OSPF协议及链路状态算法
OSPF协议原理
<OSPF之一>OSPF协议原理,基本概念和链路状态2007-07-26 10:021.1 OSPF协议原理OSPF 是Open Shortest Path First（即“开放最短路由优先协议”）的缩写。
它是IETF （Internet Engineering Task Force）组织开发的一个基于链路状态的自治系统内部路由协议。
在IP 网络上，它通过收集和传递自治系统的链路状态来动态地发现并传播路由。
当前OSPF协议使用的是第二版，最新的RFC是2328。
OSPF协议具有如下特点：适应范围：OSPF 支持各种规模的网络，最多可支持几百台路由器。
快速收敛：如果网络的拓扑结构发生变化，OSPF 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 通过收集到的链路状态用最短路径树算法计算路由，故从算法本身保证了不会生成自环路由。
子网掩码：由于OSPF 在描述路由时携带网段的掩码信息，所以OSPF协议不受自然掩码的限制，对VLSM 提供很好的支持。
区域划分：OSPF 协议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，从而减少了占用网络的带宽。
等值路由：OSPF 支持到同一目的地址的多条等值路由。
路由分级：OSPF 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：它支持基于接口的报文验证以保证路由计算的安全性。
组播发送：OSPF在有组播发送能力的链路层上以组播地址发送协议报文，即达到了广播的作用，又最大程度的减少了对其他网络设备的干扰。
1.2 OSPF基本概念1. Router IDOSPF协议使用一个被称为Router ID的32位无符号整数来唯一标识一台路由器。
基于这个目的，每一台运行OSPF的路由器都需要一个Router ID。
这个Router ID一般需要手工配置，一般将其配置为该路由器的某个接口的IP地址。
OSPF协议原理及配置详解
OSPF协议原理及配置详解OSPF（Open Shortest Path First）是一种用于计算机网络中的内部网关协议（IGP），用于在大型网络中动态确定数据包的传输路径。
其算法基于Dijkstra最短路径算法，并支持IPv4和IPv6网络。
OSPF的工作原理如下：1. 链路状态数据库（Link State Database）：每个OSPF路由器都维护着一个链路状态数据库，其中存储了它所连接的所有网络的信息，包括链路的状态、带宽、延迟等。
每个OSPF路由器通过发送链路状态更新（Link State Update）将自己的链路状态信息告知其他路由器。
2.路由器之间的邻居关系建立：OSPF路由器之间通过邻居发现过程建立邻居关系。
当一个OSPF路由器启动时，它会向网络广播HELLO消息来寻找其他路由器。
当两个路由器之间收到彼此的HELLO消息时，它们可以建立邻居关系。
3. 路由计算：每个OSPF路由器通过收集链路状态信息来计算最短路径。
路由器将链路状态信息存储在链路状态数据库中，并使用Dijkstra 最短路径算法来确定到达目标网络最短路径。
4.路由更新：当链路状态发生变化时，OSPF路由器将会发送更新消息通知其他路由器。
其他路由器接收到更新消息后，会更新自己的链路状态数据库，并重新计算最短路径。
OSPF的配置如下：1. 启用OSPF协议：在路由器配置模式下使用"router ospf"命令启用OSPF协议。
2. 配置区域（Area）：将网络划分为不同的区域。
在配置模式下使用"area <区域号> range <网络地址> <网络掩码>"命令将网络地址加入到区域中。
3. 配置邻居：使用"neighbor <邻居IP地址>"命令来配置OSPF邻居关系。
邻居IP地址可以手动配置或通过HELLO消息自动发现。
OSPF_协议的解析及详解
OSPF_协议的解析及详解OSPF协议的解析及详解OSPF（Open Shortest Path First）是一种内部网关协议（IGP），用于在大型企业网络中进行路由选择。
本文将对OSPF协议进行解析和详解，包括其工作原理、协议格式、路由选择算法等内容。
一、OSPF协议的工作原理OSPF协议基于链路状态路由（LSR）算法，通过交换链路状态信息来计算最短路径。
