OSPF协议及应用-计算机网络—原理、技术与应用

前面从链路状态算法角度分析了OSPF，实际上OSPF也是一种IGP。下面从区域角度对OSPF进行说明。

1.OSPF的区域概念

OSPF路由协议定义中，可将一个路由域或一个自治系统AS划分为几个区。按照一定的OSPF路由法则组合在一起的一组网络或路由器集合称为区域。实际应用中区域划分往往并不是根据通信模式而是根据地理或政治因素完成。OSPF路由器之间使用链路状态通告（LSA）交换各自的链路状态信息，并把获得的信息存储在链路状态数据库中。

OSPF协议中，每一个区域中的路由器都按照该区域中定义的链路状态算法来计算网络拓扑结构，这意味着每一个区域都有着该区域独立的网络拓扑数据库及网络拓扑。对于每一个区域，其网络拓扑结构在区域外不可见，同样，每一区域中路由器对其域外的其余网络结构也不了解。即OSPF路由域中的网络链路状态数据广泛被区域边界挡住了，区域内部路由器仅与同区域路由器交换LSA信息，这样LSA报文数量及链路状态信息库表项都会大大减少，计算速度因此得到提高。这是OSPF将其域或者一个AS划分成很多个区域的主因。

OSPF路由协议中存在一骨干区域（Backbone），该区域负责收集非骨干区域发出的汇总路由信息，并将这些信息返还到各区域。骨干区域必须是连续的，同时也要求其余域必须与骨干区域直接相连。骨干区域一般为区域0。所有的区域（包括骨干区域）之间网络结构情况互不可见，当一个区域的路由信息对外广播时，其路由信息是先传至区域0（骨干区域），再由区域0将该路由信息向其余区域广播。

2.OSPF的路由器分类

OSPF多区域网络中，路由器可按不同需要同时成为以下4种路由器中的几种。

内部路由器：所有端口在同一区域的路由器，维护一个链路状态数据库。

主干路由器：具有连接骨干区域端口的路由器。

区域边界路由器（ABR）：具有连接多区域端口的路由器，一般作为一个区域的接口。ABR为每一个所连接的区域建立链路状态数据库，负责将所连接区域的路由摘要信息发送到骨干区域，而骨干区域上的ABR则负责将这些信息发送到各个区域。

自治系统边界路由器（ASBR）：至少拥有一个连接外部自治网络（如非OSPF的网络）端口的路由器，负责将非OSPF网络信息传入OSPF网络。

3.OSPF的区域分类

由4种路由器可构成5种类型区域，5种区域主要区别在于它们和外部路由之间的关系。

标准区域：一个标准区域可以接收链路更新信息和路由汇总。

骨干区域（传递区域）：骨干区域是连接各个区域的中心实体。骨干区域始终是“区域0”，所有其他的区域都要连接到这个区域上交换路由信息。骨干区域拥有标准区域的所有性质。

存根区域：存根区域是不接受自治系统以外的路由信息的区域。如果需要自治系统以外的路由，它使用默认路由0.0.0.0。

完全存根区域：它不接受外部自治系统的路由以及自治系统内其他区域的路由汇总。需要发送到区域外的报文则使用默认路由0.0.0.0。完全存根区域是Cisco自己定义的。

不完全存根区域（NSAA）：它类似于存根区域，但是允许接收LSA Type 7发送的外部路由信息，并且要把LSA Type 7转换成LSA Type 5。

区分不同OSPF区域类型的关键在于它们对外部路由的处理方式。外部路由由ASBR传入自治系统内，ASBR可以通过RIP或者其他的路由协议学习到这些路由。

4.OSPF链路状态广播数据包（LSA）的分类

随着OSPF路由器种类概念的引入，OSPF路由协议又对其链路状态广播数据包（LSA）做出了分类。OSPF将链路状态广播数据包共分成5类。

类型1。被称为路由器链路信息数据包（Router Link），所有的OSPF路由器都会产生这种数据包，用于描述路由器上连接到某一个区域的链路或是某一端口的状态信息。路由器链路信息数据包只会在某一个特定的区域内广播，而不会广播至其他的区域。

类型2。被称为网络链路信息数据包（Network Link）。网络链路信息数据包是由指定路由器产生的，在一个广播性的、多点接入的网络，如以太网、令牌环网及FDDI网络环境中，这种链路状态数据包用来描述该网段上所连接的所有路由器的状态信息。

类型3和类型4。类型3和类型4的链路状态广播在OSPF路由协议中又称为汇总链路信息数据包（Summary Link），该链路状态广播是由区域边界路由器或AS边界路由器产生的。所谓区域边界路由器指：当一个路由器与多个区域相连时，称为区域边界路由器。AS边界路由器指：AS边界路由器是与AS外部的路由器互相交换路由信息的OSPF路由器，该路由器在AS内部广播其所得到的AS外部路由信息。这样AS内部的所有路由器都知道至AS边界路由器的路由信息。AS边界路由器的定义是与前面几种路由器的定义相独立的，一个AS边界路由器可以是一个区域内部路由器或区域边界路由器。(www.xing528.com)

区域边界路由器运行与其相连的所有区域定义的OSPF运算法则，具有相连的每一个区域的网络结构数据，并且了解如何将该区域的链路状态信息广播至骨干区域，再由骨干区域转发至其余区域。

Summary Link描述的是到某一个区域外部的路由信息，这一目的地地址必须是同一个AS中。Summary Link也只会在某一个特定的区域内广播。

类型3与类型4两种汇总性链路信息的区别在于，类型3是由区域边界路由器产生的，用于描述到同一个AS中不同区域之间的链路状态信息；类型4是由AS边界路由器产生的，用于描述不同AS的链路状态信息。

