畢業(yè)論文----ospf動態(tài)路由技術

1、<p>　　畢業(yè)設計(論文)開題報告</p><p>　　題　　目： OSPF動態(tài)路由技術</p><p>　　系 部： 信息工程系</p><p>　　?！　I(yè)： 計算機網絡技術</p><p>　　學生姓名： ****</p><p>　　學 號： ********</p>

2、;<p>　　指導教師： ****</p><p>　　****年 **月 **日</p><p><b>　　[摘要]</b></p><p>　　本文主要介紹OSPF的相關知識以及在一個區(qū)域上配置OSPF的相關步驟。通過本文介紹可以了解OSPF的相關原理、OSPF運行的步驟及配置OSPF的相關命令。本文實驗是以CISCO路由

3、配置軟件為基礎進行的。</p><p>　　開放最短路徑優(yōu)先（Open Shortest Path First,OSPF）是一種基于開放標準的鏈路狀態(tài)型路由選擇協(xié)議。其名字“開放”是指OSPF是對公眾開放的，非專有的。OSPF是一種強壯的、可擴展的路由選擇協(xié)議，適用于今天的異構網絡。</p><p>　　OSPF的良好擴展能力是通過體系化設計而獲得的?？梢詫⒁粋€OSPF網絡規(guī)劃分成多個區(qū)域

4、，它們允許進行全面的路由更新控制。通過在一個恰當設計的網絡中定義區(qū)域，可以減少路由額外開銷并提高系統(tǒng)性能。</p><p>　　[關鍵詞]：開放最短路徑優(yōu)先 指定路由器 備用指定路由器 路由ID</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要2</b></p><p&

5、gt;<b>　　目錄3</b></p><p><b>　　第一章 引言4</b></p><p>　　第二章 OSPF動態(tài)路由協(xié)議4</p><p><b>　　2.1 概述4</b></p><p>　　2.2 數(shù)據包格式5</p><

6、;p>　　2.3 OSPF基本算法6</p><p>　　2.4 OSPF路由協(xié)議的基本特征7</p><p>　　2.5 區(qū)域及域間路由9</p><p>　　2.6 OSPF協(xié)議路由器及鏈路狀態(tài)數(shù)據包分類13</p><p>　　2.7 OSPF路由協(xié)議驗證17</p><p>　　2.8

7、 OSPF協(xié)議工作過程18</p><p>　　第三章 OSPF協(xié)議配置及改進設想22</p><p>　　第四章 總結25</p><p><b>　　參考文獻26</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　隨著Internet技術

8、在全球范圍的飛速發(fā)展，世界各地的個人和企業(yè)單位都紛紛接入到這個世界上最大的計算機網絡中。接入到Internet的自治系統(tǒng)有大有小，小型自治系統(tǒng)因其網絡結構簡單往往采用靜態(tài)路由技術即可完成自治系統(tǒng)內的路由尋址，然而大、中型自治系統(tǒng)的網絡拓撲結構往往更加復雜，采用依靠人工分配的靜態(tài)路由技術存在很大的困難，因此根據合理的路由尋址算法設計的動態(tài)路由技術隨之誕生，而OSPF動態(tài)路由技術因其功能強大、可拓展性強和網絡性能優(yōu)越在動態(tài)路由技術中格外優(yōu)秀

9、，被廣泛應用于各大、中型自治系統(tǒng)中。</p><p>　　OSPF（Open Shortest Path First）路由協(xié)議是由IETF（Internet Engineering Task Force）IGP工作小組提出的，是一種基于SPF算法的路由協(xié)議，目前廣泛使用的OSPF路由協(xié)議是其第二版，在第一版的基礎上功能得到了加強，定義于RFC1247和RFC1583。</p><p>　　

10、近幾年Internet仍處在飛速發(fā)展中，網絡的發(fā)展越來越需要功能更強大，性能更優(yōu)秀的動態(tài)路由技術的出現(xiàn)，OSPF動態(tài)路由技術由于其各方面優(yōu)秀的表現(xiàn)，得到國內外的專家的認可，并在OSPFv2的基礎進行研究升級，推出OSPF的第三版OSPFv 3以適應Internet的飛速發(fā)展。</p><p>　　OSPF動態(tài)路由協(xié)議</p><p><b>　　2.1 概述</b>

11、</p><p>　　OSPF路由協(xié)議是一種典型的鏈路狀態(tài)（Link-state）的路由協(xié)議，一般用于同一個路由域內。在這里，路由域是指一個自治系統(tǒng)（Autonomous System），即AS，它是指一組通過統(tǒng)一的路由政策或路由協(xié)議互相交換路由信息的網絡。在這個AS中，所有的OSPF路由器都維護一個相同的描述這個AS結構的數(shù)據庫，該數(shù)據庫中存放的是路由域中相應鏈路的狀態(tài)信息，OSPF路由器正是通過這個數(shù)據庫計算

12、出其OSPF路由表的。</p><p>　　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)據包LSA（Link State Advertisement）傳送給在某一區(qū)域內的所有路由器，這一點與距離矢量路由協(xié)議不同。運行距離矢量路由協(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。</p><p>　　2.2 數(shù)據包格式</p><p>　　在OSPF

13、路由協(xié)議的數(shù)據包中，其數(shù)據包頭長為24個字節(jié)，包含如下8個字段：</p><p>　　1、Version number（版本號）-定義所采用的OSPF路由協(xié)議的版本。</p><p>　　2、Type（類型）-定義OSPF數(shù)據包類型。</p><p>　　OSPF數(shù)據包共有五種：</p><p>　?。?）Hello（問候報文）-用于建立和維

14、護相鄰的兩個OSPF路由器的關系，該數(shù)據包是周期性地發(fā)送的。</p><p>　?。?）Database Description（數(shù)據庫描述報文）-用于描述整個數(shù)據庫，該數(shù)據包僅在OSPF初始化時發(fā)送。</p><p>　?。?）Link state request（鏈路狀態(tài)請求報文）-用于向相鄰的OSPF路由器請求部分或全部的數(shù)據，這種數(shù)據包是在當路由器發(fā)現(xiàn)其數(shù)據已經過期時才發(fā)送的。&l

