淺析OSPF協(xié)議的算法

摘 要：OSPF是開放最短路徑優(yōu)先路由協(xié)議，它是一種鏈路狀態(tài)型路由協(xié)議，功能強(qiáng)大，負(fù)載小，通過自身維持的數(shù)據(jù)鏈路狀態(tài)庫計(jì)算路由表，收斂時(shí)間短，工作效率高，基于分層的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃可以在中型、大型網(wǎng)絡(luò)規(guī)模中使用，OSPF支持MD5驗(yàn)證，在路由器相互交換信息中的安全性得到保障，是大型網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時(shí)的首選。

關(guān)鍵詞：OSPF；狀態(tài)機(jī)；鏈路狀態(tài)算法；協(xié)議；Virtual-Link

1 OSPF的概念

開放式最短路徑優(yōu)先OSPF（Open Shortest Path First）是IETF組織開發(fā)的一個(gè)基于鏈路狀態(tài)的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（Interior Gateway Protocol）。目前針對IPv4協(xié)議使用的是OSPF Version 2（RFC2328）；針對IPv6協(xié)議使用OSPF Version 3（RFC2740）。OSPF（開放最短路徑優(yōu)先）屬于IGP內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議，協(xié)議基于鏈路狀態(tài)算法。OSPF直接運(yùn)行于IP協(xié)議之上，使用IP協(xié)議號89。（圖1）

圖1

2 OSPF基本特點(diǎn)

支持無類域間路由（CIDR）；支持區(qū)域劃分；無路由自環(huán)；路由變化收斂速度快；使用IP組播收發(fā)協(xié)議數(shù)據(jù)；支持多條等值路由；支持協(xié)議報(bào)文的認(rèn)證。

2.1 鄰居狀態(tài)機(jī)

OSPF共有8種狀態(tài)機(jī)，分別是：Down、Attempt、Init、2-way、Exstart、Exchange、Loading、Full。

Down：鄰居會(huì)話的初始階段，表明沒有在鄰居失效時(shí)間間隔內(nèi)收到來自鄰居路由器的Hello數(shù)據(jù)包。

Attempt：該狀態(tài)僅發(fā)生在NBMA網(wǎng)絡(luò)中，表明對端在鄰居失效時(shí)間間隔（dead interval）超時(shí)后仍然沒有回復(fù)Hello報(bào)文。此時(shí)路由器依然每發(fā)送輪詢Hello報(bào)文的時(shí)間間隔（poll interval）向?qū)Χ税l(fā)送Hello報(bào)文。

Init：收到Hello報(bào)文后狀態(tài)為Init。

2-way：收到的Hello報(bào)文中包含有自己的Router ID，則狀態(tài)為2-way；如果不需要形成鄰接關(guān)系則鄰居狀態(tài)機(jī)就停留在此狀態(tài)，否則進(jìn)入Exstart狀態(tài)。

Exstart：開始協(xié)商主從關(guān)系，并確定DD的序列號，此時(shí)狀態(tài)為Exstart。

Exchange：主從關(guān)系協(xié)商完畢后開始交換DD報(bào)文，此時(shí)狀態(tài)為Exchange。

Loading：DD報(bào)文交換完成即Exchange done，此時(shí)狀態(tài)為Loading。

Full：LSR重傳列表為空，此時(shí)狀態(tài)為Full。

2.2 查看鄰居狀態(tài)

查看OSPF鄰居是否建立的命令為show ip ospf neighbour。

Neighbour ID為對端設(shè)備的router-id。可以手工設(shè)置，默認(rèn)的話以設(shè)備中ip地址最大的地址。要手工更改router-id之后，必須重啟ospf進(jìn)程以生效。命令為clear ip ospf process。

Pri、Address分別為對端設(shè)備的優(yōu)先級，以及地址。Interface是自己設(shè)備的出接口。

State有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，一個(gè)為two-way狀態(tài)，一個(gè)為full狀態(tài)。

2.3 鏈路狀態(tài)算法的路由計(jì)算過程

為減小多路訪問網(wǎng)絡(luò)中OSPF流量，OSPF會(huì)選擇一個(gè)指定路由器（DR）和一個(gè)備份指定路由器（BDR）。當(dāng)多路訪問網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變化時(shí)，DR負(fù)責(zé)更新其他所有OSPF路由器。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。

BDR和DR/DRother建立完全鄰接關(guān)系（Full），而其他非指定路由器DRother之間建立部分連接關(guān)系，也稱為雙向鄰居關(guān)系（Two-Way）。（圖2）

圖2

2.4 OSPF宣告網(wǎng)絡(luò)

OSPF的配置為：（1）開啟ospf進(jìn)程：Router ospf 1（2）設(shè)置ospf的router-id（3）宣告網(wǎng)絡(luò)，命令為：Network X.X.X.X X.X.X.X area 0（4）這里宣告網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)作用，第一個(gè)為宣告自身設(shè)備有這一個(gè)網(wǎng)段的路由。第二個(gè)為與對端設(shè)備建立連接。每一個(gè)宣告都會(huì)有這兩個(gè)作用。宣告之后，這每一個(gè)網(wǎng)段都會(huì)想網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送hello包，因此會(huì)造成帶寬浪費(fèi)，因此出現(xiàn)了靜默接口。Ospf是基于接口建立鄰居關(guān)系的。宣告的話也是宣告接口地址的。宣告32位的地址或者是宣告接口所在的網(wǎng)段都可以，作用一樣。

3 Virtual-Link

OSPF采用由兩層組成的分層結(jié)構(gòu)，這要求所有的區(qū)域都與主干區(qū)域（區(qū)域0）直接相連。但是，當(dāng)某個(gè)OSPF區(qū)域與OSPF主干區(qū)域（區(qū)域0）之間沒有直接連接時(shí)，便會(huì)導(dǎo)致LSDB不一致以及該區(qū)域中的網(wǎng)絡(luò)無法到達(dá)區(qū)域0。采用虛鏈路在該區(qū)域與主干區(qū)域之間建立起邏輯的連接，便可解決LSDB不一致以及該區(qū)域中的網(wǎng)絡(luò)無法到達(dá)區(qū)域0的問題。Virtual-Link在生產(chǎn)環(huán)境中應(yīng)該極力避免的。該技術(shù)的出現(xiàn)只是為了解決有方案設(shè)計(jì)不當(dāng)而導(dǎo)致的area0被分割。

4 結(jié)束語

OSPF路由選擇協(xié)議的缺點(diǎn)是它的配置相對比較復(fù)雜，需要占用大量的處理器資源。但是，隨著現(xiàn)代高速CPU的出現(xiàn)，它所需要的資源已經(jīng)不成問題。而且由于OSPF是開放的協(xié)議，是IETF組織公布的標(biāo)準(zhǔn)，世界上主要的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠都支持該協(xié)議，所以它的可靠性由于公開而得到保障，并且在眾多的廠商支持下，會(huì)不斷地走向完善。

作者簡介：盛偉（1983，10-），男，湖北省武漢市（籍貫），現(xiàn)職稱：助理工程師，學(xué)歷：本科，研究方向：信息技術(shù)。