路由技術(shù)與應(yīng)用課件：OSPF工作原理

6、OSPF工作原理

路由技術(shù)與應(yīng)用課程目的學(xué)習(xí)完本課程，你將能夠：了解OSPF的基本概念理解OSPF的工作原理掌握OSPF的區(qū)域劃分什么是OSPFOSPF英文全稱OpenShortestPathFirst(開放式最短路徑優(yōu)先)OSPF是一種鏈路狀態(tài)路由協(xié)議，使用基于帶寬的度量值。OSPF采用SPF算法計算路由，從算法上保證了無路由環(huán)路。OSPF通過鄰居關(guān)系維護路由，避免了定期更新對帶寬的消耗。OSPF路由更新效率高，網(wǎng)絡(luò)收斂快，適用于大中型網(wǎng)絡(luò)。OSPF報文封裝于IP，協(xié)議號89，組播地址224.0.0.5與224.0.0.6。OSPF路由優(yōu)先級默認(rèn)為10，可手動修改。二層幀頭源IP接口IPOSPF報文載荷目標(biāo)IP224.0.0.5協(xié)議號89(OSPF)OSPF包頭OSPF基本概念OSPF路由域：運行OSPF路由協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)。OSPF區(qū)域：OSPF是一種支持劃分多區(qū)域的協(xié)議。AreaID：32位，用數(shù)字或IP地址表示。OSPF區(qū)域分為骨干區(qū)域，普通區(qū)域和特殊區(qū)域。多區(qū)域場景中，所有非骨干區(qū)域都需掛載于骨干區(qū)域上OSPF基本概念OSPF路由域Area0Area1Area2RT1RT9RT5RT6RT7RT2RT3RT4RT8RouterID簡稱RID，32位，在OSPF路由域唯一標(biāo)識每一臺路由器。運行OSPF的路由器都必須有一個RouterID，并且在網(wǎng)絡(luò)中唯一。RouterID可以手工配置，也可以自動選擇。優(yōu)選手工配置的RouterID。優(yōu)選所有Loopback接口中的最大IP地址。優(yōu)選所有物理接口中的最大IP地址。為了網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，現(xiàn)網(wǎng)一般要求手工配置RouterIDOSPF基本概念A(yù)rea0Area1Area2RT5RT6RT7RT1RT2RT3RT4RT8RouterRouterIDR11.1.1.1R22.2.2.2R33.3.3.3R44.4.4.4R55.5.5.5R66.6.6.6R77.7.7.7R88.8.8.8OSPF鄰居與鄰居表OSPF路由器之間，通過交互Hello報文，建立鄰居關(guān)系。OSPF鄰居是自動發(fā)現(xiàn)的，Hello報文發(fā)往組播地址224.0.0.5。啟動了OSPF的接口會自動接收224.0.0.5的組播報文，并且都會周期發(fā)送Hello報文，用于發(fā)現(xiàn)和維護鄰居關(guān)系。OSPF鄰居關(guān)系是路由學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，任何其他的OSPF報文都只在建立了鄰居的路由器之間交互，路由學(xué)習(xí)只在鄰居之間進行。每個OSPF路由器都有一個鄰居表，用于存儲OSPF鄰居關(guān)系。鄰居關(guān)系HelloHelloHelloHello鄰居關(guān)系鄰居關(guān)系鄰居關(guān)系S0S1鄰居RID連接接口死亡時間RT1_RIDS036秒RT4_RIDS132秒鄰居表OSPF基本概念RT1RT2RT3RT4鏈路狀態(tài)通告（LSA）按一定格式封裝后的鏈路狀態(tài)信息。LSA1：路由器鏈路狀態(tài)通告每臺路由器都會發(fā)起自己的LSA1LSA2：傳送網(wǎng)絡(luò)鏈路狀態(tài)通告LSA3：……鄰居關(guān)系鄰居關(guān)系鄰居關(guān)系鄰居關(guān)系S0S1G0/0/010.0.3.1/241000Mbps2Mbps1Mbps直連網(wǎng)段1的狀態(tài)信息直連網(wǎng)段2的狀態(tài)信息直連拓?fù)?的狀態(tài)信息直連拓?fù)?的狀態(tài)信息……發(fā)起路由器RouterID鏈路狀態(tài)通告LSAIDRT3的LSA110.0.3.0網(wǎng)段的狀態(tài)信息RT1鄰居的狀態(tài)信息RT4鄰居的狀態(tài)信息發(fā)起路由器:RT3_RIDLSAID:RT3_RIDOSPF基本概念RT1RT2RT3RT4Area0LSDBLSDBLSDBLSDBLSULSULSULSU鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫（LSDB）每臺OSPF路由器都有一個LSDB，用于存儲LSA。同一個區(qū)域中的OSPF路由器的LSDB一致。LSA封裝在LSU報文中，在區(qū)域內(nèi)洪泛，最終達到區(qū)域內(nèi)LSDB一致。LSA在洪泛過程中內(nèi)容保持不變。LSDBRT1_LSART2_LSART3_LSART4_LSAOSPF基本概念