15、t;/p><p>　　（4）Link state update（鏈路狀態(tài)更新報文）-這是對link state請求數(shù)據包的響應，即通常所說的LSA數(shù)據包。</p><p>　?。?）Link state acknowledgment（鏈路狀態(tài)應答報文）-是對LSA數(shù)據包的響應。</p><p>　　3、Packet length（報文長度）-定義整個數(shù)據包的長度。<

16、;/p><p>　　4、Router ID（路由標識符）-用于描述數(shù)據包的源地址，以IP地址來表示。</p><p>　　5、Area ID（區(qū)域標識符）-用于區(qū)分OSPF數(shù)據包屬于的區(qū)域號，所有的OSPF數(shù)據包都屬于一個特定的OSPF區(qū)域。</p><p>　　6、Checksum（校驗和）-校驗位，用于標記數(shù)據包在傳遞時有無誤碼。</p><p&

17、gt;　　7、Authentication type（鑒別類型）-定義OSPF驗證類型。</p><p>　　8、Authentication（鑒別數(shù)據）-包含OSPF驗證信息，長為8個字節(jié)。</p><p>　　數(shù)據包的格式如表格1所示</p><p>　　0 8 16 31</p>

18、<p>　　表格1 OSPF報文首部</p><p>　　2.3 OSPF基本算法</p><p>　　2.3.1 SPF算法及最短路徑樹</p><p>　　SPF算法是OSPF路由協(xié)議的基礎。SPF算法有時也被稱為Dijkstra算法，這是因為最短路徑優(yōu)先算法SPF是Dijkstra發(fā)明的。SPF算法將每一個路由器作為根（ROOT）[根路由器是

19、如何確定的?詳見2.6.1 OSPF路由器分類中指定路由器DR的定義]來計算其到每一個目的地路由器的距離，每一個路由器根據一個統(tǒng)一的數(shù)據庫會計算出路由域的拓撲結構圖，該結構圖類似于一棵樹，在SPF算法中，被稱為最短路徑樹。在OSPF路由協(xié)議中，最短路徑樹的樹干長度，即OSPF路由器至每一個目的地路由器的距離，稱為OSPF的Cost，其算法為：</p><p>　　Cost = 100×106/鏈路帶寬

20、</p><p>　　在這里，鏈路帶寬以bps來表示。也就是說，OSPF的Cost 與鏈路的帶寬成反比，帶寬越高，Cost越小，表示OSPF到目的地的距離越近。舉例來說，F(xiàn)DDI或快速以太網的Cost為1，2M串行鏈路的Cost為48，10M以太網的Cost為10等。</p><p>　　2.3.2 鏈路狀態(tài)算法</p><p>　　作為一種典型的鏈路狀態(tài)的路由協(xié)

21、議，OSPF還得遵循鏈路狀態(tài)路由協(xié)議的統(tǒng)一算法。鏈路狀態(tài)的算法非常簡單，在這里將鏈路狀態(tài)算法概括為以下四個步驟：</p><p>　　當路由器初始化或當網絡結構發(fā)生變化（例如增減路由器，鏈路狀態(tài)發(fā)生變化等）時，路由器會產生鏈路狀態(tài)廣播數(shù)據包LSA（Link-State Advertisement），該數(shù)據包里包含路由器上所有相連鏈路，也即為所有端口的狀態(tài)信息。</p><p>　　所有路由

22、器會通過一種被稱為刷新（Flooding）的方法來交換鏈路狀態(tài)數(shù)據。Flooding是指路由器將其LSA數(shù)據包傳送給所有與其相鄰的OSPF路由器，相鄰路由器根據其接收到的鏈路狀態(tài)信息更新自己的數(shù)據庫，并將該鏈路狀態(tài)信息轉送給與其相鄰的路由器，直至穩(wěn)定的一個過程。</p><p>　　當網絡重新穩(wěn)定下來，也可以說OSPF路由協(xié)議收斂下來時，所有的路由器會根據其各自的鏈路狀態(tài)信息數(shù)據庫計算出各自的路由表。該路由表中包

23、含路由器到每一個可到達目的地的Cost以及到達該目的地所要轉發(fā)的下一個路由器（next-hop）。</p><p>　　第4個步驟實際上是指OSPF路由協(xié)議的一個特性。當網絡狀態(tài)比較穩(wěn)定時，網絡中傳遞的鏈路狀態(tài)信息是比較少的，或者可以說，當網絡穩(wěn)定時，網絡中是比較安靜的。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（距離矢量路由協(xié)議的路由表定期更新，一般每30秒更新一次，因此產生的網絡流量較大）的一大特點。&l

24、t;/p><p>　　2.4 OSPF路由協(xié)議的基本特征</p><p>　　前文已經說明了OSPF路由協(xié)議是一種鏈路狀態(tài)的路由協(xié)議，為了更好地說明OSPF路由協(xié)議的基本特征，我們將OSPF路由協(xié)議與距離矢量路由協(xié)議之一的RIP（Routing Information Protocol）作一一比較，歸納為如下幾點：</p><p>　　1、 RIP路由協(xié)議中用于表示目

25、的網絡遠近的唯一參數(shù)為跳（HOP），也即到達目的網絡所要經過的路由器個數(shù)。在RIP路由協(xié)議中，該參數(shù)被限制為最大15，也就是說RIP路由信息最多能傳遞至第16個路由器；對于OSPF路由協(xié)議，路由表中表示目的網絡的參數(shù)為Cost，該參數(shù)為一虛擬值，與網絡中鏈路的帶寬等相關，也就是說OSPF路由信息不受物理跳數(shù)的限制。</p><p>　　2、OSPF路由協(xié)議支持TOS（Type of Service）路由，允許網絡

