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1、OSPF 路由协议概念及工作原理1. 概述 OSPF 路由协议是一种典型的链路状态（Link-state）的路由协议， 一般用于同一个路由域内。在这里，路由域是指一个自治系统（Autonomous System ），即 AS，它是指一组通过统一的路由政策或路由协议互相交换路由信息的网络。在这个AS中，所有的OSPF路由器都维护一个相同的描述这个AS结构的数据库，该数据库中存放的是路由域中相应链路的状态信息，OSPF 路由器正是通过这个数据库计算出其OSPF 路由表的。作为一种链路状态的路由协议，OSPF 将链路状态广播数据包LSA （Link State Advertisement）传送给在某
2、一区域内的所有路由器，这一点与距离矢量路由协议不同。运行距离矢量路由协议的路由器是将部分或全部的路由表传递给与其相邻的路由器。2. 数据包格式在 OSPF路由协议的数据包中，其数据包头长为24 个字节，包含如下8 个字段：* Version number-定义所采用的OSPF路由协议的版本。* Type- 定义 OSPF 数据包类型。OSPF数据包共有五种：* Hello-用于建立和维护相邻的两个OSPF路由器的关系，该数据包是周期性地发送的。* Database Description-用于描述整个数据库，该数据包仅在OSPF初始化时发送。* Link state request-用于向相邻
3、的OSPF路由器请求部分或全部的数据，这种数据包是在当路由器发现其数据已经过期时才发送的。* Link state update-这是对 link state请求数据包的响应，即通常所说的LSA数据包。* Link state acknowledgment-是对 LSA数据包的响应。* Packet length-定义整个数据包的长度。* Router ID-用于描述数据包的源地址，以IP 地址来表示。* Area ID-用于区分OSPF 数据包属于的区域号，所有的OSPF 数据包都属于一个特定的OSPF区域。* Checksum- 校验位，用于标记数据包在传递时有无误码。* Authenti
4、cation type-定义 OSPF验证类型。* Authentication-包含 OSPF验证信息，长为8 个字节3.OSPF基本算法3.1 SPF 算法及最短路径树 SPF算法是 OSPF路由协议的基础。SPF算法有时也被称为Dijkstra算法，这是因为最短路径优先算法 SPF是 Dijkstra发明的。 SPF算法将每一个路由器作为根（ROOT ）来计算其到每一个目的地路由器的距离，每一个路由器根据一个统一的数据库会计算出路由域的拓扑结构图，该结构图类似于一棵树，在SPF算法中，被称为最短路径树。在OSPF 路由协议中，最短路径树的树干长度，即OSPF路由器至每一个目的地路由器的距
5、离，称为OSPF的 Cost，其算法为：Cost = 100106/链路带宽在这里，链路带宽以bps 来表示。也就是说，OSPF的 Cost 与链路的带宽成反比，带宽越高，Cost 越小，表示OSPF到目的地的距离越近。举例来说，FDDI或快速以太网的Cost 为 1，2M串行链路的Cost 为48， 10M以太网的 Cost 为 10 等。3.2 链路状态算法名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 3 页 - - - - - - - - - 作为一种典型的链路状
6、态的路由协议，OSPF 还得遵循链路状态路由协议的统一算法。链路状态的算法非常简单，在这里将链路状态算法概括为以下四个步骤：当路由器初始化或当网络结构发生变化（例如增减路由器，链路状态发生变化等）时，路由器会产生链路状态广播数据包LSA （Link-State Advertisement），该数据包里包含路由器上所有相连链路，也即为所有端口的状态信息。所有路由器会通过一种被称为刷新（Flooding ）的方法来交换链路状态数据。Flooding是指路由器将其LSA数据包传送给所有与其相邻的OSPF路由器，相邻路由器根据其接收到的链路状态信息更新自己的数据库，并将该链路状态信息转送给与其相邻的路
7、由器，直至稳定的一个过程。当网络重新稳定下来，也可以说OSPF 路由协议收敛下来时，所有的路由器会根据其各自的链路状态信息数据库计算出各自的路由表。该路由表中包含路由器到每一个可到达目的地的Cost 以及到达该目的地所要转发的下一个路由器（next-hop ）。第 4 个步骤实际上是指OSPF路由协议的一个特性。当网络状态比较稳定时，网络中传递的链路状态信息是比较少的，或者可以说，当网络稳定时，网络中是比较安静的。这也正是链路状态路由协议区别与距离矢量路由协议的一大特点。4.OSPF路由协议的基本特征前文已经说明了OSPF 路由协议是一种链路状态的路由协议，为了更好地说明OSPF路由协议的基本