它将网络拓扑信息分发给所有路由器，每个路由器都会构建一个链路状态数据库（LSDB），并根据该数据库计算最短路径树。
OSPF协议使用Hello消息来发现邻居路由器，并建立邻居关系。
一旦建立了邻居关系，路由器就会交换链路状态更新消息（LSU）来更新链路状态数据库。
每个路由器都会根据链路状态数据库计算最短路径，并将其存储在路由表中。
二、OSPF协议的协议格式OSPF协议使用IP协议号89，其协议格式如下：1. OSPF报文头部：- 版本号：用于指示OSPF协议的版本。
- 报文类型：用于指示报文的类型，如Hello、数据库描述、链路状态请求等。
- 报文长度：指示整个报文的长度。
- 路由器ID：唯一标识一个路由器。
- 区域ID：将网络划分为不同的区域，用于控制链路状态数据库的大小。
2. OSPF Hello消息：- 网络类型：指示网络类型，如点对点、广播、NBMA等。
- 路由器优先级：用于选举DR（Designated Router）和BDR（Backup Designated Router）。
- 邻居列表：列出与该路由器相邻的所有路由器。
3. OSPF LSU消息：- 序列号：用于标识链路状态数据库的更新。
- 链路状态记录：包含了与该路由器相邻的所有路由器的链路状态信息。
4. OSPF LSR消息：- 链路状态请求列表：列出了需要请求的链路状态信息。
三、OSPF协议的路由选择算法OSPF协议使用Dijkstra算法来计算最短路径树。
该算法通过不断更新最短路径表来选择最短路径。
ospf是什么协议
ospf是什么协议OSPF（Open Shortest Path First）是一种内部网关协议（IGP），用于路由选择和路径计算。
OSPF主要应用于大型企业、校园网络和互联网服务提供商的路由器之间的通信。
本文将详细介绍OSPF协议的定义、特点和工作原理。
首先，OSPF是一种链路状态路由协议，它基于Dijkstra算法计算路由表。
与距离矢量路由协议相比，链路状态协议提供更准确的路由计算和快速的收敛速度。
OSPF通过交换链路状态数据库（LSDB）来了解网络中所有路由器的链路状态信息。
OSPF协议具有以下主要特点：1. 层级化设计：OSPF将网络划分为不同的区域（Area）。
每个区域都有一个区域边界路由器（ABR）连接到主干区域（Backbone）。
通过将网络划分为多个区域，OSPF可以减少路由器之间的邻居数量，提高网络的可扩展性。
2. 支持多种IP网络：OSPF能够支持IPv4和IPv6网络，使得它适用于当前的网络环境。
3. 动态适应网络拓扑变化：OSPF可以根据网络拓扑的变化进行快速的路由重新计算，以确保数据包在网络中的有效传递。
它支持快速收敛，避免了网络中的路由环路和黑洞问题。
4. 选择最短路径：OSPF使用Dijkstra算法计算最短路径，并选择具有最小开销的路径。
它综合考虑路径开销、链路带宽和负载等因素，选择最优路径进行数据包转发。
OSPF协议的工作原理如下：1. 发现邻居关系：OSPF路由器使用Hello消息来发现相邻路由器，并建立邻居关系。
Hello消息包含路由器的加入区域、IP地址等信息。
2. 建立邻居关系：当两个路由器相互检测到Hello消息时，它们将建立邻居关系，并交换链路状态信息。
邻居关系的建立是通过交换协商参数、验证信息来完成的。
3. 构建链路状态数据库（LSDB）：每个OSPF路由器都会保存一个链路状态数据库，其中包含网络中所有路由器的链路状态信息。
这些信息包括链路开销、链路带宽和邻居关系等。
OSPF_协议的解析及详解
OSPF_协议的解析及详解OSPF协议的解析及详解OSPF（Open Shortest Path First）是一种内部网关协议（IGP），用于在IP网络中实现动态路由。
本文将对OSPF协议进行解析和详解，包括其基本概念、工作原理、路由计算算法、协议报文格式以及配置和故障排除等方面的内容。
一、基本概念1.1 OSPF协议OSPF是一种链路状态路由协议，通过交换链路状态信息来计算最短路径，并维护路由表。
它基于Dijkstra算法，具有快速收敛、可扩展性强等特点。
1.2 OSPF区域OSPF将网络划分为不同的区域，每个区域由一个区域边界路由器（Area Border Router，ABR）连接。
区域之间通过区域边界路由器进行路由信息的交换。
1.3 OSPF邻居关系OSPF通过建立邻居关系来交换路由信息。
邻居关系的建立是通过Hello报文来实现的，Hello报文中包含了路由器的标识、优先级、网络类型等信息。
