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OSPF基础与特性

news 来源：原创 2025/9/21 4:56:33

一.OSPF 的技术背景

OSPF出现是因为RIP协议无法满足大型网络的配置

RIP协议中存在的问题

        RIP中存在最大跳数为15的限制,不能适应大规模组网

        RIP周期性发送全部路由信息,占用大量的带宽资源

        路由收敛速度慢

        以跳数作为度量衡,选路可能会不优

        存在路由环路的可能性

        每隔30秒更新

OSPF协议的特点

        没有跳数限制，适合大规模组网
        使用组播更新变化的路由和网络信息  
        路由收敛快
        以COST作为度量值
        采用SPF算法有效避免环路
        每隔30分钟更新
        在互联网上大量使用，是运用最广泛的路由协议

二.OSPF 的表与数据包

OSPF三张表

        邻居表:用来记录邻居状态和关系

        拓扑表:包含链路状态数据库(LSDB)

        路由表:记录SPF算法计算的路由,存放在OSPF路由表中

LSDB 的更新:

OSPF的数据包

        OSPF报文直接封装在IP报文中,协议号为89

        头部数据包内容:

版本(Version)

对于OSPFv2，该字段值恒为2----在IPV4中。对于OSPFv3，该字段值恒为3----在IPV6中

类型(Type)

该OSPF报文的类型。该字段的值与报文类型的对应关系是:1-Hello;2-DD;3-LSR;4-LSU;5-LSAck

Packet Length)

整个OSPF 报文的长度（字节数)

路由器ID (Router Identification)

路由器的OSPF Router-ID

区域ID (Area Identification)

该报文所属的区域ID，这是一个32bit 的数值

校验和(Checksum)

用于校验报文有效性的字段

认证类型(Authentication Type)

指示该报文使用的认证类型

认证数据（Authentication Data)

用于报文认证的内容

OSPF工作过程中的数据包
(1)hello

hello包携带自己的router ID、被发现的邻居标识，用来周期保活的，发现，建立邻居关系

网络掩码(Network Mask)

一旦路由器的某个接口激活了OSPF，该接口即开始发送Hello报文，该字段填充的是该接口的网络掩码。两台OSPF 路由器如果通接口直连，那么双方的直连接口必须配置相同的网络掩码，否则影响邻居关系建立

Hello间隔(Hello Interval)

接口周期性发送Hello报文的时间间隔(单位为s)。两台直连路由器要建立OSPF邻居关系，需确保接口的Hello Interval相同，否则邻居关系无法正常建立

可选项（Options)

该字段一共8bit，每个比特位都用于指示该路由器的某个特定的OSPF 特性。Options字段中的某些比特位会被检查，这有可能会直接影响到OSPF邻接关系的建立。（特殊区域的标记）

(Router Priority)

路由器优先级，范围：0-255，默认是1，数字越大，代表路由优先级越高，也叫DR优先级，该字段用于DR、BDR 的选举

路由器失效时间（Router Dead Interval)

在邻居路由器被视为无效前，需等待收到对方Hello报文的时间（单位为s)。两台直连路由器要建立OSPF 邻居关系，需确保双方直连接口的Router Dead Interval相同，否则邻居关系无法正常建立。缺省情况下，OSPF路由器接口的Router Dead Interval为该接口的Hello Interval的4倍

指定路由器(Designated Router)

网络中DR的接口IP地址。如果该字段值为0.0.0.0，则表示没有DR，或者DR尚未选举出来

备份指定路由器（Backup Designated Router)

网络中 BDR的接口IP地址。如果该字段值为0.0.0.0，则表示网络中没有BDR，或者BDR尚未选举出来

邻居(Neighbor)

在直连链路上发现的有效邻居，此处填充的是邻居的Router-iD，如果发现了多个邻居，则包含多个邻居字段

(2)DBD

数据库描述报文,仅包含LSA摘要

接口最大传输单元(Interface Maximum Transmission Unit)

接口的MTU

可选项(Options)

路由器支持的OSPF可选项

DD报文置位符

I：init位，I=1，这是第一个DD报文

M: more位，M=1表示后续还有DD报文

MS:master位，MS=1,表示本端为主

DD序列号(DD Sequence Number)

