华为OSPF理论知识详解(一)
首页 > HuaWei > 路由配置   作者:杭州清默网络  2015年12月26日 12:00 星期六  字号:   评论:0 条
时间:2015-12-26 12:00   评论:0 条 

2016.8.31第2次更新

华为OSPF理论知识详解(一)

1OSPF简介

开放式最短路径优先OSPFOpen Shortest Path First)是IETF组织开发的一个基于链路状态的内部网关协议(Interior Gateway Protocol)。

目前针对IPv4协议使用的是OSPF Version 2RFC2328);针对IPv6协议使用OSPF Version 3RFC2740)。如无特殊说明,本文中所指的OSPF均为OSPF Version 2

OSPF出现前,网络上广泛使用RIPRouting Information Protocol,路由信息协议)作为内部网关协议。

由于RIP是基于距离矢量算法的路由协议,存在着收敛慢、路由环路、可扩展性差等问题,所以逐渐被OSPF取代。

OSPF采用组播形式收发报文,这样可以减少对其它不运行OSPF路由器的影响。

OSPF支持无类型域间选路(CIDR)。

OSPF支持对等价路由进行负载分担。

OSPF支持报文加密。

由于OSPF具有以上优势,使得OSPF作为优秀的内部网关协议被快速接受并广泛使用。

 

2OSPF特点

OSPF协议具有以下特点:

1OSPF把自治系统ASAutonomous System)划分成逻辑意义上的一个或多个区域;

2OSPF通过LSALink State Advertisement,链路状态通告)的形式发布路由;

3OSPF依靠在OSPF区域内各设备间交互OSPF报文来达到路由信息的统一;

4OSPF报文封装在IP报文内,可以采用单播或组播的形式发送。

 

      3OSPF报文类型

1Hello报文

周期性发送,用来发现和维持OSPF邻居关系。

2DD报文(DatabASe Description packet

描述本地LSDBLink State DatabASe)的摘要信息,用于两台设备进行数据库同步。

3LSR报文(Link State Request packet

用于向对方请求所需的LSA。设备只有在OSPF邻居双方成功交换DD报文后才会向对方发出LSR报文。

4LSU报文(Link State Update packet

用于向对方发送其所需要的LSA

5LSAck报文(Link State Acknowledgment packet

用来对收到的LSA进行确认。

OSPF报文详解:http://www.023wg.com/message/message/cd_feature_ospf_message.html

 

      4OSPF基本概念

1、路由ID

一台运行OSPF协议的路由中每个OSPF进程必须指定一个用于标识本地路由器的Router ID,是一个32比特无符号的整数。在一个AS中必须唯一,但在同一台路由器的不同进程(不同进程可以理解为不同的路由协议路由)中可以相同。

    2、路由域(AS或自治系统)

 路由域(Routing Domain),由运行同一种路由协议并且被同一组织机构管理的一组路由器组成。同一个AS中的所有路由器必须运行相同的路由协议,且彼此相连(中间不能被其他协议、路由域所间断),分配相同的AS号。

OSPF网络中,只有在同一个AS中的路由器才会相互交换链路状态信息,所有的OSPF路由器都维护一个相同的AS结果描述(AS中各区域间的连接关系)的数据库。该数据库中存放的是路由域中相应的链路状态信息,OSPF通过该数据库来计算路由表。

3、区域(Area

Area是在一个AS内部划分的多个不同位置或者不同角色的一组路由器单元,每个OSPF路由器只能在Area内部学习到完整的链路状态信息。

在大中型网络中,路由设备可能非常多,如果不进行Area划分的话,则整个网络中的所有设备都要彼此学习路由信息,最终生成的路由信息库可能非常庞大,这样会大大消耗设备的存储空间,更不利于进行高效的路由选择。

每个区域用区域号(Area id)来标识。

    OSPF的区域边界是设备接口(IS-IS是链路),即一个网段只能属于同一个区域,即路由器之间直接相连的链路两端接口必须属于同一区域(IS-IS两端属于不同区域)。

    划分区域后,可以在区域边界路由器上进行路由聚合,不同区域之间仅向外通告其聚合路由,这样可大大减少LSA(链路状态通告)数量以及最小化网络拓扑变化带来的影响。

OSPF中,除了普通区域外还可以设置多种特殊区域,如骨干区域(固定为area0stub(末梢)区域、totally stub(完全末梢)区域、NSSA(非纯末梢)区域、totally NSSA(完全非纯)区域,这些特殊区域将在后面一一介绍。

 

5OSPF路由器类型

路由器类型.png

                                           图1 路由器类型

OSPF协议中常用到的路由器类型如上图1所示。由于OSPF把一个AS划分成了多个区域,这就使得OSPF网络中不同的路由器扮演不同的角色。

    1、区域内路由器IRInternal Router     

    该类设备的所有接口都属于同一个OSPF区域。

    2、区域边界路由器ABRArea Border Router       

    该类设备可以同时属于两个以上的区域,但其中一个必须是骨干区域。ABR用来连接骨干区域和非骨干区域,它与骨干区域之间既可以是物理连接,也可以是逻辑上的连接。

    3、骨干路由器BRBackbone Router     

    该类设备至少有一个接口属于骨干区域。所有的ABR和位于Area0的内部设备都是骨干路由器。

    4、自治系统边界路由器ASBRAS Boundary Router    

    与其他AS交换路由信息的设备称为ASBRASBR并不一定位于AS的边界,它可能是区域内设备,也可能是ABR。只要一台OSPF设备引入了外部路由的信息,它就成为ASBR