二、工作原理2.1 OSPF路由计算OSPF使用Dijkstra算法来计算最短路径。
每个路由器维护一个链路状态数据库（Link State Database，LSDB），其中保存了所有邻居路由器发送的链路状态信息。
根据LSDB中的信息，路由器计算出最短路径树，并更新路由表。
2.2 OSPF的路由选择OSPF使用最短路径优先（Shortest Path First，SPF）算法来选择最优路径。
SPF算法考虑了路径的成本（Cost），成本越低的路径被认为是最优路径。
2.3 OSPF的路由更新OSPF使用链路状态通告（Link State Advertisement，LSA）来更新路由信息。
当网络拓扑发生变化时，路由器会生成LSA，并向邻居路由器发送更新信息。
邻居路由器收到LSA后，更新自己的链路状态数据库，并重新计算最短路径。
三、协议报文格式3.1 Hello报文Hello报文用于建立邻居关系。
它包含了路由器的标识、优先级、Hello间隔等信息。
OSPF协议详解
OSPF协议详解OSPF（Open Shortest Path First）是一种开放式的最短路径优先（SPF）路由协议，它用于在IP网络中确定最佳转发路径。
在本文中，我们将详细介绍OSPF的工作原理、优点、协议特点以及配置方法。
1.工作原理：OSPF使用了链路状态路由算法，这种算法将网络上的每个路由器都视为一个节点（或称为“LSDB数据库中的顶点”），并通过链路状态广播（LSA）协议来交换链路信息。
每个路由器都会维护一个属于自己的图，这个图描述了整个网络的拓扑结构。
当一个链路状态发生变化时（如链路故障或新增链路），路由器会发送链路状态通告（LSA）消息给所有邻居路由器，以便更新其拓扑图。
接收到这些消息的路由器将更新自己的拓扑图，并重新计算到达目标网络的最短路径。
2.优点：（1）快速收敛：OSPF使用链路状态广播信息，并且每个路由器都维护了一个图，这使得当网络发生变化时，只需更新那些受影响的链路即可，从而加快了网络的收敛速度。
（2）支持多种网络类型：OSPF可以用于各种类型的网络，如以太网、FDDI（光纤分布式数据接口）、点对点链路和虚拟链路等。
（3）可划分区域：OSPF网络可以划分成不同的区域，每个区域都有独立的LSDB数据库和SPF计算。
这种分层结构使得OSPF对大型网络的扩展更加容易。
（4）通过区域间的路由聚合减少链路状态交换的开销。
（5）支持VLSM（可变长度子网掩码）：OSPF支持VLSM，可以根据不同的子网掩码长度进行路由。
3.协议特点：（1）基于链路状态：OSPF使用链路状态来计算最佳路径，而不是基于距离向量，这使得OSPF在选择最佳路径时更加准确。
（2）通过区域间的路由聚合减少链路状态交换的开销。
（3）支持分层结构：OSPF支持网络的分层结构，将大型网络划分为多个区域，每个区域都有独立的LSDB数据库和SPF计算。
（4）使用多种类型的LSA：OSPF定义了几种不同的LSA类型（如类型1、类型2、类型3），用于交换链路状态信息和计算最佳路径。
ospf工作原理
ospf工作原理
OSPF(Open Shortest Path First) 是一个内部网关协议，常用于在IP网络中进行路由选择。
它基于链路状态算法，可以动态地计算出网络中的最短路径，并根据网络状况进行路由更新。
OSPF的工作原理包括以下几个关键步骤：
1. 邻居发现：当一个OSPF路由器启动时，它会发送Hello报文来寻找邻居路由器。
这些Hello报文会定期发送，用于判断邻居路由器是否在线和路由器间连接是否正常。
2. 链路状态数据库构建：一旦建立了邻居关系，路由器会交换链路状态更新(LSU)报文，这些报文包含了邻居路由器与其连接的状态信息。
每个路由器将这些状态信息存储在链路状态数据库(LSD)中，该数据库记录了整个网络的拓扑结构。
3. 最短路径计算：使用Dijkstra算法，每个路由器根据链路状态数据库计算出到达目的地最短路径，并将该信息存储在路由表中。
4. 路由更新：当链路状态发生变化时，如连接中断或新的路由器加入，路由器会发送路由更新(LSU)报文来通知其他路由器更新其链路状态数据库和路由表。
5. 路由选择：根据路由表中的信息，路由器通过比较不同目的地的路径距离来选择最佳的路由。
OSPF使用接口成本作为指标来衡量路径优劣，较低的成本表示更优的路径。
通过这些步骤，OSPF可以动态地计算出网络中的最短路径，并选择最优路由进行数据传输。
