OSPF（1）：基础知识与数据包、状态机、工作过程

引言

上一篇我们学习了RIP：RIP基础知识与配置，可是通过学习，我们发现RIP似乎只能运用在中小型网络中，那么中大型网络应该怎么做呢？这一篇博客我们就来学习OSPF

OSPF--- 开放式最短路径优先协议

动态路由优势评价维度：选路佳，收敛快，占用资源少

 

RIP与OSPF比较

1.OSPF本身是链路状态型协议，所以计算出的路径不会存在环路，并且使用带宽作为选路依据，所以，OSPF在选路的角度上优于RIP；

2.OSPF的计时器时间也短于RIP，所以OSPF收敛速度会快于RIP；

3.因为OSPF协议传递的是LSA信息，所以单个数据包的资源占用远大于RIP；但因为RIP存在30S一次的周期更新，而OSPF并没有如此高频率的周期更新，并且OSPF协议存在许多针对资源占用的优化措施。所以从整体的角度看，OSPF资源占用上应该小优于RIP。

 

RIP存在3个版本

1. RIPV1
2. RIPV2 ： IPV4 
3. RIPNG：IPV6

OSPF也存在3个版本

1. OSPFV1（实验室阶段就夭折了）
2. OSPFV2： IPV4
3. OSPFV3 ：IPV6

RIPV2和OSPFV2

相同点：

1.OSPFV2和RIPV2一样，都是无类别的路由协议，都支持VLSM和CIDR；

2.OSPFV2和RIPV2一样，都是使用组播发送数据

RIPV2：224.0.0.9

OSPFV2：224.0.0.5 & 224.0.0.6

3.OSPFV2和RIPV2都支持等开销负载均衡

不同点：

RIP协议只能适用于小型网络环境中，而OSPF协议可以应用在中大型网络环境中 —— OSPF协议可以实现结构化部署（划分区域）

OSPF的结构化部署 --- 区域划分

区域划分的主要目的 ： 区域内部传递拓扑信息，区域之间传递路由信息 ——链路状态型协议的距离矢量特征

如果一个OSPF网络只存在一个区域，这个网络称为单区域OSPF网络；

如果一个OSPF网络存在多个区域，这样的网络称为多区域OSPF网络。

区域边界路由器 （ABR）

同时属于多个区域，一个接口对应一个区域，必须有一个接口在区域0中，将区域内的拓扑信息收集计算成路由信息，之后进行传递。区域之间可以存在多个ABR设备，一个ABR设备可以处于多个区域。

区域划分的要求：

1. 区域之间必须存在ABR设备；
2. 区域划分必须按照星型拓扑结构进行划分（星型拓扑的中间区域—骨干区域）。

为了方便区分和标识不同的区域，所以我们给每一个区域都定义一个区域ID：area id，是32位二进制构成的，有两种表示方法：

1. 直接使用十进制进行表示；
2. 使用点分十进制进行表示： 骨干区域的区域ID定义为区域0

OSPF的数据包

hello包：周期性的发现，建立和保活邻居关系。

• hello包的发送周期（hello时间 ）:10S（以太网）/30S
• 死亡时间（dead time）：4倍的hello时间（40S/120S）

DBD包： 数据库描述报文（ LSDB — 链路状态数据库 ——LSA — “菜单”）

LSR包： 链路状态请求报文（ 基于DBD包，请求未知的LSA信息——“点菜”）

LSU包：链路状态更新报文 （真正携带LSA的数据包—— “上菜”）

LSACK包：链路状态确认报文 （确认包）

OSPF协议具有周期更新机制，每个30MIN发送一次。

Router ID——RID （区分和标识不同的路由器 —本质由32位二进制构成）

1. 格式统一
2. 全网唯一

RID的生成方式：

1. 手工配置
2. 自动生成 (首先，设备将优先选择环回接口的IP地址作为RID，如果存在多个环回接口，则将选择所有环回接口中IP地址最大的作为RID；如果没有配置环回接口，则将使用设备的物理接口的IP地址作为RID，如果物理接口存在多个，则选择IP地址最大的作为RID)

OSPF的状态机

我们通过思科的几张图片来看看到底有几种状态机：

1.down状态：启动ospf之后，发出hello包进入下一个状态

 

2.init（初始化）状态 ：收到对方的hello包中包含自己本地的RID，则进入到下一个状态Two-way（双向通信），标志着邻居关系的建立（条件匹配）匹配成功，则进入到下一个状态；失败则停留在邻居状态，仅使用hello包进行周期保活

 

T3.wo - Way（双向通信）状态 :标志着邻居关系的建立。

（条件匹配）条件匹配成功则可以进入到下一个状态；如果条件匹配失败，则将停留在邻居关系，则仅周期性的发送hello包进行保活

 

4.exstart（预启动）状态 :通过发送没有携带数据的DBD包来进行主从关系选举，比较RID来进行选举，RID大的为主，为主可以优先进入后面的exchange（准交换）状态

• 主从关系选举 :通过发送没有携带数据的DBD包来进行主从关系选举，比较RID来进行选举，RID大的为主，为主可以优先进入后面的状态。
• 之所以使用DBD包主要是为了和之前的邻居关系进行区分。

5.exchange（准交换）状态:交换携带数据（摘要信息）的DBD包进行LSDB数据库目录共享

 

6.loading（加载）状态 : 基于对端发送的DBD包，使用LSR/LSU/LSACK交换未知的LSA信息

 

7.FULL状态:标志着邻接关系的建立 ——主要目的是为了和之前的邻居关系进行区分，邻居只能通过hello包进行保活，而邻接之间，可以交换LSA信息。

OSPF的工作过程

启动配置完成，ospf协议向本地所有运行协议的接口以组播的形式（224.0.0.5）发送hello包；hello包中携带自己本地RID，以及本地已知的邻居的RID。之后，将收集到的邻居关系记录在一张表中 :邻居表；

邻居关系建立完成后，进行条件匹配。失败则停留在邻居关系，仅hello包进行保活。  

匹配成功，则开始建立邻接关系。首先，使用未携带数据的DBD包进行主从关系选举。之后，使用携带数据的DBD包共享目录信息，之后，基于DBD包，通过LSR/LSU/LSACK获取未知的LSA信息。将所有的LSA信息保存本地的LSDB数据库: 数据库表；

最后，基于LSDB，使用SPF算法进行计算，得到未知网段的路由信息，将其加载到路由表。收敛完成后，周期性的发送hello包进行保活，每30min一次周期更新。

结构突变：

1. 突然新增一个网段：触发更新，第一时间将变更信息通过LSU包传递出去，需要ACK确认
2. 突然断开一个网段：触发更新，第一时间将变更信息通过LSU包传递出去，需要ACK确认
3. 无法联系 ——dead time：40s

OSPF的基础理论我们就到这里结束了，下一篇博客：ospf（2）我会对OSPF的基础配置与综合实验进行分解，想要继续了解的小伙伴可以关注或者订阅，以便查看后续博客。