HCIP Datacom-OSPF协议基础

HCIP Datacom-OSPF协议基础

  • RIP是基于距离矢量算法的路由协议，应用在大型网络中存在收敛速度慢、度量值不科学、可扩展性差等问题

  • IETF提出了基于SPF算法的链路状态路由协议OSPF。通过在大型网络中部署OSPF协议，弥补了RIP协议的诸多不足。

  • 大型网络所发生的变化

    • 网络规模大
    • 网络可靠性要求提高
    • 网络差异化趋势加剧

  • RIP在大型网络中所面临的问题

    RIP特性 带来的问题
    逐跳收敛 收敛慢，故障回复世间长
    分布式路由计算 缺少对全局网络拓扑的了解
    以“跳数”为度量 存在选择次优路径的风险
    RIP的问题 优化或解决的方式
    收敛慢，故障恢复事件长 触发更新
    缺少对全局网络拓扑的了解 路由器基于拓扑信息，独立计算路由
    存在选择次优路径的风险 将链路带宽作为选路参考值

OSPF的基本工作原理

  • 链路状态路由协议OSPF
    • 路由信息传递与路由计算分离
    • 基于SPF算法
    • 以“累计链路开销”作为选路参考值
  • OSPF的工作过程
    • 邻居建立
      • Router-ID：用于在自治系统中唯一标识一台运行OSPF的路由器，每台运行OSPF的路由器都有一个Router-ID
      • 发现并建立邻居关系 - Hello报文
        • 邻居发现：自动发现邻居路由器
        • 邻居建立：完成Hello报文中的参数协商，建立邻居关系
        • 邻居保持：通过Keepalive机制，检测邻居运行状态
      • 发现并建立邻居-手动建立
        • OSPF支持通过单播方式建立邻居关系
        • 对于不支持组播的网络可以通过手动配置实现邻居的发现与维护
    • 同步链路状态数据库
    • 计算最优路由

链路状态信息

  • 链路信息主要包括：

    • 链路类型；
    • 接口IP地址及掩码；
    • 链路上所连接的邻居路由器；
    • 链路的带宽（开销）；

  • 丰富的数据链路层支持能力

    • 数据链路层协议类型多种多样，工作机制也各不相同
    • 为适配多种数据链路层协议，必须考虑各类链路层协议在组网时的应用场景

  • 网络类型 - P2P网络

    • 仅两台路由器互连
    • 支持广播、组播

  • 网络类型 - 广播型网络（MA）

    • 两台或两台以上的路由器通过共享介质互联
    • 支持广播、组播

  • 网络类型 - NBMA网络

    • 两台或两台以上路由器通过VC互连
    • 不支持广播、组播
    • 存在DR、BDR

  • 网络类型 - P2MP网络

    • 多个点到点网络的集合
    • 支持广播、组播

  • OSPF的度量方式

    • 某接口cost=参考带宽/实际带宽
    • 更改cost的两种方式
      • 直接在接口下配置
      • 修改参考带宽（所有路由器都需要修改，确保选路一致性）

OSPF报文类型及其作用

IP Packet header OSPF Packet header OSPF Packet data
version\Type\Packet Length
Router ID
Area ID
Checksum \Auth Type
Authentication
Authentication

  • OSPF报文类型

    Type 报文名称 报文功能
    1 Hello 发现和维护邻居关系
    2 Database Description 交互链路状态数据库摘要
    3 Link State Request 请求特定的链路状态信息
    4 Link State Update 发送详细的链路状态信息
    5 Link State Ack 发送确认报文

  • OSPF报文的功能需求

    功能 实现分析
    发现邻居与保持 Hello机制即可实现
    LSA同步 双方互相发送LSA，完成同步；同时同步速度更快，占用资源更少
    可靠性 确保LSA同步过程的可靠性

  • OSPF邻居状态

    OSPF状态 释义
    Down 邻居会话的初始阶段，表明没有在邻居失效时间间隔内收到来自邻居路由器的Hello数据包
    Attempt 该状态仅发生在NBMA网络中，表明对端在邻居失效时间间隔（dead interval）超时前仍然没有回复Hello报文。此时路由器依然每发送轮询Hello报文的时间间隔（poll interval）向对端发送Hello报文。
    Init 收到Hello报文后状态为Init。
    2 - way 收到的Hello报文中包含有自己的Router ID，则状态为2－way；如果不需要形成邻接关系则邻居状态机就停留在此状态，否则进入Exstart状态。
    Exstart 开始协商主从关系，并确定DD的序列号，此时状态为Exstart。
    Exchange 主从关系协商完毕后开始交换DD报文，此时状态为Exchange。
    Loading DD报文交换完成即Exchange done，此时状态为Loading。
    Full LSR重传列表为空，此时状态为Full。

  • LSA头部

    • LSA是OSPF链路状态信息的载体

      0 15 23 31
      LS age Options LS type
      Link State ID Link State ID Link State ID
      Advertising Router Advertising Router Advertising Router
      LS sequence number LS sequence number LS sequence number
      LS checksum Length Length

DR与BDR的选举及作用

  • MA网络中的问题

    • nx（n-1）/2个邻接关系，管理复杂
    • 重复的LSA泛红，造成资源浪费

  • DR与BDR的作用

    • 减少邻接关系
    • 减低OSPF协议流量

  • DR与BDR选举

    • 选举规则：DR/BDR的选举时基于接口的
      • 接口的DR优先级越大越优先
      • 接口的DR优先级相等时，Router ID越大越优先

  • 邻居与邻接关系

    网络类型 是否和邻居建立邻接关系
    P2P 是
    Broadcast DR与BDR、DRother建立邻接关系，BDR与DR、DRother建立邻接关系，DRother之间只建立邻居关系
    NBMA DR与BDR、DRother建立邻接关系，BDR与DR、DRother建立邻接关系，DRother之间只建立邻居关系
    P2MP 是

  • 总结

    • 广播：可以自动建立邻居，有DR、BDR、Hello世间为10、40
    • P2P：可以自动建立邻居，无DR、BDR、Hello的世间为10、40
    • P2MP：可以自动建立邻居，无DR、BDR，Hello时间为30、120
    • NBMA：不可以自动建立邻居，无BR、BDR，hello时间为30、120