面試的時候被問了個問題OSPF鄰居關系如何建立

找了些資料，竊取別人的勞動成果，得出以下結論：

OSPF：OpenShortestPathFirst

OSPF路由協(xié)議是由IETF組織開發(fā)，作為RIP路由協(xié)議的替代協(xié)議，解決RIP路由協(xié)議的固有問題。是IETF組織推薦使用的IGP協(xié)議。OSPF路由協(xié)議是一種鏈路狀態(tài)協(xié)議，使用SPF算法進行最佳路由計算。

作為鏈路狀態(tài)協(xié)議，OSPF協(xié)議的主要優(yōu)點在于路由表的快速收斂，對大型網(wǎng)絡的支持以及不易受到錯誤路由信息的影響。OSPF路由協(xié)議其他的的特點如下：

使用area的概念，降低協(xié)議對CPU和內(nèi)存的影響，減少路由協(xié)議產(chǎn)生的流量，可以構筑分層的網(wǎng)絡拓撲結構。

完全支持無類別路由處理，消除了有類別路由協(xié)議的一些問題，例如不連續(xù)子網(wǎng)的問題。

支持無類別路由表的檢索，支持VLSM，支持Supernetting可以更有效的進行地址管理。

支持無大小限制的，任意的metric值。

等價負載均衡，可以更有效的利用多路徑進行數(shù)據(jù)傳輸。

使用預留的組播地址，減小對非OSPF設備的影響。

支持認證，提供更安全的路由

可以對路由進行標記，跟蹤外部的路由。

OSPF的操作介紹

第一步：OSPF路由器從啟動了OSPF協(xié)議的接口向外發(fā)送Hello數(shù)據(jù)包，如果兩臺路由器共享公共的數(shù)據(jù)鏈路，并且Hello數(shù)據(jù)包中指定的數(shù)據(jù)參數(shù)協(xié)商一致，這兩個路由器將建立鄰居關系成為鄰居(Neighbors)。

第二步：建立鄰接(Adjacencies)關系。鄰接關系是在兩個建立了鄰居關系的OSPF路由器之間建立的，類似于一條點到點的虛擬鏈路。兩個OSPF路由器必須先建立鄰居關系然后才能建立鄰接關系。因此在故障排除時可以依次檢查相應的數(shù)據(jù)庫列表。OSPF定義了幾種網(wǎng)絡類型和路由器類型，網(wǎng)絡類型和路由器類型也在Hello數(shù)據(jù)包中傳輸。鄰接關系的建立也需要依據(jù)網(wǎng)絡類型和路由器類型來建立。

第三步：所有的路由器向所有的建立了鄰接關系的路由器上發(fā)送LSA(Link State Advertisement)數(shù)據(jù)包。在LSA數(shù)據(jù)包中，描述了路由器的接口、鏈路和鏈路的狀態(tài)。這些鏈路可以是到stub網(wǎng)絡的鏈路，可以是到其他OSPF路由器的鏈路，可以是到位于其他區(qū)域的網(wǎng)絡的鏈路，或者是到外部網(wǎng)絡的鏈路。由于網(wǎng)絡中存在著多種類型的鏈路，因此也就存在著多種類型的鏈路狀態(tài)信息，因此OSPF也就定義了多種的LSA類型。

第四步：每個路由器從鄰居路由器接收到后，將會在鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫中記錄下LSA的內(nèi)容，并且將LSA的一個拷貝發(fā)送給他的其他鄰居路由器。

第五步：通過在一個區(qū)域內(nèi)擴散LSA，所有的路由器將會建立統(tǒng)一的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。

第六步：當鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫建立完成后，每個路由器使用SPF算法計算出一個無環(huán)路的圖表，這個圖表可以用來描述從這個路由器到任意一個已知目的地的最短的路徑也就是最小鏈路開銷的路徑。這個圖表就是SPF樹。

第七步：每個路由器利用SPF樹來建立自己的路由表。

在一個區(qū)域內(nèi)，當所有的鏈路狀態(tài)信息已經(jīng)被擴散到所有的路由器上以后，我們就可以說鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫已經(jīng)被同步了。同時，路由表也已經(jīng)建立了。Hello數(shù)據(jù)包在鄰居路由器之間進行交換，提供存活(keepalive)數(shù)據(jù)包的作用。當一臺OSPF路由器出現(xiàn)問題時，他的鄰居路由器可以通過Hello數(shù)據(jù)包的交換情況來獲知情況。LSA數(shù)據(jù)包每30分鐘會被重新傳遞一次。

