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1、今天内容：一、 链路状态路由协议原理及OSPF相关属于此协议的路由协议 有OSPF、IS-IS等。运行此类协议的路由器会在相互学习路由之前，在自己的内存中建立一个拓扑表(链路状态数据库)然后使用SPF算法从自己的拓扑表里算出路由。好比开车去目的地前先买一份地图。不用看路牌。路坏了，也不用打听，有地图。虽然学习路由前要学习整个网络拓扑，所以学习路由的速度会比距离矢量路由协议慢一点。但是一旦路由学习完毕，路由器之间就不用相互传送路由表了。因为整个拓扑都知道，就不需要定期的路由更新包来维持路由表的正确性了，节省了网带宽 。如果网络拓扑出现 了改变(如：加了新路由器，或是网络 段有损坏)路由器也不用把
2、自己的整个路由表发给邻居路由器。而是触发更新一个只包含出现改变的网段信息的数据包。收到这个包的路由器会把这个信息放到自己的拓扑表里，计算出新的路由。由于运行此协议的路由器都运行相同的拓扑表，而路由是路由器通过这张表自己算出来的，所以运行链路状态的路由器都能自己保证路由的正确性。不需要使用额外的保证路由表正确性的方案如：前面讲的距离矢量路由协议的避免路由环路的方案。所以收敛是很快的。由于链路状态路由协议不必周期性的发送路由更新包，所以不能像距离矢量路由协议用更新包维持邻居关系，所以用专门的HELLO包来维持这种邻居关系。运行链路状态路由协议的路由器周期性的发送HELLO包互相认识对方且形成邻居关
3、系。只有邻居关系形成后才能学拓扑表。二、 链路状态路由协议的算法SPFCOST学到拓扑后，路由器会用SPF把网络拓扑转变成最短路径优先树，然后从这个树型结构中找出到达每一个网段的最短路径，该路径就是路由，同时此树型结构保证了所计算的路由不会存在路由环路。该协议计算路由的主要依据是带宽。每条链路根据其带宽都有相应的开销(COST)，开销越小，带宽越大。链路越优。三、 相比之下距离矢量路由协议的不足当在大型网络里时，距离矢量路由协议就暴露出了缺陷。如：由于不能学习整个网络拓扑，只能周期性的向邻居发UPDATE，增加了网络的负担。其在处理网络故障时，收敛速度缓慢，通常要耗时4-8分钟或更长。这对于大
4、型网络或电信骨干是不能忍受的。另外其最大度量值限制了在大型网络里的应用。四、链路状态路由协议与路离矢量的比较1 对整个网络拓扑的了解2 计算路由的算法(即距离矢量只知道一个IP所在的网络里的哪个方向及多远，而链路状态可以从数据库中计算路由)3 路由更新。(因为距离矢量路由协议不知道特定链路在哪，因为它们没有拓扑表。只有路由表，所以他们只知道距离和方向。对于整个网络中的一个具体路段发生的故障它们无法表述。只能一个一个的按序广播路由表。 而链路状态协议，有拓扑，所以某一链路发生故障，则可以触发更新一个只包含出现改变的网段信息包。是增量的路由更新。其实只更新的是拓扑)五、链路状态路由协议的优点与缺点
5、1、 快速收敛。(自己计算一定比学要快)2、 路由操作更有效率(增量的更新，提高的网络效率。不必周期必送它们 会认为自己的路由表都是正确的，所以不用靠传递路由表来确保路由的正确)3、 缺点：要有更强的处理器和更大的内存 ；学习拓扑的过程不能路由。需要时间；因为此路由能划分区域用到区域号，而不同的区域要有体系化的编址，以做到路由汇总。这就要求体系化的编址。要求极为严格。4、 但这些缺点对于优点而言。是可以接受的六、OSPF路由协议概述OSPF 简介OSPF 是Open Shortest Path First（开放最短路由优先协议）的缩写。它是IETF 组织开发的一个基于链路状态的自治系统内部路由
