OSPF协议原理与配置详解
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网络类型
• OSPF 协议根据链路层封装协议不同分为以下四种网络类型：
• Point-to-Point：点对点网络。当链路层协议是PPP，HDLC，LAPB 时，OSPF 缺省认为网络类型是Point-to-Point。在这种类型网络中， 以组播地址（）发送协议报文，不需要选举DR，BDR。
链路状态路由选择协议--OSPF
• 基本思想
• 每个路由器有责任和邻机会话，并获悉它们的名字。 • 每个路由器构建一个称为“链路状态广播（LSA）”的包，该包列出了邻
机的名字和到达这些邻机的费用。 • LSA被传送到所有的别的路由器，每个路由器存储了来自其他路由器的最
新的LSA。 • 每个路由器现在有了完整的拓扑图，计算出到每个目的地的路由。
路由器标识 (Router ID)
由32位数组成，在AS内唯一。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。由于IP地址是唯一的，所以这样就很容易保 证Router ID 的唯一性。在没有手工配置Router ID 的情况下，一些厂家的路由器 支持自动从当前所有接口的IP 地址自动选举一个IP 地址作为Router ID。
• 只有当链路状态发生变化时，路由器才用洪泛法向所有路由器发送此信息。而RIP不管网络拓扑有无发生变 化，路由器之间都要定期交换路由器表的信息。
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基本的OSPF协议
• Router ID：一个32bit的无符号整数，是一台路由器的唯一标识，在整个自治系统内惟一。一般是手工配 置。 • 有些厂家路由器支持自动从当前所有接口的IP地址自动选举一个IP地址作为ROUTER ID.
• OSPF根据物理链路类型定义了不同的网络类型。在每种网络中， OSPF的运行方式各不相同，其中包括如何建立邻接关系以及所 需的配置。
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网络类型
• OSPF协议计算路由是以本路由器周边网络的拓扑结构为基础的。 每台路由器将自己周边的网络拓扑描述出来，传递给其他所有 的路由器。
• OSPF将不同的网络拓扑抽象为以下四种类型
• 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。在RIP中也有。
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OSPF协议概述（3）
• 路由分级：OSPF使用4类不同的路由，按优先顺序分别是:区域内路由、区域间路由、第一类外部路由、第 二类外部路由。
• 该接口所连的网段中只有本路由器自己。（stub networks) • 该接口通过点到点的网络与一台路由器相连。(point-to-point) • 该接口通过广播或NBMA的网络与多台路由器相连。（broadcast or
NBMA networks) • 该接口通过点到多点的网络与多台路由器相连。（point-to-multipoint)
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网络类型 点到点网络(point-to-point)
链路层封装 PPP/HDLC协议
广播网络(broadcast )
链路层封装 Ethernet/FDDI/Token Ring
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网络类型 NBMA网络(Non-Broadcast Multi-Access)
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术语(1)
自治系统AS (Autonomous System)
指共享同一路由选择策略的一组路由器的集合 在互联网中，一个自治系统是一个有权自主地决定在本系统中应采用何种路由协 议的小型单位。这个网络单位可以是一个简单的网络也可以是一个由一个或多个 普通的网络管理员来控制的网络群体，它是一个单独的可管理的网络单元(如一所 大学，一个企业或者一个公司个体)。
协议概述（1）
• OSPF是Open Shortest Path First的缩写。是IETF组织开发的一个基于链路状态的 自治系统内部路由协议。
• 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
Priority 是接口上的参数，可以配置，缺省值是1； • 竞选演说－一部分Priority>0 的OSPF 路由器认为自己是DR； • 投票――在所有自称是DR 的路由器中选priority 值最大的当选，
若两台路由器的priority值相等，则选Router ID 最大的当选。 选票就是HELLO 报文，每台路由器将自己选出的DR 写入 HELLO 中，发给网段上的每台路由器；
• 当然这时还需要重新选举出一个新的BDR，虽然一样需要较长的时间，但并不会影响路由计算。
