11开放式最短路径优先OSPF
开放式最短路径优先协议(OSPF) (2)
点到点式网络
在点到点链路中一般采用PPP或者HDLC的封装格式，OSPF自动 在点到点链路中一般采用PPP或者HDLC的封装格式，OSPF自动 检测接口类型，并且不需要进行DR/BDR的选举。 检测接口类型，并且不需要进行DR/BDR的选举。 在点到点模型中，既没有DR也没有BDR，直接相连的路由器形成 在点到点模型中，既没有DR也没有BDR，直接相连的路由器形成 邻接。 每个点到点链路要求一个分开的子网。 Hello记时器为10秒，dead间隔为40秒，等待间隔为40秒。 Hello记时器为10秒，dead间隔为40秒，等待间隔为40秒。
OSPF运行的模式
Point-to-multipoint nonbroadcast：如果VC中多播和广播能力没有 启用的话就不能使用point-to-multipoint模式，也路由器没办法多播 Hello包，邻居必须人工指定，不需选举DR/BDR。 Point-to-point：一个子网，不选举DR/BDR，当只有2个路由器的 接口要形成邻接关系的时候才使用，接口可以为LAN或WAN接口 。
帧中继拓扑
星型（Star/hub-and-spoke）：最常见的帧中继网络拓扑，代价最 星型（Star/hub-and-spoke）：最常见的帧中继网络拓扑，代价最 小。 全互连（Full-mesh）：冗余，但是代价大。在这样的环境中计算 全互连（Full-mesh）：冗余，但是代价大。在这样的环境中计算 VC的数量。使用n(n-1)/2的公式，n为网络中的节点数。 VC的数量。使用n(n-1)/2的公式，n 部分互连（Partial-mesh）：前两种的折中方案。 部分互连（Partial-mesh）：前两种的折中方案。
非广播式网络
NBMA网络比如帧中继,ATM和X.25，没有广播的能力。 NBMA网络比如帧中继,ATM和X.25，没有广播的能力。 有了非广播式模型， DR和BDR被选出，并且所有路由器与它们形 DR和BDR被选出，并且所有路由器与它们形 成邻接，这个联盟实现了优化扩散，因为所有LSA被送到DR，同 成邻接，这个联盟实现了优化扩散，因为所有LSA被送到DR，同 时DR将它们扩散到网络中每一个单独的路由器上。 DR将它们扩散到网络中每一个单独的路由器上。 因为广播式性能的缺陷，必须定义邻居来使用邻居命令。 所有路由器在同一个子网。 与广播式模型相同，也要选出DR，必须注意确认DR与所有的路由 与广播式模型相同，也要选出DR，必须注意确认DR与所有的路由 器有逻辑连接。 Hello记时器是30秒，终结间隔是120秒，等待间隔是120秒。 Hello记时器是30秒，终结间隔是120秒，等待间隔是120秒。
RIP、OSPF、BGP三种协议的区别
OSPF(Open Shortest Path First开放式最短路径优先)是一个内部网关协议：:AS内部路由（本质区别），采用链路状态路由选路技术开放式最短路径优先协议是一种为IP网络开发的内部网关路由选择协议其由三个子协议组成hello协议，交换协议，扩散协议，其中hello协议负责检查链路是否可用并完成指定路由器和备份路由器；交换协议完成“主”，“从”路由器的选择和交换各自的路由数据库信息，扩散协议负责完成各路由器中路由数据库的同步维护不同厂商管理距离不同，思科OSPF的协议管理距离(AD)是110，华为OSPF的协议管理距离是10。
OSPF 采用链路状态路由选择技术，开放最短路径优先算法路由器互相发送直接相连的链路信息和它拥有的到其它路由器的链路信息。
每个 OSPF 路由器维护相同自治系统拓扑结构的数据库。
从这个数据库里，构造出最短路径树来计算出路由表。