RT1

RT2

RT3

RT4OSPF報文結(jié)構(gòu)

8位8位8位8位版本(2)類型報文長度RouterIDAreaID校驗和認(rèn)證類型認(rèn)證數(shù)據(jù)認(rèn)證數(shù)據(jù)OSPF報文載荷認(rèn)證類型=2，附加的MD5消息摘要類型報文用途1Hello建立和維護鄰居關(guān)系2DDDatabaseDescription(向鄰居發(fā)送LSDB縮微圖)3LSR

LinkStateRequest(向鄰居請求LSA)4LSULinkStateUpdate(向鄰居發(fā)送LSA、LSA洪泛)5LSAckLinkStateAck(對收到的LSA進行確認(rèn))二層幀頭OSPF報文載荷IP包頭(協(xié)議號89)OSPF包頭認(rèn)證類型：0(不認(rèn)證)，1(不認(rèn)證)，2(MD5認(rèn)證)OSPF基本概念OSPF協(xié)議工作過程主要有四個階段：尋找鄰居、建立鄰接關(guān)系、鏈路狀態(tài)信息傳遞、計算路由接口是否啟動OSPFOSPF啟動不做任何處理沒有定時發(fā)送Hello包，尋找鄰居啟動是否接收到鄰居的Hello包沒有繼續(xù)等待接收鄰居狀態(tài)達到2-WAY狀態(tài)有DR/BDR是否選舉？進行DR/BDR選舉未選舉與DR/BDR交互鏈路狀態(tài)，鄰居狀態(tài)達到Full狀態(tài)選舉完成計算路由僅與DR/BDR建立鄰接關(guān)系已選舉OSPF工作原理鄰居狀態(tài)達到2-way狀態(tài)后，RTA與RTB之間開始建立鄰接關(guān)系尋找鄰居HelloHelloHelloHello鄰居ID鄰居地址鄰居狀態(tài)鄰居ID鄰居地址鄰居狀態(tài)鄰居ID鄰居地址鄰居狀態(tài)2.2.2.210.1.0.22-way鄰居ID鄰居地址鄰居狀態(tài)1.1.1.110.1.0.12-way鄰居ID鄰居地址鄰居狀態(tài)2.2.2.210.1.0.2init鄰居ID鄰居地址鄰居狀態(tài)1.1.1.110.1.0.1init廣播Hello包，嘗試尋找可交換路由信息的周邊設(shè)備接收到Hello包，找到周邊設(shè)備Hello包中攜帶的參數(shù)協(xié)商成功鄰居表鄰居表RTARTBRouterID1.1.1.1RouterID2.2.2.210.1.0.1/2410.1.0.2/24OSPF工作原理鄰居ID鄰居地址鄰居狀態(tài)2.2.2.210.1.0.22-way鄰居ID鄰居地址鄰居狀態(tài)1.1.1.110.1.0.12-way鄰居ID鄰居地址鄰居狀態(tài)2.2.2.210.1.0.2Full鄰居ID鄰居地址鄰居狀態(tài)1.1.1.110.1.0.1Full傳遞信息以上是RTB獲得RTALSA的過程，RTA也通過相同的過程獲得RTB的LSA在RTB與RTA的LSA信息同步后，RTA在RTB鄰居表內(nèi)的狀態(tài)變遷為Full狀態(tài)RTARTBRouterID1.1.1.1RouterID2.2.2.210.1.0.1/2410.1.0.2/24發(fā)送RTA具備的LSA概要分析比較RTA與RTB的鏈路信息發(fā)送請求，要求獲得RTB不具備的LSA將RTB請求的LSA發(fā)給RTB收到，謝謝！鄰居表鄰居表觸發(fā)更新，或每隔30min更新OSPF工作原理OSPF鄰接關(guān)系詳細(xì)建立過程DownDownInit2-way2-wayFullHello(neighbor=“”)Hello(neighbor=“RA”)Hello(neighbor=“RB”)Hello(neighbor=“”)InitDD（Seq=x,I=1,M=1,MS=1）DD（Seq=y,I=1,M=1,MS=1）ExStartExStartDD（Seq=y,I=0,M=1,MS=0）DD（Seq=y+1,I=0,M=1,MS=1）ExChangeExChangeDD（Seq=y+1,I=0,M=0,MS=0）LoadingLSRLSULoadingFullLSAckDD（Seq=y+n,I=0,M=0,MS=1）DD（Seq=y+n,I=0,M=0,MS=0）OSPF工作原理RARB廣播網(wǎng)建立鄰接關(guān)系RTDRTBRTCRTARTE鄰接關(guān)系數(shù)R=n(n-1)2鄰接關(guān)系數(shù)R=2(n-2)+1RTARTBRTDRTD建立鄰接關(guān)系采用DR/BDR方式建立鄰接關(guān)系HelloHelloHelloHelloHelloOSPF工作原理RTA(DR)RTB(BDR)RTCRTERTCRTEDR和BDR選舉Hello包攜帶路由器優(yōu)先級(0-255)，值越大越優(yōu)先，優(yōu)先級為0的路由器不具備選舉資格，路由優(yōu)先級相同時，Router-ID的值最大者被選舉成為DR。先選舉DR，再選舉BDR。DR和BDR一旦選定，即使OSPF區(qū)域內(nèi)新增優(yōu)先級更高的路由器，DR和BDR也不重新選舉，只有當(dāng)DR和BDR都失效后，才參與選舉。RTDRTBRTCRTARTEHello:Pri=2DRBDRDRothers不具備選舉資格Hello:Pri=1Hello:Pri=0Hello:Pri=5Hello:Pri=3

