精通企业网络当中网红协议OSPF协议---进阶篇

Posted 2021-02-21

链路状态和LSA的理解

链路状态信息的理解

OSPF作为链路状态路由协议，不直接传递各路由器的路由表，而传递链路状态信息，各路由器基于链路状态信息独立计算路由。所有路由器各自维护一个链路状态数据库。邻居路由器间先同步链路状态数据库，再各自基于SPF（Shortest Path First）算法计算最优路由，从而提高收敛速度
所谓Link State（链路状态）指的就是路由器的接口状态。在OSPF中路由器的某一接口的链路状态包含了如下信息
① 该接口的IP地址及掩码
② 该接口的带宽（开销）
③ 该接口所连接的邻居
④ 链路的类型
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

LSA头部理解

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。所有的LSA都拥有相同的头部，关键字段的含义如下：
? LS age：此字段表示LSA已经生存的时间，单位是秒。3600s为老化时间，从lsdb中清除 通告的时候是0开始增长 更新时间1800s通告一次（通过LSU维护更新状态）
? LS type：此字段标识了LSA的格式和功能。常用的LSA类型有五种
? 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
? Advertising Router：此字段是产生此LSA的路由器的Router ID
? LS sequence number：此字段用于检测旧的和重复的LSA。32位有符号数 默认从0x80000001开始 最大0x7fffffff

如何标识唯一一条LSA

LS type，Link State ID和Advertising Router的组合共同标识一条LSA

如何比较一条LSA的新旧

1.如序列号越大越新
① 当路由器生成一条新的LSA时，使用序列号0x80000001做为该LSA的初始序列号，此后，每次更新该LSA，序列号加1
2.比较checksum 越大越新
3.比较age 越小越新
① 如果age=max age即3600s认为该条lsa是最新的立即更新
② 每条LSA都有一个年龄字段，LSA驻留在OSPF的数据库中，已经LSA的传播过程中年龄字段不断增加。OSPF有一个MaxAgeDiff的值，如果两条LSA的序列号相同，而年龄不同，如果年龄差值超过MaxAgeDiff值，那么认为是不同的两条LSA，将进行更新过程。如果小于MaxAgeDiff值，那么认为是相同的LSA，将丢弃后续收到的那条LSA
③ OSPF还有一个MaxAge的值，如果LSA的年龄超过该值，那么这条LSA会被从数据库中清除，并将该老化的LSA扩散出去，导致从所有的路由器数据库中清除
LSRefeshTime是LSA的定期刷新定时器，该定时器控制定期刷新LSA
MaxAgeDiff 15分钟
MaxAge 1小时
LSRefeshTime 30分钟

OSPF更新机制

定时更新

OSPF为每个LSA条目维持一个老化计时器（3600s），当计时器超时，此LSA将从LSDB中删除
为了防止LSA条目达到最大生存时间而被删除，OSPF通过定期更新（每1800s刷新一次）机制来刷新LSA。OSPF路由器每1800s会重新生成LSA，并通告给其他路由器

触发更新

当链路状态发生变化后，路由器立即发送更新消息，其他路由器收到更新消息后立即进行路由计算，快速完成收敛

OSPF的SPF算法

在同一个区域当中，OSPF使用SPF算法来实现破除环路和最优路径的计算，其中在一个OSPF区域里面会有Router-LSA(LSA-1)和Network-LSA（LSA-2）泛洪，Router-LSA(LSA-1)由每一台运行OSPF的路由器为每一个区域产生一份LSA，Network-LSA（LSA-2）由MA网络里面的DR产生

Router-LSA(LSA-1)

描述P2P网络

每台OSPF路由器使用一条Router-LSA描述本区域内的链路状态信息
? LSA头部的三个字段含义如下
① Type：LSA类型，Router代表是LSA-1
② LS id：链路状态ID（也就是产生该LSA的Router ID）
③ Adv rtr：产生此Router-LSA的路由器Router ID


一条Router-LSA可以描述多条链路，每条链路描述信息由Link ID，Data，Link Type和Metric组成，其关键字含义如下
? Link Type：链路类型，Router LSA描述的链路类型主要有4种
① Point-to-Point：描述一个从本路由器到邻居路由器之间的点到点链接，属于拓扑信息
② TransNet：描述一个从本路由器到一个Transit网段（例如MA网段或者NBMA网段）的链接，属于拓扑信息
③ StubNet：描述一个从本路由器到一个Stub网段（例如Loopback接口）的链接，属于路由信息
? Link ID：此链路的对端标识，不同链路类型的Link ID表示的意义也不同
? Data：用于描述此链路的附加信息，不同的链路类型所描述的信息也不同
? Metric：描述此链路的开销

描述MA网络

在描述MA网络类型的Router-LSA中，Link ID为DR的接口IP地址，Data为本地接口的IP地址
RTB、RTC、RTE之间通过以太链路互连，以RTC产生的LSA为例，Link ID为DR的接口IP地址（10.1.235.2），Data为本地路由器连接此MA网络的接口IP地址（10.1.235.3），Link Type为TransNet，Metric表示到达DR的开销值
TransNet描述的链接中仅包括与DR的连接关系及开销，没有网络号/掩码及共享链路上其他路由器的任何信息


LSA-1的总结

Network-LSA

MA共享网段或NBMA共享网段中网络号/掩码及路由器间的链接关系，可以通过Network-LSA来呈现。在Network-LSA中关键字的含义如下


① Type：LSA类型，Network-LSA是二类LSA
② LS id：DR的接口IP地址
③ Adv rtr：产生此Network-LSA的路由器Router ID，即DR的Router ID
④ Net mask：该网段的网络掩码
⑤ Attached Router：连接到该网段的路由器列表，呈现了此网段的拓扑信息
基于上述字段表达的信息，Ls id和Net mask做与运算，即可得出该网段的IP网络号，另外，从DR路由器到其所连接的路由器的开销为0
从Attached Router部分可以看出，2.2.2.2、3.3.3.3、5.5.5.5共同连接到该共享MA网段中，DR路由器为2.2.2.2，网络号10.1.235.0，掩码255.255.255.0

实战演练

计算最短路径树－物理拓扑

由LSDB描述的有向图

描述RTA的LSA计算完成后的SPF树

最终的最短路径树