26、管理人員為同一目的地址指定多個不同服務類型的路由，當路由一個數(shù)據報時，OSPF根據目的IP地址和該數(shù)據所要求的服務類型進行路由選擇。因此，OSPF比較適合應用于大型網絡中。</p><p>　　3、RIP路由協(xié)議不支持變長子網屏蔽碼（VLSM），這被認為是RIP路由協(xié)議不適用于大型網絡的又一重要原因。采用變長子網屏蔽碼可以在最大限度上節(jié)約IP地址。OSPF路由協(xié)議對VLSM有良好的支持性。</p>

27、<p>　　4、RIP路由協(xié)議路由收斂較慢。RIP路由協(xié)議周期性地將整個路由表作為路由信息廣播至網絡中，該廣播周期為30秒。在一個較為大型的網絡中，RIP協(xié)議會產生很大的廣播信息，占用較多的網絡帶寬資源；并且由于RIP協(xié)議30秒的廣播周期，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，當網絡比較穩(wěn)定時，網絡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

28、網絡中也能夠較快地收斂。</p><p>　　5、在RIP協(xié)議中，網絡是一個平面的概念，并無區(qū)域及邊界等的定義。隨著無間路由CIDR概念的出現(xiàn)，RIP協(xié)議就明顯落伍了。在OSPF路由協(xié)議中，一個網絡，或者說是一個路由域可以劃分為很多個區(qū)域area，每一個區(qū)域通過OSPF邊界路由器相連，區(qū)域間可以通過路由總結（Summary）來減少路由信息，減小路由表，提高路由器的運算速度。一個典型的OSPF網絡結構可以參見圖1&

29、lt;/p><p>　　圖1 OSPF典型結構</p><p>　　6、OSPF路由協(xié)議支持路由驗證，只有互相通過路由驗證的路由器之間才能交換路由信息。并且OSPF可以對不同的區(qū)域定義不同的驗證方式，提高網絡的安全性。</p><p>　　7、OSPF路由協(xié)議對負載分擔的支持性能較好。OSPF路由協(xié)議支持多條Cost相同的鏈路上的負載分擔，目前一些廠家的路由器支持6條

30、鏈路的負載分擔。</p><p>　　2.5 區(qū)域及域間路由</p><p>　　前文已經提到過，在OSPF路由協(xié)議的定義中，可以將一個路由域或者一個自治系統(tǒng)AS劃分為幾個區(qū)域。在OSPF中，由按照一定的OSPF路由法則組合在一起的一組網絡或路由器的集合稱為區(qū)域（AREA）。</p><p>　　在OSPF路由協(xié)議中，每一個區(qū)域中的路由器都按照該區(qū)域中定義的鏈路狀

31、態(tài)算法來計算網絡拓撲結構，這意味著每一個區(qū)域都有著該區(qū)域獨立的網絡拓撲數(shù)據庫及網絡拓撲圖。對于每一個區(qū)域，其網絡拓撲結構在區(qū)域外是不可見的，同樣，在每一個區(qū)域中的路由器對其域外的其余網絡結構也不了解。這意味著OSPF路由域中的網絡鏈路狀態(tài)數(shù)據廣播被區(qū)域的邊界擋住了，這樣做有利于減少網絡中鏈路狀態(tài)數(shù)據包在全網范圍內的廣播，也是OSPF將其路由域或一個AS劃分成很多個區(qū)域的重要原因。</p><p>　　隨著區(qū)域概念

32、的引入，意味著不再是在同一個AS內的所有路由器都有一個相同的鏈路狀態(tài)數(shù)據庫，而是路由器具有與其相連的每一個區(qū)域的鏈路狀態(tài)信息，即該區(qū)域的結構數(shù)據庫，當一個路由器與多個區(qū)域相連時，我們稱之為區(qū)域邊界路由器。一個區(qū)域邊界路由器有自身相連的所有區(qū)域的網絡結構數(shù)據。在同一個區(qū)域中的兩個路由器有著對該區(qū)域相同的結構數(shù)據庫。</p><p>　　我們可以根據IP數(shù)據包的目的地地址及源地址將OSPF路由域中的路由分成兩類，當目

33、的地與源地址處于同一個區(qū)域中時，稱為區(qū)域內路由，當目的地與源地址處于不同的區(qū)域甚至處于不同的AS時，我們稱之為域間路由。</p><p>　　OSPF的骨干區(qū)域及虛擬鏈路（Virtual-link）</p><p>　　在OSPF路由協(xié)議中存在一個骨干區(qū)域（Backbone），該區(qū)域包括屬于這個區(qū)域的網絡及相應的路由器，骨干區(qū)域必須是連續(xù)的，同時也要求其余區(qū)域必須與骨干區(qū)域直接相連。骨干區(qū)

34、域一般為區(qū)域0，其主要工作是在其余區(qū)域間傳遞路由信息。所有的區(qū)域，包括骨干區(qū)域之間的網絡結構情況是互不可見的，當一個區(qū)域的路由信息對外廣播時，其路由信息是先傳遞至區(qū)域0(骨干區(qū)域)，再由區(qū)域0將該路由信息向其余區(qū)域作廣播。骨干區(qū)域與其余區(qū)域的關系可以以圖2來說明。</p><p>　　圖2 骨干區(qū)域及域間路由</p><p>　　在實際網絡中，可能會存在backbone不連續(xù)的或者某一個

35、區(qū)域與骨干區(qū)域物理不相連的情況，在這兩種情況下，系統(tǒng)管理員可以通過設置虛擬鏈路的方法來解決。</p><p>　　虛擬鏈路是設置在兩個路由器之間，這兩個路由器都有一個端口與同一個非骨干區(qū)域相連。虛擬鏈路被認為是屬于骨干區(qū)域的，在OSPF路由協(xié)議看來，虛擬鏈路兩端的兩個路由器被一個點對點的鏈路連在一起。在OSPF路由協(xié)議中，通過虛擬鏈路的路由信息是作為域內路由來看待的。下面我們分兩種情況來說明虛擬鏈路在OSPF路由

