一、基本概念和術(shù)語

1. 鏈路狀態(tài)

OSPF路由器收集其所在網(wǎng)絡(luò)區(qū)域上各路由器的連接狀態(tài)信息，即鏈路狀態(tài)信息（Link-State），生成鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(Link-State Database)。路由器掌握了該區(qū)域上所有路由器的鏈路狀態(tài)信息，也就等于了解了整個網(wǎng)絡(luò)的拓撲狀況。OSPF路由器利用“最短路徑優(yōu)先算法(Shortest Path First, SPF)”，獨立地計算出到達任意目的地的路由。

2. 區(qū)域

OSPF協(xié)議引入“分層路由”的概念，將網(wǎng)絡(luò)分割成一個“主干”連接的一組相互獨立的部分，這些相互獨立的部分被稱為“區(qū)域”(Area)，“主干”的部分稱為“主干區(qū)域”。每個區(qū)域就如同一個獨立的網(wǎng)絡(luò)，該區(qū)域的OSPF路由器只保存該區(qū)域的鏈路狀態(tài)。每個路由器的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫都可以保持合理的大小，路由計算的時間、報文數(shù)量都不會過大。

3. OSPF網(wǎng)絡(luò)類型

根據(jù)路由器所連接的物理網(wǎng)絡(luò)不同，OSPF將網(wǎng)絡(luò)劃分為四種類型：廣播多路訪問型（Broadcast multiAccess）、非廣播多路訪問型（None Broadcast MultiAccess，NBMA）、點到點型（Point-to-Point）、點到多點型（Point-to-MultiPoint）。

廣播多路訪問型網(wǎng)絡(luò)如：Ethernet、Token Ring、FDDI。NBMA型網(wǎng)絡(luò)如：Frame Relay、X.25、SMDS。Point-to-Point型網(wǎng)絡(luò)如：PPP、HDLC。

4. 指派路由器（DR）和備份指派路由器（BDR）

在多路訪問網(wǎng)絡(luò)上可能存在多個路由器，為了避免路由器之間建立完全相鄰關(guān)系而引起的大量開銷，OSPF要求在區(qū)域中選舉一個DR。每個路由器都與之建立完全相鄰關(guān)系。DR負責(zé)收集所有的鏈路狀態(tài)信息，并發(fā)布給其他路由器。選舉DR的同時也選舉出一個BDR，在DR失效的時候，BDR擔(dān)負起DR的職責(zé)。

點對點型網(wǎng)絡(luò)不需要DR，因為只存在兩個節(jié)點，彼此間完全相鄰。 協(xié)議組成OSPF協(xié)議由Hello協(xié)議、交換協(xié)議、擴散協(xié)議組成。本文僅介紹Hello協(xié)議，其他兩個協(xié)議可參考RFC2328中的具體描述。

當(dāng)路由器開啟一個端口的OSPF路由時，將會從這個端口發(fā)出一個Hello報文，以后它也將以一定的間隔周期性地發(fā)送Hello報文。OSPF路由器用Hello報文來初始化新的相鄰關(guān)系以及確認相鄰的路由器鄰居之間的通信狀態(tài)。

對廣播型網(wǎng)絡(luò)和非廣播型多路訪問網(wǎng)絡(luò)，路由器使用Hello協(xié)議選舉出一個DR。在廣播型網(wǎng)絡(luò)里，Hello報文使用多播地址224.0.0.5周期性廣播，并通過這個過程自動發(fā)現(xiàn)路由器鄰居。在NBMA網(wǎng)絡(luò)中，DR負責(zé)向其他路由器逐一發(fā)送Hello報文。

二、協(xié)議操作

第一步：建立路由器的鄰接關(guān)系

所謂“鄰接關(guān)系”（Adjacency）是指OSPF路由器以交換路由信息為目的，在所選擇的相鄰路由器之間建立的一種關(guān)系。

路由器首先發(fā)送擁有自身ID信息（Loopback端口或最大的IP地址）的Hello報文。與之相鄰的路由器如果收到這個Hello報文，就將這個報文內(nèi)的ID信息加入到自己的Hello報文內(nèi)。

如果路由器的某端口收到從其他路由器發(fā)送的含有自身ID信息的Hello報文，則它根據(jù)該端口所在網(wǎng)絡(luò)類型確定是否可以建立鄰接關(guān)系。

在點對點網(wǎng)絡(luò)中，路由器將直接和對端路由器建立起鄰接關(guān)系，并且該路由器將直接進入到第三步操作：發(fā)現(xiàn)其他路由器。若為MultiAccess 網(wǎng)絡(luò), 該路由器將進入選舉步驟。

第二步：選舉DR/BDR

不同類型的網(wǎng)絡(luò)選舉DR和BDR的方式不同。

MultiAccess網(wǎng)絡(luò)支持多個路由器，在這種狀況下, OSPF需要建立起作為鏈路狀態(tài)和LSA更新的中心節(jié)點。選舉利用Hello報文內(nèi)的ID和優(yōu)先權(quán)(Priority)字段值來確定。優(yōu)先權(quán)字段值大小從0到255，優(yōu)先權(quán)值最高的路由器成為DR。如果優(yōu)先權(quán)值大小一樣，則ID值最高的路由器選舉為DR，優(yōu)先權(quán)值次高的路由器選舉為BDR。優(yōu)先權(quán)值和ID值都可以直接設(shè)置。

第三步：發(fā)現(xiàn)路由器

在這個步驟中，路由器與路由器之間首先利用Hello報文的ID信息確認主從關(guān)系，然后主從路由器相互交換部分鏈路狀態(tài)信息。每個路由器對信息進行分析比較，如果收到的信息有新的內(nèi)容，路由器將要求對方發(fā)送完整的鏈路狀態(tài)信息。這個狀態(tài)完成后，路由器之間建立完全相鄰（Full Adjacency）關(guān)系，同時鄰接路由器擁有自己獨立的、完整的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。

在MultiAccess網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，DR與BDR互換信息，并同時與本子網(wǎng)內(nèi)其他路由器交換鏈路狀態(tài)信息。

Point-to-Point 或 Point-to-MultiPoint網(wǎng)絡(luò)中，相鄰路由器之間信息。

第四步: 選擇適當(dāng)?shù)穆酚善?

當(dāng)一個路由器擁有完整獨立的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫后，它將采用SPF算法計算并創(chuàng)建路由表。OSPF路由器依據(jù)鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容，獨立地用SPF算法計算出到每一個目的網(wǎng)絡(luò)的路徑，并將路徑存入路由表中。

OSPF利用量度（Cost）計算目的路徑，Cost最小者即為最短路徑。在配置OSPF路由器時可根據(jù)實際情況，如鏈路帶寬、時延或經(jīng)濟上的費用設(shè)置鏈路Cost大小。Cost越小，則該鏈路被選為路由的可能性越大。

第五步：維護路由信息

當(dāng)鏈路狀態(tài)發(fā)生變化時，OSPF通過Flooding 過程通告網(wǎng)絡(luò)上其他路由器。OSPF路由器接收到包含有新信息的鏈路狀態(tài)更新報文，將更新自己的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，然后用SPF算法重新計算路由表。在重新計算過程中，路由器繼續(xù)使用舊路由表，直到SPF完成新的路由表計算。新的鏈路狀態(tài)信息將發(fā)送給其他路由器。值得注意的是，即使鏈路狀態(tài)沒有發(fā)生改變，OSPF路由信息也會自動更新，默認時間為30分鐘。

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