OSPF协议详解

OSPF学习笔记OSPF协议号是89，也就是说在ip包的protocol中是89，用ip包来传送数据包格式: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：*Versionnumber-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。*DatabaseDescription-用于描述整个数据库，该数据包仅在OSPF初始化时发送。*Linkstaterequest-用于向相邻的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。*Linkstateupdate-这是对linkstate请求数据包的响应，即通常所说的LSA数据包。*Linkstateacknowledgment-是对LSA数据包的响应。*Packetlength-定义整个数据包的长度。*RouterID-用于描述数据包的源地址，以IP地址来表示，32bit*AreaID-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。*Authenticationtype-定义OSPF验证类型。*Authentication-包含OSPF验证信息，长为8个字节。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。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由器，直至稳定的一个过程。当路由器有了一个完整的链路状态数据库时，它就准备好要创建它的路由表以便能够转发数据流。CISCO路由器上缺省的开销度量是基于网络介质的带宽。要计算到达目的地的最低开销，链路状态型路由选择协议（比如OSPF）采用Dijkstra算法，OSPF路由表中最多保存6条等开销路由条目以进行负载均衡，可以通过maximum-paths进行配置。如果链路上出现fapping翻转，就会使路由器不停的计算一个新的路由表，就可能导致路由器不能收敛。路由器要重新计算客观存它的路由表之前先等一段落时间，缺省值为5秒。在CISCO配置命令中timersspfspf-delayspy-holdtime可以对两次连续SPF计算之间的最短时间（缺省值10秒）进配置。路由器初始化时Hello包是用224.0.0.5广播给域内所有OSPF路由器，选出DR后在用224.0.0.6和DR，BDR建立邻接。DR用224.0.0.5广播给DRotherLSABDR也是DRother用224.0.0.6广播LSA给DR和BDRDR是在一个以太网段内选举出来的，如果一个路由器有多个以太网段那么将会有多个DR选举；DR的选择是通过OSPF的Hello数据包来完成的，在OSPF路由协议初始化的过程中，会通过Hello数据包在一个广播性网段上选出一个ID最大的路由器作为指定路由器DR（如果设置优先级的话那么首先看优先级，优先级为0不参加选举）并且选出ID次大的路由器作为备份指定路由器BDR，BDR在DR发生故障后能自动替代DR的所有工作然后重新选择BDR。当一个网段上的DR和BDR选择产生后，该网段上的其余所有路由器都只与DR及BDR建立相邻关系。见下图DR的选举过程：这里可以以选举村长为例选举的时候用Hello包中的DR字节来标识，开始的时候都是标识的自己，一旦选举出一个DR来那么即使后来再有优先级更高的进来也不重新选举（因为一旦重新选举那么所有的邻接关系都要重新建立）OSPF启动的过程：downinit发送Hello（224.0.0.5）DR字段为全零（因为还没有选出DR），单通状态，我能收到对端的Hello报文，但对方没有收到我的报文，怎么知道对端有没有收到我的报文呢，通过NeighborsSeen看2way2个OSPF路由器从Hello中发现互相的routerid（本地路由器最大ip，一般是loopback）建立邻接在这个阶段已经知道谁是DR了exstart预启动状态，OSPF路由器建立主从关系（看谁的routerid大）然后协商一个序列号（因为ip是不可靠的传输采用确认＋超时重传就可以）准备传送，头两个DD报文为空，不包含LSA的数据Router1：DDseq=x,I=1,M=1,MS=1I是第一个报文M是more表示还有后续报文MS是表示Router1是MasterRouter2：DDseq=y,I=1,M=1,MS=1I是第一个报文M是more表示还有后续报文MS是表示Router2是Master究竟谁是master呢，就会选一个routerid大的作为master谁当了master序列号就用谁生成的那个数，在这里应该是Router2的yexchange和DR开始交换数据，master先发送lsdb报文，此报文只是一个index（如同一本书的目录）不包含实际的路由数据，slave也发送报文，看谁的序列号高，序列高的数据新，相邻路由器可以根据数据库描述数据包的序列号与自身数据库的数据作比较，若发现接收到的数据比数据库内的数据序列号大，则相邻路由器会针对序列号较大的数据发出请求，并用请求得到的数据来更新其链路状态数据库。Router1先发送DD报文序列号用master的并且MS字段为0RouteR2回应报文把序列号加1表示已经收到了刚才的DD报文并且也包含自己的DD报文，下一个Router1的DD报文还用y＋1来表示因为slave无权把序列号加1。如果DD报文中的M＝0那么表示DD报文发送结束loading装入状态，如果新加入的路由器的从DD报文中看出那个是自己需要的路由数据，则发送lsr报文，请求发送数据，对端发送LSU报文，此报文包含所需的全部数据。full收到LSU报文后发送确认，完成充满状态。