8、特征，我们将OSPF路由协议与距离矢量路由协议之一的RIP（Routing Information Protocol）作一比较，归纳为如下几点： RIP 路由协议中用于表示目的网络远近的唯一参数为跳（HOP ），也即到达目的网络所要经过的路由器个数。 在 RIP 路由协议中，该参数被限制为最大15，也就是说RIP 路由信息最多能传递至第16 个路由器；对于 OSPF 路由协议，路由表中表示目的网络的参数为Cost ，该参数为一虚拟值，与网络中链路的带宽等相关， 也就是说OSPF路由信息不受物理跳数的限制。并且，OSPF路由协议还支持TOS （Type of Service）路由，因此，OSPF
9、比较适合应用于大型网络中。 RIP 路由协议不支持变长子网屏蔽码（VLSM ），这被认为是RIP 路由协议不适用于大型网络的又一重要原因。采用变长子网屏蔽码可以在最大限度上节约IP 地址。 OSPF路由协议对VLSM有良好的支持性。 RIP 路由协议路由收敛较慢。RIP 路由协议周期性地将整个路由表作为路由信息广播至网络中，该广播周期为30 秒。在一个较为大型的网络中，RIP 协议会产生很大的广播信息，占用较多的网络带宽资源；并且由于RIP 协议 30 秒的广播周期，影响了RIP 路由协议的收敛，甚至出现不收敛的现象。而OSPF是一种链路状态的路由协议，当网络比较稳定时，网络中的路由信息是比较
10、少的，并且其广播也不是周期性的，因此 OSPF 路由协议即使是在大型网络中也能够较快地收敛。在 RIP 协议中，网络是一个平面的概念，并无区域及边界等的定义。随着无级路由CIDR概念的出现，RIP 协议就明显落伍了。 在 OSPF路由协议中， 一个网络， 或者说是一个路由域可以划分为很多个区域area，每一个区域通过OSPF边界路由器相连，区域间可以通过路由总结（Summary ）来减少路由信息，减小路由表，提高路由器的运算速度。 OSPF 路由协议支持路由验证，只有互相通过路由验证的路由器之间才能交换路由信息。并且OSPF可以对不同的区域定义不同的验证方式，提高网络的安全性。 OSPF 路由
11、协议对负载分担的支持性能较好。OSPF 路由协议支持多条Cost 相同的链路上的负载分担，目前一些厂家的路由器支持6 条链路的负载分担。5. 区域及域间路由名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 3 页 - - - - - - - - - 前文已经提到过，在OSPF路由协议的定义中，可以将一个路由域或者一个自治系统AS划分为几个区域。在 OSPF中，由按照一定的OSPF路由法则组合在一起的一组网络或路由器的集合称为区域（AREA ）。在 OSPF路 由协议中，每一
12、个区域中的路由器都按照该区域中定义的链路状态算法来计算网络拓扑结构，这意味着每一个区域都有着该区域独立的网络拓扑数据库及网络拓扑图。对于每一个区域，其网络拓扑结构在区域外是不可见的，同样，在每一个区域中的路由器对其域外的其余网络结构也不了解。这意味着 OSPF 路由域中的网络链路状态数据广播被区域的边界挡住了，这样做有利于减少网络中链路状态数据包在全网范围内的广播，也是OSPF 将其路由域或一个AS划分成很多个区域的重要原因。随着区域概念的引入，意味着不再是在同一个AS内 的所有路由器都有一个相同的链路状态数据库，而是路由器具有与其相连的每一个区域的链路状态信息，即该区域的结构数据库，当一个路
13、由器与多个区域相连时，我们称之为区域边界路由器。一个区域边界路由器有自身相连的所有区域的网络结构数据。在同一个区域中的两个路由器有着对该区域相同的结构数据库。我们可以根据IP 数据包的目的地地址及源地址将OSPF路由域中的路由分成两类，当目的地与源地址处于同一个区域中时，称为区域内路由，当目的地与源地址处于不同的区域甚至处于不同的AS时，我们称之为域间路由。OSPF的骨干区域及虚拟链路（Virtual-link）在 OSPF路由协议中存在一个骨干区域（Backbone），该区域包括属于这个区域的网络及相应的路由器，骨干区域必须是连续的，同时也要求其余区域必须与骨干区域直接相连。骨干区域一般为区域0，其主要工作是在其余区域间传递路由信息。所有的区域，包括骨干区域之间的网络结构情况是互不可见的，当一个区域的路由信息对外广播时，其路由信息是先传递至区域0( 骨干区域 ) ，再由区域0 将该路由信息向其余区域作广播。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 3 页 - - - - - - - - -