OSPF協(xié)議工作原理

關(guān)于OSPF路由器之間的關(guān)系有兩個(gè)重要的概念，鄰居關(guān)系和鄰接關(guān)系?？紤]一種簡(jiǎn)單的拓?fù)?，兩臺(tái)路由器直連。在雙方互聯(lián)接口上激活OSPF，路由器開始發(fā)送及偵聽Hello報(bào)文。在通過Hello報(bào)文發(fā)現(xiàn)彼此后，這兩臺(tái)路由器便形成了鄰居關(guān)系。

鄰居關(guān)系的建立只是一個(gè)開始，后續(xù)會(huì)進(jìn)行一系列的報(bào)文交互，例如前文提到的DD、LSR、LSU和LS ACK等。當(dāng)兩臺(tái)路由器LSDB同步完成，并開始獨(dú)立計(jì)算路由時(shí)，這兩臺(tái)路由器形成了鄰接關(guān)系。

ospf鄰接關(guān)系建立過程

OSPF完成鄰接關(guān)系的建立有四個(gè)步驟：建立鄰居關(guān)系、協(xié)商主/從、交互LSDB信息，同步LSDB。

OSPF鄰接關(guān)系建立過程1——建立鄰居關(guān)系。

當(dāng)一臺(tái)OSPF路由器收到其他路由器發(fā)來(lái)的首個(gè)Hello報(bào)文時(shí)會(huì)從初始Down狀態(tài)切換為Init狀態(tài)。

當(dāng)OSPF路由器收到的Hello報(bào)文中的鄰居字段包含自己的RouterID時(shí)，從Init切換2-way狀態(tài)。

OSPF鄰接關(guān)系建立流程2&3——協(xié)商主/從、交互LSDB信息。

鄰居狀態(tài)機(jī)從2-way轉(zhuǎn)為Exstart狀態(tài)后開始主從關(guān)系選舉：R1向R2發(fā)送的第一個(gè)DD報(bào)文內(nèi)容為空，其Seq序列號(hào)假設(shè)為X。R2也向R1發(fā)出第一個(gè)DD報(bào)文，其Seq序列號(hào)假設(shè)為Y。選舉主從關(guān)系的規(guī)則是比較RouterID，越大越優(yōu)。R2的Router ID比R1大，因此R2成為真正的主設(shè)備。主從關(guān)系比較結(jié)束后，R1的狀態(tài)從Exstart轉(zhuǎn)變?yōu)镋xchange。

R1鄰居狀態(tài)變?yōu)镋xchange后，R1發(fā)送一個(gè)新的DD報(bào)文，包含自己LSDB的描述信息，其序列號(hào)采用主設(shè)備R2的序列號(hào)。

R2收到后鄰居狀態(tài)從Exstart轉(zhuǎn)變?yōu)镋xchange。R2向R1發(fā)送一個(gè)新的DD報(bào)文，包含自己LSDB的描述信息，序列號(hào)為Y+1。

R1作為從路由器需要對(duì)主路由R2發(fā)送的每個(gè)DD報(bào)文進(jìn)行確認(rèn)，回復(fù)報(bào)文的序列號(hào)與主路由R2一致。發(fā)送完最后一個(gè)DD報(bào)文后，R1將鄰居狀態(tài)切換為L(zhǎng)oading。

OSPF鄰接關(guān)系建立流程4——同步LSDB。宏發(fā)科技愛和我分開挖機(jī)發(fā)了空間發(fā)揮。

?鄰居狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)oading后，R1向R2發(fā)送LSR報(bào)文，請(qǐng)求那些在Exchange狀態(tài)下通過DD報(bào)文發(fā)現(xiàn)的，但是在本地LSDB中沒有的LSA。

?R2收到后向R1回復(fù)LSU。在LSU報(bào)文中包含被請(qǐng)求的LSA的詳細(xì)信息。

?R1收到LSU報(bào)文后，向R2回復(fù)LSACK報(bào)文，確認(rèn)已接收到，確保信息傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

?此過程中R2也會(huì)向R1發(fā)送LSA請(qǐng)求。當(dāng)兩端LSDB完全一致時(shí)，鄰居狀態(tài)變?yōu)镕ull，表示成功建立鄰接關(guān)系。

OSPF網(wǎng)絡(luò)類型

在學(xué)習(xí)DR和BDR的概念之前，需要首先了解OSPF的網(wǎng)絡(luò)類型。

OSPF網(wǎng)絡(luò)類型是一個(gè)非常重要的接口變量，這個(gè)變量將影響OSPF在接口上的操作，例如采用什么方式發(fā)送OSPF協(xié)議報(bào)文，以及是否需要選舉DR、BDR等。接口默認(rèn)的OSPF網(wǎng)絡(luò)類型取決于接口所使用的數(shù)據(jù)鏈路層封裝。

