在20世紀(jì)80年代即將結(jié)束時，距離-向量路由協(xié)議的不足變得越來越明顯。一種試圖改善網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性的努力是使用基于鏈路-狀態(tài)來計算路由，而不是靠跳步數(shù)或其他的距離向量。鏈路是網(wǎng)絡(luò)中兩個路由器之間的連接。鏈路狀態(tài)包括傳輸速度和延遲級等屬性。

這一章深入考查了Internet工程任務(wù)組(IETF)的鏈路-狀態(tài)，內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議類型：開放式最短路徑優(yōu)先(OpenShortestPathFirst,OSPF)。OSPF最先體現(xiàn)在RFC1131中。這個暫時的規(guī)范很快被RFC1247淘汰。兩個OSPF之間有實(shí)質(zhì)性差別以至于RFC1247OSPF稱為OSPF版本2。OSPF版本2不斷成熟和演進(jìn)。之后的一些改變出現(xiàn)在RFC1583，2178和2328(最新版本)中。由于Internet和ip都是高度動態(tài)的，因此OSPF很可能會繼續(xù)發(fā)展以跟上Internet和IP的進(jìn)步。

1OSPF起源

IETF—為了滿足建造越來越大基于IP網(wǎng)絡(luò)的需要，形成了一個工作組，專門用于開發(fā)開放式的、鏈路-狀態(tài)路由協(xié)議，以便用在大型、異構(gòu)的IP網(wǎng)絡(luò)中。新的路由協(xié)議以已經(jīng)取得一些成功的一系列私人的、和生產(chǎn)商相關(guān)的、最短路徑優(yōu)先(SPF)路由協(xié)議為基礎(chǔ)，SPF在市場上廣泛使用。包括OSPF在內(nèi)，所有的SPF路由協(xié)議基于一個數(shù)學(xué)算法—Dijkstra算法。這個算法能使路由選擇基于鏈路-狀態(tài)，而不是距離向量。

OSPF由IETF在20世紀(jì)80年代末期開發(fā)，OSPF是SPF類路由協(xié)議中的開放式版本。最初的OSPF規(guī)范體現(xiàn)在RFC1131中。這個第1版(OSPF版本1)很快被進(jìn)行了重大改進(jìn)的版本所代替，這個新版本體現(xiàn)在RFC1247文檔中。RFC1247OSPF稱為OSPF版本2是為了明確指出其在穩(wěn)定性和功能性方面的實(shí)質(zhì)性改進(jìn)。這個OSPF版本有許多更新文檔，每一個更新都是對開放標(biāo)準(zhǔn)的精心改進(jìn)。接下來的一些規(guī)范出現(xiàn)在RFC1583、2178和2328中。

OSPF版本2的最新版體現(xiàn)在RFC2328中。最新版只會和由RFC2138、1583和1247所規(guī)范的版本進(jìn)行互操作。本章對當(dāng)前開放式OSPF標(biāo)準(zhǔn)的循環(huán)開發(fā)過程不作討論，而是集中于討論RFC2328中規(guī)范的最新版OSPF的功能、特點(diǎn)及使用。

2理解RFC2328OSPF，版本2

OSPF是專門設(shè)計用于自治系統(tǒng)之內(nèi)的IP路由協(xié)議。如此看來，它不能傳輸其他可路由網(wǎng)絡(luò)如IPX或AppleTalk的報文。假如用戶的網(wǎng)絡(luò)必須適用多種可路由協(xié)議，就要考慮使用別的路由協(xié)議而不是OSPF。SPF基于IP數(shù)據(jù)報頭中的目的IP地址來計算路由，并不提供對非一IP目的地的路由計算。而且，各種OSPF信息直接封裝在IP中：無需其他協(xié)議(TCP、UDP等)來傳輸。

OSPF也被設(shè)計用于快速地檢測自治系統(tǒng)內(nèi)的拓?fù)渥兓⑶以诎l(fā)現(xiàn)變化之后收斂到新的拓?fù)洹Ｂ酚蓻Q定以自治系統(tǒng)內(nèi)互聯(lián)的路由器之間的鏈路狀態(tài)為基礎(chǔ)。這些路由器各自都維護(hù)一個相同的數(shù)據(jù)庫，其中記錄了網(wǎng)絡(luò)的鏈路狀態(tài)。這個數(shù)據(jù)庫中包含的是路由器狀態(tài)，其中有可用的接口、可以到達(dá)的相鄰路由器及鏈路、狀態(tài)信息。

