通信工程師互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)考試開(kāi)放最短路徑優(yōu)先[1]

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5.5.2 開(kāi)放最短路徑優(yōu)先

隨著Internet技術(shù)在全球范圍的飛速發(fā)展，OSPF已成為目前Internet廣域網(wǎng)和Intranet企業(yè)網(wǎng)采用最多、應(yīng)用最廣泛的路由協(xié)議之一。OSPF（OpenShortestPathFirst）路由協(xié)議是由IETF（InternetEngineeringTaskForce）IGP工作小組提出的，是一種基于SPF算法的路由協(xié)議，目前使用的0SPF協(xié)議是其第二版，定義于RFC1247和RFC1583。

0SPF路由協(xié)議是一種典型的鏈路狀態(tài)（Link-state）路由協(xié)議，一般用于同一個(gè)路由域內(nèi)。在這里，路由域是指一個(gè)自治系統(tǒng)（AutonomousSystem,AS），是一組通過(guò)統(tǒng)一的路由政策或路由協(xié)議互相交換路由信息的網(wǎng)絡(luò)。在這個(gè)AS中，所有的OSPF路由器都維護(hù)一個(gè)相同的描述這個(gè)AS結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)中存放的是路由域中相應(yīng)鏈路的狀態(tài)信息，OSPF路由器正是通過(guò)這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算出其OSPF路由表的。

作為一種鏈路狀態(tài)的路由協(xié)議，OSPF將鏈路狀態(tài)廣播數(shù)據(jù)包（LinkStateAdvertisement,LSA）傳送給在某一區(qū)域內(nèi)的所有路由器，這一點(diǎn)與距離矢ft路由協(xié)議不同。運(yùn)行距離矢*路由協(xié)議的路由器是將部分或全部的路由表傳遞給與其相鄰的路由器。

1.數(shù)據(jù)包格式

在0SPF路由協(xié)議的數(shù)據(jù)包中，其數(shù)據(jù)包頭長(zhǎng)為24Byte,包含如下8個(gè)字段。

（1）Versionnumber:定義所采用的OSPF路由協(xié)議的版本。

（2）Type:定義OSPF數(shù)據(jù)包類型。OSPF數(shù)據(jù)包共有以下5種。

①Hello:用于建立和維護(hù)相鄰的兩個(gè)OSPF路由器的關(guān)系，該數(shù)據(jù)包是周期性地發(fā)送的。

DatabaseDescription:用于描述整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)包僅在OSPF初始化時(shí)發(fā)送。

③Linkstaterequest:用于向相鄰的OSPF路由器請(qǐng)求部分或全部的數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)包是在當(dāng)路由器發(fā)現(xiàn)其數(shù)據(jù)已經(jīng)過(guò)期時(shí)才發(fā)送的。

④Linkstateupdate:這是對(duì)linkstate請(qǐng)求數(shù)據(jù)包的響應(yīng)，即通常所說(shuō)的LSA數(shù)據(jù)包。

⑤Linkstateacknowledgment:是對(duì)LSA數(shù)據(jù)包的響應(yīng)。

（3）Packetlength:定義整個(gè)數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度。

（4）RouterID:用于描述數(shù)據(jù)包的源地址，以IP地址來(lái)表示。

（5）AreaID:用于區(qū)分OSPF數(shù)據(jù)包屬于的區(qū)域號(hào)，所有的OSPF數(shù)據(jù)包都屬于一個(gè)特定的OSPF區(qū)域。

（6）Checksum:校驗(yàn)位，用于標(biāo)記數(shù)據(jù)包在傳遞時(shí)有無(wú)誤碼。

（7）Authenticationtype:定義OSPF驗(yàn)證類型。

（8）Authentication:包含OSPF驗(yàn)證信息，長(zhǎng)為8Byte。

2.OSPF基本算法

SPF算法是OSPF路由協(xié)議的基礎(chǔ)。SPF算法有時(shí)也被稱為Dijkstra算法，這是因?yàn)樽疃搪窂絻?yōu)先算法SPF是Dijkstra發(fā)明的。SPF算法將每一個(gè)路由器作為根（ROOT）來(lái)計(jì)算其到每一個(gè)目的地路由器的距離，每一個(gè)路由器根據(jù)一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)計(jì)算出路由域的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，該結(jié)構(gòu)圖類似于一棵樹(shù)，在SPF算法中，被稱為最短路徑樹(shù)。在OSPF路由協(xié)議中，最短路徑樹(shù)的樹(shù)干長(zhǎng)度，即OSPF路由器至每一個(gè)目的地路由器的距離，稱為OSPF的Cost。

