OSPF协议基本原理协议基本原理构建H3C高性能园区网络 1.0杭州华三通信技术有限公司 版权所有，未经授权不得使用与传播nOSPF是是Open Shortest Path First（开放最短路径（开放最短路径优先）的缩写。它是优先）的缩写。它是IETF组织开发的一个基于链路组织开发的一个基于链路状态的内部网关协议，目前在互联网上大量的使用。状态的内部网关协议，目前在互联网上大量的使用。本章主要介绍本章主要介绍OSPF协议的工作原理，包括它的分层协议的工作原理，包括它的分层结构、网络类型、报文封装、邻居建立和维护等内容。结构、网络类型、报文封装、邻居建立和维护等内容。引入引入n了解了解OSPF协议的特点协议的特点n掌握掌握OSPF协议分层结构协议分层结构n掌握掌握OSPF协议中的网络类型协议中的网络类型n掌握掌握OSPF协议的报文封装协议的报文封装n掌握掌握OSPF协议状态迁移协议状态迁移课程目标课程目标学习完本课程，您应该能够：学习完本课程，您应该能够：n协议概述协议概述n分层结构分层结构n网络类型网络类型n报文和封装报文和封装n邻居建立和状态迁移邻居建立和状态迁移nLSDB更新更新目录目录www.h3c.com4RIP协议存在的问题协议存在的问题l存在最大存在最大15跳的限制，不能适跳的限制，不能适应大大规模模组网的需求网的需求l周期性周期性发送全部路由信息，占用大量的送全部路由信息，占用大量的带宽资源源l路由收路由收敛速度慢速度慢l以跳数作以跳数作为度量度量值l存在路由存在路由环路可能性路可能性www.h3c.com5OSPF协议特点协议特点l没有路由跳数的限制没有路由跳数的限制l使用使用组播更新播更新变化的路由和网化的路由和网络信息信息l路由收路由收敛速度速度较快快l以开以开销（Cost）作）作为度量度量值l采用的采用的SPF算法可以有效的避免算法可以有效的避免环路路l在互在互联网上大量使用，是运用最广泛的路由网上大量使用，是运用最广泛的路由协议www.h3c.com6邻居关系、邻居关系、LSDB和路由表和路由表邻居表居表路由表路由表LSDBl邻居表居表记录了建立了了建立了邻居关系的居关系的路由器路由器lLSDB中包含了所有的中包含了所有的链路状路状态信息，并需要信息，并需要实时同步同步l经过SPF算法算法计算出的路由存放算出的路由存放在在OSPF路由表中路由表中www.h3c.com7生成生成OSPF路由路由1253A AD DC CB BD DC CB B123D DC C123A AD DB B123A AC CB B123A AA A( (一一) )网络的拓扑结构网络的拓扑结构( (二二) )每台路由器的每台路由器的LSDBLSDB( (三三) )由由LSDBLSDB得到的带权有向图得到的带权有向图( (四四) )每台路由器分别以自己为根节点计算最小生成树每台路由器分别以自己为根节点计算最小生成树RTARTBRTCRTD1253B BC CD DRTA的LSARTB的LSARTC的LSARTD的LSALSDBn协议概述协议概述n分层结构分层结构n网络类型网络类型n报文和封装报文和封装n邻居建立和状态迁移邻居建立和状态迁移nLSDB更新更新目录目录www.h3c.com9骨干区域与非骨干区域骨干区域与非骨干区域骨干区域骨干区域非骨干区域非骨干区域非骨干区域非骨干区域l骨干区域负责转发非骨干区域之间的路由骨干区域负责转发非骨干区域之间的路由www.h3c.com10划分区域的优势划分区域的优势l减少了区域内减少了区域内LSDB中中链路状路状态信息的数量，信息的数量，降低了运行降低了运行OSPF协议对路由器性能的要求路由器性能的要求l可以将相同功能性或者地理位置的路由器可以将相同功能性或者地理位置的路由器划分在一个区域内，以便于管理。划分在一个区域内，以便于管理。l隔离拓扑隔离拓扑变化，减少路由震化，减少路由震荡对整个自治整个自治系系统的影响。的影响。www.h3c.com11OSPF路由器类型路由器类型l区域内路由器（区域内路由器（Internal Router）l区域区域边界路由器（界路由器（ABR，Area Border Router）l骨干路由器（骨干路由器（Backbone Router）l自治系自治系统边界路由器（界路由器（ASBR， Autonomous System Border Router ）www.h3c.com12OSPF路由器类型示例路由器类型示例骨干区域骨干区域非骨干区域非骨干区域非骨干区域非骨干区域ABRASBRBackbone RouterInternal RouterInternal RouterRTARTBRTCRTDRTERTFRTGn协议概述协议概述n分层结构分层结构n网络类型网络类型n报文和封装报文和封装n邻居建立和状态迁移邻居建立和状态迁移nLSDB更新更新目录目录www.h3c.com14Router IDl一台路由器如果要运行OSPF协议，则必须存在Router ID（RID）。