FullOSPF工作原理OSPF單區(qū)域存在的問題LSDB龐大，占用內(nèi)存大，SPF計算開銷大。LSA洪泛范圍大，拓?fù)渥兓绊懛秶?。路由不能被匯總，路由表龐大。OSPFArea0OSPF區(qū)域劃分省市市市市市市區(qū)縣縣區(qū)縣縣區(qū)區(qū)縣縣區(qū)區(qū)省X劃分區(qū)域可以解決上述問題每個區(qū)域獨立存儲LSDB，劃分區(qū)域減小了LSDB。LSA洪泛被限制在區(qū)域內(nèi)，有效控制了拓?fù)渥兓挠绊懛秶^(qū)域邊界可以做路由匯總，減小了路由表。Area0XAreaXAreaYAreaZ縣縣區(qū)區(qū)縣縣區(qū)區(qū)縣縣區(qū)區(qū)市市市市市市省省OSPF區(qū)域劃分OSPF多區(qū)域基本結(jié)構(gòu)骨干區(qū)域：Area0，OSPF的Area0必須是連續(xù)的，不能被分割。非骨干區(qū)域：必須和Area0直接相連，非骨干區(qū)域之間不能直接交換路由信息，必須通過Area0。OSPF路由域Area0Area1Area2RT3RT4RT5RT6RT7RT8RT10RT9RT1RT2OSPF區(qū)域劃分XOSPF路由器類型骨干路由器(BR)：包含有屬于Area0內(nèi)的接口的路由器。區(qū)域內(nèi)路由器(IR)：所有接口屬于同一個Area的路由器。區(qū)域邊界路由器(ABR)：連接多個區(qū)域且至少有一個屬于Area0的接口。自治系統(tǒng)邊界路由器(ASBR)：重發(fā)布了其他協(xié)議路由且至少有一個接口運行OSPF的路由器。OSPF路由域Area0Area1Area2BRABRABRASBRIRIRIRASBRRT3RT4RT5RT6RT7RT8RT2RT10RT9RT1OSPF