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通常,将最高的IP地址分配给路由器ID。
如果在路由器上使用了回送接口,则路由器ID是回送接口的最高IP地址,不管物理接口的IP地址。
Interface(接口):
路由器和具有唯一IP地址和子网掩码的网络之间的连接。
NeighborRouter(相邻路由器):
带有到公共网络的接口的路由器。
BroadcastNetWork(广播网络):
支持广播的网络。
Ethernet是一个广播网络。
NonBroadcastNetWork(广播网络):
支持多于两个连接路由器,但没有广播能力的网络,如帧中继和X.25等网络。
在非广播网络中,有非广播多点访问网络NBMA(在同一个网络上,但不能通过广播访问到)和点到多点网络。
DesignatedRouteer(指定路由器DR):
在广播和NBMA网络中,指定路由器用于向公共网络传播链路状态信息。
BackupDesignatedRouteer(后援指定路由器DR):
在DR故障时,接替DR的路由器。
AreaBorderRouter(区域边界路由器ABR):
连接多个OSPF区域的路由器。
AutonomousSystemBorderRouter(自治系统边界路由器ASBR):
一个OSPF路由器,但它连接到另一个AS,或者在同一个AS的网络区域中,但运行不同于OSPF的IGP。
Adjacency(紧邻):
紧邻可以在点对点连接的两个路由器之间形成,也可在广播或NBMA网络的DR和非指定路由器之间形成,还可以在BDR和非指定路由器之间形成。
OSPF路由状态信息只能通过紧邻被传送和接收。
Flooding(洪泛):
在OSPF区域内,扩散某一链路状态,以分布和同步路由器之间的链路状态数据库。
Link-StateAdvertisement(链路状态宣告LSA):
描述路由器的本地链路状态,通过该通告向整个OSPF区域扩散。
ExternalRouting(外部路由):
从另一个AS或另一个路由协议得知的路由可以作为外部路由放到OSPF中。
有两种类型的外部路由,类型1的外部路由具有的费用包含OSPF的费用,加上从ASBR到网络的费用。
类型2的外部路由具有的费用仅是ASBR到网络的费用,而内部的OSPF费用可以忽略不计。
IntraareaRouting(区域内路由):
在相同OSPF区域的网络之间的路由,这些路由仅依据从区域内所接收的信息。
InterareaRouting(区域间路由):
在两个不同的OSPF区域之间的路由。
区域间的路径由三部分组成:
从区域到源区域的ABR的区域内路径,从源ABR到目标ABR的骨干路径,最后是从目标ABR到目标区域的路径。
RouteSummarization(路由汇总):
要通告的路由可能有一个区域内的路由、来自另一个AS的路由,以及从另一个路由协议得知的路由,所有这些路由可以由OSPF汇总成一个路由宣告。
汇总仅可以在ABR或ASBR上发生。
StubArea(存根区):
只有一个出口路径的区域。
3.协议包格式
OSPF包共有5种包类型,任意一种包都需要加上OSPF的报文头,最后封装在IP中传送,一个OSPF包的最大长度为1500字节。
其结构如下:
OSPF协议一共使用5种类型的路由协议包:
包类型
作用
1:
问候(hello)
发现和维护邻居
2:
数据库描述
紧邻间同步数据库内容
3:
链路状态请求
要求从邻居获取LSA
4:
链路状态更新
向邻居通告LSA
5:
链路状态确认
对所通告的LSA给出确认消息
无论何种类型的OSPF包都有以下一个公共的报文头:
版本
类型
分组长度
路由器ID
区域ID
校验和
鉴别类型
鉴别
版本号:
目前版本号为2。
不同版本号不能会话。
类型:
包类型的标志,为5种包类型中的某种。
分组长度:
以字节计算,包括OSPF包加上首部头的长度。