当拓扑结构发生变化时， OSPF 能迅速重新计算出路径，而只产生少量的路由协议流量。
此外，所有 OSPF 路由选择协议的交换都是经过身份验证的。
主要优点收敛速度快；没有跳数限制；支持服务类型选路提供负载均衡和身份认证适用环境规模庞大、环境复杂的互联网OSPF协议的优点：OSPF能够在自己的链路状态数据库内表示整个网络，这极大地减少了收敛时间，并且支持大型异构网络的互联，提供了一个异构网络间通过同一种协议交换网络信息的途径，并且不容易出现错误的路由信息。
OSPF支持通往相同目的的多重路径。
OSPF使用路由标签区分不同的外部路由。
OSPF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；并且可以对不同的区域定义不同的验证方式，从而提高了网络的安全性。
OSPF支持费用相同的多条链路上的负载均衡。
OSPF是一个非族类路由协议，路由信息不受跳数的限制，减少了因分级路由带来的子网分离问题。
OSPF支持VLSM和非族类路由查表，有利于网络地址的有效管理OSPF使用AREA对网络进行分层，减少了协议对CPU处理时间BGP(边界网关协议):AS外部路由，采用距离向量路由选择BGP是唯一一个用来处理像因特网大小的网络协议，也是唯一能够妥善处理好不相关路由域间的多路连接协议。
OSPF协议
OSPF协议简介OSPF（开放式最短路径优先）是一种内部网关协议（IGP），用于在大型企业网络或互联网中进行路由选择和转发。
它是一种链路状态路由协议，被广泛用于构建大规模的自治系统（AS）内部的动态路由网络。
OSPF的目标OSPF的设计目标是实现以下几个重要方面：1.可靠性：OSPF通过在网络中交换链路状态信息，实现了快速的网络收敛和故障恢复，以确保网络的高可靠性。
2.可扩展性：OSPF能够适应大型网络的扩展需求，支持分层设计和分区，使得网络可以灵活地增长和调整。
3.快速收敛：OSPF使用最短路径优先算法（SPF）来计算路由，能够快速选择最佳路径，并在网络拓扑发生变化时迅速收敛。
4.灵活的策略控制：OSPF提供了多种策略控制机制，如区域（Area）、路由汇总（Route Summarization）、路由过滤（Route Filtering）等，使得网络管理员能够根据实际需求进行灵活的路由控制。
OSPF的工作原理OSPF协议通过建立邻居关系、交换链路状态信息、计算最短路径和更新路由表等步骤来实现路由选择和转发。
1.邻居关系建立：OSPF路由器通过发送Hello报文来探测与相邻路由器之间的连接，建立邻居关系。
邻居关系的建立是通过交换Hello报文和协商参数来完成的。
2.链路状态信息交换：建立邻居关系后，OSPF路由器将链路状态信息（LSA）广播给邻居路由器，用于描述自身的链路状态和拓扑信息。
3.最短路径计算：OSPF路由器使用最短路径优先算法（SPF）来计算到达目的网络的最优路径，并生成路由表。
4.路由表更新：OSPF路由器根据最新的链路状态信息更新路由表，并将更新的路由信息发送给邻居路由器。
OSPF的优缺点OSPF协议具有以下优点和缺点：优点：‑高可靠性和快速收敛：OSPF能够快速收敛，自动适应网络拓扑的变化，并提供快速的故障恢复能力。
‑灵活的路由策略控制：OSPF支持多种路由策略控制机制，使得网络管理员能够根据实际需求进行灵活的路由控制。
OSPF协议开放最短路径优先路由协议详解
OSPF协议开放最短路径优先路由协议详解OSPF（Open Shortest Path First）协议是一种开放的链路状态路由协议，广泛用于大型企业网络和互联网中。
它采用了最短路径优先策略，通过计算路由器之间的链路成本来选择最优的路径，以实现数据在网络中的快速传输。