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• 注意：
• 网段中的DR 并不一定是priority 最大的路由器；同理，BDR 也并不一 定就是priority 第二大的路由器。
• DR 是指某个网段中概念，是针对路由器的接口而言的。某台路由器在一 个接口上可能是DR，在另一个接口上可能是BDR，或者是DROther。
• 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段设备的干扰。（）
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OSPF和RIP的比较（1）
• 向本自治系统中所有路由器发送信息。这里使用的方法是洪泛 法（flooding），这样，最终整个区域中所有的路由器都得到 了这个信息的一个副本。而RIP协议是仅仅向自己相邻的几个路 由器发送信息。
治系统中同步。这是衡量路由协议好坏的重要指标。 • 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。但是在引入外部路由时不能保证没有路由环路。
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OSPF协议概述（2）
• 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。
• Point-to-Multipoint：点对多点网络。没有一种链路层协议 会被缺省的认为是Point-to-Multipoint 类型，通常由NBMA 的类型手工修改而来。如果NBMA 类型的网络不是全连通的， 则可以手工更改为点到多点网络。 在这种类型网络中，以组播 地址（）发送协议报文，不用手工配置邻居。
• OSPF报文直接封装在IP报文中传输。IP头部中协议号为89。 •。
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DR/BDR 指定路由器DR (Designated Router) 备份指定路由器BDR (Backup Designated Router)
在一个广播型多路访问环境中的路由器必须选举一个DR和BDR来代表这 个网络 作用：减少在局域网上的OSPF的流量 选举：DB/BDR的选举是根据路由器优先级，优先级高者为DR，次高者 为BDR。如果Priority值相同，Router-id值大者成为DR
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DR/BDR的选举
P=3
P=2
DR
BBDDRR
Hello
P=1
DRother
P=1
DRother
P=0
DRother
优先级携带在Hello 包中进行传递的
其余每个DRother都会和DR，BDR建立邻 接关系， DRother之间建立邻居关系
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• DR 的选举过程如下： • 登记选民――本网段内的运行OSPF 的路由器； • 登记候选人――本网段内的Priority>0 的OSPF 路由器；
• 只有在广播和NBMA 类型的接口上才会选举DR，在point-to-point 和 point-to-muiltipoint 类型的接口上不需要选举。
• 两台DROther 路由器之间不进行路由信息的交换，但仍旧互相发送 HELLO报文。
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OSPF网络类型
• OSPF区域是由不同类型的网络链路组成的，明白这一点很重要， 因为邻接行为随网络类型而异，而要确保OSPF在某些类型的网 络上正确运行，必须对其进行合适的配置。
点到多点网络(point-to-multipoint)
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邻居/邻接
邻接关系： 邻接关系在广播或NBMA网络的DR和非指定路由器 之间形成
DRother与DR，BDR之间建立邻接关系 邻接：好朋友 邻接需要互通信息，需要同步信息
DRother之间为邻居关系，之间不同步数据库 邻居：刚认识
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BDR
• 快速响应： • 如果DR 由于某种故障而失效，这时必须重新选举DR，并与之同步。这需要较长的时
间，在这段时间内，路由计算是不正确的。为了能够缩短这个过程，OSPF提出了BDR （Backup Designated Router）的概念。 • BDR 实际上是对DR 的一个备份，在选举DR 的同时也选举出BDR，BDR 也和本网段 内的所有路由器建立邻接关系并交换路由信息。当DR 失效后，BDR 会立即成为DR， 由于不需要重新选举，并且邻接关系事先已建立，所以这个过程是非常短暂的。
