發(fā)送出某條鏈路的完整信息，這是Loading狀態(tài)。路由器A路由器ID：1.1.1.1路由器ID：1.1.1.2路由器BE0 Loading 狀態(tài) E1 DR路由器A要求得到某條鏈路的詳細(xì)信息路由器B傳送某條鏈路的詳細(xì)信息給A發(fā)LSAck確認(rèn)收到信息圖 9-15 Loading 狀態(tài)當(dāng)Loading狀態(tài)結(jié)束時(shí)，路由器已經(jīng)學(xué)習(xí)到了完整的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，這個(gè)時(shí)候是Full狀態(tài)， 如圖9-16所示。路由器A路由器ID：1.1.1.1路由器ID：1.1.1.2路由器BE0 Full 狀態(tài)E1圖9-16 Full狀態(tài)只有當(dāng)?shù)竭_(dá)了 Full狀

32、態(tài)的時(shí)候，運(yùn)行OSPF路由協(xié)議的路由器才會(huì)從拓?fù)浔砝镉?jì)算出路 由表。在達(dá)到Full狀態(tài)之前，路由器沒有路由能力。2運(yùn)行OSPF路由協(xié)議的路由器處理路由更新的過程在運(yùn)行OSPF路由協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)里，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生改變的時(shí)候，路由器會(huì)收到LSU，其 中包含有鏈路狀態(tài)通告（LSA）。圖9-17是路由器對(duì)LSA的處理過程。忽略LSU拓?fù)浔碇惺欠裼性摋l目序列號(hào)是否相同結(jié)束圖9-17運(yùn)行OSPF路由協(xié)議的路由器處理路由更新的過程如圖9-17所示，當(dāng)鏈路狀態(tài)更新包到達(dá)路由器時(shí)，路由器首先判斷自己的拓?fù)浔砝镉?沒有鏈路狀態(tài)通告所描述的鏈路。如果沒有，則說明該鏈路是新添加進(jìn)網(wǎng)絡(luò)的鏈路。路由器將它添加進(jìn)路由表，然后向

33、發(fā) 送者發(fā)出確認(rèn)信息并且向其他鄰居該更新信息，最后計(jì)算出這條新添加的鏈路的路由。如果自己的拓?fù)浔砝镆呀?jīng)有了該條目，那么路由器會(huì)比較該更新的順序號(hào)與自己維護(hù)的 鏈路狀態(tài)的順序號(hào)。運(yùn)行OSPF路由協(xié)議的路由器只接受和維護(hù)最高的順序號(hào)。如果順序號(hào)相同，說明該更新路由器已經(jīng)處理過了，路由器將忽略該鏈路更新。如果鏈路更新的順序號(hào)還不如路由器維護(hù)的鏈路狀態(tài)的順序號(hào)大，說明該更新是過時(shí)的 信息，路由器會(huì)向它的發(fā)送者發(fā)出更新的信息。如果鏈路更新的順序號(hào)比路由維護(hù)的鏈路狀態(tài)的順序號(hào)大，說明該通告中包含的是比較 新的信息，路由器會(huì)完成將該信息添加進(jìn)路由表、發(fā)出確認(rèn)信息、向鄰居轉(zhuǎn)發(fā)該更新信息、 計(jì)算路由等一系列操作

34、9.8單區(qū)域OSPF的配置在這一節(jié)里，將會(huì)介紹如何在單區(qū)域里配置OSPF路由協(xié)議，以及一些OSPF的輔助命 令和檢查OSPF配置的命令。9.8.1配置OSPF路由協(xié)議的命令及一些輔助命令配置OSPF路由協(xié)議的命令及一些輔助命令介紹如下：在路由器上配置單區(qū)域的OSPF路由協(xié)議的命令首先在路由器上聲明使用OSPF路由協(xié)議，命令格式如下：Router (config)#router ospf process-id在該命令中，process-id是進(jìn)程號(hào)，范圍是165 535。在同一個(gè)使用OSPF路由協(xié)議 的網(wǎng)絡(luò)中的不同路由器可以使用不同的進(jìn)程號(hào)。一臺(tái)路由器可以啟用多個(gè)OSPF進(jìn)程。在聲明使用OSPF

