浅析OSPF协议的算法

摘 要：OSPF是开放最短路径优先路由协议，它是一种链路状态型路由协议，功能强大，负载小，通过自身维持的数据链路状态库计算路由表，收敛时间短，工作效率高，基于分层的网络规划可以在中型、大型网络规模中使用，OSPF支持MD5驗证，在路由器相互交换信息中的安全性得到保障，是大型网络规划时的首选。

关键词：OSPF；状态机；链路状态算法；协议；Virtual-Link

1 OSPF的概念

开放式最短路径优先OSPF（Open Shortest Path First）是IETF组织开发的一个基于链路状态的内部网关协议（Interior Gateway Protocol）。目前针对IPv4协议使用的是OSPF Version 2（RFC2328）；针对IPv6协议使用OSPF Version 3（RFC2740）。OSPF（开放最短路径优先）属于IGP内部网关路由协议，协议基于链路状态算法。OSPF直接运行于IP协议之上，使用IP协议号89。（图1）

图1

2 OSPF基本特点

支持无类域间路由（CIDR）；支持区域划分；无路由自环；路由变化收敛速度快；使用IP组播收发协议数据；支持多条等值路由；支持协议报文的认证。

2.1 邻居状态机

OSPF共有8种状态机，分别是：Down、Attempt、Init、2-way、Exstart、Exchange、Loading、Full。

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）超时后仍然没有回复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。

2.2 查看邻居状态

查看OSPF邻居是否建立的命令为show ip ospf neighbour。

Neighbour ID为对端设备的router-id。可以手工设置，默认的话以设备中ip地址最大的地址。要手工更改router-id之后，必须重启ospf进程以生效。命令为clear ip ospf process。

Pri、Address分别为对端设备的优先级，以及地址。Interface是自己设备的出接口。

State有两个稳定状态，一个为two-way状态，一个为full状态。

2.3 链路状态算法的路由计算过程

为减小多路访问网络中OSPF流量，OSPF会选择一个指定路由器（DR）和一个备份指定路由器（BDR）。当多路访问网络发生变化时，DR负责更新其他所有OSPF路由器。BDR会监控DR的状态，并在当前DR发生故障时接替其角色。

BDR和DR/DRother建立完全邻接关系（Full），而其他非指定路由器DRother之间建立部分连接关系，也称为双向邻居关系（Two-Way）。（图2）

图2

2.4 OSPF宣告网络

OSPF的配置为：（1）开启ospf进程：Router ospf 1（2）设置ospf的router-id（3）宣告网络，命令为：Network X.X.X.X X.X.X.X area 0（4）这里宣告网络有两个作用，第一个为宣告自身设备有这一个网段的路由。第二个为与对端设备建立连接。每一个宣告都会有这两个作用。宣告之后，这每一个网段都会想网络中发送hello包，因此会造成带宽浪费，因此出现了静默接口。Ospf是基于接口建立邻居关系的。宣告的话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网段都可以，作用一样。

3 Virtual-Link

OSPF采用由两层组成的分层结构，这要求所有的区域都与主干区域（区域0）直接相连。但是，当某个OSPF区域与OSPF主干区域（区域0）之间没有直接连接时，便会导致LSDB不一致以及该区域中的网络无法到达区域0。采用虚链路在该区域与主干区域之间建立起逻辑的连接，便可解决LSDB不一致以及该区域中的网络无法到达区域0的问题。Virtual-Link在生产环境中应该极力避免的。该技术的出现只是为了解决有方案设计不当而导致的area0被分割。

4 结束语

OSPF路由选择协议的缺点是它的配置相对比较复杂，需要占用大量的处理器资源。但是，随着现代高速CPU的出现，它所需要的资源已经不成问题。而且由于OSPF是开放的协议，是IETF组织公布的标准，世界上主要的网络设备厂都支持该协议，所以它的可靠性由于公开而得到保障，并且在众多的厂商支持下，会不断地走向完善。

作者简介：盛伟（1983，10-），男，湖北省武汉市（籍贯），现职称：助理工程师，学历：本科，研究方向：信息技术。