• 发送的信息就是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态，这 是路由器所知道的部分信息。链路状态就是说明本路由器都和 哪些路由器相邻，以及该链路的“度量”。OSPF将这个“度量” 用来表示费用、距离、时延、带宽等等。而RIP协议发送的信息 是：“到所有网络的距离和下一跳路由器”。
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OSPF和RIP的比较（2）
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• 说明：
• 由于网段中的每台路由器都只和DR 建立邻接关系。如果DR 频繁的更迭， 则每次都要重新引起本网段内的所有路由器与新的DR 建立邻接关系。 这样会导致在短时间内网段中有大量的OSPF 协议报文在传输，降低网络 的可用带宽。所以协议中规定应该尽量的减少DR 的变化。
• 具体的处理方法是，每一台新加入的路由器并不急于参加选举，而是先考 察一下本网段中是否已有DR 存在。如果目前网段中已经存在DR，即使 本路由器的priority 比现有的DR 还高，也不会再声称自己是DR 了。而 是承认现有的DR。
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DR和BDR选举的原因 • 在广播和NBMA 类型的网络上，任意两台路由器之间都需要传递路由信
息（flood），如果网络中有 N 台路由器，则需要建立N *（N-1）/2 个邻接关系。任何一台路由器的路由变化，都需要在网段中进行N*（N-1） /2 次的传递。这是没有必要的，也浪费了宝贵的带宽资源。为了解决这 个问题，OSPF 协议指定一台路由器DR（Designated Router）来负责 传递信息。所有的路由器都只将路由信息发送给DR，再由DR 将路由信息 发送给本网段内的其他路由器。两台不是DR 的路由器（DROther）之间 不再建立邻接关系，也不再交换任何路由信息。这样在同一网段内的路由 器之间只需建立N 个邻接关系，每次路由变化只需进行2N 次的传递即可。
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• Broadcast：广播网络。当链路层协议是Ethernet 时，OSPF 缺省认为 网络类型是Broadcast。在这种类型网络中， 以组播地址（，）发送协 议报文，需要选举DR，BDR。
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• NBMA：非广播多路访问网络（Non-broadcast Multiaccess）。当链路层协议是Frame Relay、X.25 时，OSPF 缺 省认为网络类型是NBMA。在这种类型网络中， 以单播地址发 送协议报文，必须手工配置邻居的IP 地址。
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• 区域标识 (Area ID ) • 由32bit数组成，在AS内唯一标识区域。如：Area 0 或者 • 一个区域是指一个路由器的集合，它有一个一样的拓扑数据库， OSPF用区域把一个AS分成多个链路 状态域，因为一个区域的拓扑结构对另一个区域是不可见的，一个区域不会被扩散，这个特征大大降 低了一个 AS中的路由交通数量，区域被用来包含链路状态的更新并使管理者能建立分层网络。
网络类型
• OSPF 协议根据链路层封装协议不同分为以下四种网络类型：
• Point-to-Point：点对点网络。当链路层协议是PPP，HDLC，LAPB 时，OSPF 缺省认为网络类型是Point-to-Point。在这种类型网络中， 以组播地址（）发送协议报文，不需要选举DR，BDR。
链路状态路由选择协议--OSPF
• 基本思想
• 每个路由器有责任和邻机会话，并获悉它们的名字。 • 每个路由器构建一个称为“链路状态广播（LSA）”的包，该包列出了邻
机的名字和到达这些邻机的费用。 • LSA被传送到所有的别的路由器，每个路由器存储了来自其他路由器的最
新的LSA。 • 每个路由器现在有了完整的拓扑图，计算出到每个目的地的路由。
路由器标识 (Router ID)
由32位数组成，在AS内唯一。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。由于IP地址是唯一的，所以这样就很容易保 证Router ID 的唯一性。在没有手工配置Router ID 的情况下，一些厂家的路由器 支持自动从当前所有接口的IP 地址自动选举一个IP 地址作为Router ID。
• 只有当链路状态发生变化时，路由器才用洪泛法向所有路由器发送此信息。而RIP不管网络拓扑有无发生变 化，路由器之间都要定期交换路由器表的信息。
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基本的OSPF协议
• Router ID：一个32bit的无符号整数，是一台路由器的唯一标识，在整个自治系统内惟一。一般是手工配 置。 • 有些厂家路由器支持自动从当前所有接口的IP地址自动选举一个IP地址作为ROUTER ID.