鄰居和鄰接關系

發(fā)送LSA數(shù)據(jù)包之前，OSPF路由器必須能夠發(fā)現(xiàn)鄰居路由器并且與鄰居路由器建立鄰接關系。鄰居路由器信息會被建立在鄰居列表中，同時還記錄每個鄰居路由器位于的鏈路或接口信息，以及記錄其他維護鄰居關系所需的必要信息。

針對OSPF路由器，我們需要一個標記來唯一的標識一個路由器，這個標記就是RouterID。RouterID就是路由器上的一個IP地址。Cisco路由器通過以下的原則來自行確定路由器的RouterID：

路由器選擇數(shù)值最大的Loopback接口的IP地址作為RouterID。

如果路由器上沒有配置Loopback接口，路由器就選擇配置在物理接口上的數(shù)值最大的IP地址作為RouterID。這個接口可以不運行OSPF路由協(xié)議。

使用與Loopback接口的IP地址具有以下的好處：

Loopback接口比物理接口更穩(wěn)定，當路由器啟動后Loopback接口就被啟動，只有路由器失敗了，Loopback接口才會失敗。

使用Loopback接口的ip地址作為路由器的RouterID，可以使網(wǎng)絡管理員在給OSPF路由器分配一個可預測的或是可確認的RouterID方面，具有更大的自由度。

如果CiscoOSPF路由器使用一個物理接口的IP地址作為路由器的RouterID，那么，即使這個物理接口后來失效了或是被刪除了，OSPF路由協(xié)議仍然會使用這個物理接口的IP地址作為RouterID來使用。因此，Loopback接口的ip地址作為RouterID所帶來的穩(wěn)定性只是一個附屬的優(yōu)點，使用Loopback接口地址的最大好處是可以控制RouterID。

OSPF路由器通過在Hello數(shù)據(jù)包中廣播自己的RouterID，來啟動鄰居關系的建立。

Hello協(xié)議

Hello協(xié)議主要是為了實現(xiàn)以下的目的：

Hello協(xié)議是OSPF路由協(xié)議用來發(fā)現(xiàn)鄰居路由器的手段和方法。

Hello數(shù)據(jù)包重保護了一些參數(shù)，兩臺路由器如果要形成鄰居關系，這些參數(shù)必須能夠協(xié)商成功。

在具有鄰居關系的路由器之間傳輸Hello數(shù)據(jù)包，可以起到傳遞Keepalives信號的作用。

通過Hello數(shù)據(jù)包的交換，可以用來確認鄰居之間雙向通訊的情況是否正常沒有故障。

在廣播網(wǎng)絡和非廣播多點訪問網(wǎng)絡中，利用Hello數(shù)據(jù)包進行DesignatedRouter和BackupDesignatedRouter的選舉操作。

OSPF路由器從啟動了OSPF協(xié)議的接口上周期性的發(fā)送Hello數(shù)據(jù)包，這個時鐘周期稱為“HelloInterval”�！癏elloInterval”是基于接口進行配置的，兩個接口的“HelloInterval”參數(shù)可以不同。

Cisco路由器缺省的HelloInterval值被設置為10秒，可以通過執(zhí)行ipospfhello-interval命令來修改這個缺省的參數(shù)值。如果一個路由器在一段時間內(nèi)沒有從它的一個鄰居路由器處接收到Hello數(shù)據(jù)包，它就會認為這個鄰居路由器已經(jīng)失效。這個時間段稱為RouterDeadInterval。Cisco路由器缺省的RouterDeadInterval值被設置為HelloInterval值的四倍，也就是缺省值為40秒。這個值也可以通過執(zhí)行ipospfdead-interval命令來改變。

OSPF路由協(xié)議的Hello數(shù)據(jù)包包含以下信息：

生成這個Hello數(shù)據(jù)包的OSPF路由器的RouterID;

生成并發(fā)送出這個Hello數(shù)據(jù)包的OSPF路由器的接口的AreaID、地址掩碼、認證類型、認證信息、HelloInterval、RouterDeadInterval;

路由器的優(yōu)先級

DR和BDR

五個標識重要功能的標志位

生成這個Hello數(shù)據(jù)包的OSPF路由器的所有鄰居的RouterID。這個RouterID的列表中只包括從發(fā)出這個Hello數(shù)據(jù)包的路由器接口在RouterDeadInterval時鐘到時之前通過Hello數(shù)據(jù)包中監(jiān)聽到的鄰居的RouterID。這一步是鄰居路由器建立鄰接關系的手段。