6、协议。目前普遍使用的是版本2（RFC2328）。开放式最短路径优先，最新记述出现在RFC2328文档中。其中的OPEN为开放的，即向公众开放的非私有协议。也是一种IGP协议，只能工作在自治域系统内部。不能跨跃自治系统运行。如果链路发生改变，发现该变化的路由器会向其他路由器发送触发更新包链路状态更新包(LSU)，在此包中包含了关于发生变化的网段的信息链路状态通告(LSA)，接收到该升级包的路由器，会继续向其他路由器发送更新，同时根据LSA中的信息，在拓扑表里重新计算发生变化的网段的路由。由于没有保持时间，OSPF路由协议的收敛速度是相当快的。这点对电信级的骨干网是非常重要的。另外OSPF还有另外
7、一个重要特性，即可以把一个大型路由网络进行分级设计，即把一个大型网络分成多个区域，这种特性使OSPF路由协议能够在大规模的路由能够得到应用。因为其一是一个大的区域中的成千上万台路由器会在每个路由器中集成很多路由表条目。所以在做数据包的路由时，延迟会增加。其二是一个大的网络发生链路故障的几率也会增大。即使是OSPF这样的协议频繁的收敛也会降低网络的性能。OSPF可以把大型网络划分为骨干区域和非骨干区域。骨干区域只有一个被固定的称为区域0所有的非骨干区域都和骨干区域相连。如图11-1。通过每个小区域里路由器不再去关心其他区域的链路改变，而只关心本区域的链路改变，一个区域的网络拓扑变化，只会引起本区
8、域的网络收敛操作。在区域与区域的边界处有边界路由器。该路由器负责学习两个区域的路由，而区域内的路由器只需要使用静态路由或者汇总的路由，把目的地是其他区域的数据包路由给边界路由器，由边界路由器将数据包路由到其他区域。而区域内部的路由器不需要学区域内配置。这是一个多区域的开始。OSPF 协议路由计算的过程可简单描述如下：(1) 每个支持OSPF协议的路由器都维护着一份描述整个自治系统拓扑结构的链路状态数据库LSDB（Link State Database）。每台路由器根据自己周围的网络拓扑结构生成链路状态发布LSA （ Link StateAdvertising），通过相互之间发送协议报文将LSA
9、 发送给网络中其它路由器。这样每台路由器都收到了其它路由器的 LSA，所有的 LSA 放在一起便组成了链路状态数据库。(2) 由于LSA 是对路由器周围网络拓扑结构的描述，那么LSDB 则是对整个网络的拓扑结构的描述。路由器很容易将LSDB 转换成一张带权值的有向图，这张图便是对整个网络拓扑结构的真实反映。显然，自治系统内的各路由器将得到完全相同的网络拓扑图。(3) 每台路由器都使用SPF 算法计算出一棵以自己为根的最短路径树，这棵树给出了到自治系统中各节点的路由，外部路由可由广播它的路由器进行标记以记录关于自治系统的额外信息。显然，各个路由器各自得到的路由表是不同的。七、 OSPF协议的术语
10、链路：运行OSPF路由协议的路由器所连接的网络线路叫做链路链路状态：一条链路是正常工作还是发生了故障，这种关于链路的信息称为链路状态。区域：路由协议会把一些大的网络划分成若干小的网络，每个小的网络叫作区域。邻居：两台运行OSPF协议的相邻的路由器如果位于同一个区域里，它们就可以形成邻居关系。链路开销：路由协议依靠计算链路的带宽，来得到到达目的地地址的最短路径。（即路由）每条链路根据它的带宽不同会有一个度量值，OSPF协议称为“开销”拓扑表：建立了邻居表这后，由邻居传送过来的自己知道的路径拓扑，形成的表格。路由表：根据拓扑表计算出来的最优路由被放入到一张表格中这张表格就叫作路由表。路由器标识：并
11、不是我们给路由器起的名字。是路由器在OS操作中对自己的标识。一般的在没有配置环回接口，路由器的所有物理接口上配置最大的IP地址就是这个路由器的标识。如果配置了环回接口，那么，该环回接口不管IP是多少，它都是该路由器的标识。如果配置了多个环回接口，那么选最大的。LSA与LSU：协议发现了网络出现问题的时候，会马上发出一个触发更新包，这个包会通行哪块发生了错误，通告的信息的内容就是一个LSA，那么把这个LSA的作息封装到一个数据包里，这个数据包就是LSU。最短路径优先算法( shortest path first)荷兰计算机科学家Dijkstra于1959年发现的，所以又称为dijkstra算法。