35、路由協(xié)議之后，我們還要在OSPF路由協(xié)議里發(fā)布網(wǎng)段，命令格式如 下：Router (config-router)#network address wildcard-mask area area-id在該命令中，address可以是網(wǎng)段。子網(wǎng)或者接口的地址：wildcard-mask稱為通配符 號(hào)掩碼，它與子網(wǎng)掩碼正好相反，但是作用是一樣的；area-id是區(qū)域標(biāo)識(shí)，它的范圍是 0-65535,區(qū)域0是骨干區(qū)域，OSPF路由協(xié)議在發(fā)布網(wǎng)段的時(shí)候必須指明其所屬的區(qū)域， 在單區(qū)域的的OSPF配置里區(qū)域標(biāo)識(shí)必須是0下面是一組OSPF的配置命令示范：Router (config)#router ospf

36、 1Router (config-router)#network 10.0.0.0 0.255.255.255 area 0Router (config-router)#network 172.16.0.0 0.0.255.255 area 0Router (config-router)#network 192.168.1.0 0.0.0.255 area 0Router (config-router)#network 192.168.2.1 0.0.0.0 area 0在路由器上配置環(huán)回接口的命令我們已知道，運(yùn)行OSPF路由協(xié)議的路由器需要一個(gè)標(biāo)識(shí)，該標(biāo)識(shí)可以是路由器的所有 物理接口上配置的

37、最大的IP地址。但是物理接口由于線路等原因有可能會(huì)從UP變成為 DOWN的狀態(tài)。為了穩(wěn)定起見，我們可以在運(yùn)行OSPF路由協(xié)議的路由器上配置環(huán)路接口， 它不會(huì)變成為DOWN的狀態(tài)。聲明環(huán)回的命令格式如下：Router (config)#interface loopback number然后可以在該接口下配置地址，該接口不必使用no shutdown命令。圖9-18給出了配置環(huán)回接口的命令實(shí)例。Sydney3(config)#interface loopback 0Sydney3(config-if)#ip address 192.168.31.33255.255.255.255Sydney3(c

38、onfig-if)#exit圖9-18配置環(huán)回接口命令取消環(huán)回接口的命令格式如下：Router (config)#no interface loopback number圖9-19給出了取消環(huán)回接口的命令實(shí)例。Sydney3(config)#no interface loopback 0Sydney3(config)#01:47:27: LINK-5-CHANGED: Interfaceloopback 0 ,changed state to administratively down圖9-19取消環(huán)回接口的命令更改優(yōu)先級(jí)的命令運(yùn)行OSPF路由協(xié)議的路由器之間會(huì)比較各自的優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)高的路由

39、器將成為DR。 優(yōu)先級(jí)的范圍為0255,其中如果優(yōu)先級(jí)為0,則該路由器永遠(yuǎn)不能成為DR。路由器上默 認(rèn)的優(yōu)先級(jí)是1。我們可以改變某一臺(tái)路由器的優(yōu)先級(jí)，使得該路由器成為DR或者永遠(yuǎn)不 會(huì)成為DR。更改優(yōu)先級(jí)的命令格式如下：Router (config-if )#ip ospf priority number圖9-20給出了更改優(yōu)先級(jí)命令的實(shí)例。Sydney1(config)#interface fastEthernet 0/0Sydney1(config-if)#ip ospf priority 50Sydney1(config-if)#endSydney1#%SYS-5-CONFIG_I: C

40、onfigured from console by console圖9-20更改優(yōu)先級(jí)的命令我們可以使用如下命令查看接口上的優(yōu)先級(jí)及其他關(guān)鍵信息：Router#show ip ospf interface type number圖9-21顯示了該命令查看的部分內(nèi)容。Router#show ip ospf interface fastEthernet 0/0FastEthernet0/0 is up, line protocol is upInternet address is 12.1.1.1/24, Area 0Process ID 1, Router ID 12.1.1.1, Networ

41、k Type BROADCAST, Cost: 1Transmit Delay is 1 sec, State BDR, Priority 1Designated Router (ID) 12.1.1.2, Interface address 12.1.1.2Backup Designated Router (ID) 12.1.1.1, Interface address 12.1.1.1Timer intervals configured, Hello 10, Dead 40, Wait 40, Retransmit 5Hello due in 00:00:02Index 1/1, floo

42、d queue length 0Next 0 x0(0)/0 x0(0)Last flood scan length is 1, maximum is 1Last flood scan time is 0 msec, maximum is 0 msecNeighbor Count is 1, Adjacent neighbor count is 1Adjacent with neighbor 12.1.1.2 (Designated Router)Suppress hello for 0 neighbor(s)圖9-21 show ip ospf interface 命令的部分內(nèi)容2.更改鏈路