路由表更新，也就是鏈路-狀態(tài)廣播(Link-stateadvertisement,LSA)，直接發(fā)送給路由器區(qū)內(nèi)的所有相鄰路由器。這種更新過程的技術(shù)術(shù)語稱為洪泛(flood)，這個術(shù)語會給人負(fù)面印象，造成對OSPF性能特點(diǎn)的錯誤熟悉。

實(shí)際上，OSPF網(wǎng)絡(luò)可以非常快地收斂。網(wǎng)絡(luò)中的所有路由器運(yùn)行相同的路由算法并且直接在彼此之間傳送路由表更新報文。這些信息用于建立網(wǎng)絡(luò)和鏈路的視圖。每個路由器的網(wǎng)絡(luò)視圖使用類-UNIX的樹結(jié)構(gòu)，并以自身作為根。這個樹稱為最短路徑樹(shortest-pathtree)，記錄了到達(dá)自治系統(tǒng)內(nèi)每個目的地的最短路徑。自治系統(tǒng)之外的目的地可以通過到外部網(wǎng)絡(luò)的邊界網(wǎng)關(guān)來獲得，邊界網(wǎng)關(guān)出現(xiàn)在最短路徑樹結(jié)構(gòu)的葉上。這樣的目的地和/或網(wǎng)絡(luò)的鏈路-狀態(tài)數(shù)據(jù)不被維護(hù)，因?yàn)樗鼈兾挥贠SPF網(wǎng)絡(luò)之外。因此，它們不能出現(xiàn)在最短路徑樹的枝上。

2.1OSPF區(qū)

OSPF快速收斂的一個要害原因是它使用了區(qū)。記住，IETF使用OSPF想達(dá)到的兩個主要目標(biāo)是：

•改善網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性。

•快速收斂。

取得兩個目標(biāo)的要害是把網(wǎng)絡(luò)分成更小的區(qū)。一個區(qū)是一些網(wǎng)絡(luò)端系統(tǒng)、路由器以及傳輸線路的集合體。每個區(qū)由一個惟一的區(qū)號定義，這個區(qū)號配置在每一個路由器內(nèi)。定義了相同區(qū)號的路由器接口成為相同區(qū)的組成部分。理想情況下，這些區(qū)號不是任意定義的。相反，應(yīng)該選擇區(qū)的邊界以使不同區(qū)之間的流量最小。每個區(qū)應(yīng)反映實(shí)際的交通模式而非地理或政治邊界。當(dāng)然，這是理論上的理想情況，在特定環(huán)境下可能是不實(shí)用的。

OSPF網(wǎng)絡(luò)中能支持的區(qū)數(shù)量受限于區(qū)ID的大小。這個域是32位的二進(jìn)制數(shù)。因此，32位二進(jìn)制數(shù)的理論最大值應(yīng)是每一位置為1，其對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)為4294967295。顯然，能支持的實(shí)際最大數(shù)比這個理論上的最大數(shù)小得多。實(shí)際上，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的好壞將決定能在其中支持的最大區(qū)數(shù)。圖1顯示了一個相當(dāng)簡單的OSPF網(wǎng)絡(luò)，其中只有3個區(qū)，編號為0、1和2。

1.路由器類型

需要重點(diǎn)記住的是OSPF是一個鏈路-狀態(tài)協(xié)議。因此，鏈路以及與鏈路相接的路由器端口定義為區(qū)號。基于區(qū)成員關(guān)系，OSPF網(wǎng)絡(luò)中有三種不同類型的路由器：

•內(nèi)部路由器。

•區(qū)邊界路由器。

•骨干路由器。
圖2使用圖1給出的網(wǎng)絡(luò)圖來標(biāo)識三種不同類型的路由器。

圖2OSPF網(wǎng)絡(luò)中的區(qū)邊界路由器、內(nèi)部路由器、骨干路由器

如圖2所示，具有多個接口的路由器可以屬于兩個或多個區(qū)。這樣的路由器成為區(qū)邊界路由器。也就是說，它們把自身的區(qū)號與骨干互聯(lián)起來。骨干路由器是至少有一個接口定義為屬于區(qū)0的路由器。一個區(qū)邊界路由器也可能是一個骨干路由器。任何一個與區(qū)0互聯(lián)的區(qū)邊界路由器也將成為骨干路由器。

