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动态路由协议OSPF的原理和特性
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日期：2008年5月9日 作者： 查看:[大字体
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上文提到，OSPF协议是一种链路状态协议，那么OSPF是如何来描述链路连接状况呢？
图2 网络互联模型
首先，我们通过图2来概括网络互联主要的四种抽象模型。
图中，抽象模型Model 1表示路由器的一个以太网接口不连接其他路由器，只连接了一个以太网段。此时，对于运行 OSPF的路由器R1，只能识别本身，无法识别该网段上的设备(主机等)；抽象模型Model 2表示路由器R1通过点对点链路(如PPP、HDLC等)连接一台路由器R2；抽象模型Model 3表示路由器R1通过点对多点(如Frame Relay、X.25等)链路连接多台路由器R3、R4等，此时路由器R5、R6之间不进行互联；抽象模型Model 4表示路由器R1通过点对多点(如Frame Relay、X.25等)链路连接多台路由器R5、R6等，此时路由器R5、R6之间互联。以上抽象模型着重于各类链路层协议的特点，而不涉及具体的链路层协议细节。该模型基本表达了当前网络链路的连接种类。
在OSPF协议中，分别对以上四种链路状态类型作了描述：
对于抽象模型Model 1(以太网链路)，使用Link ID(连接的网段)、Data(掩码)、Type(类型)和Metric(代价)来描述。此时的Link ID即为路由器R1接口所在网段，Data为所用掩码，Type为3(Stubnet)，Metric为代价值。
对于抽象模型Model 2(点对点链路)，先使用Link ID(连接的网段)、Data(掩码)、Type(类型)和Metric(代价)来描述接口路由，以上各参数与Model 1相似。接下来描述对端路由器R2，四个参数名不变，但其含义有所不同。此时Link ID为路由器R2的Router ID，Data为路由器R2的接口地址，Type为1(Router)，Metric仍为代价值。
对于抽象模型Model 3(点对多点链路，不全连通)，先使用Link ID(连接的网段)、Data(掩码)、Type(类型)和Metric(代价)来描述接口路由，以上各参数与Model 1相似。接下来分别描述对端路由器R3、R4的方法，与在Model 2中描述R2类似。
对于抽象模型Model 4(点对多点链路，全连通)，先使用Link ID(网段中DR的接口地址)、Data(本接口的地址)、Type(类型)和Metric(代价)来描述接口路由。此时Type值为2(Transnet)，然后是本网段中DR(指定路由器)描述的连接通告。
路由器在通报其获知的链路状态(即上面所述的参数)前，加上LSA头(Link State Advertisement Head)，从而生成LSA(链路状态广播)。到此，路由器通过LSA完成周边网络的拓扑结构描述，并发送给网络中的其他路由器。
计算路由
路由器完成周边网络的拓扑结构的描述(生成LSA)后，发送给网络中的其他路由器，每台路由器生成链路状态数据库(LSDB)。路由器开始执行SPF(最短路径优先)算法计算路由，路由器以自己为根节点，把LSDB中的条目与LSA进行对比，经过若干次的递归和回溯，直至路由器把所有LSA中包含的网段都找到路径(把该路由填入路由表中)，此时意味着所到达的该段链路的类型标识为3(Stubnet)。
确保LSA在路由器间传送的可靠性
从上文可以知道，作为链路状态协议的OSPF的工作机制，与RIP等距离向量的路由协议是不一样的。距离向量路由协议是通过周期性地发送整张路由表，来使网络中的路由器的路由信息保持一致。这种机制存在着上文提到的一些弊病。而OSPF协议将包含路由信息的部分与只包含路由器间邻接关系的部分分开，它使用一种被称作Hello的数据包来确认邻接关系，这个数据包非常小，它仅被用来发现和维持邻接关系。
在路由器R1初始化完成后，它将向路由器R2发送Hello数据包。此时R1并不知道R2的存在，因此在数据包中不包含R2的信息(参数seen=0)。而R2在接收到该数据包后，将向R1发送Hello包。此时，Hello包中将表明它已知道存在R1这个邻居。R1收到这个回应包后就会知道邻居R2的存在，并且邻居R2也知道了自己的存在(参数seen=R1)。此时在路由器R1和R2之间就建立了邻接关系，它们就可以把LSA发送给对方，如图3所示。当然，在发送时OSPF考虑到要尽量减少占用的带宽，它采用了一些技巧，我们将在下一节简单介绍这些内容。
图3 邻接路由器
众所周知，IP协议是一种不可靠的、面向无连接的协议，它本身没有确认和错误重传机制。那么，在这种协议基础之上，要做到数据包丢失或出错后进行重传，上层协议必须本身具备这种可靠的机制。OSPF采取了与TCP类似的确认和超时重传机制。在机制中，R1和R2将进行一种被称作链路状态数据库描述(DD)的数据包的互传。首先进行协商，从而确定两者之间的主从关系(根据路由器ID号，ID号大的将作为Master)。链路状态数据库描述(DD)数据包中包含了一些参数，序列号(seq)、报文号(I)、结尾标识(M)及主从标志(MS)。从属路由器将使用主路由器发出的DD包中的序列号(seq)，作为自己的第一个DD包的序列号。当主路由器收到从属路由器的DD包时，就能确认邻接路由器已收到自己的数据包(如果没有收到或收到的DD包的序列号不是自己一个DD包的序列号，主路由器将重传上一个DD包)，主路由器将序列号加1(只有主路由器才有权改变序列号，而从属路由器没有)，并发送下一个DD包，该过程的重复保证了在OSPF协议中数据包传输的准确性，从而为OSPF协议成为一个准确的路由协议打下了基础。
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