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OSPF协议之链路数据库同步
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OSPF如何实现链路状态数据库的同步
– 链路信息主要包括:1、链路的类型;
2、接口IP地址及掩码;
3、链路上所连接的邻居路由器;
4、链路的带宽(开销)。
区别于RIP路由器之间交互的路由信息,OSPF路由器同步的是最原始的链路状态信息,而且对于邻居路由器发来的链路状态信息,仅作转发。最终所有路由器都将拥有一份相同且完整的原始链路状态信息。
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为什么要有链路的类型呢?
网络技术的发展包含了设备、链路以及通信协议的发展。设备性能日趋提高,互联链路也从串行链路、ATM、帧中继发展到当前的以太网、xPON、SDH、MSTP、OTN等。技术升级不是一蹴而就的,而是一个循序渐进的过程。各种不同的物理链路各具特点,也正因为如此,一个成熟的路由协议必须能够根据不同物理链路特性进行适配。
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OSPF的网络类型:
1、 广播型(Brodcast):底层链路层协议为以太网
2、 点到点(P2P):底层链路协议为PPP、HDLC协议
3、 点到多点(P2MP):手工设置
4、 非广播多路访问网络(NBMA):底层链路为FR(帧中继)或ATM协议,不支持广播和组播。 -
OSPF的度量方式
1、OSPF在计算接口的cost时,cost=参考带宽/实际带宽,默认参考带宽为100M。当计算结果有小数位时,只取整数位;结果小于1时,cost取1。
2、若需要调整接口cost值有两种方式:
3、直接在接口下配置,需要注意的是,配置的cost是此接口最终的cost值,作用范围仅限于本接口。
4、修改OSPF的默认参考带宽值,作用范围是本路由器使能OSPF的接口。建议参考整个网络的带宽情况建立参考基线,所有路由器修改相同的参考带宽值,从而确保选路的一致性。
5、OSPF以“累计cost”为开销值,也就是流量从源网络到目的网络所经过所有路由器的出接口的cost总和,以RTA访问RTC Loopback 1接口192.168.3.3为例,其cost=G1’s cost+G3’s cost。
6、相比于RIP,OSPF的度量方式不仅考虑“跳数”,而且还考虑了“带宽”,比RIP更可靠的选择最优的转发路径。
那么OSPF路由器怎么表达链路状态信息并完成同步呢?
1、RIP路由器之间是基于UDP 520的报文进行通信,OSPF也有其规定的通信标准。OSPF使用IP承载其报文,协议号为89。
2、在OSPF Packet部分,所有的OSPF报文均使用相同的OSPF报文头部:
3、Version :对于当前所使用的OSPFv2(还有一个版本为OSPFv3),该字段的值为2。
4、Type:OSPF报文类型。
5、Packet length:表示整个OSPF报文的长度,单位是字节。
6、Router ID:表示生成此报文的路由器的Router ID。
7、Area ID:表示此报文需要被通告到的区域。
8、Checksum:校验字段,其校验的范围是整个OSPF报文,包括OSPF报文头部。
9、Auth Type:为0时表示不认证;为1时表示简单的明文密码认证;为2时表示加密(MD5)认证。
10、Authentication:认证所需的信息。该字段的内容随AuType的值不同而不同。
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状态含义:
1、ExStart:邻居状态变成此状态以后,路由器开始向邻居发送DD报文。Master/Slave(主从)关系是在此状态下形成的,初始DD序列号也是在此状态下确定的。在此状态下发送的DD报文不包含链路状态描述。
2、Exchange:在此状态下,路由器与邻居之间相互发送包含链路状态信息摘要的DD报文。
DD报文:数据库描述报文,作用:减少LSA泛洪。
3、Loading:在此状态下,路由器与邻居之间相互发送LSR报文、LSU报文、LSAck报文。
5、Full:LSDB同步过程完成,路由器与邻居之间形成了完全的邻接关系。
备注:当路由器中,查看OSPF状态时显示Full说明该该路由器和邻居建立邻接关系。
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LSDB同步过程如下(重点):
1、RTA和RTB的Router ID分别为1.1.1.1和2.2.2.2并且二者已建立了邻居关系。当RTA的邻居状态变为ExStart后,RTA会发送第一个DD报文。此报文中,DD序列号被随机设置为X,I-bit设置为1,表示这是第一个DD报文,M-bit设置为1,表示后续还有DD报文要发送,MS-bit设置为1,表示RTA宣告自己为Master(主从关系)。
2、当RTB的邻居状态变为ExStart后,RTB会发送第一个DD报文。此报文中,DD序列号被随机设置为Y(I-bit=1,M-bit=1,MS-bit=1,含义同上)。由于RTB的Router ID较大,所以RTB将成为真正的Master。收到此报文后,RTA会产生一个Negotiation-Done事件,并将邻居状态从ExStart变为Exchange。