Hello包TTL值是1，在以太网中每10秒发送一次，而且不穿过路由器，通常OSPF协议报文的TTL都是1（虚连接除外）linkstatus包flood整个area（麦子说flood是由区域内所有路由器接力完成）一个DD报文可以含有很多个LSA的头部信息从init――――loading是路由器第一次交换信息的时候才出现，到了full以后如果在有路由变化那么就只发送LSU邻居状态机（灰色为可以长期存在的状态，白颜色为短暂状态）2－way为2个DRother之间可以有这种状态OSPF五种协议报文：LSA类型type1又被称为路由器链路信息数据包（RouterLink），所有的OSPF路由器都会产生这种数据包，用于描述路由器上联接到某一个区域的链路或是某一端口的状态信息。路由器链路信息数据包只会在某一个特定的区域内广播，而不会广播至其它的区域。在类型1的链路数据包中，OSPF路由器通过对数据包中某些特定数据位的设定，告诉其余的路由器自身是一个区域边界路由器或是一个AS边界路由器。并且，类型1的链路状态数据包在描述其所联接的链路时，会根据各链路所联接的网络类型对各链路打上链路标识，LinkID。表一列出了常见的链路类型及链路标识。1用于描述点对点的网络识相邻路由器的路由器标2用于描述至一个广播性网络的链路DR的端口地址3用于描述至非穿透网络，即stub网络的链路stub网络的网络号码4用于描述虚拟链路识相邻路由器的路由器标链路类型3（1对0或者Stub网络）的链路状态描述――linkid10.0.0.0/网段/data:255.0.0.0/掩码type:StubNet(3)/类型/metric:50/度量/链路类型1（点对点）的链路状态描述，首先要描述一下接口的路由信息：linkid:20.0.0.0/网段/data:255.0.0.0/掩码/type:StubNet(3)/类型/此处还是3，因为ppp类型分成2部分，首先把它想象成一个1：0也就是类型3的网络这么做是为了描述接口的路由，20.0.0.0，第二步在描述对端连接的那台路由器metric:5/度量值/对对端路由器的描述：linkid:2.2.2.2/对端RouterID/data:20.0.0.2/对端路由器的接口地址/type:Router(1)/类型/metric：5对帧中继(点对多点)链路状态的描述：首先也是先描述接口网段的路由linkid:40.0.0.1/网段/描述的是自己的接口地址，不是网段data:255.255.255.255/掩码/type:StubNet（3）/类型/此处还是描述成1对0的网段metric:5/度量值/linkid:3.3.3.3/对端routerF的id/因为是连接多点的，所以有多段描述data:40.0.0.1/与routerF相连的接口地址/type:Router(1)/类型/metric:5/度量值/linkid:4.4.4.4/对端routerE的id/data:40.0.0.1/与routerE相连的接口地址/此处描述的是routerA的接口地址，并不是RouterE的接口地址，没关系因为点对多点连接的接口地址都在一个子网内type:Router(1)/类型/metric:5/度量值/对广播型网络链路状态的描述：不描述接口网段的路由了linkid:30.0.0.3/网络中DR的接口地址/data:30.0.0.1/本接口的地址/type:TransNet(2)/类型/metric:50/花费/每个路由器只生成这些信息，缺少的信息有DR补齐，这样会节省很多的描述信息，如果不是的话假如这里有100台路由器那么得生成100段描述信息。DR会单独生成一条（也就是说不管DRother有多少条）LSA（type2）描述掩码和这个网段中有那些路由器/DR(6.6.6.6)生成的LSA/Netmask:255.255.255.0Attached30.0.0.1routerAttached30.0.0.2routerAttached30.0.0.3router以上的这些描述信息还要加上LSA的头（head）type:Router/LSA的类型/此处的Router表示是LSA类型1lsid:1.1.1.1/LSA的标识/advrtr:1.1.1.1/生成该LSA的路由器/表示这条LSA是谁生成的lsage:4/本条LSA的老化时间/每隔1秒这个数字会涨1len:108/LSA的长度/seq#:80000001/LSA序列号/linkcount:7/本LSA中包含的连接个数/此时RouterA路由器完成自己周边链路状态的描述flood完lsdb后就要用spf生成路由表了，见下图：（以RouterA为例）首先每个路由器都已自己为根计算路由，以Routera为例它把每一个LSA打开，分析每一段，碰到StubNet这种类型的LSA就知道这是描述的一条网段路由，于是就直接加到路由表中比如上图中的10.0.0.0和20.0.0.0就直接加到路由表中不过这两条是本路由器直接相连的网段所以意义不大，那么看第三段，这段描述的是一个点对点的类型，路由器看到这段就会先停止计算，它会去找RouterB生成的LSA（因为这段描述的到routerb的点对点连接）因为每个LSA都有routerid（advid）路由器就会以2.2.2.2为关键字检索就会找到routerb的LSA，找到以后在打开看它有什么信息，routerb中有一个直连网段50.0.0.0，这个网段对于routera是未知的，所以就加入路由表中下一跳就指向20.0.0.2(因为此LSA是Routerb告诉我的)Metric值相加50＋5＝55，这样这条路由就完全加入到路由表中了。如果RouterB的LSA中还连着一个RouterW，那么路由器还继续去找RouterW的LSA找到后在继续算