路由器ID:
产生OSPF传输包的路由器的标识,一般就是路由器的最高IP地址。
区域ID:
分配给路由器传输接口的区域的32位指示器。
如果包经过虚拟链路来发送,那么区域ID为骨干区域ID(ID=0),因为虚拟链路是骨干区域的一部分。
校验和:
整个OSPF报文包括OSPF头的校验和,使用补运算进行计算。
鉴别类型(AuType):
身份验证的方法,其后64位域包含使用的证明类型所要求的数据。
AuType=0表示无认证,AuType=1表示简单的口令认证,AuType=2表示MD5安全认证。
3.1Hello包
Hello问候报文用于发现路由器所连网络上的邻居。
通过周期性地发出问候包,问候协议可用于确定邻居路由器接口是否仍然处于活动状态。
在广播网络和NBMA网络,问候协议可以用于选取指定路由器。
问候包被发送到Multicast多播地址AllSPFRouters(224.0.0.5)。
在播发期间,有些问候包也将发送到该地址。
指定或后援指定路由器发送并接收到Multicast多播地址是AllDRRouters(224.0.0.6)。
3.2数据库描述包
数据库描述包(DatabaseDescriptionpacket,DD)是2型OSPF包。
在形成紧邻过程中的路由器之间交换数据库描述包,且由它来描述链路状态数据库,达到邻居路由器间链路状态数据库的完全同步。
根据接口数和网络数,可能需要不止一个数据库描述包,来传输整个链路状态数据库。
在交换过程中,所涉及到的路由器要建立主从关系。
主路由器发送本路由器的数据库描述包,而从路由器通过使用主路由器发送来的数据库描述序列号认可所接收到的数据库描述包,并将本路由器的LSA头部列表发送给主路由器,从而在主从路由器间判断链路状态数据库是否完全匹配,若有不匹配的LSA头部,则应发送链路状态请求报文,并以更新报文格式给予响应,获得最新LSA的全部信息。
3.3链路状态请求包
链路状态请求包是3型OSPF包。
当两个路由器交换数据描述包的过程完成后,路由器可检测链路状态数据库部分是否有不一致或过时的LSA。
此时,路由器可向邻居请求新一些的数据库描述包,以达到LSAs的完全同步。
3.4链路状态更新包
链路状态更新包是4型的OSPF包,用于实现LSA的洪泛,也用于对链路状态请求包的响应。
每个链路状态更新包包含一个或多个LSA,而所发送的每个更新包要通过链路状态认可包来确认认可,未收到确认包,应对所发送的LSA定时重发,以确保洪泛过程的可靠性。
3.5链路状态确认包
链路状态确认包是5型OSPF包,该包可以确保LSA洪泛的可靠性。
路由器从紧邻接收到LSA后,必须要用链路状态确认包给予明确的确认应答。
LSA的确认是通过链路状态确认包中的LSA首部实现的。
一个确认包可以同时对多个LSA进行确认。
这些包发送到以下三个地址之一:
多点传送地址AllDRouters、多点传送地址AllDSPFRouters、单点传送地址。
4.OSPF接口
4.1OSPF接口数据
OSPF协议主要关心链路和链路状态。
在发送Hello报文、形成紧邻关系、发送LSA通告之前,必须要了解本身的接口状态及参数。
OSPF路由器用自身的接口数据来构造Hello报文,通过发送Hello报文,将本接口的信息发送给邻居。
的接口状态主要包括以下参数:
IPAddressandMask:
接口的IP地址及掩码,从该接口上发送OSPF报文时应将它作为IP的源地址。
AreaID:
接口及所连网络所属的OSPF区域ID。
从该接口发送OSPF报文的区域ID。
RouterID:
作为宣告OSPF报文的路由器ID。
NetworkType:
接口所连网络的网络类型,有点对点、广播、NBMA、一点对多点、虚拟链路等网络。
Cost:
从本接口发送报文的费用,影响LSA中的metric。
InfTransDelay:
LSA通告离开该接口的延时时间,每个LSA离开该接口时,要在其寿命域加上该时间。