RID是一个32比特无符号整数，可以在一个自治系统中唯一的标识一台路由器。lRID可以手工配置，也可以自动生成。l如果没有通过命令指定RID，将按照如下顺序自动生成一个RID：如果当前设备配置了Loopback接口，将选取所有Loopback接口上数值最大的IP地址作为RID；如果当前设备没有配置Loopback接口，将选取它所有已经配置IP地址且链路有效的接口上数值最大的IP地址作为RID。www.h3c.com15Router ID选取示例选取示例Loopback 0：172.16.1.1/32GE 0/0：192.168.1.1/24GE 0/1：192.168.2.1/24Router ID:172.16.1.1GE 0/0：192.168.1.1/24GE 0/1：192.168.2.1/24GE 1/0：192.168.3.1/24Router ID:192.168.2.1RTARTBwww.h3c.com16OSPF网络类型网络类型lBroadcastlNBMA（Non-Broadcast Multi-Access，非广播多点可达网非广播多点可达网络）lP2MP（Point-to-MultiPoint，点到多点），点到多点）lP2P（Point-to-Point，点到点），点到点）www.h3c.com17NBMA与与P2MPlNBMA网网络是指那些全是指那些全连通的、非广播、多点通的、非广播、多点可达网可达网络。而。而P2MP网网络，则并不需要一定是并不需要一定是全全连通的。通的。lNBMA是一种缺省的网是一种缺省的网络类型，而型，而P2MP网网络必必须是由其它的网是由其它的网络强制更改的。制更改的。lNBMA网网络采用采用单播播发送送报文，需要手工配置文，需要手工配置邻居。居。P2MP网网络采用采用组播方式播方式发送送报文。文。n协议概述协议概述n分层结构分层结构n网络类型网络类型n报文和封装报文和封装n邻居建立和状态迁移邻居建立和状态迁移nLSDB更新更新目录目录www.h3c.com19OSPF报文类型与封装报文类型与封装OSPF 报文类型报文类型作用作用Hello 建立并维护邻居关系Database Description（DD）数据库内容的汇总（仅包含LSA摘要）Link State Request（LSR）请求自己没有的或者比自己更新的链路状态详细信息Link State Update（LSU)链路状态更新信息Link State Acknowledge（LSAck）对LSU的确认lOSPF报文直接封装在报文直接封装在IP报文中，协议号为报文中，协议号为89。OSPF PacketIP Header链路层帧头链路层帧尾n协议概述协议概述n分层结构分层结构n网络类型网络类型n报文和封装报文和封装n邻居建立和状态迁移邻居建立和状态迁移nLSDB更新更新目录目录www.h3c.com21建立邻居关系建立邻居关系RTBRTAHelloHelloRTBRTA启动OSPF启动OSPFRTBRTA发现邻居www.h3c.com22维持邻居关系维持邻居关系RTBRTAHello邻居RTBRTAHello邻居l邻居之居之间通通过交交换Hello报文，确文，确认邻居是否工作正居是否工作正常常l如果在一定的如果在一定的时间间隔内，收不到隔内，收不到邻居居发来的来的Hello报文，就文，就认为邻居已居已经失效，从失效，从邻居表中居表中删除。除。www.h3c.com23DR/BDR的选举的选举邻接关系邻接关系 R = n (n-1)邻接关系邻接关系 R = 2 (n-2) + 1RTARTBRTDRTERTARTBRTCRTDRTEDRBDRRTC2l采用采用DR/BDR建立建立邻接关系，可以降低需要接关系，可以降低需要维护的的邻接接关系数量关系数量www.h3c.com24DR/BDR的选举原则的选举原则l首先比首先比较Hello报文中携文中携带的的优先先级优先级最高的被选举为DR，优先级次高的被选举为BDR优先级为0的不参与选举l优先先级一致的情况下，比一致的情况下，比较Router IDRouter ID越大越优先l保持保持稳定原定原则当DR/BDR已经选举完毕，就算一台具有更高优先级的路由器变为有效，也不会替换该网段中已经选举的DR/BDR成为新的DR/BDR。