一、OSPF协议的基本概念与特点1. 链路状态路由协议OSPF是一种链路状态路由协议，它通过交换链路状态信息，即路由器之间的网络拓扑信息，来计算最短路径。
每个路由器都会构建一个拓扑数据库，记录网络中的所有链路和节点信息。
2. 开放的协议OSPF是一种开放的协议，意味着它的协议规范是公开的，任何厂商和组织都可以基于这个协议进行实现和部署。
这为网络设备的互操作性和标准化提供了便利。
3. 分层体系结构OSPF协议采用了分层的体系结构，将整个网络分为区域（Area）、区域边界路由器（Area Border Router，ABR）和自治系统边界路由器（Autonomous System Boundary Router，ASBR）。
通过在不同的层次中交换信息，提高了网络的可扩展性和管理性。
4. 成本度量OSPF协议中，每条链路都有一个与之相关的成本，成本越低表示链路质量越好。
路由器通过比较链路的成本来选择最优路径，这样可以使得数据传输的延时和带宽利用率达到最优。
5. 动态更新和适应性OSPF协议支持动态更新，当网络拓扑发生变化时，路由器可以自动更新拓扑数据库，并重新计算最短路径。
这种自适应的特性使得OSPF协议能够应对网络的变化和故障，保证网络的稳定性和可用性。
二、OSPF协议的工作原理1. 邻居发现与状态交换在OSPF协议中，路由器首先要通过Hello消息来发现相邻路由器，并建立邻居关系。
一旦建立了邻居关系，路由器之间就可以交换链路状态信息，在数据库中记录邻居路由器的信息。
2. 构建拓扑数据库每个OSPF路由器都会根据收到的链路状态信息构建拓扑数据库。
OSPF到底是什么一文了解OSPF基本概念和工作原理
OSPF到底是什么一文了解OSPF基本概念和工作原理##一、OSPF简介
OSPF（Open Shortest Path First）开放式最短路径优先协议是一种路由协议，是由IETF（Internet EngineeringTask Force）提出和定义的路由协议，它使用路由表和Dijkstra算法来为数据包选择最优的路径以进行路由转发。
OSPF是一个功能强大且高效的路由算法，它可以在复杂的网络环境中提供高可用性路由服务，因此在基于IP的大型网络中被广泛使用，如在ISP（Internet Service Provider）中用于提供路由服务，同时也是用于连接企业内部的内部网络。
##二、OSPF工作原理
OSPF协议的工作原理是使用基于链路状态的内部网关协议（IGP），它使用链接状态和负载平衡技术来维护路由表，并提高路径可用性。
它使用路径变化协议（PFD）来动态地响应网络变化，即跟踪新链接的更改，更新路由表以反映链路状态的变化，在此过程中，OSPF使用Dijkstra算法来从源节点到目的节点之间找到最优的路径。
为了实现这一目标，OSPF 使用四类报文来协记路由表，这四类报文包括：Hello报文、数据库描述（DD）报文、路由请求（LSR）报文和路由回复（LSU）报文。
开放最短路径优先协议(OSPFv2)
3. Router ID（ospf 区域内路由器的唯一标示） Ospf 路由器 ID 的三种选择方法： 使用命令 router-id 来配置路由器的 router id 取 loopback 口中的最大值 如果以上两项都没有，取物理口中的最大值（无论此接口有没有运行 ospf 协议） 注：在实际环境中建议选用 loopback 口作为路由器 id 的选择方法。
15. Ospf cost Ospf 使用接口的带宽计算 metric，以 10 Mbit/s 的接口为例： 将 10 Mbit/s 换算成 bit，为 10 000 000，然后用 100000000 除以带宽，得到 100000000/10 000 000=10,及在 ospf 中，10Mbit/s 链路的 metric 为 10.