36、協(xié)議中的作用。</p><p>　　1、當一個區(qū)域與area0沒有物理鏈路相連時</p><p>　　前文已經提到，一個骨干區(qū)域Area 0必須位于所有區(qū)域的中心，其余所有區(qū)域必須與骨干區(qū)域直接相連。但是，也存在一個區(qū)域無法與骨干區(qū)域建立物理鏈路的可能性，在這種情況下，我們可以采用虛擬鏈路。虛擬鏈路使該區(qū)域與骨干區(qū)域間建立一個邏輯聯(lián)接點，該虛擬鏈路必須建立在兩個區(qū)域邊界路由器之間，并且其中

37、一個區(qū)域邊界路由器必須屬于骨干區(qū)域。這種虛擬鏈路可以以圖3來說明。</p><p>　　圖3 虛擬鏈路（1）</p><p>　　在上圖所示的例子中，區(qū)域1與區(qū)域0并無物理相連鏈路，我們可以在路由器A及路由器B之間建立虛擬鏈路，這樣，將區(qū)域2作為一個穿透網絡（Transit-network），路由器B作為接入點，區(qū)域1就與區(qū)域0建立了邏輯聯(lián)接。[穿透網絡可以是一個路由器，也可以是一個復雜

38、的網絡]</p><p>　　2、當骨干區(qū)域不連續(xù)時</p><p>　　OSPF路由協(xié)議要求骨干區(qū)域area0必須是連續(xù)的，但是，骨干區(qū)域也會出現(xiàn)不連續(xù)的情況，例如，當我們想把兩個OSPF路由域混合到一起，并且想要使用一個骨干區(qū)域時，或者當某些路由器出現(xiàn)故障引起骨干區(qū)域不連續(xù)的情況，在這些情況下，我們可以采用虛擬鏈路將兩個不連續(xù)的區(qū)域0連接到一起。這時，虛擬鏈路的兩端必須是兩個區(qū)域0的邊

39、界路由器，并且這兩個路由器必須都有處于同一個區(qū)域的端口，以下圖為例：圖4 虛擬鏈路（2）</p><p>　　圖4 虛擬鏈路（2）</p><p>　　在上圖的例子中，穿過區(qū)域1的虛擬鏈路將兩個分為兩半的骨干區(qū)域連接到一起，路由器A與B之間的路由信息作為OSPF域內路由來處理。</p><p>　　另外，當一個非骨干區(qū)域的區(qū)域分裂成兩半時，不能采用虛擬鏈路的方法

40、來解決。當出現(xiàn)這種情況時，分裂出的其中一個區(qū)域將被其余的區(qū)域作為域間路由來處理。</p><p>　　3、殘域（Stub area）</p><p>　　在OSPF路由協(xié)議的鏈路狀態(tài)數(shù)據庫中，可以包括AS外部鏈路狀態(tài)信息，這些信息會通過flooding傳遞到AS內的所有OSPF路由器上。但是，在OSPF路由協(xié)議中存在這樣一種區(qū)域，我們把它稱為殘域（stub area），AS外部信息不允許廣

41、播進/出這個區(qū)域。對于殘域來說，訪問AS外部的數(shù)據只能根據默認路由（default-route）來尋址。這樣做有利于減小殘域內部路由器上的鏈路狀態(tài)數(shù)據庫的大小及存儲器的使用，提高路由器計算路由表的速度。</p><p>　　當一個OSPF的區(qū)域只存在一個區(qū)域出口點時，我們可以將該區(qū)域配置成一個殘域，在這時，該區(qū)域的邊界路由器會對域內廣播默認路由信息。需要注意的是，一個殘域中的所有路由器都必須知道自身屬于該殘域，否

42、則殘域的設置沒有作用。另外，針對殘域還有兩點需要注意：一是殘域中不允許存在虛擬鏈路；二是殘域中不允許存在AS邊界路由器。</p><p>　　2.6 OSPF協(xié)議路由器及鏈路狀態(tài)數(shù)據包分類</p><p>　　2.6.1 OSPF路由器分類</p><p>　　當一個AS劃分成幾個OSPF區(qū)域時，根據一個路由器在相應的區(qū)域之內的作用，可以將OSPF路由器作如下分

43、類：</p><p>　　內部路由器：當一個OSPF路由器上所有直聯(lián)的鏈路都處于同一個區(qū)域時，我們稱這種路由器為內部路由器。內部路由器上僅僅運行其所屬區(qū)域的OSPF運算法則。</p><p>　　區(qū)域邊界路由器：當一個路由器與多個區(qū)域相連時，我們稱之為區(qū)域邊界路由器。區(qū)域邊界路由器運行與其相連的所有區(qū)域定義的OSPF運算法則，具有相連的每一個區(qū)域的網絡結構數(shù)據，并且了解如何將該區(qū)域的鏈路狀

44、態(tài)信息廣播至骨干區(qū)域，再由骨干區(qū)域轉發(fā)至其余區(qū)域。</p><p>　　AS邊界路由器：AS邊界路由器是與AS外部的路由器互相交換路由信息的OSPF路由器，該路由器在AS內部廣播其所得到的AS外部路由信息；這樣AS內部的所有路由器都知道到AS邊界路由器的路由信息。AS邊界路由器的定義是與前面幾種路由器的定義相獨立的，一個AS邊界路由器可以是一個區(qū)域內部路由器或是一個區(qū)域邊界路由器。</p><

45、p>　　指定路由器—DR：在一個廣播性的、多接入的網絡（例如Ethernet、TokenRing及FDDI環(huán)境）中，存在一個指定路由器（Designated Router），指定路由器主要在OSPF協(xié)議中完成如下工作：</p><p>　　（1）指定路由器產生用于描述所處的網段的鏈路數(shù)據包—network link，該數(shù)據包里包含在該網段上所有的路由器，包括指定路由器本身的狀態(tài)信息。</p>

46、<p>　?。?）指定路由器與所有與其處于同一網段上的OSPF路由器建立相鄰關系。由于OSPF路由器之間通過建立相鄰關系及以后的flooding來進行鏈路狀態(tài)數(shù)據庫是同步的，因此，我們可以說指定路由器處于一個網段的中心地位。</p><p>　　需要說明的是，指定路由器DR的定義與前面所定義的幾種路由器是不同的。DR的選擇是通過OSPF的Hello數(shù)據包來完成的，在OSPF路由協(xié)議初始化的過程中，會通過

