OSPF在廣播網(wǎng)絡(luò)中的鄰接關(guān)系-梁立寶

1、OSPF在廣播網(wǎng)絡(luò)中的鄰接關(guān)系OSPF Adjacent in Multi-Access Broadcasting Network梁立寶LIANG LIBAO摘要：OSPF作為應(yīng)用最廣泛的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由選擇協(xié)議，其鄰接關(guān)系的建立是一個非常重要的部分，本文以以太網(wǎng)為例，討論OSPF在廣播型多路訪問網(wǎng)絡(luò)中鄰接關(guān)系的詳細的建立過程。關(guān)鍵詞：開放式最短路徑優(yōu)先；OSPF鄰居；OSPF鄰接中圖分類號：TP393文獻標識碼：AAbstract：OSPF as the most extensive application of the IGPs,that geting OSPF neighbors to be

2、come fully adjacent is very important.This document to Ethernet as an example, OSPF in the discussion of Multi-Access broadcasting network adjacent to the detailed relationship between the establishment of process.Keywords：OSPF(open shortest path first), OSPF neighbor, OSPF adjacency1 引言隨著Internet技術(shù)

3、在全球范圍的飛速發(fā)展，OSPF（Open Shortest Path First）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，目前使用的OSPF協(xié)議是其第二版，定義于RFC1247和RFC1583。OSPF是一種公開化的標準，多廠家的路由器共同支持。在RFC2328 Version 2 中定義了OSPF的鄰接關(guān)系（Adjacency），進行路由信息交換的鄰居路由器之間建立的一種狀態(tài)，并不是所有的鄰居路

4、由器都可以建立鄰接關(guān)系的狀態(tài)。OSPF區(qū)域是由不同類型的網(wǎng)絡(luò)鏈路組成的，因此，在不同的鏈路類型的網(wǎng)絡(luò)中，OSPF采用不同的方式進行鄰接關(guān)系的建立和維護。其宗旨就是減少網(wǎng)絡(luò)中由LSA擴散引起的路由更新數(shù)據(jù)流量。OSPF把網(wǎng)絡(luò)鏈路分為以下幾種類型：（1）點到點鏈路（2）廣播型多路訪問網(wǎng)絡(luò)（3）非廣播多路訪問（NBMA）網(wǎng)絡(luò)（4）點到多點網(wǎng)絡(luò)（5）虛鏈路一般情況下，在點到點、點到多點、虛鏈路類型的網(wǎng)絡(luò)上的鄰居路由器之間總是可以形成鄰接關(guān)系的。而在廣播型網(wǎng)絡(luò)和NBMA網(wǎng)絡(luò)上，將需要選取DR（指定路由器）和BDR（備份指定路由器）路由器，DR和BDR路由器江河所有的鄰接路由器形成鄰接關(guān)系，但是在DRot

5、hers（既不是指定路由器也不是備份指定路由器）路由器之間沒有鄰接關(guān)系存在。本文重點分析研究在廣播型的網(wǎng)絡(luò)上OSPF路由器建立鄰接關(guān)系的過程。2 OSPF協(xié)議中建立鄰接關(guān)系的步驟要成功建立一個鄰接關(guān)系，通常需要下面4個階段：（1）鄰居路由器發(fā)現(xiàn)階段；（2）雙向通信階段當兩臺互為鄰居的路由器在它們的Hello報文中都互相列出了它們對方的路由器ID時，路由器就認為雙向通信完成了；（3）數(shù)據(jù)庫同步階段路由器之間將進行交換數(shù)據(jù)庫描述（Database Description）、鏈路狀態(tài)請求和鏈路狀態(tài)更新報文信息，以便確保在鄰居路由器的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫中包含有相同的數(shù)據(jù)庫信息。執(zhí)行這一步驟的目的是使其中一

6、臺鄰居路由器成為“主路由器”（master），而使另一臺路由器成為“從路由器”（slave）?！爸髀酚善鳌睂⒖刂茢?shù)據(jù)庫描述報文的信息交換；（4）完全鄰接階段。3 廣播網(wǎng)絡(luò)中存在的問題廣播型多路訪問網(wǎng)絡(luò)，像以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)和FDDI，在一個網(wǎng)段內(nèi)存在多個OSPF路由器。對于OSPF協(xié)議來說，就存在兩個問題：（1）在構(gòu)建相關(guān)路由器之間的鄰接關(guān)系時，會創(chuàng)建很多不必要的LSA。假設(shè)在一個多路訪問網(wǎng)絡(luò)上有n臺路由器，那么就會構(gòu)成n(n-1)/2個鄰接關(guān)系。每臺路由器都通告n-1條LSA信息到與之形成鄰接關(guān)系的鄰居路由器，再加上1個網(wǎng)絡(luò)LSA，這樣計算的最終結(jié)果是，這個網(wǎng)絡(luò)上將產(chǎn)生n*n個LSA通告。（2