ospf技术的原理和应用场景
OSPF技术的原理和应用场景1. OSPF简介Open Shortest Path First（开放式最短路径优先，OSPF）是一种内部网关协议（IGP），用于在企业、校园网和互联网中实现动态路由。
OSPF通过使用链路状态数据库和最短路径优先算法，以确定网络中的最佳路径。
本文将介绍OSPF技术的原理和应用场景。
2. OSPF的工作原理OSPF使用链路状态路由协议（Link State Routing Protocol）来确定网络中各个路由器之间的最佳路径。
以下是OSPF的工作原理：2.1 OSPF邻居关系的建立OSPF通过发送Hello消息来发现其他的OSPF路由器，并建立邻居关系。
路由器通过交换Hello消息来交流彼此的路由器ID、优先级和Hello间隔等信息。
当路由器之间收到对方的Hello消息后，就可以建立邻居关系。
2.2 OSPF路由器的选举每个OSPF路由器都有一个路由器ID，它可以是IP地址的任意组合。
当OSPF 路由器建立邻居关系后，它们会互相交换链路状态信息。
通过比较链路状态信息的优先级、成本以及路由器ID等，最终选出最佳的OSPF路由器作为区域内的DR （Designated Router，指定路由器），其他路由器则成为BDR（Backup Designated Router，备份指定路由器）或DRother（非指定路由器）。
2.3 接收和更新链路状态数据库OSPF路由器会定期发送链路状态广播消息（Link State Advertisement，LSA）来更新链路状态数据库（Link State Database，LSDB）。
当网络拓扑发生变化时，路由器会发送LSA来通知其他路由器更新网络状态。
接收到LSA信息后，路由器会更新自己的链路状态数据库。
2.4 最短路径优先计算OSPF使用最短路径优先算法（SPF算法）来计算最佳路径。
该算法基于路由器收集到的链路状态信息，计算出到达目标网络的最短路径。
OSPF基本概念
目录OSPF简介 (2)OSPF状态机 (3)OSPF的协议报文及计算过程 (3)LSA的类型 (4)OSPF报文格式及解释 (4)OSPF简介OSPF(Open Shortest Path First开放式最短路径优先）是一个内部网关协议(Interior Gateway Protocol，简称IGP），用于在单一自治系统（autonomous system,AS）内决策路由。
是对链路状态路由协议的一种实现，隶属内部网关协议（IGP），故运作于自治系统内部。
著名的迪克斯加算法被用来计算最短路径树。
OSPF支持负载均衡和基于服务类型的选路，也支持多种路由形式，如特定主机路由和子网路由等。
OSPF的特性如下：●适应范围广：支持大规模网络，最多可支持几百台路由器。
●支持掩码：由于OSPF报文中携带掩码信息，所以OSPF协议不受自然掩码的限制，对VLSM提供很好的支持。
●快速收敛：在网络的拓扑结构发生变化后立即发送更新报文，使这一变化在自治系统中同步。
●无自环：由于OSPF根据收集到的链路状态用最短路径树算法计算路由，从算法本身保证了不会生成自环路由。
●区域划分：允许自治系统的网络被划分成区域来管理，区域间传送的路由信息被进一步抽象，从而减少了占用的网络带宽。
●等价路由：支持到同一目的地址的多条等价路由。
●路由分级：使用4类不同的路由，按优先顺序来说分别是：区域内路由、区域间路由、第一类外部路由、第二类外部路由。
●支持验证：支持基于区域和接口的报文验证，以保证报文交互的安全性。
●组播发送：在某些类型的链路上以组播地址发送协议报文，减少对其他设备的干扰。
OSPF状态机从down到2-way状态是初始化状态，也是邻居关系的建成Attempt（尝试）状态：双向通讯状态，收到另外OSPF路由器的hello报文Exstart 主从选举：控制报文交互的序列号Exchange 交换状态Loading：从邻居形成邻接，路由器进行单播更新，邻居关系稳定后会进行一次泛洪（组播）Full：是邻接关系的建成OSPF的协议报文及计算过程OSPF有五种类型的协议报文：●Hello报文：周期性发送，用来发现和维持OSPF邻居关系。
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——《网络协议分析》