类型5。类型5的链路状态广播称为AS外部链路状态信息数据包。类型5的链路数据包是由AS边界路由器产生的，用于描述到AS外的目的地的路由信息，该数据包会在AS中除残域以外的所有区域中广播。一般来说，这种链路状态信息描述的是到AS外部某一特定网络的路由信息，在这种情况下，类型5的链路状态数据包的链路标识采用的是目的地网络的IP地址。在某些情况下，AS边界路由器可以对AS内部广播默认路由信息，这时类型5的链路广播数据包的链路标识采用的是默认网络号码0.0.0.0。

5.OSPF多区域网络中报文发送过程

首先，区域内部的路由器最初使用LSA TYPE l或LSA TYPE 2对本区域内的路径信息进行交换并计算出相应的路由表项。当路由器的链路信息在区域内部路由达到统一后，区域边界路由器（ABR）才能发送LSA摘要报文（LSA TYPE 3或LSA TYPE 4）给其他区域。其他区域路由器可以根据这些摘要信息计算相应到达本区域以外的路由表项。最后，除了存根区域，所有路由器根据ASBR所发送的LSA TYPE 5计算出到达自治域外的路由表项。

在OSPF多区域网络中，骨干区域必须保持全连通状态，即每个其他区域必须直接与骨干区域Area0有连接才能交换区域间的路由信息。与骨干区域Area0连接的区域边界路由器会将其区域内部结构数据通过Summary Link广播至区域0，也就是广播至所有其他区的边界路由器。在这时，与区域0相连的边界路由器上有区域0及其他所有区域的链路态信息，通过这些信息，这些边界路由器能够计算出至相应目的地的路由，并将这些路由信息广播至与其相连接的区域，以便让该区域内部的路由器找到与区域外部通信的最佳路由。但在实际应用中，因为各种原因很难避免有些区域无法直接与Area0相连。在这种情况下，可采用虚拟链路。虚拟链路使该区域与骨干区域间建立一个逻辑连接点，虚拟链路必须建立在两个区域边界路由器之间，并且其中一个区域边界路由器必须属于骨干区域。

6.OSPF在AS外部的路由

一个自治AS边界路由器会将AS外部路由信息广播至整个AS中除了残域的所有域。为使这些AS外部路由信息生效，AS内部所有路由器（除残域内路由器）必须知道AS边界路由器的位置，该路由信息要由非残域的区域边界路由器对域内广播（广播数据包类型为4）。

7.OSPF路由协议验证

OSPF路由协议中，所有路由信息交换都必须经过验证。OSPF协议数据包结构中，包含一个验证域及一个64位长度的验证数据域，用于特定的验证方式的计算。

OSPF数据交换的验证是基于每一个区域来定义的。即当在某一区域的一个路由器上定义了一种验证方式时，必须在该区域的所有路由器上定义相同的协议验证方式。此外一些与验证相关的参数也可以基于每一个端口来定义，例如当采用单一口令验证时，可以对某一区域内部的每一个网络设置不同的口令字。

OSPF路由协议定义两种协议验证方式：方式0及方式l。

验证方式0：采用验证方式0表示OSPF对所交换的路由信息不验证。在OSPF的数据包头内64位的验证数据位可以包含任何数据，OSPF接收到路由数据后对数据包头内的验证数据位不做任何处理。

验证方式1：验证方式l为简单口令字验证。这种验证方式是基于一个区域内的每一个网络来定义的，每一个发送至该网络的数据包的包头内都必须具有相同的64位长度的验证数据位，也就是说验证方式1的口令字长度为64bit，或为8个字符。

8.OSPF和EIGRP的比较

OSPF和EIGRP都使用了收敛速度较快并且不会形成环路的算法，是网络带宽占用较小，使用灵活、安全性较好的路由协议。但从以上分析看，各自都有不足。

OSPF的缺点是配置相对复杂。由于网络区域划分和网络属性的复杂性，需要网络分析员有较高的网络知识水平方能配置和管理OSPF网络。

路由负载均衡能力较弱。OSPF虽然能根据接口速率、连接可靠性等信息，自生成接口路由优先级，但通往同一目的地的不同优先级路由，OSPF只选择优先级较高的转发，不同优先级的路由，不能实现负载分担。只有相同优先级的才能达到负载均衡目的，不像EIGRP那样可根据优先级不同，自动匹配流量。

EIGRP的缺点是无区域概念。OSPF在大规模网络的情况下，可通过划分区域来规划和限制网络规模。所以EIGRP只适用于网络规模相对较小的网络，这也是向量距离路由算法（RIP协议使用该算法）的局限所在。

运行EIGRP的路由器之间必须通过定时发送Hello报文来维持邻居关系，这种邻居关系即使在拨号网络上，也需要定时发送Hello报文，这样在按需拨号的网络上，无法定位这是有用的业务报文还是EIGRP发送的定时探询报文，从而可能误触发按需拨号网络发起连接，尤其在备份网络上，引起不必要的麻烦。

EIGRP无环路计算和收敛速度基于分布式的DUAL算法，这种算法实际上是将不确定的路由信息散播（向邻居发query），得到所有邻居确认后再收敛的过程，邻居在不确定该路由信息可靠性的情况下又会重复这种散播，因此某些情况下可能会出现该路由信息一直处于active状态，并且，如在active route的这次DUAL计算过程中，出现到该路由的后继的metric发生变化的情况，就会进入多重计算，将影响DUAL算法收敛速度。OSPF算法则无这种问题，若从收敛速度看，两者虽整体相近，但某些特殊情况下，EIGRP还存在不理想的情况。