7、）在廣播型多路訪問網(wǎng)絡(luò)上，網(wǎng)絡(luò)本身的擴散比較混亂。某一臺路由器向與它形成鄰接關(guān)系的所有鄰居發(fā)送LSA，同樣，這些鄰接的鄰居路由器又向與它自己建立鄰接關(guān)系的鄰居的鄰居發(fā)出這個LSA，這樣將會在一個網(wǎng)絡(luò)上創(chuàng)建很多個相同的LSA的副本。因此，為了減少路由更新數(shù)據(jù)流，更好的管理鏈路狀態(tài)同步，減少路由選擇錯誤，在廣播網(wǎng)絡(luò)上選舉一個DR和BDR，用以完成以下工作：l 描述這個多路訪問網(wǎng)絡(luò)和該網(wǎng)絡(luò)上剩下的其他相關(guān)路由器l 管理這個多路訪問網(wǎng)絡(luò)的擴散過程DR是一個路由器上的某一個廣播型多路訪問網(wǎng)絡(luò)的接口的特性，而不是整個路由器的特性。所以，在廣播型多路訪問中，網(wǎng)絡(luò)本身也將DR看作是網(wǎng)絡(luò)上的一個虛擬路由器，網(wǎng)絡(luò)

8、上的每一臺路由器都和這個被描述為虛擬路由器的DR建立鄰接關(guān)系。并且規(guī)定，只有DR才發(fā)送LSA到網(wǎng)絡(luò)中其他的路由器。DR正常運行時，BDR不執(zhí)行任何DR功能；BDR接收所有的信息，但轉(zhuǎn)發(fā)LSA和同步LSDB的任務(wù)由DR完成。僅當DR故障時，BDR自動成為DR，并選舉新的BDR。4 OSPF協(xié)議鄰居狀態(tài)機OSPF路由器需要鄰居路由器在幾種鄰居狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換后，才能形成鄰居之間的完全鄰接關(guān)系。l 失效狀態(tài)（down）鄰居會話的初始狀態(tài)，路由器嘗試發(fā)送Hello分組，向網(wǎng)段中的其他路由器介紹自己，并試圖發(fā)現(xiàn)其他的OSPF路由器。該Hello分組使用組播地址224.0.0.5（所有SPF路由器），其DR、

9、BDR字段都設(shè)置為0.0.0.0。l 初始狀態(tài)（Init）路由器收到了來自于鄰居路由器的Hello報文，但是雙向通信仍然沒有建立起來。路由器將會在Hello報文的鄰居字段中包含這種狀態(tài)下或更高狀態(tài)的所有鄰居路由器的路由器ID。l 雙向通信狀態(tài)（2-way）路由器在鄰居路由器發(fā)送過來的Hello報文的鄰居字段中看到了自己的路由器ID，一個雙向通信的會話已經(jīng)成功建立了。多路訪問網(wǎng)絡(luò)中，鄰居路由器必須在這個狀態(tài)或更高的狀態(tài)時才能有資格被選作該網(wǎng)絡(luò)上的DR或BDR。l 信息交換初始狀態(tài)（ExStrart）路由器和它的鄰居將建立起主/從關(guān)系，并確定數(shù)據(jù)庫描述報文的序列號，為數(shù)據(jù)庫描述報文的信息交換作好準

10、備。接口IP地址大的路由器將成為“主”路由器，用來決定發(fā)起通信的路由器。l 信息交換狀態(tài)（Exchange）路由器將向它的鄰居路由器發(fā)送鏈路狀態(tài)請求和數(shù)據(jù)庫描述報文。l 信息加載狀態(tài)（loading）路由器將會向它的鄰居路由器發(fā)送鏈路狀態(tài)請求報文，用來請求最新的LSA通告。雖然在Exchange狀態(tài)下已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了這些最新的LSA通告，但是本地路由器還沒有收到這些LSA通告。l 完全鄰接狀態(tài)（Full）路由器與鄰居路由器之間將建立起完全鄰接關(guān)系，這種鄰接關(guān)系出現(xiàn)在路由器LSA和網(wǎng)絡(luò)LSA中。圖1 OSPF協(xié)議鄰居狀態(tài)機中，從失效狀態(tài)到達完全鄰接狀態(tài)所經(jīng)過的轉(zhuǎn)換狀態(tài)圖2 OSPF協(xié)議鄰居狀態(tài)機中，從