它具有快速收敛、支持负载均衡和冗余路径等特点，被广泛应用于大规模IP网络中。
3.4 链路状态路由协议-OSPF
OSPF是一种基于链路状态的路由协议，它从设计上就保证了无路由环路。
OSPF支持区域的划分，区域内部的路由器使用SPF最短路径算法保证了区域内部的无环路。
OSPF还利用区域间的连接规则保证了区域之间无路由环路。
OSPF支持触发更新，能够快速检测并通告自治系统内的拓扑变化。
OSPF可以解决网络扩容带来的问题。
当网络上路由器越来越多，路由信息流量急剧增长的时候，OSPF可以将每个自治系统划分为多个区域，并限制每个区域的范围。
OSPF这种分区域的特点，使得OSPF特别适用于大中型网络。
OSPF还可以同其他协议（比如多协议标记切换协议MPLS）同时运行来支持地理覆盖很广的网络。
OSPF可以提供认证功能。
OSPF路由器之间的报文可以配置成必须经过认证才能进行交换。
OSPF要求每台运行OSPF的路由器都了解整个网络的链路状态信息，这样才能计算出到达目的地的最优路径。
OSPF的收敛过程由链路状态公告LSA（Link State Advertisement）泛洪开始，LSA中包含了路由器已知的接口IP地址、掩码、开销和网络类型等信息。
收到LSA的路由器都可以根据LSA提供的信息建立自己的链路状态数据库LSDB（Link State Database），并在LSDB的基础上使用SPF算法进行运算，建立起到达每个网络的最短路径树。
最后，通过最短路径树得出到达目的网络的最优路由，并将其加入到IP路由表中。
OSPF直接运行在IP协议之上，使用IP协议号89。
OSPF有五种报文类型，每种报文都使用相同的OSPF报文头。
1.Hello报文：最常用的一种报文，用于发现、维护邻居关系。
并在广播和NBMA（None-Broadcast Multi-Access）类型的网络中选举指定路由器DR（Designated Router）和备份指定路由器BDR（Backup Designated Router）。
2.DD报文：两台路由器进行LSDB数据库同步时，用DD报文来描述自己的LSDB。
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L-S建立路由表的初始过程
10.0.0.0 a0 A a1 20.0.0.0 b0 B b1
B 的路由表 20.0.0.0 30.0.0.0 b0 0 b1 0
30.0.0.0 c0
C
40.0.0.0 c1
A 的路由表 10.0.0.0 20.0.0.0 a0 0 a1 0
C 的路由表 30.0.0.0 40.0.0.0 c0 c1 0 0
源点A到所有结点的最短路径 L-S图 5 B 2 A 1 2 3 1 1 3 C 5 F 2
0 1 2 3 4
2 A B
1
D 1
1 E 2 C F
D
E
SPF树
L-S算法的动态特性
• 建立路由表的初始过程 • 发现新的网络 • 路由表的维护
– 发现拓扑变化 – 修改拓扑数据库 – 计算SPF树 – 修改路由表
Net X
全网具有相同 的L-S逻辑图。 D E
（3）各自重新计算SPF树
A 5 C 2 B AÄ µ SPF÷ Ê ¨Ð £  £ © 2 D 1 E 2 F
5
2 A
B 3 C
2 D
BÄ µ SPF÷ Ê £ ¾ ¨ É =Ð Â £ © A 1 E 2 F
5
C 3 B
CÄ µ SPF÷ Ê 1 E D 1 2 F
L-S
• 全网获得共同的全局性网 络拓扑知识（L-S图） • 计算到达其他站点的最短 路径（SPF准则） • 触发刷新：收敛快 • 向其他站点发送链路状态 的动态变化
平衡混合路由选择
• 第三种路由选择协议将D-V和L-S两种结合起来， 称为平衡混合路由协议。 1、用度量更精确的距离矢量来确定到达目 的网络的最佳路径。 2、使用拓扑结构改变来触发路由数据库的 更新，而不是定期更新。 能迅速的收敛，且使用更少的资源。 如： Cisco开发的EIGRP（增强内部网关路由协议）
• 解决办法
L-S算法的优点
• 所有路由器具有相同的网络拓扑知识（L-S 图）
– 一次性、无修改地向全网广播LSP
• 路由器根据全局信息维护各自的路由表
– 保证链路状态信息的单向传播 – 保证算法的收敛性
L-S算法的代价
• SPF算法计算和拓扑 数据库需要更多的 CPU和内存资源 • 网络启动时的扩散路 由信息需要占用很多 带宽资源
L-S网络发现过程剖析
A B
