浅谈-动态路由之OSPF的理解

路由

在网络中，路由相当于就是一张地图，让路由器知道这个对应的IP数据包应该往哪端口、网段走；而这个“地图”我们称之为路由表，不同的目的IP路由表的下一个跳也不同，其生成方式有又有多种：

• 静态路由：网络管理员手动定义的路由表条路
• 默认路由：特殊的静态路由，路由表中没有的可以统一定义往这一路走。
• 动态路由：通过路由协议来自动生成路由表条目，其中动态路由又有很多种，通过自治系统（AS）来划分
• IGP（内部网关协议）RIP、OSPF、IS-IS、EIGRP
• EGP（外部网关协议）BGP

协议名	协议算法	备注
RIP（路由信息协议）	距离矢量协议（DV）
OSPF（开放式最短路径优先）	链路状态协议（LS）	可以用在大型的企业核心网中
IS-IS（中间系统到中间系统）	链路状态协议（LS）	这个协议我用比较少，和OSPF类似
EIGRP（增强内部网关路由协议）	链路状态+距离矢量协议（LS+DV）	思科私有协议
BGP（边界网关协议）	距离矢量协议（DV）	用在AS之间的路由协议，结合MPLS技术，实现不同AS内路由协议不同也可正常通信

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路由协议算法

路由协议算法一般是两种，距离矢量协议和链路状态协议。

距离矢量协议

距离矢量路由协议算法，定期（比如RIP是30s）获取相邻路由器的路由表条目，对开销更低或者新的条目进行开销增加的操作，更新在自己的路由表条目。

• 特点：开销小、路由器只知道邻居路由器的情况可能有不是最优的路由决策、收敛较慢；

链路状态协议

链路状态协议算法，获取最多使用Dijkstra算法，求出最短路径。

• 特点：开销大、收敛快

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OSPF协议（协议号89）

OSPF是我们最常用的动态路由协议。回归到我们动态路由的目的：

让路由器能够自动地建立自己的路由表，并且能够根据实际情况的变化适时地进行调整。

OSPF基本思想：

每个路由器将已知的链路状态信息通告邻居，收敛后，每个路由器对全网的链路状态有相同的路由认识，也就是全部拓扑。单台路由器根据全部拓扑，使用Dijkstra计算路由。

LSA和LSDB

名词	注解
LSA（链路状态通告）	LSA含有路由器链路状态的信息（比如路由器编号，直连网段，开销等），一台路由器对于一条LSA
LSDB（链路状态数据库）	存在每台路由器中，由多条LSA组成，实现区域内部可以达到信息同步

图1.LSA和LSDB

DB和BDR

• DR指定路由器（Designated Router），负责建立邻接和LSA的同步工作
• BDR备份指定路由器(Back-up Designated Router)

DR/BDR由于端口的优先级来进行选举，接口的DR优先级越大越优先

DR和BDR会与其他所有路由器形成邻接关系并交换链路状态信息，其他路由器之间不直接交换链路状态信息

组播地址传递

组播IP	功能
224.0.0.5（AllSPFRouter）	DRother侦听224.0.0.5
224.0.0.6（AllDRouter）	DR/BDR侦听224.0.0.6

1. 在点到点网络，是连接单独的一对路由器的网络、PPP（点对点）网络上的有效邻居总是可以形成邻接关系的，在这种网络上，OSPF包的目标地址使用的是224.0.0.5来发送LSA等路由选择及更新信息，这个组播地址称为AllSPFRouters。
2. 在广播型网络,比如以太网，Token Ring和FDDI，这样的网络上会选举一个DR和BDR，DR/BDR的发送的OSPF包的目标地址为224.0.0.5，运载这些OSPF包的帧的目标MAC地址为0100.5E00.0005；而除了DR/BDR以外的OSPF包的目标地址为224.0.0.6，这个地址叫AllDRouters。

工作过程

1. 发现邻居（A、B先相互发送Hello报文）
2. 建立邻接关系（网络中选取DR和BDR，网络内所有的路由器只与DR和BDR建立邻接关系）
3. 传递链路状态信息LSA（收敛以后区域内所有路由器具有相同的LSDB）
1. 触发更新或定时（30min）更新
2. 增量更新（只向邻居发送需要LSA）
4. 计算最优路由（Dijkstra算法）
1. 使用LSDB内的LSA，对应的生产加权的有向图，每台路由器自动计算自己最优的路径。

图2.计算最优路由

Area 区域划分

• 使用划分的区域的方式，将大区域划分为若干个小区域。每个区域内只需要维护本区域内的LSDB，同时可以减少LSA泛洪范围。
• 区域ID可以使用点32位点分十进制命名，也可以直接使用一个十进制数。area 0=area 0.0.0.0

所有的区域以星型结构的方式与area0（骨干区域）直接连接。

• 边界的路由器称之为ABR，可能端口1是area0端口2是area1。

五种报文

报文类型	功能
Hello	发现和维护邻居关系
Database Description	交互链路状态数据库摘要
Link State Request	请求特定的链路状态信息
Link State Update	发送详细的链路状态信息
Link State Ack	发送确认报文