47、Hello數(shù)據包在一個廣播性網段上選出一個ID最大的路由器作為指定路由器DR，并且選出ID次大的路由器作為備份指定路由器BDR，BDR在DR發(fā)生故障后能自動替代DR的所有工作。當一個網段上的DR和BDR選擇產生后，該網段上的其余所有路由器都只與DR及BDR建立相鄰關系。在這里，一個路由器的ID是指向該路由器的標識，一般是指該路由器的環(huán)回端口或是該路由器上的最小的IP地址。DR和BDR在一個廣播性網絡中的作用可用下圖來說明。</p&

48、gt;<p>　　圖5 DR及BDR選擇</p><p>　　2.6.2 OSPF鏈路狀態(tài)廣播數(shù)據包種類</p><p>　　隨著OSPF路由器種類概念的引入，OSPF路由協(xié)議又對其鏈路狀態(tài)廣播數(shù)據包（LSA）作出了分類。OSPF將鏈路狀態(tài)廣播數(shù)據包共分成5類，分別為：</p><p>　　類型1：又被稱為路由器鏈路信息數(shù)據包（Router Lin

49、k），所有的OSPF路由器都會產生這種數(shù)據包，用于描述路由器上聯(lián)接到某一個區(qū)域的鏈路或是某一端口的狀態(tài)信息。路由器鏈路信息數(shù)據包只會在某一個特定的區(qū)域內廣播，而不會廣播至其它的區(qū)域。</p><p>　　在類型1的鏈路數(shù)據包中，OSPF路由器通過對數(shù)據包中某些特定數(shù)據位的設定，告訴其余的路由器自身是一個區(qū)域邊界路由器或是一個AS邊界路由器。并且，類型1的鏈路狀態(tài)數(shù)據包在描述其所聯(lián)接的鏈路時，會根據各鏈路所聯(lián)接的網

50、絡類型對各鏈路打上鏈路標識，Link ID。表一列出了常見的鏈路類型及鏈路標識。</p><p>　　表格2： 鏈路類型及鏈路標識</p><p>　　類型2：又被稱為網絡鏈路信息數(shù)據包（Network Link）。網絡鏈路信息數(shù)據包是由指定路由器產生的，在一個廣播性的、多點接入的網絡，例如以太網、令牌環(huán)網及FDDI網絡環(huán)境中，這種鏈路狀態(tài)數(shù)據包用來描述該網段上所聯(lián)接的所有路由器的狀態(tài)信息

51、。</p><p>　　指定路由器DR只有在與至少一個路由器建立相鄰關系后才會產生網絡鏈路信息數(shù)據包，在該數(shù)據包中含有對所有已經與DR建立相鄰關系的路由器的描述，包括DR路由器本身。類型2的鏈路信息只會在包含DR所處的廣播性網絡的區(qū)域中廣播，不會廣播至其余的OSPF路由區(qū)域。</p><p>　　類型3和類型4：類型3和類型4的鏈路狀態(tài)廣播在OSPF路由協(xié)議中又稱為總結鏈路信息數(shù)據包（Su

52、mmary Link），該鏈路狀態(tài)廣播是由區(qū)域邊界路由器或AS邊界路由器產生的。Summary Link描述的是到某一個區(qū)域外部的路由信息，這一個目的地地址必須是同一個AS中。Summary Link也只會在某一個特定的區(qū)域內廣播。類型3與類型4兩種總結性鏈路信息的區(qū)別在于，類型3是由區(qū)域邊界路由器產生的，用于描述到同一個AS中不同區(qū)域之間的鏈路狀態(tài)；而類型4是由AS邊界路由器產生的，用于描述不同AS的鏈路狀態(tài)信息</p>

53、<p><b>　　。</b></p><p>　　值得一提的是，只有類型3的Summary Link才能廣播進一個殘域，因為在一個殘域中不允許存在AS邊界路由器。殘域的區(qū)域邊界路由器產生一條默認的Summary Link對域內廣播，從而在其余路由器上產生一條默認路由信息。采用Summary Link可以減小殘域中路由器的鏈路狀態(tài)數(shù)據庫的大小，進而減少對路由器資源的利用，提高路由

54、器的運算速度。</p><p>　　類型5：類型5的鏈路狀態(tài)廣播稱為AS外部鏈路狀態(tài)信息數(shù)據包。類型5的鏈路數(shù)據包是由AS邊界路由器產生的，用于描述到AS外的目的地的路由信息，該數(shù)據包會在AS中除殘域以外的所有區(qū)域中廣播。一般來說，這種鏈路狀態(tài)信息描述的是到AS外部某一特定網絡的路由信息，在這種情況下，類型5的鏈路狀態(tài)數(shù)據包的鏈路標識采用的是目的地網絡的IP地址；在某些情況下，AS邊界路由器可以對AS內部廣播默認

55、路由信息，在這時，類型5的鏈路廣播數(shù)據包的鏈路標識采用的是默認網絡號碼0.0.0.0。</p><p>　　2.7 OSPF路由協(xié)議驗證</p><p>　　在OSPF路由協(xié)議中，所有的路由信息交換都必須經過驗證。在前文所描述的OSPF協(xié)議數(shù)據包結構中，包含有一個驗證域及一個64位長度的驗證數(shù)據域，用于特定的驗證方式的計算。</p><p>　　OSPF數(shù)據交換的

56、驗證是基于每一個區(qū)域來定義的，也就是說，當在某一個區(qū)域的一個路由器上定義了一種驗證方式時，必須在該區(qū)域的所有路由器上定義相同的協(xié)議驗證方式。另外一些與驗證相關的參數(shù)也可以基于每一個端口來定義，例如當采用單一口令驗證時，我們可以對某一區(qū)域內部的每一個網絡設置不同的口令字。</p><p>　　在OSPF路由協(xié)議的定義中，初始定義了兩種協(xié)議驗證方式，方式0及方式1，分別介紹如下：</p><p&g