• OSPF根据物理链路类型定义了不同的网络类型。在每种网络中， OSPF的运行方式各不相同，其中包括如何建立邻接关系以及所 需的配置。
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网络类型
• OSPF协议计算路由是以本路由器周边网络的拓扑结构为基础的。 每台路由器将自己周边的网络拓扑描述出来，传递给其他所有 的路由器。
• OSPF将不同的网络拓扑抽象为以下四种类型
• 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。在RIP中也有。
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OSPF协议概述（3）
• 路由分级：OSPF使用4类不同的路由，按优先顺序分别是:区域内路由、区域间路由、第一类外部路由、第 二类外部路由。
• 该接口所连的网段中只有本路由器自己。（stub networks) • 该接口通过点到点的网络与一台路由器相连。(point-to-point) • 该接口通过广播或NBMA的网络与多台路由器相连。（broadcast or
NBMA networks) • 该接口通过点到多点的网络与多台路由器相连。（point-to-multipoint)
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网络类型 点到点网络(point-to-point)
链路层封装 PPP/HDLC协议
广播网络(broadcast )
链路层封装 Ethernet/FDDI/Token Ring
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网络类型 NBMA网络(Non-Broadcast Multi-Access)
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术语(1)
自治系统AS (Autonomous System)
指共享同一路由选择策略的一组路由器的集合 在互联网中，一个自治系统是一个有权自主地决定在本系统中应采用何种路由协 议的小型单位。这个网络单位可以是一个简单的网络也可以是一个由一个或多个 普通的网络管理员来控制的网络群体，它是一个单独的可管理的网络单元(如一所 大学，一个企业或者一个公司个体)。
协议概述（1）
• OSPF是Open Shortest Path First的缩写。是IETF组织开发的一个基于链路状态的 自治系统内部路由协议。
• 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
Priority 是接口上的参数，可以配置，缺省值是1； • 竞选演说－一部分Priority>0 的OSPF 路由器认为自己是DR； • 投票――在所有自称是DR 的路由器中选priority 值最大的当选，
若两台路由器的priority值相等，则选Router ID 最大的当选。 选票就是HELLO 报文，每台路由器将自己选出的DR 写入 HELLO 中，发给网段上的每台路由器；
• 当然这时还需要重新选举出一个新的BDR，虽然一样需要较长的时间，但并不会影响路由计算。
第15页/共65页
• 注意：
• 网段中的DR 并不一定是priority 最大的路由器；同理，BDR 也并不一 定就是priority 第二大的路由器。
• DR 是指某个网段中概念，是针对路由器的接口而言的。某台路由器在一 个接口上可能是DR，在另一个接口上可能是BDR，或者是DROther。
• 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段设备的干扰。（）
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OSPF和RIP的比较（1）
• 向本自治系统中所有路由器发送信息。这里使用的方法是洪泛 法（flooding），这样，最终整个区域中所有的路由器都得到 了这个信息的一个副本。而RIP协议是仅仅向自己相邻的几个路 由器发送信息。
治系统中同步。这是衡量路由协议好坏的重要指标。 • 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。但是在引入外部路由时不能保证没有路由环路。
第4页/共65页
OSPF协议概述（2）
• 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。
• Point-to-Multipoint：点对多点网络。没有一种链路层协议 会被缺省的认为是Point-to-Multipoint 类型，通常由NBMA 的类型手工修改而来。如果NBMA 类型的网络不是全连通的， 则可以手工更改为点到多点网络。 在这种类型网络中，以组播 地址（）发送协议报文，不用手工配置邻居。
• OSPF报文直接封装在IP报文中传输。IP头部中协议号为89。 •。
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DR/BDR 指定路由器DR (Designated Router) 备份指定路由器BDR (Backup Designated Router)
在一个广播型多路访问环境中的路由器必须选举一个DR和BDR来代表这 个网络 作用：减少在局域网上的OSPF的流量 选举：DB/BDR的选举是根据路由器优先级，优先级高者为DR，次高者 为BDR。如果Priority值相同，Router-id值大者成为DR