State:
接口所处的状态,是有限状态机中的某一状态。
RouterPriority:
路由器在该接口上的优先级。
在多点访问网络上将影响到DR、BDR的选取。
DesignatedRouter:
在多点访问网络上,需要选取一个DR来描述该网络的状态。
一个DR需要用其路由器ID和该路由器在该接口的IP地址表示。
DR和该网络上的其它路由器构成紧邻关系,DR用网络LSA来通告该网络的状态,在网络LSA中将标识该DR的接口IP地址作为链路状态ID。
BackupDesignatedRouter:
在多点访问网络上,需要选取一个BDR,作为备用DR来描述该网络的状态。
一个BDR需要用其路由器ID和该路由器在该接口的IP地址表示。
BDR与该网络上的其他路由器构成紧邻关系。
HelloInterval:
在该接口上发送Hello报文的时间间隔。
RouterDeadInterval:
在该时间间隔内应该从该接口接收到由邻居发来的Hello报文,若在此时间内,未从邻居收到Hello报文,则可认为邻居已处于非活动状态。
WaitTimer:
在选取DR、BDR之前,等待邻居在Hello报文中宣告DR、BDR的时间间隔。
RxmtInterval:
在发送数据描述包和链路状态请求包时未能收到OSPF确认包,需要重新发送这些OSPF报文的时间间隔。
HelloTimer:
设置HelloInterval的一个定时器,当时间到达时,应在该接口上发送一个Hello报文。
neighboringRouters:
有效邻居路由器列表,由Hello报文产生该邻居列表。
紧邻关系要从该邻居列表中产生。
AuType:
安全鉴权类型。
AuthenticationKey:
安全鉴权值。
4.2OSPF接口状态机
OSPF接口在完全有效之前,将经历一系列状态,包括Down、Point-to-Point、Waiting、DR、Backup、Drother、LoopBack等7种状态。
Down:
是接口的初始状态。
此时接口不能使用,所有的接口参数被设置为初始值,在接口上既不能发送也不能接收各种协议包。
Point-to-Point:
该接口状态仅适用于点对点、一点对多点和虚拟链路的网络类型。
当接口状态迁移到该状态时,该接口已完全有效,可以间隔发送Hello报文,并和另一端的邻居开始试图建立紧邻关系。
Waiting:
该接口状态仅适用于广播网络和NBMA网络类型。
在该状态下,路由器将通过Hello报文选取DR、BDR。
为此,当接口迁移到该状态时,将发送和接收Hello报文,设置等待时间。
只有在该状态下路由器试图识别DR和BDR,这样可以避免DR、BDR的太多变化。
DR:
仅适用于广播和NBMA网络,在该状态下,本路由器在该接口及所连网络上是DR,试图和该接口网络上的其他路由器建立紧邻关系。
将由本路由器产生网络LSA,该网络LSA包括网络所连的所有路由器(包括DR自己)。
Backup:
仅适用于广播和NBMA网络,在该状态下,路由器在该接口及所连网络上是BDR,在DR失效时,它将提升为DR。
它也试图和该接口网络上的其他路由器建立紧邻关系。
它在洪泛过程中与DR的作用过程有所不同。
DRother:
仅适用于广播和NBMA网络,在该状态下,路由器在该接口及所连网络上既不是DR也不是BDR。
它将和DR、BDR形成紧邻关系,并且跟踪网络上的邻居关系。
Loopback:
在该状态下,接口被软件或硬件环回。
在该接口上不能发送报文,但在路由器LSA中仍然能通告接口的IP地址,使测试包能够发现其接口地址。
下图揭示了在外部事件作用下OSPF接口状态的迁移过程:
在状态迁移过程中,需要有以下事件来触发各状态的迁移:
IE1(InterfaceUp):
底层协议指示网络接口可以使用,对点对点、一点对多点、虚拟链路等网络类型,进入Point-to-Point状态,对广播网络、NBMA网络等多点访问网络类型,进入Waiting状态。