11、各狀態(tài)到失效狀態(tài)所經(jīng)過的轉(zhuǎn)換狀態(tài)輸入事件描述IE1從鄰居路由器那里收到一個有效的Hello報文IE2根據(jù)低層的協(xié)議，來自于OSPF進程本身的明確指令或者無效計時器的超時等影響使鄰居路由器不再可達IE3本地路由器在鄰居路由器發(fā)送的Hello報文的鄰居字段表中開始看到它自己的路由器ID，或者是從鄰居路由器收到了數(shù)據(jù)庫描述報文IE4鄰居路由器不能建立鄰接關(guān)系IE5這個輸入事件可以由下面兩種情況的任何一個觸發(fā)：1. 鄰居狀態(tài)開始轉(zhuǎn)換到2-way狀態(tài)；2. 接口狀態(tài)發(fā)生變化IE6不能和這個鄰居路由器形成鄰接關(guān)系IE7已經(jīng)成功建立主/從關(guān)系，并且已經(jīng)交換數(shù)據(jù)庫描述序列號IE8完成了數(shù)據(jù)庫描述報文的信息交換

12、IE9鏈路狀態(tài)請求列表非空，存在要請求的條目IE10鏈路狀態(tài)請求列表為空IE11鄰接關(guān)系將被中斷并接著重新開始。這個輸入事件可以由下面幾種情況的任何一個觸發(fā)：1. 接收到一個數(shù)據(jù)庫描述序列號不匹配的數(shù)據(jù)庫描述報文；2. 接收到一個所含可選項字段的設(shè)置和最后一個數(shù)據(jù)庫描述報文的可選項字段設(shè)置不同的數(shù)據(jù)庫描述的報文；3. 接收到一個所含初始狀態(tài)位（Init位）的設(shè)置和最初的報文不同的數(shù)據(jù)庫描述報文4. 接收到一個所含LSA不在本地路由器的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫里的鏈路狀態(tài)請求報文5 OSPF建立鄰接關(guān)系所使用的報文類型在一個鄰接關(guān)系的創(chuàng)建過程中，OSPF協(xié)議使用以下4中報文類型：（1）Hello分組（2）

13、數(shù)據(jù)庫描述報文（3）鏈路狀態(tài)請求報文（4）鏈路狀態(tài)更新報文數(shù)據(jù)庫描述報文僅僅包含始發(fā)路由器的LSDB（鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫）中的每一個LSA（鏈路狀態(tài)通告）的頭部信息，接收路由器用這些信息判定在它自己的數(shù)據(jù)庫中LSA通告是否是最新的。另外，在數(shù)據(jù)庫描述報文里面有3個標記為用來關(guān)系鄰接關(guān)系的建立過程：（1）I位，或稱為初始為（Initial bit），當需要知名所發(fā)送的是第一個數(shù)據(jù)庫描述報文時，該位設(shè)置為1；（2）M位，或稱為后繼位（More bit），當需要知名所發(fā)送的還不是最后一個數(shù)據(jù)庫描述報文時，該位設(shè)置為1；（3）MS位，或稱為主/從位（Master/Slave bit），當數(shù)據(jù)庫描述報文始發(fā)

14、于一個“主”路由器時，該位設(shè)置為1.當兩臺鄰居路由器在ExStart狀態(tài)開始進行主/從關(guān)系協(xié)商時，它們都將通過發(fā)送一個MS位設(shè)置為1的空的數(shù)據(jù)庫描述報文來宣稱自己是“主”路由器。這兩個數(shù)據(jù)庫描述報文的數(shù)據(jù)庫描述序列號是由發(fā)出這兩個報文的路由器根據(jù)當時應(yīng)該順次使用到的序列號來確定的。具有較低的路由器ID的鄰居路由器將成為“從”路由器，并且恢復(fù)一個MS位設(shè)置為0的數(shù)據(jù)庫描述報文這個數(shù)據(jù)庫描述報文的序列號設(shè)置為“主”路由器的序列號。同時，這個數(shù)據(jù)庫描述報文也將是第一個攜帶LSA摘要信息的報文。當主/從關(guān)系協(xié)商完成后，鄰居狀態(tài)也將轉(zhuǎn)換到Exchange狀態(tài)了。在Exchange狀態(tài)，鄰居路由器開始同步

15、它們的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，同步鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫的操作是通過描述它們各自的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫的所有條目來實現(xiàn)的。數(shù)據(jù)庫摘要列表由路由器的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫中所有的LSA通告的頭部組成，而本地路由器將向它的鄰居路由器發(fā)送包含這些LSA頭部列表的數(shù)據(jù)庫描述報文。如果本地路由器發(fā)現(xiàn)它的鄰居路由器有一條LSA通告不在它自己的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)當中，或者鄰居路由器含有比一直LSA通告更新的拷貝，那么本地路由器將把這條LSA放入它的鏈路狀態(tài)請求列表中去。隨后，本地路由器將發(fā)送一個鏈路狀態(tài)請求報文去請求一個關(guān)于剛才討論的這個LSA的完整拷貝。鏈路狀態(tài)更新報文將會傳送這些被請求的LSA的信息。當本地路由器收到關(guān)于這些被請求的LSA