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DR/BDR的选举
P=3
P=2
DR
BBDDRR
Hello
P=1
DRother
P=1
DRother
P=0
DRother
优先级携带在Hello 包中进行传递的
其余每个DRother都会和DR，BDR建立邻 接关系， DRother之间建立邻居关系
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• DR 的选举过程如下： • 登记选民――本网段内的运行OSPF 的路由器； • 登记候选人――本网段内的Priority>0 的OSPF 路由器；
• 只有在广播和NBMA 类型的接口上才会选举DR，在point-to-point 和 point-to-muiltipoint 类型的接口上不需要选举。
• 两台DROther 路由器之间不进行路由信息的交换，但仍旧互相发送 HELLO报文。
第16页/共65页
OSPF网络类型
• OSPF区域是由不同类型的网络链路组成的，明白这一点很重要， 因为邻接行为随网络类型而异，而要确保OSPF在某些类型的网 络上正确运行，必须对其进行合适的配置。
点到多点网络(point-to-multipoint)
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邻居/邻接
邻接关系： 邻接关系在广播或NBMA网络的DR和非指定路由器 之间形成
DRother与DR，BDR之间建立邻接关系 邻接：好朋友 邻接需要互通信息，需要同步信息
DRother之间为邻居关系，之间不同步数据库 邻居：刚认识
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BDR
• 快速响应： • 如果DR 由于某种故障而失效，这时必须重新选举DR，并与之同步。这需要较长的时
间，在这段时间内，路由计算是不正确的。为了能够缩短这个过程，OSPF提出了BDR （Backup Designated Router）的概念。 • BDR 实际上是对DR 的一个备份，在选举DR 的同时也选举出BDR，BDR 也和本网段 内的所有路由器建立邻接关系并交换路由信息。当DR 失效后，BDR 会立即成为DR， 由于不需要重新选举，并且邻接关系事先已建立，所以这个过程是非常短暂的。
• 发送的信息就是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态，这 是路由器所知道的部分信息。链路状态就是说明本路由器都和 哪些路由器相邻，以及该链路的“度量”。OSPF将这个“度量” 用来表示费用、距离、时延、带宽等等。而RIP协议发送的信息 是：“到所有网络的距离和下一跳路由器”。
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OSPF和RIP的比较（2）
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• 说明：
• 由于网段中的每台路由器都只和DR 建立邻接关系。如果DR 频繁的更迭， 则每次都要重新引起本网段内的所有路由器与新的DR 建立邻接关系。 这样会导致在短时间内网段中有大量的OSPF 协议报文在传输，降低网络 的可用带宽。所以协议中规定应该尽量的减少DR 的变化。
• 具体的处理方法是，每一台新加入的路由器并不急于参加选举，而是先考 察一下本网段中是否已有DR 存在。如果目前网段中已经存在DR，即使 本路由器的priority 比现有的DR 还高，也不会再声称自己是DR 了。而 是承认现有的DR。
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DR和BDR选举的原因 • 在广播和NBMA 类型的网络上，任意两台路由器之间都需要传递路由信
息（flood），如果网络中有 N 台路由器，则需要建立N *（N-1）/2 个邻接关系。任何一台路由器的路由变化，都需要在网段中进行N*（N-1） /2 次的传递。这是没有必要的，也浪费了宝贵的带宽资源。为了解决这 个问题，OSPF 协议指定一台路由器DR（Designated Router）来负责 传递信息。所有的路由器都只将路由信息发送给DR，再由DR 将路由信息 发送给本网段内的其他路由器。两台不是DR 的路由器（DROther）之间 不再建立邻接关系，也不再交换任何路由信息。这样在同一网段内的路由 器之间只需建立N 个邻接关系，每次路由变化只需进行2N 次的传递即可。
第25页/共65页
• Broadcast：广播网络。当链路层协议是Ethernet 时，OSPF 缺省认为 网络类型是Broadcast。在这种类型网络中， 以组播地址（，）发送协 议报文，需要选举DR，BDR。
第19页/共65页
• NBMA：非广播多路访问网络（Non-broadcast Multiaccess）。当链路层协议是Frame Relay、X.25 时，OSPF 缺 省认为网络类型是NBMA。在这种类型网络中， 以单播地址发 送协议报文，必须手工配置邻居的IP 地址。
第24页/共65页
• 区域标识 (Area ID ) • 由32bit数组成，在AS内唯一标识区域。如：Area 0 或者 • 一个区域是指一个路由器的集合，它有一个一样的拓扑数据库， OSPF用区域把一个AS分成多个链路 状态域，因为一个区域的拓扑结构对另一个区域是不可见的，一个区域不会被扩散，这个特征大大降 低了一个 AS中的路由交通数量，区域被用来包含链路状态的更新并使管理者能建立分层网络。