3.鏈路狀態(tài)算法

作為一種典型的鏈路狀態(tài)的路由協(xié)議，OSPF還必須遵循鏈路狀態(tài)路由協(xié)議的統(tǒng)一算法。鏈路狀態(tài)的算法非常簡(jiǎn)單，在這里將鏈路狀態(tài)算法概括為以下4個(gè)步驟。

（1）當(dāng)路由器初始化或當(dāng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化（如增減路由器，鏈路狀態(tài)發(fā)生變化等）時(shí)，路由器會(huì)產(chǎn)生鏈路狀態(tài)廣播數(shù)據(jù)包（Link-StateAdvertisement.LSA），該數(shù)據(jù)包里包含路由器上所有相連鏈路，即為所有端口的狀態(tài)信息。

（2）所有路由器會(huì)通過(guò)一種被稱為洪泛（Flooding）的方法來(lái)交換鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)^Flooding是指路由器將其LSA數(shù)據(jù)包傳送給所有與其相鄰的OSPF路由器，相鄰路由器根據(jù)其接收到的鏈路狀態(tài)信息更新自己的數(shù)據(jù)庫(kù)，并將該鏈路狀態(tài)信息轉(zhuǎn)送給與其相鄰的路由器，直至穩(wěn)定的一個(gè)過(guò)程。

（3）當(dāng)網(wǎng)絡(luò)重新穩(wěn)定下來(lái)，即OSPF路由協(xié)議收斂下來(lái)時(shí)，所有的路由器會(huì)根據(jù)其各自的鏈路狀態(tài)信息數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算出各自的路由表。該路由表中包含路由器到每一個(gè)可到達(dá)目的地的Cost以及到達(dá)該目的地所要轉(zhuǎn)發(fā)的下一個(gè)路由器（next-hop）。

（4）第4個(gè)步驟實(shí)際上是指OSPF路由協(xié)議的一個(gè)特性。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)比較穩(wěn)定時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中傳遞的鏈路狀態(tài)信息是比較少的。也可以說(shuō)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中是比較安靜的。這也正是鏈路狀態(tài)路由協(xié)議區(qū)別與距離矢量路由協(xié)議的一大特點(diǎn)。

4.OSPF路由協(xié)議的基本特征

前文已經(jīng)說(shuō)明OSPF路由協(xié)議是一種鏈路狀態(tài)的路由協(xié)議，為了更好地說(shuō)明OSPF路由協(xié)議的基本特征，將OSPF路由協(xié)議與距離矢量路由協(xié)議之一的RIP（RoutingInformationProtocol）作比較如下。

RIP中用于表示目的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)近的參數(shù)為跳（hop），即到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)所要經(jīng)過(guò)的路由器個(gè)數(shù)。在RIP路由協(xié)議中，該參數(shù)被限制敁大為15,即RIP路由信息鉍多能傳遞至第16個(gè)路由器：對(duì)于OSPF路由協(xié)議，路由表中表示目的網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)為Cost,該參數(shù)為一虛擬值，與網(wǎng)絡(luò)中鏈路的帶寬等相關(guān)，即OSPF路由信息不受物理跳數(shù)的限制。而且，OSPF路由協(xié)議還支持ToS（TypeofService）路由，因此，OSPF比較適合于大型網(wǎng)絡(luò)中。

RIP路由協(xié)議不支持變長(zhǎng)子網(wǎng)屏蔽碼（VLSM），這被認(rèn)為是RIP路由協(xié)議不適用于大型網(wǎng)絡(luò)的又一個(gè)重要原因。采用變長(zhǎng)子網(wǎng)屏蔽碼可以在最大限度上節(jié)約1P地址。OSPF路由協(xié)議對(duì)VLSM有良好的支持性。

RIP路由協(xié)議路由收斂較慢。RIP路由協(xié)議周期性地將整個(gè)路由表作為路由信息廣播至網(wǎng)絡(luò)中，該廣播周期為30s.在一個(gè)較為大型的網(wǎng)絡(luò)中，RIP會(huì)產(chǎn)生很大的廣播信息，占用較多的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源：而且由于R1P協(xié)議30s的廣播周期，影響了RIP路由協(xié)議的收斂，甚至出現(xiàn)不收斂的現(xiàn)象。而OSPF是一種鏈路狀態(tài)的路由協(xié)議，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)比較穩(wěn)定時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中的路由信息是比較少的，并且其廣播也不是周期性的，因此OSPF路由協(xié)議即使是在大型網(wǎng)絡(luò)中也能夠較快地收斂。

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