计算机与通信工程学院
主要内容
1、OSPF概述 2、OSPF的思想 3、OSPF的报文 4、几点说明
基本要求
掌握OSPF的特点； 掌握OSPF区域划分的思想； 掌握OSPF路由汇总的方法； 掌握OSPF路由计算的方法； 掌握OSPF各种报文的功能。
Ib 5 ABR RT10
6 2 ASBR N15
ABR RT7 9
（）
RT11 2 ABR
31
1
Virtual Link
N6
N8
1
RT8
Area 2
4 N7（ ）
AS中的各种路由器
内部路由器： 所 有 接 口 都 在 同 一 区 域 ， 如 RT1 ， RT2 ， RT5 ， RT6 ， RT8，RT9，RT12
类型为‘2’的OSPF首部
先提出方发请求报文 置自己为主方
主从位：
E B 00000 I MM1s 数据库序号
控制交换地位
类型为‘2’的OSPF首部
收到方发“确认”报文 置自己为从方
E B 00000 I MM0s 数据库序号
可能的响应情况
1. 重传间隔到来前，收到对方的DDP响应; 2. 重传间隔到来前，收到对方启动数据库描述过程的DDP;源自10.199.52.0/24
10.199.56.0/24
10.199.49.0/24 ABR1 10.199.53.0/24 ABR2 10.199.57.0/24
10.199.50.0/24
10.199.54.0/24
……
10.199.51.0/24
10.199.55.0/24
10.199.63.0/24
区域边界路由器（ABR）: 接 口 属 于 不 同 的 区 域 ， 如 RT3 ， RT4 ， RT7 ， RT10 ， RT11
骨干路由器: 所有的ABR和骨干区域中的内部路由器
AS边界路由器（ASBR）： 与其它AS相连，如RT5，RT7
虚拟链路
区域间的通信必须经过骨干区域转发； AS中添加新区域时，不能将其直接连到骨干区域；可
❖ 通信双方每收到一个 DDP，都与自己的LSD比较，如果 发现有更新，则将其置于链路状态请求列表中。描述过 程结束后，向对方发送链路状态请求报文来请求完整的 LSA。
建立虚拟链路来建立新区域到骨干区域之间的逻辑连接； 建立虚拟链路的两个路由器应都是骨干路由器，且它们
都有一个接口属于同一非骨干区域。如上图的R10和 R11
增强了可扩展性。
路由汇总
（1）ABR隐藏区域内部网络及ASBR所经过的中间路由器： 生成虚拟链路的度量值的总和将作为虚拟链路的度量值。
ABR1
类型5：外部链路 ASBR通告的到外部AS的链路
注意
同一区域的路由器保持相同的LSDB, 包含三方面内容： ▪ 本区路由器发出的类型1和类型2的LSA ▪ 发自本区ABR的属于骨干区和其它区的类型3和类型4的
LSA ▪ 发自ASBR的外部LSA（不改变）
数据库描述过程何时宣告结束？
❖ 主方发送完，但从方仍有DDP要发送，怎么办？ ❖ 主发送M位置0的空报文并等待确认，直到从方的确 认DDP中的M位为0。
如何确定主方？ （Tie-Breaking算法：比较地址，大者为主） 3.重传间隔到来前，什么也没收到，则重新发送DDP.
LSA首部的交换
❖ 主路由器发送一系列DDP(含描述数据库的LSA首部)， 从路由器“确认”收到的报文，可捎带自己的数据库 描述记录。
❖ 一个“LSA首部”用来粗略描述一个链路状态。
② 数据库描述: 初始化网络拓扑数据库 交换协议
③ 链路状态请求: 请求邻站传送链路状态信息
④ 链路状态更新:（对请求的响应）广播链路状态
⑤ 链路状态确认: 对更新报文的确认
扩散协议
1. HELLO报文
作用： ① 发现和维护邻居，检测链路是否可用 ② 选举指定路由器和后备指定路由器 ③ 建立邻接关系（双向连通性）
）
N12 N13
N14
3 RT1 1
Area 1
88 8
ASBR Area 0
N1
1 RT4 8 8 RT5 6
N3
ABR
7
）（
（
3 RT2 1 N2
N4 （）
（）
3 RT9
N11
1 N9 1
1
H1
10 SLIP
RT12
2
Area 3 N10（ ）
1
6
2 RT3 8 6 RT6
ABR
Ia 7
N12
② 路由器周期性广播它的各个链路状态。所有参与SPF的 路由器负责转发收到的链路状态 。
③ 收到链路状态的路由器更新自己的网络拓扑图，并计算 最短路径 。