路由器在接收到從一個鄰居路由器發(fā)送過來的Hello數(shù)據(jù)包后，會查看Hello數(shù)據(jù)包中承載的一部分信息，包括：AreaID、認證的相關信息、網(wǎng)絡掩碼、HelloInterval、RouterDeadInterval和選項值。并且會將這些信息與配置在接收到這個Hello數(shù)據(jù)包的接口上的參數(shù)進行比較，如果兩者不一致，就會將接收到的Hello數(shù)據(jù)包丟棄，鄰接關系也就不會被建立。如果兩者一致，那么這個Hello數(shù)據(jù)包就是有效的。同時，如果發(fā)送這個Hello數(shù)據(jù)包的鄰居路由器的RouterID也已經(jīng)在這個鄰居列表中，并且鄰居列表中記錄的接口和接收這個Hello數(shù)據(jù)包的接口相同，那么這個接口的RouterDeadInterval時鐘就會被重置，如果鄰居列表中沒有這個鄰居路由器的RouterID，就會增加這個鄰居路由器的RouterID記錄。

無論何時，路由器在發(fā)送Hello數(shù)據(jù)包時都會將傳輸這個Hello數(shù)據(jù)包的鏈路上的所有的鄰居路由器的RouterID的信息包含在這個Hello數(shù)據(jù)包里。如果一個鄰居路由器接收到這個Hello數(shù)據(jù)包后發(fā)現(xiàn)自己的RouterID信息也包含在這個Hello數(shù)據(jù)包中，那么這個路由器就可以確定一條雙向通信鏈路已經(jīng)被建立了。一旦雙向通信被建立，鄰接關系也就可以被建立了。當然并不是所有的鄰居路由器之間都可以形成鄰接關系。鄰居路由器之間是否能夠形成鄰接關系，也要根據(jù)連接這兩個鄰居路由器的網(wǎng)絡的類型來確定。網(wǎng)絡類型也會影響OSPF數(shù)據(jù)包的傳輸方式。

NetworkTypes

OSPF定義了五種網(wǎng)絡類型，分別是：

1、點到點網(wǎng)絡(Point-to-pointnetworks)

2、廣播網(wǎng)絡(Broadcastnetworks)

3、非廣播多點訪問網(wǎng)絡(Non-broadcastMulti-accessnetworksNBMA)

4、點到多點網(wǎng)絡(Point-to-multipointnetworks)

5、虛擬鏈路(Virtuallinks)

點到點網(wǎng)絡連接一對路由器。在點到點網(wǎng)絡上，有效的OSPF鄰居路由器之間總會形成鄰接關系。在點到點網(wǎng)絡上，OSPF數(shù)據(jù)包的目的地址始終是224.0.0.5。這個地址稱為AllSPFRouters，是一個預留的D類IP地址。

廣播網(wǎng)絡是一個多點訪問的網(wǎng)絡，在廣播網(wǎng)絡中可以連接兩臺以上的設備。并且在這個網(wǎng)絡上可以傳輸廣播數(shù)據(jù)包。一個廣播數(shù)據(jù)包被發(fā)送到這個網(wǎng)絡后，所有設備都可以接收到。連接到廣播網(wǎng)絡上的OSPF路由器會推選出一個路由器作為DR和一個路由器作為BDR。由DR和BDR以組播方式發(fā)送目的地址為224.0.0.5的Hello數(shù)據(jù)包到廣播網(wǎng)絡上，承載這個數(shù)據(jù)包的幀的目的MAC地址為0100.5E00.0005。廣播網(wǎng)絡上的其它OSPF路由器會以組播方式發(fā)送鏈路狀態(tài)更新(LSU：LinkStateUpdate)和鏈路狀態(tài)回執(zhí)(LSA：LinkStateAcknowledgment)數(shù)據(jù)包，組播數(shù)據(jù)包的目的IP地址是224.0.0.6，這個地址稱為AllDRouter。承載這個組播數(shù)據(jù)包的幀的目的MAC地址是0100.5E00.0006。

非廣播多點訪問網(wǎng)絡可以連接兩個以上的路由器，但是不支持廣播功能。一個數(shù)據(jù)包發(fā)送出去后，不能夠被所有的路由器接收到。因此需要對非廣播多點訪問網(wǎng)絡上的路由器進行額外的配置，以便他們能夠發(fā)現(xiàn)鄰居路由器。連接到NBMA網(wǎng)絡上的OSPF路由器也會推舉DR和BDR，但是OSPF數(shù)據(jù)包是以單播數(shù)據(jù)包的形式發(fā)送的。

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