ospf数据库同步过程_OSPF的概念

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OSPF协议之链路数据库同步

• 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。

• 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。

• 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。

• 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。

• 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。

• 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。
  

• 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。

• 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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