IE2(InterfaceDwon):
底层协议指示网络接口不能使用,进入Down状态。
IE3(LoopInd):
网络管理员或底层协议指示网络接口被环回,进入Loopback状态。
IE4(UnLoopInd):
网络管理员或底层协议指示网络接口环回被撤消,进入Down状态。
IE5(BackupSeen):
检测到或未检测到BDR的存在。
从邻居收到一个Hello报文后,若本路由器和邻居已具有双向通信能力,即在Hello报文中能看到自己,则可以用两种方法判断是否是BackupSeen:
a)从邻居收到一个Hello报文,在报文中该邻居被宣告为BDR;
b)从邻居收到一个Hello报文,在报文中该邻居被宣告为DR并指示无BDR存在。
若符合其中某一条件,则进入DR、BDR选取状态。
IE6(WaitTimer):
等待DR、BDR时间到,进入DR、BDR选取状态。
IE7:
本路由器被选择为该接口网络的DR,进入DR状态。
IE8:
本路由器被选择为该接口网络的BDR,进入BDR状态。
IE9:
本路由器既没有被选择为该接口网络的DR,也没有成为BDR,进入DRother状态。
IE10(NeighborChange):
在该网络接口上,有效的双向邻居关系发生变化,将重新进行DR、BDR的选取:
1)和一个新邻居建立了双向通信,也就是说产生了一个新邻居,其邻居状态迁移到2-Way状态以上;
2)和一个邻居的双向通信已失效,也就是说邻居状态迁移到Init以下状态;
3)从一个双向邻居收到一个Hello报文,并指示自己成为新的DR或BDR;
4)从DR路由器收到一个Hello报文,并指示它不再是DR;
5)从BDR路由器收到一个Hello报文,并指示它不再是BDR;
6)从一个双向邻居处收到一个Hello报文,其优先级发生变化;
7)RouterDeadInterval时间已到,但不能从DR或BDR或两者的路由器收到Hello报文。
当接口状态发生变化时,有可能需要产生新的路由器LSA(见RFC2178Section12.4),也有可能需要对邻居状态作出行动(Section10.3),改变邻居状态。
5.OSPF邻居
在OSPF的接口上,需要确定其邻居。
确定邻居的目的是要和邻居建立一种紧邻关系,最终在紧邻间传送路由信息。
建立紧邻关系,需要经过以下几个步骤:
1)发现邻居;
2)双向通信。
在Hello报文中,两邻居都能在邻居列表中发现对方的路由器ID。
3)数据库同步。
邻居间相互交换数据库描述、链路状态请求、链路状态更新报文,以确保两邻居具有相同的链路状态数据库。
为达到该目的,一个邻居为Master,另一邻居为Slave,由Master控制数据库描述的交换。
4)构成紧邻关系。
邻居关系的建立和维持要通过相互交换Hello报文来实现。
在点对点或广播型网络上,Hello报文是发向多播地址AllSPFRouters(224.0.0.5),在NBMA、一点对多点、虚拟链路等网络上,Hello报文是发向一个具体的目标地址,是单播方式。
6.洪泛过程概论
OSPF路由域的拓扑结构可以用链路状态数据库来描述,拓扑结构的变化将反映在LSAs的变化上。
洪泛过程就是将这些变化的LSAs或新的LSAs在整个网络中进行传送,确保每个节点的数据库被更新,并在各个节点上保持一致。
洪泛过程将用以下两种OSPF报文来实现:
1)更新报文UpdatePackets
2)确认报文AcknowledgementPackets
以上两种报文只在紧邻间发送与接收。
一条变化的或新的LSA首先通告给其紧邻,由紧邻继续向其它紧邻扩散,最终达到向整个网络的所有节点扩散。
在点对点的网络,更新报文将以多播地址AllSPFRouters(224.0.0.5)发送给紧邻。
在一点对多点的网络和虚拟链路上,将以紧邻接口的单播地址来发送更新报文。
在广播网络上,只有在DRothers(包括BDR?