12、该算法把网络考虑为一组点到点连接的节点，每条链路有一个开销值，每个节点有它自己的名字及一个包含已知物理拓扑的完整链路信息数据库。如图11-4是一个网络。每个链路有一个COST，但从D到B存在环路，即有两条路径都可以到。所以为了避免环路，我们的路由器采用SPF算法，算出一个树型结构。见图11-5OSPF适用的网络类型如图11-6适合 三种网络类型第一、BMA广播多路访问 (包括以太网，令牌环网及FDDI，要求使用DR与BDR的选举。第二、点对点，专线是典型的点对点网络，在此类型的网络上不要求DR与BDR的选举。第三，非广播多路访问。多用于X.25 .帧中继等。一般在此类网络上实现OSPF非常复杂
13、。DR与BDR的选举在运行OSPF的广播多路访问网络中，所有路由器被连接在同一网段。如果它们两两之间都建立邻居关系，则会有N*(N-1)/2个邻居关系。在大型网络中，有很多的路由器，维持邻居关系的HELLO包及邻居间的LSA都会消耗大量的带宽。解决这种问题的唯一办法是在网络众多的路由器中选出一个做为DR，即所有路由器的邻居。如图11-7。所有非DR的路由器会以多点广播的形势把LSA发给DR。该多点广播的地址是224.0.0.6.然后DR再以多点广播的形势将这些信息发送给网段中的所有路由器该多点广播的地址是224.0.0.5这样的操作会使LSA只用一个信息包就可以传递到所有的路由器，节省了网络资
14、源。如图11-8、9、10，图10中的是C通过224.0.0.5接到LSA后，再转发给和它直连的路由器。所以从以上可知，DR，是整个网络中LSA汇聚的点，同时也是LSA发散的点。为了防止它的损坏影响网络通信，所以建立备份DR即BDR。DR与BDR的选举在多路广播中是自动的。首先会在多路广播网络中比较种自的优先级，优先级高的是DR，次之为BDR。但是默认情况下路由器的优先级是一样的，所以就要比较标识，标识最大的即DR，次之为BDR。一旦DR离线。BDR自动升级为DR。 同时引发新一轮的选举，从非DR中选出BDR，当原DR重新返回网络工作时，无论其优先级多高也不能成为DR，只有等到下轮的选举才有可
15、能成为DR或BDR。HELLO包结构及OSPF路由器形成邻居的过程在OSPF协议的路由器之间，要周期性的发送HELLO包来维持邻居的关系。在OSI第三层上HELLO包是以多点广播224.0.0.5发送，这个IP，所有运行OSPF的路由器都能识别。默认的，每10秒发一次，但在NBMA网络中则是每30秒一次。HELLO包包头里主要有包类型，只有OSPF包类型值为1时，才叫HELLO包。还有路由器标识，区域标识，路由器标识为了让别人识别自己，两台 路由器的区域标识相同才能形成邻居关系。如果配置了邻居验证信息，在HELLO包头里也能体现。如果验证口令不对，也不能形成邻居关系。如图11-11HELLO包的内容如图11-12。HELLO INTERVAL发出HELLO包的时间间隔。DEAD INTERVAL邻居失效时间。也就是在此时间内如果没有收到邻居的HELLO包则认为邻居崩溃。ROUTER PRIORITY路由器优先级。通过此标识，交换HELLO包时，路由器之间可识别优先级及标识。以选出DR或BDR。如图11-13在使用OSPF的网络里，刚刚开始时，路由器A、B没有向对方发送任何信息，彼此不知道彼此的存在，此时叫做DOWN状态 。那么这个时候总有一个要先发出HELLO包。如图11-14A先向B发出HELLO包，B把A的标识放入邻居表。
