华为技术篇之OSPF协议入门

2019-11-04 01:45:17

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供稿：网友

　　1.1. OSPF入门童话
　　可以把整个网络（一个自治系统AS）看成一个王国，这个王国可以分成b几个区(area)，现在我们来看看区域内的某一个人(你所在的机器root)是怎样得到一张世界地图(routing table)的。
　　
　　首先，你得跟你四周的人（同一网段如129.102）建立基本联系。你大叫一声“我在这！”(发HELLO报文),于是，四周的人知道你的存在，他们也会大叫，这样你知道四周大概有哪些人，你与他们之间建立了邻居(neighbor)关系，当然，他们之间也有邻居关系。
　　
　　在你们这一群人中，最有威望(PRiority优先级)的人会被推荐为首领（Designated Router）首领与你之间是上下级关系(adjacency邻接)，它会与你建立单线联系，而不许你与其它邻居有过多交往，他会说：“那样做的话，街上太挤了”。
　　
　　你只好通过首领来知道更多的消息了，首先，你们互通消息，他告诉你他知道的所有地图的地名，你也会告诉他你现知道的地名，当然上也许只有你一个点。(Database Description数据库描述报文)
　　
　　你发现地名表中有你缺少的或比你新的东西，你会问他要一份更具体的资料，他发现你的地名表中有他需要的东西，他也会向你索求新资料。(Link State Request连接状态请求报文)
　　
　　当然，你们毫不犹豫地将一份具体资料发送给对方。(Link State Update连接状态升级报文)
　　
　　收到地图后，互相致谢表示收到了。(Link State Ack连接状态响应报文)现在，你已经尽你所能得到一份地图（Link State DataBase连接状态数据库），你去查找地图把到所有地方的路挑一条最近（shortest path最短路）的，记为一张表格（routing table路由表），当然以后查这份表格就知道到目的地的一条最近的路了。地图也要收好，万一表格上的某条路不通了可以通过图去找一条新的路。
　　
　　其实跟你有联系的，只是四周一群人，外面的消息要通过首领来知道。因为你的地图是跟首领的一致，我们假设你是首领，你要去画一份世界地图。
　　
　　你命令所有手下向你通报消息，你可以知道你这一群人的任何一点点小动静（event事件）。你手下还会有同时属于两群人的家伙（同一区内两网段），他会告诉你另一群人的地图，当然也会把你们这一群人的地图泄露，(不过，无所谓啦)。这样，整个区的地图你知道了（对于不知道的那也没办法，我们尽力了）。
　　
　　通过不停地交换地图，现在，整个区的人都有同样的地图了，住在区边境上的人义不容辞地把这个区的地图（精确到每一群人）发送到别的区，把别的区信息发送进来。国王会把这些边境的人命名为骨干（backbone area）。通过骨干人士的不懈努力，现在，整个国家的地图你都了解得一清二楚了。
　　
　　有些人“里通外国”（AS Boundary Router自治系统边界路由器），他们知道一些“出国”(AS External route自治系统外部路由)的路，当然他们会把这些秘密公之与众（import 引入），通过信息的传递，现在，你已经有一张完整的“世界地图”了。
　　
　　OSPF是这样标记最短的路的：对于某个目的地，首先，考虑是否有同一区内部到目的地的路（intra area区域内），假如有，则在其中取一条离你最近的（花费最小），写进你的表格中,这个目的地可能是到本群体某个人也可能是到其他群体的，对于经过其他区域的路由，你会不予考虑，跟自己人（同区域）打交道总比与外人（其他区域）打交道好；假如没有本区的路，你只好通过别的区域了（区域间），你只要在地图上找最近的就是了；假如你发现目的地在国外，你也只能先把它标记到你的表格上，期待什么时候王国扩张到那，你就可以把它标记到国内地图上了。
　　
　　OSPF就是这样，给你一份“世界地图”，并且在上面标记了最短的路，如此而已罢了。
　　
　　1.2. 背景介绍
　　TCP/IP协议中，寻找一台计算机到另一台计算机的路由是很重要的.
　　
　　1．要判定是否能找到路
　　
　　2．找到路后找一条短的路（花费时间最小）
　　
　　3．在找路时不能循环
　　
　　4．最好还应该能动态处理路由变化，如：接口的UP或DOWN，时间花费的变化，网络结构的改变等。
　　
　　IETF(Internet Engineering Task Force)于1988年提出的OSPF是一个基于链路状态的动态路由协议，
　　
　　[协议的基本思路如下：在自治系统中每一台运行OSPF的路由器收集各自的接口/邻接信息称为链路状态，通过Flooding算法在整个系统广播自己的链路状态，使得在整个系统内部维护一个同步的链路状态数据库，根据这一数据库，路由器计算出以自己为根，其它网络节点为叶的一根最短的路径树，从而计算出自己到达系统内部可达的最佳路由]。
　　
　　OSPF是一类Interior Gateway Protocol(内部网关协议IGP)，它处理在一个自治系统中，路由器的网络的路由表信息。
　　
　　1.3. 术语和基本概念
　　OSPF路由协议术语：