57、t;　　驗證方式0：采用驗證方式0表示OSPF對所交換的路由信息不驗證。在OSPF的數(shù)據包頭內64位的驗證數(shù)據位可以包含任何數(shù)據，OSPF接收到路由數(shù)據后對數(shù)據包頭內的驗證數(shù)據位不作任何處理。</p><p>　　驗證方式1：驗證方式1為簡單口令字驗證。這種驗證方式是基于一個區(qū)域內的每一個網絡來定義的，每一個發(fā)送至該網絡的數(shù)據包的包頭內都必須具有相同的64位長度的驗證數(shù)據位，也就是說驗證方式1的口令字長度為64b

58、its，或者為8個字符。</p><p>　　2.8 OSPF協(xié)議工作過程</p><p>　　OSPF路由協(xié)議針對每一個區(qū)域分別運行一套獨立的計算法則，對于ABR來說，由于一個區(qū)域邊界路由器同時與幾個區(qū)域相聯(lián)，因此一個區(qū)域邊界路由器上會同時運行幾套OSPF計算方法，每一個方法針對一個OSPF區(qū)域。下面對OSPF協(xié)議運算的全過程作一概括性的描述。</p><p>

59、　　2.8.1 區(qū)域內部路由</p><p>　　當一個OSPF路由器初始化時，首先初始化路由器自身的協(xié)議數(shù)據庫，然后等待低層次協(xié)議（數(shù)據鏈路層）提示端口是否處于工作狀態(tài)。</p><p>　　如果低層協(xié)議得知一個端口處于工作狀態(tài)時，OSPF會通過其Hello協(xié)議數(shù)據包與其余的OSPF路由器建立交互關系。一個OSPF路由器向其相鄰路由器發(fā)送Hello數(shù)據包，如果接收到某一路由器返回的He

60、llo數(shù)據包，則在這兩個OSPF路由器之間建立起OSPF交互關系，這個過程在OSPF中被稱為adjacency。在廣播性網絡或是在點對點的網絡環(huán)境中，OSPF協(xié)議通過Hello數(shù)據包自動地發(fā)現(xiàn)其相鄰路由器，在這時，OSPF路由器將Hello數(shù)據包發(fā)送至一特殊的多點廣播地址，該多點廣播地址為ALLSPFRouters。在一些非廣播性的網絡環(huán)境中，我們需要經過某些設置來發(fā)現(xiàn)OSPF相鄰路由器。在多接入的環(huán)境中，例如以太網的環(huán)境，Hello協(xié)

61、議數(shù)據包還可以用于選擇該網絡中的指定路由器DR。</p><p>　　一個OSPF路由器會與其新發(fā)現(xiàn)的相鄰路由器建立OSPF的adjacency，并且在一對OSPF路由器之間作鏈路狀態(tài)數(shù)據庫的同步。在多接入的網絡環(huán)增中，非DR的OSPF路由器只會與指定路由器DR建立adjacency，并且作數(shù)據庫的同步。OSPF協(xié)議數(shù)據包的接收及發(fā)送正是在一對OSPF的adjacency間進行的。</p><

62、p>　　OSPF路由器周期性地產生與其相聯(lián)的所有鏈路的狀態(tài)信息，有時這些信息也被稱為鏈路狀態(tài)廣播LSA（Link State Advertisement）。當路由器相聯(lián)接的鏈路狀態(tài)發(fā)生改變時，路由器也會產生鏈路狀態(tài)廣播信息，所有這些廣播數(shù)據是通過Flood的方式在某一個OSPF區(qū)域內進行的。Flooding算法是一個非?？煽康挠嬎氵^程，它保證在同一個OSPF區(qū)域內的所有路由器都具有一個相同的OSPF數(shù)據庫。根據這個數(shù)據庫，OSPF

63、路由器會將自身作為根，計算出一個最短路徑樹，然后，該路由器會根據最短路徑樹產生自己的OSPF路由表。</p><p>　　2.8.2 建立OSPF交互關系adjacency</p><p>　　OSPF路由協(xié)議通過建立交互關系來交換路由信息，但是并不是所有相鄰的路由器會建立OSPF交互關系。下面將OSPF建立adjacency的過程簡要介紹一下。</p><p>

64、　　OSPF協(xié)議是通過Hello協(xié)議數(shù)據包來建立及維護相鄰關系的，同時也用其來保證相鄰路由器之間的雙向通信。OSPF路由器會周期性地發(fā)送Hello數(shù)據包，當這個路由器看到自身被列于其它路由器的Hello數(shù)據包里時，這兩個路由器之間會建立起雙向通信。在多接入的環(huán)境中，Hello數(shù)據包還用于發(fā)現(xiàn)指定路由器DR，通過DR來控制與哪些路由器建立交互關系。</p><p>　　兩個OSPF路由器建立雙向通信這后的第二個步驟

65、是進行數(shù)據庫的同步，數(shù)據庫同步是所有鏈路狀態(tài)路由協(xié)議的最大的共性。在OSPF路由協(xié)議中，數(shù)據庫同步關系僅僅在建立交互關系的路由器之間保持。</p><p>　　OSPF的數(shù)據庫同步是通過OSPF數(shù)據庫描述數(shù)據包（Database Description Packets）來進行的。OSPF路由器周期性地產生數(shù)據庫描述數(shù)據包，該數(shù)據包是有序的，即附帶有序列號，并將這些數(shù)據包對相鄰路由器廣播。相鄰路由器可以根據數(shù)據庫描

66、述數(shù)據包的序列號與自身數(shù)據庫的數(shù)據作比較，若發(fā)現(xiàn)接收到的數(shù)據比數(shù)據庫內的數(shù)據序列號大，則相鄰路由器會針對序列號較大的數(shù)據發(fā)出請求，并用請求得到的數(shù)據來更新其鏈路狀態(tài)數(shù)據庫。</p><p>　　我們可以將OSPF相鄰路由器從發(fā)送Hello數(shù)據包，建立數(shù)據庫同步至建立完全的OSPF交互關系的過程分成幾個不同的狀態(tài)，分別為：</p><p>　　w Down：這是OSPF建立交互關系的初始化狀