www.h3c.com25DR/BDR的选举示例一的选举示例一RTDRTBRTCRTARID：192.168.4.1RID：192.168.3.1RID：192.168.1.1RID：192.168.2.1BDRDRDRotherRTDRTBRTCRTARID：192.168.4.1RID：192.168.3.1RID：192.168.1.1RID：192.168.2.1DRotherRTERID：192.168.5.1lRTE后来加入网后来加入网络，虽然它的然它的Router ID比原有的比原有的DR和和BDR都高，都高，但是出于但是出于稳定性的考定性的考虑，只能成，只能成为DRother路由器。路由器。BDRDRwww.h3c.com26DR/BDR的选举示例二的选举示例二RTDRTBRTCRTARID：192.168.4.1RID：192.168.3.1RID：192.168.1.1DRDRotherRTEBDRRID：192.168.5.1RTDRTBRTCRTARID：192.168.4.1RID：192.168.3.1RID：192.168.1.1DRotherRTERID：192.168.5.1BDRRID：192.168.2.1RID：192.168.2.1l当当DR失效失效时，BDR立刻成立刻成为新的新的DRlDRother路由器路由器进行行竞争，争，Router ID高的成高的成为新的新的BDRDRwww.h3c.com27邻接关系建立过程（邻接关系建立过程（1）网络云网络云Router ID 1.1.1.1Router ID 2.2.2.210.1.0.1/2410.1.0.2/24DOWNDOWNNeighbors seen=0DR=0.0.0.0Hello邻居居ID邻居地址居地址邻居状居状态1.1.1.110.1.0.1Init邻居表邻居表Neighbors seen=RTADR=RTBHello邻居居ID邻居地址居地址邻居状居状态2.2.2.210.1.0.22-way邻居表邻居表RTARTBNeighbors seen=RTBDR=RTBHello邻居居ID邻居地址居地址邻居状居状态1.1.1.110.1.0.12-waywww.h3c.com28邻接关系建立过程（邻接关系建立过程（2）网络云网络云Router ID 1.1.1.1Router ID 2.2.2.210.1.0.1/2410.1.0.2/242-way2-wayRTARTBMS=1M=1Seq=xI=1邻居居ID邻居地址居地址邻居状居状态2.2.2.210.1.0.2ExStart邻居居ID邻居地址居地址邻居状居状态1.1.1.110.1.0.1ExStartDDMS=1M=1Seq=yI=1DD邻居居ID邻居地址居地址邻居状居状态2.2.2.210.1.0.2ExchangeMS=0M=1Seq=yI=0DD邻居居ID邻居地址居地址邻居状居状态1.1.1.110.1.0.1ExchangeMS=1M=1Seq=y+1I=0DDMS=0M=1Seq=y+1I=0DDwww.h3c.com29邻接关系建立过程（邻接关系建立过程（3）网络云网络云Router ID 1.1.1.1Router ID 2.2.2.210.1.0.1/2410.1.0.2/24ExchangeExchangeRTARTB将收到的LSA摘要和本地的LSDB比较，发现在LSDB里缺少部分LSA邻居居ID邻居地址居地址邻居状居状态2.2.2.210.1.0.2LoadingLS RequestLS Update邻居居ID邻居地址居地址邻居状居状态2.2.2.210.1.0.2FullLSAck邻居居ID邻居地址居地址邻居状居状态1.1.1.110.1.0.1Fullwww.h3c.com30OSPF的状态机的状态机DownAttemptInit2-wayExStartLoadingFullExchangen协议概述协议概述n分层结构分层结构n网络类型网络类型n报文和封装报文和封装n邻居建立和状态迁移邻居建立和状态迁移nLSDB更新更新目录目录www.h3c.com32LSDB更新更新在LSDB中查找此条LSA收到一条LSA更新报文比较收到的LSA与本地LSA将LSA刷新，同时将序列号更新加入LSDB忽略收到的LSA未查到本地的LSA序列号更大查到LSA收到的LSA序列号更大www.h3c.com33广播和广播和NBMA网络中网络中LSDB更新更新RTDRTBRTCRTADRBDRRTDRTBRTCRTADRBDRLSULSULSULSUl在广播和在广播和NBMA网网络中，中，链路状路状态发生生变化化时，主要是通，主要是通过DR路由器路由器发送更新送更新报文。文。nOSPF协议的特点和分层结构协议的特点和分层结构nOSPF协议的协议的5类协议报文和类协议报文和4类网络类型类网络类型nOSPF协议的邻居建立过程和协议的邻居建立过程和DR/BDR的选举的选举nOSPF协议的协议的LSDB更新更新本章总结本章总结杭州华三通信技术有限公司www.h3c.com