)和DR、BDR之间形成紧邻关系。
DRothers路由器发送更新报文时,以DRouters(224.0.0.6)发送给其紧邻DR和BDR,只有DR才能接收并可继续洪泛给另外的DRothers(BDR只能接收下来,不能在该接口上作进一步洪泛)。
DR路由器以AllSPFRouters这个多播地址将更新报文发送给网络上的其它所有的DRothers。
BDR可以从DRothers接收到更新报文,但不能将其在该网络接口上继续洪泛,除非DR失效,它将代替DR。
在NBMA网络上,DR、BDR有类似功能,但是DRothers要以单播地址向DR和BDR发送更新报文,DR也要以单播地址向DROthers发送更新报文。
7.OSPF区域Area
一个OSPF路由域可以分解为若干区域,这样可以带来以下几个好处:
1)同个区域内的路由器才需要具有相同的链路状态数据库,不需要在整个OSPF路由域具有相同的链路状态数据库,这样,可以减小数据库规模,减少对内存的影响;
2)链路状态数据库越小,LSA的处理也越少,对CPU的影响也越小;
3)链路状态数据库在同一个区域内维护,大部分洪泛过程在本区域内进行。
当区域内某链路变化时,只影响本区域路由器的LSAs,而本区域的汇总路由不一定变化,因此,可能不影响其它区域。
一个OSPF区域是一组共同的路由器和它们的接口。
一个区域最多不能超过60个路由器,一般为25个路由器较为合适。
在各个区域上,将有以下3种协议报文:
1)在同个区域内的路由器之间的Intra-area报文;
2)在不同区域间的Inter-area报文;
3)外部自治系统的External报文。
在区域划分时,必须要有区域0,它是作为骨干区域的,要为其它各个区域负责汇总每个区域的拓扑结构。
因此,不同区域间的报文都要通过骨干区来交换,不能直接交换。
非骨干区与骨干区可以由某路由器直接连接,也可以通过虚拟链路来连接。
作为虚拟链路端点的两个路由器,其中一个连接着骨干区,另一个连接着非骨干区,并且两路由器都至少有一个接口连接着某个公共的区域,该公共区域是虚拟链路两端点的路由器用来传输协议报文的传送区。
虚拟链路属于骨干区,协议处理虚拟链路上的两端路由器就好象处理骨干区中两个点对点的骨干网络,在骨干区的拓扑图中,就好象两个路由器被传送区内部路由费用连接着,其报文的传送要经过传送区的内部路由。
存根区是不能作为虚拟链路的传送区的,不需要类型4和类型5的LSA。
划分区域后,路由器将分为以下4种类型:
1)InternalRouters:
所有接口属于同一区域的路由器。
这些路由器只有一个单一的链路状态数据库,实行单一的路由算法。
2)AreaBorderRouters(ABRs):
将一个或多个区域连接到骨干区域的路由器。
这些路由器的作用类似区域间交换路由信息的网关。
ABR至少有一个接口连接到骨干区,另外的接口可以连接到其它非骨干区,并且要为每个区域维护一个独立的链路状态数据库,因此,ABR要有较大的内存和较强的CPU处理能力。
一般一个ABR所能连接的区域不超过3个。
ABR要对各个区域的链路状态数据库实行独立的路由算法,并将各个区域的拓扑结构信息变成汇总路由信息给骨干区域,然后由骨干区域将这些汇总信息扩散到其它区域。
为实现合理的路由汇总,要求每个区域有一组连续的IP地址空间。
在区域间使用不连续的IP编址,若ABR仍然进行汇总,则将导致一个OSPF路由器错误的转发报文。
3)BackboneRouters:
至少有一个接口连接到骨干区域的路由器。
4)AutonomousSystemBoundaryRouters(ABRs):
到外部自治系统的网关,由它将其它协议所产生的外部路由信息再分配到OSPF路由域,前3种路由器都可以作为ABRs,但ASBR不能设置在存根区中。
划分区域后,路由可分为3种:
1)区域内路由(Intra-areaRoutes):
本区域内的网络或子网的路由;
2)区域间路由(Inter-areaRoutes):
另一个区域的网络或子网的路由,由ABR负责在两个区域间洪泛;
3)外部路由(Externalroutes):
外部自治系统的路由。
由ASBR负责产生,并在整个自治系统内洪泛。
参考文献
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[D].北京:
北京邮电大学,2004
[2]贺雪飞.OSPFv3协议链路状态数据库溢出控制实现:
[D].西安:
西安电子科技大学,2005
[3]朱彦波.基于IP网络的OSPF路由协议实现机制的解析与研究:
[D].长春:
吉林大学,2006
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