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较短路径最优先——OSPF协议工作原理

hqy hqy 发表于2026-01-04 23:52:29 浏览14 评论0

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5分钟搞清楚OSPF链路状态路由协议

路由协议OSPF全称为Open Shortest Path First，也就开放最短路径优先协议。OSPF是由标准化组织IETF（互联网工程任务组）制定的，它的使用不受任何厂商限制，所以是开放的路由协议。最短路径优先是OSPF的核心思想，其使用的算法是Dijkstra算法。

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1.OSPF网络架构

OSPF可适应于大规模网络组网，为了适应大型网络，OSPF在AS类划分多个区域。每个区域内部的OSPF路由器只维护所在区域的完整链路信息。

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Area0是骨干区域，Area1和Area2是子区域；

OSPF的路由器类型可分为：

  1. 区域边界路由器（ABR）：用来连接骨干区域和其他子区域的路由器。

  2. 自治边界路由器（ASBR）：用来连接所在AS与外部自治区域的路由器，可以连接采用非OSPF协议（比如RIP或EIGRP）管理的自治区域。

  3. 内部路由器：保存自己区域的链路状态信息。内部路由器又可分为指定路由器（DR）、非指定路由器（BDR）和其他路由器（DRother）。

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其他路由器与DR以及BDR之间的关系：

其他路由器只与DR形成邻接关系（adjacency），如果DR失效，那么BDR就会顶上去工作。


2.Router ID及DR的选举

在OSPF区域内，用Router ID（RID）作为唯一标识区分每一个路由器。RID可以手工配置，也可以自动生成。如果没有指定RID，将按照如下逻辑自动生成一个RID：

  1. 首先选取所有Loopback接口上数值最大的IP地址作为RID；

  2. 如果没有配置Loopback接口，那么选取所有物理接口中数值最大的IP地址作为RID;

  3. 有了RID以后才能判断DR和BDR。DR和BDR可以手动选择，也可以自动选举。自动选举的逻辑是：

  4. 网段上RID最大的路由器被选为DR；

  5. 网段上RID第二大的路由器被选为BDR。

3.OSPF协议包

OSPF协议共有5种包类型：

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OSPF包类型

  1. Hello：用于建立和维护OSPF邻居关系；
  2. DBD：用于向邻居发送链路状态数据库（LSDB）中LSA的摘要；
  3. LSR：链路状态请求，用于向OSPF邻居请求链路状态信息；
  4. LSU：链路状态更新，收到LSR后发送链路状态通告（LSA），一个LSU可能包含一条或多条LSA；
  5. LSAck：链路状态确认，确认收到LSU，LSU中的每个LSA需要分别确认。

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邻接关系的建立

邻居关系的建立和维持都是靠Hello包完成的，一般Hello包以周期性的规律发送。邻接关系的建立可分为4个阶段：

  1. 邻居发现：发现直连链路上的OSPF路由器，建立双向关系。
  2. 协商主从关系：交换LSA摘要信息。
  3. 数据库同步：请求和发送完整的LSA信息。
  4. 进入完全邻接（full adjacency）阶段。


4.OSPF路由器状态

OSPF路由器在进入完全邻接阶段之前，通常要经历几个状态:

  1. Down: 初始化状态
  2. Init: 收到了Hello包，但是双向通信还没有建立起来
  3. Two-way: 双向会话建立
  4. ExStart: 信息交换初始态，本地路由器和邻居间建立主从关系，向邻居发送数据库描述包（DBD）
  5. Exchange: 信息交换状态，向邻居发送LSR用于请求新的LSA
  6. Loading: 信息加载状态，本地路由器向邻居发送LSR用于请求新的LSA
  7. Full: 完全邻接状态,这种邻接出现在Router LSA和Network LSA中

以OSPF为代表的链路状态路由协议，我们将工作原理总结如下：

  1. 每台路由器通过使用Hello报文与它的邻居之间建立邻接关系；

  2. 每台路由器向每个邻居发送链路状态通告(LSA)，也叫链路状态报文(LSP)。每个邻居在收到LSP之后，还要向它的邻居转发这些LSP(OSPF泛洪)；

  3. 每台路由器要在数据库中保存一份它所收到的LSA的备份，所有路由器的数据库应该相同；

  4. 依照拓扑数据库每台路由器使用Dijkstra算法（SPF算法）计算出到每个网络的最短路径，并将结果输出到路由选择表中。


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