30.0.0.0
LSP c0
C
40.0.0.0 c1
C发现直连网络30.0.0.0和40.0.0.0 • 构造包含发现信息的L-S报文(LSP)向全网广播 • 接收全网的其他路由器发来的L-S报文 • 根据收集的信息建立拓扑数据库 • 启动SPF算法以C为源点计算SPF树 • 建立到达所有信宿的路由表（端口和代价）
ø Â Í ç É Ð Î ´ Æ ô ¶ ¯ ² ¿ · Ö B C
A
F E
D ø Â Í ç Ò Ñ ¾ Æ ô ¶ ¯ ² ¿ · Ö
D-V和L-S算法的比较
D-V
• 通过与邻居的信息交换获 得网络拓扑知识 • 路由计算是增加路由器之 间的站点数（hops） • 定期刷新路由：收敛慢 • 向相邻站点传送路由表的 副本
E
（4）修改各自的路由表
A 的路由表 Net Y Net Y a2 a1 1 4
路 由 表
B
C
路 由 表
根据各自计算的 SPF树刷新路由表
A a0 2
a2 Net X a1 2
1
F
路 由 表
路 由 表
D
Net Y
E
路 由 表
L-S算法的性能分析
• 优点 • 代价 • 路由刷新问题
– 线路传输速率不同 – 网络运行状态不同
_______________
_______________ _______________ _______________
SPF 算法 SPF树
路 由 表
拓扑数据库 （L-S图）
链路状态法的计算举例
最短路径算法
计算加权无向图（即L-S图）中两个结点之间的最短路径 对每结点赋以标注{D(v),NP(v)} 5 B 2 A 1 2 3 1 1
每个路由器周期性地收集和ห้องสมุดไป่ตู้送信息
主动测试其到所有邻居的链接状态（度量值） 向所有的路由器发送（广播）自己拥有的状态信息 得到一个全网的、动态的逻辑链路状态（L-S）图
每个路由器刷新自己的路由表
当L-S变化时，用最短路径优先(SPF)算法重新计算本地路由
D A B L-S包 C
_______________ _______________
A
B
C
F E
D
线路传输速率不同产生的影响
Net X Down Net X up
慢
B Â ý C
E应该选择哪棵 SPF树？
2 F E 1 C A 1 D 1
EÄ µ SPF÷ Ê NetX up
A
 ý
2 B
F D ¿ ì
Net X Down Net X up
F 2
Net X
E 1 C
1 D
EÄ µ SPF÷ Ê NetX down
信宿 端口 代价 30.0.0.0 c0 0 40.0.0.0 c1 0
（1）发现拓扑变化
Net X Down LSP •发现网络X不可达 •构造LSP A •向全网广播
B
C F
Net X
•发现网络X不可达 •构造LSP •向全网广播
D Net X Down
LSP
E
（2）修改拓扑数据库
C F
B
A
其中
3
C 5 F 2
•自变量v：无向图中的结点 •函数D(v)：到目前为止，
从源点到结点v的最短路径 （边长之和）
D
E
•函数NP(v)：沿从源点到 结点v且与其相邻的前一 结点
最短路径算法计算结果
计算 B 2,A 2,A 2,A C 5,A 4,D 4,D 3,E D 1,A E ,2,D F ,,4,E 4,E 4,E
B
2
C
3
2 3 1 5 1 2
F
F 1 C FÄ µ SPF÷ Ê 2 E 1 D
A
2 B A 1 D 1 1 C E 2 F
2 A C 1 D 2 B 1 E 2 F DÄ µ SPF÷ Ê
AÄ µ SPF÷ Ê ¨¾ £ É £ ©
Net X
D
2 F E 1 C
2 B 2 A
EÄ µ SPF÷ Ê 1 D 2 B 2 A
OSPF协议及链路状态算法
链路状态（Link-State）算法
• • • • • L-S算法的基本概念 L-S算法的动态特性 L-S算法的性能分析 L-S算法与 D-V算法的比较 OSPF协议
链路状态算法的基本概念
• 链路状态算法的基本概念 • 链路状态法的计算举例 • 最短路径算法计算结果
链路状态算法的基本概念
E
2 B 2 A
E收到的LSP
Net X Down Net X up Net X Down
开始 Net X 后来 Net X
down up
来自A
来自D
网络运行状态不同产生的影响
• 网络的一部分已经 启动，而另一部分 正待启动 • 网络的一部分刷新 速度快，而另一部 分刷新速度慢 • 造成网络的不同部 分学习拥有不同的 L-S图