　　OSPF路由协议:Open Shortest Path First　最短路径优先协议
　　
　　路由器（router）：第三层的IP包交换机，以前在IP文献中也叫做网关
　　
　　自治系统(autonomy system)：一群路由器通过相同的路由协议来交换路由信息，
　　
　　缩写为AS区域(area):自治系统的划分单元,一个自治系统可以划分为多个区域.
　　
　　区域 ID(area ID):自治系统内区域的32-bit标识
　　
　　内部网关协议(internal gateway protocol)：属于一个自治系统的路由器上运行的路
　　
　　由协议，缩写为IGP，每一个自治系统有一个单独的IGP，不同的自治系统可能
　　
　　运行不同的IGP。OSPF是内部网关协议的一种
　　
　　路由器的ID(router ID)：一个32位的标号对每个运行OSPF的路由器，在自治系
　　
　　统内是唯一的
　　
　　网络(network)：在这种意义下，是IP网络/子网/超网，可能是标记了多重复合IP
　　
　　地址的子网，我们把它们看成是分离的网络，点到点的物理网络是个特例，它们
　　
　　只是被当作简单的网，不管对它们怎样指定IP号。
　　
　　网络掩码(network mask)：一个32位的数指示IP网络的IP地址范围，以十六进
　　
　　制数显示，例如一个C类网的掩码是0xfffff00，在文字上写成255.255.255.0。
　　
　　点到点网络(point to point network)：由一对路由器简单组成的网络，例如一个
　　
　　56Kb的串口线的连接
　　
　　广播网：网络支持许多(两个以上)的路由器。都有能力将地址信息发送到所有连
　　
　　接的路由器上(广播)邻居路由器被OSPF的hello协议动态地发现，OSPF使这种
　　
　　广播能力能得到更大的应用，假如它存在，它上的每一对路由器都假定能和对方
　　
　　直接相连，以太网是一个广播网的例子。
　　
　　非广播网：网络支持许多(两个以上)路由器，但没有广播能力，邻结点也是通过OSPF hello报文来维持，但是由于设有广播能力一些邻居需要靠配置来发现，在邻居间，OSPF协议报文也是互相传送的，X.25网是一个例子。
　　
　　OSPF可以在两种非广播网上运行，一种是非广播多重访问，(NBMA)它类似于OSPF在广播网上的操作，第二种类型叫点到多点，可看为多个点到点的连接的集合。非广播网类型的判别依靠于对网络的操作模式。
　　
　　接口(interface)：一个路由器与它连接的一个网络的连接称为接口，一个接口有它的状态信息，可以通过底层协议或是路由协议本身来得到。每个接口有一个唯一一个IP地址和掩码(除非是不标号的点到点连接)，一个接口有时也指一个连接。
　　
　　邻居路由器(neighbor)：两台路由器有接口连向共同的网络，邻居关系通过OSPF hello协议被维持(通常是动态的)。
　　
　　邻接(adjacency)：为交换路由而在邻居间建立的关系，不是每对邻居都成都为邻接的。
　　
　　连接状态传送(Link State Advertise)：描述本地路由器或网络的数据单元对路由器来说，它描述了路由器的接口状态和邻接状态，第一个连接状态传送会发送到整个路由领域，所有的连接状态传送组成了协议的连接状态数据库，这在全局范围内使用,缩写为LSA
　　
　　连接状态数据库(Link State DataBase):所有连接状态传送组成了连接状态数据库.
　　
　　Stub网络:只有一个接口与外部相连的网络,如一个PPP可视为一个stub网络
　　
　　骨干区域(Backbone Area):所有区域边界路由器和它们之间的路由组成骨干区域.
　　
　　自治系统外部路由(AS external route):指由非OSPF协议得到的路由，如BGP（边界网关协议），RIP（Routing Information Protocol),系统的静态配置路由等,系统的静态路由是由配置得到的,其他协议的路由是通过引入操作得到的,外部路由的指定是由用户决定的.
　　
　　路由(route)：指两节点之间的连通路径。
　　
　　路由表（routing table）:到每个目的地有路由，这样的表叫路由表。
　　
　　基本概念：
　　OSPF把整个网络(Internet上的子网或其他类型的网)看成一个自治系统(AS)
　　
　　每一个AS内若干个物理上相邻的路由器(Router)，网络(Network)组成Area，这些Area内部一般是不相交的，它们划分了整个AS。
　　
　　如图是一个典型的自治系统划分的例子：
　　华为技术篇之OSPF协议入门

　　Rxx代表路由器，N*代表网络，
　　
　　1．R1,R2,R3,R4,N1组成区域1,R3,R4是区域边界路由器(ABR)
　　
　　2．R7,R8,R10,N2,N3组成区域2,R7,R10,R11是区域边界路由器(ABR)
　　
　　3．R9.R11,R12,N4组成区域3，R11是区域边界路由器(ABR)
　　
　　4．所有区域边节点（R3，R4，R7，R10，R11）及R5,R6共同组成了骨干区域，(backbone are

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