学习内容
1、OSPF概述 2、OSPF的思想 3、OSPF的报文 4、几点说明
OSPF的发展
IETF针对RIP的不足进行了改进，研究出了新型内部网 关协议——OSPF。
❖ LSA首部包括哪些字段？含义和用途是什么？
LSA首部
类型为‘2’的OSPF首部 选项 00000 I MMs
数据库序号 LSA首部（20字节）
……
链路状态年龄
选项 链路状态类型
链路状态ID
通告路由器
链路状态序号
链路状态校验和
链路状态长度
链路状态类型
共5种： ❖ 路由器链路 ❖ 网络链路 ❖ 汇总链路到网络 ❖ 汇总链路到ASBR ❖ 外部链路
OSPF路由计算
1、域内路由计算：运行SPF算法。 2、域间路由计算
①一个域内的ABR（设为R1）首先产生汇总路由，然后 通告给其它ABR； ②ABR收到这个通告后，在本地路由表中生成新的路由 条目，下一跳指向R1，之后把这些信息传递给其它IR。 3、AS外部路由计算 ①ASBR把其它AS的汇总路由洪泛到整个AS内； ②AS内路由器收到ASBR的通告后，把这些路由条目作为 ASBR的叶子，添加到以自己为根的最小生成树中； ③依据最小生成树生成路由表。
后备指定路由器(BDR): DR的接班人（防止DR失效）
R1
拓扑图可抽象成：
R1
R4
N1
R2
R4
N1
R2
R3
R3 若R1为DR，则只有R1对外发一个网 络LSA，通告该处链路状态。
建立邻接关系的两种情形
OSPF路由信息的交互，只能在具备邻接关系的路由器之 间进行。
建立邻接关系的两种情形： 对于多点接入的网络 对于点到点的网络
类型2：网络链路 如图所示的多点接入网, 由指定路由器DR通告该组路由 器。
R1
N1
R2
R4
R3
链路类型（续）
类型3：Summary链路（到网络） ABR产生的所连区域内到网络的汇总链路。
ABR1
5
5
ABR2 2
3 N1
3
ABR1 13
汇总后 ABR2
5
N1
隐藏细节
链路类型（续）
类型4：Summary链路（到ASBR） ABR产生的到ASBR的汇总链路（类似于类型3）
类型为‘1’的OSPF首部
网络掩码
HELLO间隔
选项
路由器死亡间隔
指定路由器
后备指定路由器
邻站1的IP地址
邻站2的IP地址
……
邻站n的IP地址
优先级
④ 优先级: 选举指定路由器和后备指定路由器。通常优先级高 的当选(相同时选IP地址比较大的)，且一经当选，不轻易更换。
发现和维护邻居
a. 路由器R定期在所有接口上广播Hello报文; b. 相邻路由器S收到后，判断R是否在自己的相邻路由器列
（1）1989.10 ，OSPF1（RFC1131） （2）1998.4， OSPF2（RFC2328，广泛用于Internet） （3）1999.12，OSPF3（RFC2740，用于IPv6）
OSPF的特点
基于SPF，适用于大规模网络，最多可支持数千个路由器 支持VLSM和CIDR，支持多种路由度量标准 具有较强的健壮性和可扩展性 不产生路由循环 收敛速度快 划分区域，降低协议运行开销 提供服务类型路由 提供载均衡功能 提供安全性
初始化位：I=1，第一个
未完位： M=0，最后一个
序号、I、M结合， 作用类似分片控制
……
若干个LSA首部
③ Ms位的作用（Master-Slave，主从位）
交换双方确定主从关系:
先提出的一方发送一个没有链路描述的请求报文(无 LSA首部)，将自己置为主方；
收到请求的一方发送一个相同格式的“确认”报文， 将自己置为从方。
ASBR1
自治系统路由汇总
10.199.48.0/20
说明
同一区域内的路由器交换所有的信息，而对同一AS中其 它区域的路由器隐藏它的详细拓扑结构；
骨干区域可能不连续，但可通过定义虚链路实现互通， 如RT10与RT11；
骨干区域在区域之间分发路由信息，非骨干区域不能进 行直接的路由信息交互；
规定区域内路由器个数≤200，但最好≤50； 路由汇总采用CIDR技术。
5
5
ABR2 2
3 N1
3
ABR1 13
汇总链路 ABR2
5
N1
隐藏细节
路由汇总（续）
（2）利用CIDR进行路由汇总： 减少了路由通告的信息量； 隐藏了网络拓扑结构信息。
域间路由汇总
域间路由汇总
10.199.48.0/22
10.199.56.0/21
区域1
区域0
区域2
10.199.48.0/24