淺析OSPF協議的算法

摘 要：OSPF是開放最短路徑優先路由協議，它是一種鏈路狀態型路由協議，功能強大，負載小，通過自身維持的數據鏈路狀態庫計算路由表，收斂時間短，工作效率高，基于分層的網絡規劃可以在中型、大型網絡規模中使用，OSPF支持MD5驗證，在路由器相互交換信息中的安全性得到保障，是大型網絡規劃時的首選。

關鍵詞：OSPF；狀態機；鏈路狀態算法；協議；Virtual-Link

1 OSPF的概念

開放式最短路徑優先OSPF（Open Shortest Path First）是IETF組織開發的一個基于鏈路狀態的內部網關協議（Interior Gateway Protocol）。目前針對IPv4協議使用的是OSPF Version 2（RFC2328）；針對IPv6協議使用OSPF Version 3（RFC2740）。OSPF（開放最短路徑優先）屬于IGP內部網關路由協議，協議基于鏈路狀態算法。OSPF直接運行于IP協議之上，使用IP協議號89。（圖1）

圖1

2 OSPF基本特點

支持無類域間路由（CIDR）；支持區域劃分；無路由自環；路由變化收斂速度快；使用IP組播收發協議數據；支持多條等值路由；支持協議報文的認證。

2.1 鄰居狀態機

OSPF共有8種狀態機，分別是：Down、Attempt、Init、2-way、Exstart、Exchange、Loading、Full。

Down：鄰居會話的初始階段，表明沒有在鄰居失效時間間隔內收到來自鄰居路由器的Hello數據包。

Attempt：該狀態僅發生在NBMA網絡中，表明對端在鄰居失效時間間隔（dead interval）超時后仍然沒有回復Hello報文。此時路由器依然每發送輪詢Hello報文的時間間隔（poll interval）向對端發送Hello報文。

Init：收到Hello報文后狀態為Init。

2-way：收到的Hello報文中包含有自己的Router ID，則狀態為2-way；如果不需要形成鄰接關系則鄰居狀態機就停留在此狀態，否則進入Exstart狀態。

Exstart：開始協商主從關系，并確定DD的序列號，此時狀態為Exstart。

Exchange：主從關系協商完畢后開始交換DD報文，此時狀態為Exchange。

Loading：DD報文交換完成即Exchange done，此時狀態為Loading。

Full：LSR重傳列表為空，此時狀態為Full。

2.2 查看鄰居狀態

查看OSPF鄰居是否建立的命令為show ip ospf neighbour。

Neighbour ID為對端設備的router-id。可以手工設置，默認的話以設備中ip地址最大的地址。要手工更改router-id之后，必須重啟ospf進程以生效。命令為clear ip ospf process。

Pri、Address分別為對端設備的優先級，以及地址。Interface是自己設備的出接口。

State有兩個穩定狀態，一個為two-way狀態，一個為full狀態。

2.3 鏈路狀態算法的路由計算過程

為減小多路訪問網絡中OSPF流量，OSPF會選擇一個指定路由器（DR）和一個備份指定路由器（BDR）。當多路訪問網絡發生變化時，DR負責更新其他所有OSPF路由器。BDR會監控DR的狀態，并在當前DR發生故障時接替其角色。

BDR和DR/DRother建立完全鄰接關系（Full），而其他非指定路由器DRother之間建立部分連接關系，也稱為雙向鄰居關系（Two-Way）。（圖2）

圖2

2.4 OSPF宣告網絡

OSPF的配置為：（1）開啟ospf進程：Router ospf 1（2）設置ospf的router-id（3）宣告網絡，命令為：Network X.X.X.X X.X.X.X area 0（4）這里宣告網絡有兩個作用，第一個為宣告自身設備有這一個網段的路由。第二個為與對端設備建立連接。每一個宣告都會有這兩個作用。宣告之后，這每一個網段都會想網絡中發送hello包，因此會造成帶寬浪費，因此出現了靜默接口。Ospf是基于接口建立鄰居關系的。宣告的話也是宣告接口地址的。宣告32位的地址或者是宣告接口所在的網段都可以，作用一樣。

3 Virtual-Link

OSPF采用由兩層組成的分層結構，這要求所有的區域都與主干區域（區域0）直接相連。但是，當某個OSPF區域與OSPF主干區域（區域0）之間沒有直接連接時，便會導致LSDB不一致以及該區域中的網絡無法到達區域0。采用虛鏈路在該區域與主干區域之間建立起邏輯的連接，便可解決LSDB不一致以及該區域中的網絡無法到達區域0的問題。Virtual-Link在生產環境中應該極力避免的。該技術的出現只是為了解決有方案設計不當而導致的area0被分割。

4 結束語

OSPF路由選擇協議的缺點是它的配置相對比較復雜，需要占用大量的處理器資源。但是，隨著現代高速CPU的出現，它所需要的資源已經不成問題。而且由于OSPF是開放的協議，是IETF組織公布的標準，世界上主要的網絡設備廠都支持該協議，所以它的可靠性由于公開而得到保障，并且在眾多的廠商支持下，會不斷地走向完善。

作者簡介：盛偉（1983，10-），男，湖北省武漢市（籍貫），現職稱：助理工程師，學歷：本科，研究方向：信息技術。