OSPF有四種網(wǎng)絡(luò)類型：Broadcast、NBMA、P2MP和P2P。

OSPF的DR與BDR

MA(Multi-Access)多路訪問網(wǎng)絡(luò)有兩種類型：廣播型多路訪問網(wǎng)絡(luò)(BMA)及非廣播型多路訪問網(wǎng)絡(luò)(NBMA)。以太網(wǎng)(Ethernet)是一種典型的廣播型多路訪問網(wǎng)絡(luò)。

在MA網(wǎng)絡(luò)中，如果每臺(tái)OSPF路由器都與其他的所有路由器建立OSPF鄰接關(guān)系，便會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中存在過多的OSPF鄰接關(guān)系，增加設(shè)備負(fù)擔(dān)，也增加了網(wǎng)絡(luò)中泛洪的OSPF報(bào)文數(shù)量。當(dāng)拓?fù)涑霈F(xiàn)變更，網(wǎng)絡(luò)中的LSA泛洪可能會(huì)造成帶寬的浪費(fèi)和設(shè)備資源的損耗。

為優(yōu)化MA網(wǎng)絡(luò)中OSPF鄰接關(guān)系，OSPF指定了三種OSPF路由器身份，DR(DesignatedRouter，指定路由器)、BDR(BackupDesignated Router，備用指定路由器)和DRother路由器。

只允許DR、BDR與其他OSPF路由器建立鄰接關(guān)系。DRother之間不會(huì)建立全毗鄰的OSPF鄰接關(guān)系，雙方停滯在2-way狀態(tài)。BDR會(huì)監(jiān)控DR的狀態(tài)，并在當(dāng)前DR發(fā)生故障時(shí)接替其角色。

OSPF區(qū)域

OSPF路由器在同一個(gè)區(qū)域(Area)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)中泛洪L(zhǎng)SA。為了確保每臺(tái)路由器都擁有對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞囊恢抡J(rèn)知，LSDB需要在區(qū)域內(nèi)進(jìn)行同步。

如果OSPF僅有一個(gè)區(qū)域，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越來(lái)越大，OSPF路由器的數(shù)量越來(lái)越多，這將導(dǎo)致諸多問題：

LSDB越來(lái)越龐大，同時(shí)導(dǎo)致OSPF路由表規(guī)模增加。路由器資源消耗多，設(shè)備性能下降，影響數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

基于龐大的LSDB進(jìn)行路由計(jì)算變得困難。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兏鼤r(shí)，LSA全域泛洪和全網(wǎng)SPF重計(jì)算帶來(lái)巨大負(fù)擔(dān)。

OSPF引入?yún)^(qū)域(Area)的概念，將一個(gè)OSPF域劃分成多個(gè)區(qū)域：

可以使OSPF支撐更大規(guī)模組網(wǎng)。

OSPF多區(qū)域的設(shè)計(jì)減小了LSA泛洪的范圍，有效的把拓?fù)渥兓挠绊懣刂圃趨^(qū)域內(nèi)，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的目的。

在區(qū)域邊界可以做路由匯總，減小了路由表規(guī)模。多區(qū)域提高了網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性，有利于組建大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。

區(qū)域的分類：區(qū)域可以分為骨干區(qū)域與非骨干區(qū)域。骨干區(qū)域即Area0，除Area0以外其他區(qū)域都稱為非骨干區(qū)域。

多區(qū)域互聯(lián)原則：基于防止區(qū)域間環(huán)路的考慮，非骨干區(qū)域與非骨干區(qū)域不能直接相連，所有非骨干區(qū)域必須與骨干區(qū)域相連。

OSPF路由器類型

OSPF路由器根據(jù)其位置或功能不同，有這樣幾種類型：

區(qū)域內(nèi)路由器(InternalRouter)

區(qū)域邊界路由器ABR(AreaBorder Router)

骨干路由器(BackboneRouter)

自治系統(tǒng)邊界路由器ASBR(ASBoundary Router)

?區(qū)域內(nèi)路由器(InternalRouter)：該類路由器的所有接口都屬于同一個(gè)OSPF區(qū)域。

?區(qū)域邊界路由器ABR(AreaBorder Router)：該類路由器的接口同時(shí)屬于兩個(gè)以上的區(qū)域，但至少有一個(gè)接口屬于骨干區(qū)域。

?骨干路由器(BackboneRouter)：該類路由器至少有一個(gè)接口屬于骨干區(qū)域。

?自治系統(tǒng)邊界路由器ASBR(ASBoundary Router)：該類路由器與其他AS交換路由信息。只要一臺(tái)OSPF路由器引入了外部路由的信息，它就成為ASBR。

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