3、当RTA的邻居状态变为Exchange后,RTA会发送一个新的DD报文,此报文中包含了LSDB的摘要信息,序列号设置为RTB在步骤2中使用的序列号Y,I-bit=0,表示这不是第一个DD报文,M-bit=0,表示这是最后一个包含LSDB摘要信息的DD报文,MS-bit=0,表示RTA宣告自己为Slave。收到此报文后,RTB会产生一个Negotiation-Done事件,并将邻居状态从ExStart变为Exchange。
4、当RTB的邻居状态变为Exchange后,RTB会发送一个新的DD报文,此报文包含了LSDB的摘要信息,DD序列号设置为Y+1, MS-bit=1,表示RTB宣告自己为Master。
5、虽然RTA不需要发送新的包含LSDB摘要信息的DD报文,但是作为Slave,RTA需要对Master发送的每一个DD报文进行确认。所以,RTA向RTB发送一个新的DD报文,序列号为Y+1,该报文内容为空。发送完此报文后,RTA产生一个Exchange-Done事件,将邻居状态变为Loading。RTB收到此报文后,会将邻居状态变为Full(假设RTB的LSDB是最新最全的,不需要向RTA请求更新)。
6、RTA开始向RTB发送LSR报文,请求那些在Exchange状态下通过DD报文发现的、并且在本地LSDB中没有的链路状态信息。
7、RTB向RTA发送LSU报文,LSU报文中包含了那些被请求的链路状态的详细信息。RTA在完成LSU报文的接收之后,会将邻居状态从Loading变为Full。
8、RTA向RTB发送LSAck报文,作为对LSU报文的确认。RTB收到LSAck报文后,双方便建立起了完全的邻接关系。
从建立邻居关系到同步LSDB的过程较为复杂,错误的配置或设备链路故障都会导致无法完成LSDB同步。为了快速排障,最关键的是要理解不同状态之间切换的触发原因。
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这是形成邻居关系的过程和相关邻居状态的变换过程。
1、Down:这是邻居的初始状态,表示没有从邻居收到任何信息。在NBMA网络上,此状态下仍然可以向静态配置的邻居发送Hello报文,发送间隔为PollInterval,通常和Router DeadInterval间隔相同。
2、Attempt:此状态只在NBMA网络上存在,表示没有收到邻居的任何信息,但是已经周期性的向邻居发送报文,发送间隔为HelloInterval。如果Router DeadInterval间隔内未收到邻居的Hello报文,则转为Down状态。
3、Init:在此状态下,路由器已经从邻居收到了Hello报文,但是自己不在所收到的Hello报文的邻居列表中,表示尚未与邻居建立双向通信关系。在此状态下的邻居要被包含在自己所发送的Hello报文的邻居列表中。
4、 2-Way Received:此事件表示路由器发现与邻居的双向通信已经开始(发现自己在邻居发送的Hello报文的邻居列表中)。Init状态下产生此事件之后,如果需要和邻居建立邻接关系则进入ExStart状态,开始数据库同步过程,如果不能与邻居建立邻接关系则进入2-Way。
5、2-Way:在此状态下,双向通信已经建立,但是没有与邻居建立邻接关系。这是建立邻接关系以前的最高级状态。
6、1-Way Received:此事件表示路由器发现自己没有在邻居发送Hello报文的邻居列表中,通常是由于对端邻居重启造成的。
7、ExStart:这是形成邻接关系的第一个步骤,邻居状态变成此状态以后,路由器开始向邻居发送DD报文。主从关系是在此状态下形成的;初始DD序列号是在此状态下决定的。在此状态下发送的DD报文不包含链路状态描述。
8、Exchange:此状态下路由器相互发送包含链路状态信息摘要的DD报文,描述本地LSDB的内容。
9、Loading:相互发送LS Request报文请求LSA,发送LS Update通告LSA。
10、Full:两台路由器的LSDB已经同步。
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LSA:链路状态信息
LSA(Link State Advertisement)是路由器之间链路状态信息的载体。LSA是LSDB的最小组成单位,也就是说LSDB由一条条LSA构成的。
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所有的LSA都拥有相同的头部,关键字段的含义如下:
1、LS age:此字段表示LSA已经生存的时间,单位是秒。
2、LS type:此字段标识了LSA的格式和功能。常用的LSA类型有五种。
3、Link State ID:此字段是该LSA所描述的那部分链路的标识,例如Router ID等。
4、Advertising Router:此字段是产生此LSA的路由器的Router ID。
5、LS sequence number:此字段用于检测旧的和重复的LSA。
LS type,Link State ID和Advertising Router的组合共同标识一条LSA。
LSDB中除了自己生成的LSA,另一部分是从邻居路由器接收的。邻居路由器之间相互更新LSA必然需要一个“通道”。
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