 DD报文的序列号，在DD报文交互的过程中，DD序列号被逐次加1，用于确保DD报文传输的有序和可靠性。值得注意的是，DD序列号必须是由Master路由器来决定的，而Slave路由器只能使用Master路由器发送的DD序列号来发送自己的DD报文。（route id大的设备会成为master）

LSA头部(LSA Header)

当路由器使用DD报文来描述自己的LSDB时，LSA的头部信息被包含在此处。一个DD报文可能包含一条或多条LSA的头部

(3)LSR

请求自己没有的或者比自己更新的链路状态更详细的信息

链路状态类型，链路状态ID，通告路由器 ---- “LSA三元组” 
通过这三个参数可以唯一的标识出一条LSA
(4)LSU

链路状态更新信息

一个LSU报文可以包含多个LSA

当路由器感知到网络发生变化时，也可以触发LSU报文的泛洪，以便将该变化通知给网络中的其他OSPF 路由器

在MA网络中，非 DR、BDR路由器向224.0.0.6这个组播地址发送LSU报文，
而DR及 BDR会侦听这个组播地址，DR在接收LSU报文后向224.0.0.5发送LSU报文，
从而将更新信息泛洪到整个OSPF区域，所有的OSPF 路由器都会侦听224.0.0.5这个组播地址224.0.0.5所有运行OSPF的接口都会监听
224.0.0.6所有DR/BDR的接口会监听
(5)LSAck

对LSU确认的包

 报文中包含着路由器所确认的LSA的头部（每个LSA头部的长度为20byte)

 三.OSPF 的工作过程

邻居双方通过hello报文,相互认识
邻接邻居建立后,进行一系列报文交互,当两台路由器LSDB同步完成,开始独立计算路由时,这两台路由器形成了邻接关系
(1)确认可达性,建立邻居

outer ID :标明的是路由器身份
手工配置：IPV4地址格式
自动选举：环回口:IP地址大的优先物理口：IP地址大的优先

2-way前，确认DR/BDR

        2-way是OSPF协议中的一中邻居状态,当两台路由器互相收到对方发送的Hello包,并且在Hello包中发现了自己的路由器ID时,他们就会建立双向通信,此时邻居状态就会变成2-way

选举原因：广播网络中使路由信息交换更加高速有序，可以降低需要维护的邻接关系数量

选举范围：每个网段都需要选出一个DR和BDR（0-255）

选举规则：1.优先级大的优先，默认优先级是1；2.router-id大的优先

 

DR/BDR的选举没有抢占性

关系状态：DRother与DR建立邻接关系:

                  DRother与BDR建立邻接关系；

                  DR /BDR建立邻接关系；

                  DRother之间保持邻居关系

(2)摘要同步,开始建立邻接关系
1.向邻接路由器发送DBD报文，通告本地LSDB中所有LSA的摘要信息
2.收到DBD报文后，与本地LSDB对比，向对方发送LSR报文，请求发送本地所需要的LSA的完整信息
3.收到LSR后,把对方所需的LSA的完整信息打包为一条LSU报文，发送至对方
4.收到LSU后，向对方回复LSAck报文，进行确认

邻接建立的过程:

 

(3)完整信息同步,完全邻接关系建立 

 完全邻接关系建立，LSDB表与路由表形成

 四.OSPF 的状态机

Down

关闭状态（稳定状态），这种情况处于手动指定邻居的情况下，发送hello包之后进入下一个状态

Init

初始化状态，收到对方的hello报文，但没有收到对方的hello确认报文

Attempt

一般不会出现，只出现在NBMA网络中，发出hello，但收不到对方的hello包

2-way(稳定状态)

双方互相发现，邻居状态稳定，并确认了DR/BDR的角色；

当选举完毕后，就算出现一台优先级更高的路由器，也不会替换成新的DR\BDR

Exstart

交换开始状态；发送第一个DD报文，但不发送LSA摘要，仅用于确定LSDB协商的主从，ROUTER-ID大的成为master

Exchange

交换状态；发送后续DD报文，用于通告LSDB摘要

Loading

读取状态，进行LSA的请求（LSR）、加入(LSU)和确认(LSACK)