67、態(tài)，表示在一定時間之內沒有接收到從某一相鄰路由器發(fā)送來的信息。在非廣播性的網絡環(huán)境內，OSPF路由器還可能對處于Down狀態(tài)的路由器發(fā)送Hello數(shù)據包。</p><p>　　w Attempt：該狀態(tài)僅在NBMA環(huán)境，例如幀中繼、X.25或ATM環(huán)境中有效，表示在一定時間內沒有接收到某一相鄰路由器的信息，但是OSPF路由器仍必須通過以一個較低的頻率向該相鄰路由器發(fā)送Hello數(shù)據包來保持聯(lián)系。</p>

68、;<p>　　w Init：在該狀態(tài)時，OSPF路由器已經接收到相鄰路由器發(fā)送來的Hello數(shù)據包，但自身的IP地址并沒有出現(xiàn)在該Hello數(shù)據包內，也就是說，雙方的雙向通信還沒有建立起來。</p><p>　　w 2-Way：這個狀態(tài)可以說是建立交互方式真正的開始步驟。在這個狀態(tài)，路由器看到自身已經處于相鄰路由器的Hello數(shù)據包內，雙向通信已經建立。指定路由器及備份指定路由器的選擇正是在這個狀態(tài)

69、完成的。在這個狀態(tài)，OSPF路由器還可以根據其中的一個路由器是否指定路由器或是根據鏈路是否點對點或虛擬鏈路來決定是否建立交互關系。</p><p>　　w Exstart：這個狀態(tài)是建立交互狀態(tài)的第一個步驟。在這個狀態(tài)，路由器要決定用于數(shù)據交換的初始的數(shù)據庫描述數(shù)據包的序列號，以保證路由器得到的永遠是最新的鏈路狀態(tài)信息。同時，在這個狀態(tài)路由器還必須決定路由器之間的主備關系，處于主控地位的路由器會向處于備份地位的路

70、由器請求鏈路狀態(tài)信息。</p><p>　　w Exchange：在這個狀態(tài)，路由器向相鄰的OSPF路由器發(fā)送數(shù)據庫描述數(shù)據包來交換鏈路狀態(tài)信息，每一個數(shù)據包都有一個數(shù)據包序列號。在這個狀態(tài)，路由器還有可能向相鄰路由器發(fā)送鏈路狀態(tài)請求數(shù)據包來請求其相應數(shù)據。從這個狀態(tài)開始，我們說OSPF處于Flood狀態(tài)。</p><p>　　w Loading：在loading狀態(tài)，OSPF路由器會就其

71、發(fā)現(xiàn)的相鄰路由器的新的鏈路狀態(tài)數(shù)據及自身的已經過期的數(shù)據向相鄰路由器提出請求，并等待相鄰路由器的回答。</p><p>　　w Full：這是兩個OSPF路由器建立交互關系的最后一個狀態(tài)，在這時，建立起交互關系的路由器之間已經完成了數(shù)據庫同步的工作，它們的鏈路狀態(tài)數(shù)據庫已經一致。</p><p>　　2.8.3 域間路由</p><p>　　前面一節(jié)描述了OSPF

72、路由協(xié)議的單個區(qū)域中的計算過程。在單個OSPF區(qū)域中，OSPF路由協(xié)議不會產生更多的路由信息。為了與其余區(qū)域中的OSPF路由器通訊，該區(qū)域的邊界路由器會產生一些其它的信息對域內廣播，這些附加信息描繪了在同一個AS中的其它區(qū)域的路由信息。具體路由信息交換過程如下：</p><p>　　在OSPF的定義中，所有的區(qū)域都必須與區(qū)域0相聯(lián)，因此每一個區(qū)域都必須有一個區(qū)域邊界路由器與區(qū)域0相聯(lián)，這一個區(qū)域邊界路由器會將其相

73、聯(lián)接的區(qū)域內部結構數(shù)據通過Summary Link廣播至區(qū)域0，也就是廣播至所有其它區(qū)域的邊界路由器。在這時，與區(qū)域0相聯(lián)的邊界路由器上有區(qū)域0及其它所有區(qū)域的鏈路狀態(tài)信息，通過這些信息，這些邊界路由器能夠計算出至相應目的地的路由，并將這些路由信息廣播至與其相聯(lián)接的區(qū)域，以便讓該區(qū)域內部的路由器找到與區(qū)域外部通信的最佳路由。</p><p>　　2.8.4 AS外部路由</p><p>

74、　　一個自治域AS的邊界路由器會將AS外部路由信息廣播至整個AS中除了殘域的所有區(qū)域。為了使這些AS外部路由信息生效，AS內部的所有的路由器（除殘域內的路由器）都必須知道AS邊界路由器的位置，該路由信息是由非殘域的區(qū)域邊界路由器對域內廣播的，其鏈路廣播數(shù)據包的類型為類型4。</p><p>　　OSPF協(xié)議配置及改進設想</p><p>　　3.1 OSPF協(xié)議配置實例</p>

75、;<p>　　由于硬件條件所限，本實例采用Cisco公司的軟件Cisco Packet Tracer 5.3對實驗環(huán)境進行模擬，并在模擬環(huán)境的基礎上進行OSPF路由協(xié)議的配置，使實驗網絡實現(xiàn)互通，最終完成本次實驗，從而更深層、具體掌握OSPF動態(tài)路由的配置技術。</p><p>　　實驗目的：熟練掌握OSPF動態(tài)路由技術的使用</p><p>　　實驗器材：Cisco 281

76、1 路由器 三臺、實驗主機四臺</p><p><b>　　實驗拓撲圖如圖6：</b></p><p>　　圖6 OSPF動態(tài)路由配置實驗配圖</p><p>　　實驗步驟：一、將實驗器材全部架設好后用，用DTE-DCE串口線將三臺2811路由器互連，用交叉線將主機與路由器互連</p><p>　　二、給所有路由器和實