內(nèi)部路由器使其所有定義接口屬于同一區(qū)，但這個區(qū)不是0區(qū)。使用這三種基本的路由器，可以建造高效且可擴(kuò)展的OSPF網(wǎng)絡(luò)。

2.路由類型

考慮圖13-2中顯示的三種不同類型的OSPF路由器，需要重點(diǎn)注重的是OSPF支持兩種不同類型的路由：

•區(qū)內(nèi)路由

•區(qū)間路由它們的名字含義相當(dāng)明顯。區(qū)內(nèi)路由是自含的，只限于一個區(qū)內(nèi)部的路由器之間的路由。使用顯示在圖13-1中的例子網(wǎng)絡(luò)，圖13-3給出了OSPF網(wǎng)絡(luò)內(nèi)中的區(qū)內(nèi)通信。

區(qū)間路由需要在不同的區(qū)之間交換數(shù)據(jù)。所有的區(qū)間路由必須經(jīng)過區(qū)0傳輸，不答應(yīng)非0區(qū)直接和其他區(qū)通信。這個層次限制確保了OSPF具有良好的可擴(kuò)展性，而不會導(dǎo)致鏈路和路由器的混亂。圖4顯示了恰當(dāng)?shù)厥褂脜^(qū)0能使OSPF網(wǎng)絡(luò)中的區(qū)間通信輕易進(jìn)行。

前面的例子顯示了在高層，一個OSPF網(wǎng)絡(luò)中通信是如何工作的。然而，OSPF也能用于在OSPF網(wǎng)絡(luò)之間交流路由信息，而不僅僅在一個網(wǎng)絡(luò)的區(qū)之間。下面將討論OSPF的這一用法。

3.網(wǎng)絡(luò)之間路由

OSPF可以用于互聯(lián)不同的網(wǎng)絡(luò)。這個網(wǎng)絡(luò)可以是另一個完整的OSPF網(wǎng)絡(luò)或是一個實(shí)現(xiàn)了完全不同路由協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)。把OSPF網(wǎng)絡(luò)與其他不同的路由協(xié)議相互聯(lián)是一項復(fù)雜的工作，并要使用一種稱為路由再分配的技術(shù)。這個術(shù)語描述了從一個網(wǎng)絡(luò)到另一個網(wǎng)絡(luò)路由信息的匯總和重新分布。從非OSPF網(wǎng)絡(luò)來的路由信息匯總和重新分布到OSPF網(wǎng)絡(luò)內(nèi)。

OSPF網(wǎng)絡(luò)把所有以這種方式學(xué)習(xí)來的路由標(biāo)記為外部的。互聯(lián)兩個不同的OSPF網(wǎng)絡(luò)更簡單一些，因?yàn)闊o需把一種路由信息耗費(fèi)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粎f(xié)議能理解的形式。而且，OSPF使建造自治系統(tǒng)成為可能，一個自治系統(tǒng)(AS)是一個自含網(wǎng)絡(luò)。字面上講，AS是一個網(wǎng)絡(luò)治理員或一組網(wǎng)絡(luò)治理員使用一個路由協(xié)議的系統(tǒng)。

AS的實(shí)際定義有些不固定。這其實(shí)沒有關(guān)系。真正重要的是OSPF答應(yīng)為一個網(wǎng)絡(luò)分配自治系統(tǒng)號。一個非常大的OSPF網(wǎng)絡(luò)能分成兩個或多個自治系統(tǒng)。這些系統(tǒng)可以通過第四種類型的OSPF路由器—自治系統(tǒng)邊界路由器(autonomoussystemborderrouterASBR)來進(jìn)行互聯(lián)。ASBR匯總所有自身AS的路由信息并把匯總情況轉(zhuǎn)發(fā)給對應(yīng)相鄰的ASBR。ASBR的作用非常類似于一個區(qū)邊界路由器。顯然，二者的區(qū)別是它們組成了自治系統(tǒng)之間的邊界而不是一個自治系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的區(qū)邊界。

圖5顯示了利用ASBR進(jìn)行自治系統(tǒng)互聯(lián)的情形。

2.2路由更新

OSPF具有如此可擴(kuò)展性的一個原因是它的路由更新機(jī)制。OSPF使用LSA在OSPF節(jié)點(diǎn)之中共享路由信息。這些廣播信息會在整個區(qū)中進(jìn)行傳播但不會超越一個區(qū)。