16、之后，它將從自己的鏈路狀態(tài)請求列表中刪除這些LSA的條目。在更新報文中傳送的所有的LSA必須單獨的進行確認。因此，路由器將把這些傳送的LSA放入它的鏈路狀態(tài)重傳列表當中。當這些LSA被確認之后，路由器就從他的鏈路狀態(tài)重傳列表中刪除它們。LSA可以通過下面兩種方法之一來進行確認：l 顯示確認（Explicit Acknowledgment）確認收到包含這個LSA頭部的鏈路狀態(tài)確認報文；l 隱式確認（Implicit Acknowledgment）確認收到包含這個LSA的相同實例（沒有其他更加新的LSA）的更新報文?！爸鳌甭酚善鲗⒖刂茢?shù)據(jù)庫的同步過程，并確保每次只有一個數(shù)據(jù)庫描述報文是未處理的。當

17、“從”路由器收到一個從“主”路由器發(fā)出的數(shù)據(jù)庫描述報文后，“從”路由器將通過發(fā)送一個具有相同序列號的數(shù)據(jù)庫描述報文來確認那么報文。如果“主”路由器在RxmtInterval的時間內(nèi)沒有收到一個關(guān)于未處理的數(shù)據(jù)庫描述報文的確認的話，那么“主”路由器將會發(fā)送該報文的一個新拷貝?！皬摹甭酚善靼l(fā)送數(shù)據(jù)庫描述報文僅僅用來吸納供應(yīng)他從“主”路由器那里收到的數(shù)據(jù)庫描述報文。如果它所受到的數(shù)據(jù)庫描述報文具有一個新的序列號，那么“從”路由器將發(fā)送一個具有相同序列號的數(shù)據(jù)庫描述報文。如果它所收到的數(shù)據(jù)庫描述報文的序列號和在這之前已經(jīng)確認的數(shù)據(jù)庫描述報文相同，那么這個確認報文就是重發(fā)的。當數(shù)據(jù)庫同步過程完成后，將會

18、出現(xiàn)下面兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)換的其中一種：l 如果鏈路狀態(tài)請求列表中仍有一些LSA條目，那么路由器將把鄰居的狀態(tài)轉(zhuǎn)換到加載（Loading）狀態(tài)；l 如果鏈路狀態(tài)請求列表為空，那么路由器將會把鄰居的狀態(tài)轉(zhuǎn)換到完全鄰接（Full）狀態(tài)。如果“主”路由器已經(jīng)發(fā)送過完整的描述它自己的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫所必要的所有數(shù)據(jù)庫描述報文，并且從“從”路由器收到一個M位設(shè)置位0的數(shù)據(jù)庫描述報文，那么這時“主”路由器就認為數(shù)據(jù)庫的同步過程完成了。如果“從”路由器收到一個M位設(shè)置為0的數(shù)據(jù)庫描述報文的話（也就是說，“從”路由器已經(jīng)完全描述了它自己的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫），那么這時“從”路由器就認為數(shù)據(jù)庫的同步過程完成了。由于“從”路由

19、器必須確認每一個收到的數(shù)據(jù)庫描述報文，因此“從”路由器歐洲那個是最先得知同步過程完成了。6 OSPF以太網(wǎng)應(yīng)用實例圖3 以太網(wǎng)網(wǎng)鏈路的OSPD網(wǎng)絡(luò)實例在圖3所示的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，在路由器上使用debug ip ospf adjacencies監(jiān)視一下廣播型多路訪問網(wǎng)絡(luò)中路由器鄰接關(guān)系建立的動態(tài)輸出：RouterA# debug ip ospf adjacencyOSPF adjacency events debugging is onOSPF: Rcv DBD from 192.168.30.70 on Ethernet0 seq 0x20E0 opt 0x2 flag ox7 len 32

20、 state INITOSPF: 2 way Communication to 192.168.30.70 on Ethernet0OSPF: Neighbor change Event on interface Ethernet0OSPF: DR/BDR election Event on interface Ethernet0OSPF: Elect BDR 192.168.30.70OSPF: Elect DR 192.168.30.175 DR: 192.168.30.175 (Id) BDR: 192.168.30.70 (Id)OSPF: Send DBD to 192.168.30

21、.70 on Ethernet0 seq 0xB17 opt 0x2 flag 0x7 len 32OSPF: First DBD and we are not SLAVEOSPF: Rcv DBD from 192.168.30.70 on Ethernet0 seq 0xB17 opt 0x2 flag 0x2 len 92 state EXSTARTOSPF: NBR Negotiation Done. We are the MASTEROSPF: Send DBD to 192.168.30.70 on Ethernet0 seq 0xB18 opt 0x2 flag 0x3 len 72OSPF: Database request to 192.1