77、驗主機配置IP地址、子網掩碼和網關地址，并啟用端口</p><p>　　三、分別給每臺路由器配置好到目的網絡的OSPF動態(tài)路由</p><p>　　四、分別在主機和路由器使用ping命令測試網絡是否互通</p><p>　　實驗過程：三臺路由器的配置命令如下：</p><p>　　路由器A的配置命令如下：</p><p&g

78、t;<b>　　Router>en</b></p><p>　　Router#conf t</p><p>　　Router(config)#int fa0/0</p><p>　　Router(config-if)#ip addr 10.65.1.1 255.255.0.0</p><p>　　Router(co

79、nfig-if)#no shutdown</p><p>　　Router(config-if)#int fa0/1</p><p>　　Router(config-if)#ip addr 10.66.1.1 255.255.0.0</p><p>　　Router(config-if)#no shutdown</p><p>　　Route

80、r(config-if)#int s1/0</p><p>　　Router(config-if)#clock rate 9600</p><p>　　Router(config-if)#ip addr 10.68.1.2 255.255.0.0</p><p>　　Router(config-if)#no shutdown</p><p>

81、　　Router(config-if)#exit</p><p>　　Router(config)#route ospf 1</p><p>　　Router(config-route)#network 10.65.0.0 0.0.255.255 area 0</p><p>　　Router(config-route)#network 10.66.0.0 0.0.

82、255.255 area 0</p><p>　　Router(config-route)#network 10.68.0.0 0.0.255.255 area 0</p><p>　　Router(config-route)#end</p><p>　　Router#write</p><p>　　路由器B的配置命令如下：</p>

83、;<p><b>　　Router>en</b></p><p>　　Router#conf t</p><p>　　Router(config)#int s1/0</p><p>　　Router(config-if)#clock rate 9600</p><p>　　Router(config-

84、if)#ip addr 10.68.1.1 255.255.0.0</p><p>　　Router(config-if)#no shutdown</p><p>　　Router(config-if)#int s1/1</p><p>　　Router(config-if)#clock rate 9600</p><p>　　Router(

85、config-if)#ip addr 10.78.1.1 255.255.0.0</p><p>　　Router(config-if)#no shutdown</p><p>　　Router(config-if)#exit</p><p>　　Router(config)#route ospf 1</p><p>　　Router(con

86、fig-route)#network 10.68.0.0 0.0.255.255 area 0</p><p>　　Router(config-route)#network 10.78.0.0 0.0.255.255 area 0</p><p>　　Router(config-route)#end</p><p>　　Router#write</p>

87、<p>　　路由器C的配置命令如下：</p><p><b>　　Router>en</b></p><p>　　Router#conf t</p><p>　　Router(config)#int fa0/0</p><p>　　Router(config-if)#ip addr 10.69.1.1

88、255.255.0.0</p><p>　　Router(config-if)#no shutdown</p><p>　　Router(config-if)#int fa0/1</p><p>　　Router(config-if)#ip addr 10.70.1.1 255.255.0.0</p><p>　　Router(config-

89、if)#no shutdown</p><p>　　Router(config-if)#int s1/0</p><p>　　Router(config-if)#clock rate 9600</p><p>　　Router(config-if)#ip addr 10.78.1.2 255.255.0.0</p><p>　　Router(

90、config-if)#no shutdown</p><p>　　Router(config-if)#exit</p><p>　　Router(config)#route ospf 1</p><p>　　Router(config-route)#network 10.69.0.0 0.0.255.255 area 0</p><p>　　

91、Router(config-route)#network 10.70.0.0 0.0.255.255 area 0</p><p>　　Router(config-route)#network 10.78.0.0 0.0.255.255 area 0</p><p>　　Router(config-route)#end</p><p>　　Router#write&

92、lt;/p><p>　　通過network命令使路由器生成所處網段的網絡拓撲結構信息數(shù)據庫，并向其他路由器廣播數(shù)據庫描述報文交換路由狀態(tài)信息，生成整個網絡的拓撲結構圖。</p><p>　　3.2 OSPF協(xié)議改進設想</p><p>　　OSPF協(xié)議雖然能根據接口的速率和鏈接的可靠性等Cost因素信息，自動生成接口路由優(yōu)先級，但在通往同一目的的不同優(yōu)先級路由中，OS

93、PF協(xié)議只會先選擇優(yōu)先級高的路由進行轉發(fā)，只能在相同的優(yōu)先級路由中達到負載均衡的目的，而在不同優(yōu)先級的路由中不能實現(xiàn)負載均衡。</p><p>　　假設相同區(qū)域中多個路由器同時需要發(fā)送數(shù)據包到同一目的地，那么這些路由器都將會選擇同一條路由轉發(fā)數(shù)據包，從而導致原本優(yōu)先級最高的路由出現(xiàn)網絡擁塞，而如果OSPF協(xié)議能夠實現(xiàn)不同優(yōu)先級路由之間的負載均衡，那么將可以緩解這個問題。</p><p>&

94、lt;b>　　總結</b></p><p>　　前文介紹了OSPF路由協(xié)議的概念及該協(xié)議的工作原理。OSPF路由協(xié)議定義于RFC1247及RFC1583，該協(xié)議提供了一個不同的網絡通過同一種TCP/IP協(xié)議交換網絡信息的途徑。作為一種鏈路狀態(tài)的路由協(xié)議，OSPF具備許多優(yōu)點：快速收斂，支持變長網絡屏蔽碼，支持CIDR以及地址summary，具有層次化的網絡結構，支持路由信息驗證等。所有這些特點保

95、證了OSPF路由協(xié)議能夠被應用到大型的、復雜的網絡環(huán)境中。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[ 1 ] 吳功宜 計算機網絡第2版 北京：清華大學出版社，2007</p><p>　　[ 2 ] 蘭少華，楊余旺 TCP/IP網絡與協(xié)議 北京：清華大學出版社，2006</p><