    5DRDesignated Router)与BDRBackup Designated Router)路由器

    在广播网和NBMA网络中,任意两台路由器之间都要交换路由信息。如果网络中有n台路由器,则需要建立n(n-1)/2个邻接关系。这使得任何一台路由器的路由变化都会导致多次传递,浪费了带宽资源。

    为解决这一问题,OSPF协议定义了指定路由器DRDesignated Router),所有路由器都只将信息发送给DR,由DR将网络链路状态发送出去。如果DR由于某种故障而失效,则网络中的路由器必须重新选举DR,再与新的DR同步。这需要较长的时间,在这段时间内,路由的计算是不正确的。

为了能够缩短这个过程,OSPF提出了BDRBackup Designated Router,备份指定路由器)的概念。

BDR实际上是对DR的一个备份,在选举DR的同时也选举出BDRBDR也和本网段内的所有路由器建立邻接关系并交换路由信息。当DR失效后,BDR会立即成为DR。由于不需要重新选举,并且邻接关系事先已建立,所以这个过程是非常短暂的。当然这时还需要再重新选举出一个新的BDR,虽然一样需要较长的时间,但并不会影响路由的计算。

DRBDR之外的路由器(称为DR Other)之间将不再建立邻接关系,也不再交换任何路由信息(即任何非DR、非BDR设备之间的通信都是通过与DRBDR来进行数据交换的)。这样就减少了广播网和NBMA网络上各路由器之间邻接关系的数量。

DRBDR的选举规则为首先比较DR优先级,优先级高的为DR,次高为BDR,如果优先级相等,则Router ID数值高的为DR。如果一台设备的DR优先级为0则不参与选举。

DR的选举是针对设备的接口而言的,某台设备的一个接口是DR,在另一个接口上可能是BDRDR Other。若DR选举完毕人为的修改DR优先级值也不会重新选举,即DR/BDR的选举是非抢占的。

 

       6OSPF路由类型

AS区域内和区域间路由描述的是AS内部的网络结构,AS外部路由则描述了应该如何选择到AS以外目的地址的路由。OSPF将引入的AS外部路由分为Type1Type2两类。下面按优先级从高到低顺序列出了路由类型。

1、区域内路由(Intra Area),仅用于区域内IR路由器之间的路由,用于IR设备间的互联,不像区域外通告。

2、区域间路由(Inter Area),仅用于区域间ABR之间的路由。

3、第一类外部路由(Type1 External      

这类路由的可信程度高一些,所以计算出的外部路由的开销与自治系统内部的路由开销是相当的,并且和OSPF自身路由的开销具有可比性。到第一类外部路由的开销=本设备到相应的ASBR的开销+ASBR到该路由目的地址的开销。

4、第二类外部路由(Type2 External      

这类路由的可信度比较低,所以OSPF协议认为从ASBR到自治系统之外的开销远远大于在自治系统之内到达ASBR的开销。所以,OSPF计算路由开销时只考虑ASBR到自治系统之外的开销,即到第二类外部路由的开销=ASBR到该路由目的地址的开销。

 

7OSPF支持的网络类型

OSPF根据链路层协议类型,将网络分为如下表所列四种类型。

1、广播类型(BroadcASt

当链路层协议是EthernetFDDI时,缺省情况下,OSPF认为网络类型是BroadcASt。在该类型的网络中通常以组播形式发送Hello报文、LSU报文和LSAck报文。其中,224.0.0.5的组播地址为OSPF设备的预留IP组播地址;224.0.0.6的组播地址为OSPF DR/BDR Backup Designated Router)的预留IP组播地址。以单播形式发送DD报文和LSR报文。

2NBMA类型(Non-BroadcASt Multi-Access

当链路层协议是帧中继、X.25时,缺省情况下,OSPF认为网络类型是NBMA

在该类型的网络中,以单播形式发送协议报文(Hello报文、DD报文、LSR报文、LSU报文、LSAck报文)。

3P2MP类型(Point-to-Multipoint

没有一种链路层协议会被缺省的认为是Point-to-Multipoint类型。点到多点必须是由其他的网络类型强制更改的。常用做法是将非全连通的NBMA改为点到多点的网络。在该类型的网络中:

以组播形式(224.0.0.5)发送Hello报文。

以单播形式发送其他协议报文(DD报文、LSR报文、LSU报文、LSAck报文)。

4P2P类型(point-to-point

当链路层协议是PPPHDLCLAPB时,缺省情况下,OSPF认为网络类型是P2P

在该类型的网络中,以组播形式(224.0.0.5)发送协议报文(Hello报文、DD报文、LSR报文、LSU报文、LSAck报文)。

 

华为OSPF理论知识详解(二):http://www.023wg.com/lypz/102.html

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