43、開銷的命令OSPF路由協(xié)議是通過對(duì)鏈路的帶寬計(jì)算得出路徑的開銷值的，計(jì)算公式是：鏈路開銷=108/帶寬(bps)在串行接口上鏈路的帶寬默認(rèn)為1.544Mbps。Cisco IOS會(huì)根據(jù)接口的帶寬自動(dòng)計(jì)算鏈 路開銷的值，表9-1介紹了部分鏈路的開銷值。表9-1部分鏈路的開銷接口帶寬開銷56Mbps串行鏈路1785T1 （1.544Mbps 鏈路）64E1 （2.048Mbps 鏈路）484Mbps令牌環(huán)鏈路2510Mbps以太鏈路1016Mbps令牌環(huán)鏈路6100Mbps快速以太鏈路，F(xiàn)DDI1我們可以通過使用如下的命令更改接口的帶寬，則該鏈路的開銷也會(huì)相應(yīng)改變：Router (config)#

44、 interface serial 0/0Router (config-if )# bandwidth 64另外，我們可以通過如下命令直接在接口上更改開銷：Router (config-if )#ip ospf cost number其中開銷值可以是165535之間的數(shù)值。應(yīng)用鄰居驗(yàn)證的命令在默認(rèn)情況下，路由器相信它所收到的路由信息是沒有被篡改的。但是如果網(wǎng)絡(luò)環(huán)境無 法保證該信任，我們可以使用鄰居驗(yàn)證的方法來保證路由器收到的路由信息確實(shí)是它的鄰居 發(fā)出的。我們可以在路由器的接口上配置驗(yàn)證的密碼，該密碼最多可以有8位字符。該接口所連 接的鄰居路由器的相應(yīng)接口也要配置驗(yàn)證的密碼。這樣，當(dāng)兩臺(tái)路由器

45、互相發(fā)送Hello 包時(shí)，Hello包里就會(huì)帶有驗(yàn)證的信息，如果該信息不匹配，則無法形成鄰居關(guān)系。在接口上配置驗(yàn)證密碼的命令格式如下：Router (config-if )#ip ospf authentication-key password當(dāng)配置完接口的驗(yàn)證密碼之后，還要在OSPF路由協(xié)議里聲明使用鄰居驗(yàn)證，命令格式如下:Router (config-router )#area area-number authentication這種配置方式下，密碼是在網(wǎng)絡(luò)上以明文的方式傳送的，為了安全起見，我們也可以配 置MD5加密的密碼驗(yàn)證，其接口上的配置命令格式如下：Router (config-i

46、f )#ip ospf message-digest-key key-id md5 encryption-type key 其中key-id可以是1255之間的數(shù)。兩臺(tái)路由器如果要成為鄰居，該數(shù)值必須配置得 一樣。而encryption-type key可以是07之間的數(shù)。它表示加密的程度，0表示不加密， 7表示最大程度的加密。在OSPF路由協(xié)議里聲明使用加密的鄰居驗(yàn)證的命令如下：Router (config-router )#area area-id authentication message-digest該種鄰居驗(yàn)證方式不會(huì)在網(wǎng)絡(luò)中以文明的方式傳遞密碼，安全性大大增加了。圖11-25 是

47、MD5加密的密碼驗(yàn)證的實(shí)例。Sydeny1(config-if)#ip ospf message-digest-key 1 md5 7 asecretSydeny1(config-if)#exitSydeny1(config)#router ospf 1Sydeny1(config-router)#area 0 authentication message-digestSydeny1(config-router)#endSydeny1#圖9-22 MD5加密的密碼驗(yàn)證實(shí)例更改 Hello-interval 和 dead-interval 的命令Hello-interval是路由器發(fā)出Hello包的時(shí)間間隔，dead-interval是鄰居關(guān)系失效 的時(shí)間間隔。默認(rèn)的Hello-interval是10秒，而dead-interval是40秒。在非廣播多路 訪問網(wǎng)絡(luò)，默認(rèn)的Hello-interval是30秒，而dead-interval 是 120秒。當(dāng)在dead-interval 之內(nèi)沒有收到鄰居的Hello包時(shí)，一旦dead-interval超時(shí)，路由器會(huì)認(rèn)為該鄰居已經(jīng)離線。如果路由器的Hello-interval或dead-interval配置不相同，則兩臺(tái)路由器不能形成 鄰居關(guān)系。所以更改該參數(shù)時(shí)一定要小心。一下是更改Hello-interval和