因此，區(qū)中的每一個路由器都知道本區(qū)的拓?fù)洹Ｈ欢粋€區(qū)的拓?fù)鋵^(qū)外是不可知的。考慮到實(shí)際上有四種不同類型的OSPF路由器—區(qū)內(nèi)路由器、區(qū)邊界路由器、自治系統(tǒng)邊界路由器、骨干路由器—很明顯每種路由器類型有不同的對等實(shí)體集，路由器與這些對等實(shí)體交換LSA。

1.內(nèi)部區(qū)路由器

內(nèi)部的區(qū)路由器必須直接和區(qū)中的其他路由器交換LSA，其中包括每一個區(qū)內(nèi)部路由器，

也包括作為區(qū)成員的區(qū)邊界路由器。圖6顯示了本章前面提及的OSPF例子網(wǎng)絡(luò)中，在整個區(qū)1中轉(zhuǎn)發(fā)或洪泛LSA的情形。需要重點(diǎn)注重的是相同區(qū)中的OSPF路由器無需彼此直接相連就能共享LSA信息。OSPF路由器直接把LSA報文發(fā)送到區(qū)中每一個知道的路由器，并且使用任何可用的鏈路來轉(zhuǎn)發(fā)那些報文。

蘊(yùn)含在圖5中不太被注重的一點(diǎn)是收斂能夠相當(dāng)快地發(fā)生。其中有兩個原因，第一個原因是OSPF路由器能同時直接尋址并發(fā)送LSA至區(qū)中所有的路由器(洪泛)，這和RIP使用的“鄰居至鄰居”的收斂方法完全不同。這樣的結(jié)果是區(qū)內(nèi)的路由器幾乎同時收斂到新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

收斂通過區(qū)的定義和使用而得到加速。拓?fù)鋽?shù)據(jù)不被傳輸?shù)絽^(qū)邊界之外。因此，收斂不必在自治系統(tǒng)中的所有路由器上發(fā)生，而只發(fā)生在受影響的區(qū)中。這個特點(diǎn)既加速了收斂又增加了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，因?yàn)橹挥凶灾蜗到y(tǒng)中的一個子網(wǎng)經(jīng)歷不穩(wěn)定性，這種不穩(wěn)定性是收斂過程自身帶來的。

2.區(qū)邊界路由器

區(qū)邊界路由器負(fù)責(zé)在數(shù)據(jù)庫中為它們接口所連的每個區(qū)維護(hù)拓?fù)湫畔ⅰＲ虼耍偃缫粋€區(qū)邊界路由器互聯(lián)了兩個不同的區(qū)，它必須和兩個網(wǎng)絡(luò)中的對等實(shí)體交換LSA。和區(qū)內(nèi)部路由器一樣，這些LSA直接尋址并傳輸?shù)絽^(qū)中的對等實(shí)體。圖7顯示了這一點(diǎn)。

OSPF加強(qiáng)性能的另一個特點(diǎn)是路由匯總。關(guān)于一個區(qū)的拓?fù)湫畔ⅲ⒉缓蛥^(qū)外的路由器共享。相反，區(qū)邊界路由器匯總了所有與其相連的所有區(qū)中的地址。這個匯總的路由數(shù)據(jù)通過LSA報文與其相互聯(lián)的每個區(qū)中的對等路由器實(shí)現(xiàn)共享。OSPF使用幾種不同類型的LSA：每種有不同的功能。

用于共享匯總路由數(shù)據(jù)的LSA為類型3LSA。所有OSPFLSA類型會在本章的剩余部分中描述。

在圖7中，區(qū)邊界路由器直接把匯總的數(shù)據(jù)廣播給區(qū)0中的所有路由器。OSPF不答應(yīng)大于或等于1的區(qū)之間相互連接。所有這樣的互聯(lián)必須通過區(qū)0。因此，其含義是區(qū)邊界路由器把一個非0編號的區(qū)來與區(qū)0互聯(lián)。

3.骨干路由器

骨干路由器負(fù)責(zé)維護(hù)骨干拓?fù)湫畔ⅲ⑶覟樽灾蜗到y(tǒng)中的每個其他區(qū)傳播匯總的拓?fù)湫畔ⅰ?br />
圖8顯示了由骨干路由器交換LSA的情形。

雖然骨干路由器、區(qū)邊界路由器和區(qū)內(nèi)部路由器之間的差別看起來是清楚的，但由于路由器能支持到其他路由器的多I/O端口連接，三者還是會引起混淆。理論上講，每個端口可以連至一個不同的區(qū)。所以，路由器可以在其連接的不同區(qū)之間形成邊界。