Full

邻接状态（稳定状态），两端同步LSDB

 2-way 的前提:

  1. 无冲突，修改router-id需要重置ospf进程使生效； 
  2. 掩码长度一致（MA网络中）；
  3.  区域ID一致；
  4. 验证密码一致；
  5.  hello-time一致；
  6.  dead-time一致；
  7.  特殊区域类型一致

Full 的前提: 两端MTU一致，否则可能卡在Exstart/Exchange状态

能够计算路由的前提：两端网络类型一致，否则邻居状态full,但无法学习路由

五.OSPF 的区域划分

1.区域产生背景

        OSPF路由器在同一个区域中泛洪LSA。为了确保每台路由器都拥有对网络拓扑的一致认知，LSDB需要在区域内进行同步

        如果OSPF域仅有一个区域，随着网络规模越来越大，OSPF路由器的数量越来越多，这将导致诸多问题

2.分区的好处

        减少LSA泛洪范围

        提高网络拓展性,有利于组建大规模网络

3.区域类型 

 

骨干区域: area 0
非骨干区域: area 1
特殊区域: 减少邻居关系 

邻居关系过多会造成的影响:

  1. 大量产生hello包，消耗CPU性能
  2. 产生重复路由通告，消耗CPU性能
  3. 任何一台路由器的路由变化都会导致多次传递,浪费了带宽资源

 多区互连原则:

  1. 非骨干区域与非骨干区域不能直接相连；
  2. 所有非骨干区域必须与骨干区域相连；
  3. 此设计是为防止区域间环路

 六.OSPF的路由器类型 

区域内路由器(IR)所有接口在同一区域
骨干路由器(BR)所有接口都在骨干区域
区域边界路由器(ABR)连接骨干区域和非骨干区域
自治系统边界路由器(ASBR)连接外部自治系统并引入外部路由

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编程日记 2025/9/18 13:07:27

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在微服务架构和前后端分离的现代软件开发中&#xff0c;API接口是系统的“血管”&#xff0c;承担着数据传输与逻辑处理的核心功能。本文将用通俗的语言&#xff0c;结合实例&#xff0c;系统讲解API接口测试的原理、方法及工具&#xff0c;助你掌握这一关键技能。 ​ 目录 ​…...

编程日记 2025/9/18 18:58:56

弹簧质点系统（C++实现）

本文实现一个简单的物理算法&#xff1a;弹簧质点系统&#xff08;Mass-Spring System&#xff09;。这是一个经典的物理模拟算法&#xff0c;常用于模拟弹性物体&#xff08;如布料、弹簧等&#xff09;的行为。我们将使用C来实现这个算法&#xff0c;并结合链表数据结构来管理…...

编程日记 2025/9/20 2:14:35

java设计模式-代理模式

代理模式(proxy) 基本介绍 1、代理模式&#xff1a;为一个对象提供一个替身&#xff0c;一控制对这个对象的访问。即通过代理对象访问目标对象。这样做的好处是&#xff1a;可以在目标对象实现的基础上&#xff0c;增强额外的功能操作&#xff0c;及扩展目标对象的功能。 2、被…...

编程日记 2025/9/4 20:41:30

【比赛编排软件的设计与实现】

有个朋友想要一个比赛编排软件&#xff0c;闲来无事&#xff0c;花几个晚上的时间帮忙编写了一下&#xff0c;主要本人也比较喜欢看NBA&#xff0c;想尝试实现类似的功能。最终实现功能展示如下&#xff1a; ![请添加图片描述](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/6af8f323452…...

编程日记 2025/9/16 0:52:28

nginx如何实现负载均衡？

Nginx 是一款高性能的 Web 服务器和反向代理服务器&#xff0c;它可以通过配置实现负载均衡功能。以下是实现负载均衡的详细步骤和方法&#xff1a; 1. 基本概念 负载均衡是将客户端请求分发到多个后端服务器上&#xff0c;以提高系统的可用性和性能。Nginx 支持多种负载均衡策…...

编程日记 2025/9/12 8:04:16