0%

OSPF 路由协议

Posted on Edited on In Valine:

OSPF 路由协议

RIP 协议缺陷

缺陷一：以跳数评估的路由并非最优路径

RIP 路由协议选择跳数最短的路由，在下图中会选择 RTA —> RTB 的路径。

但虽然 RTA —> RTB 的路径跳数最短，但由于带宽的区别，对于大数据流走 RTA —> RTC —> RTD —> RTB 反而快于跳数更短的 RTA —> RTB 路径。

缺陷二：最大跳数15限制网络规模

RIP 允许的跳数最大只有15条，如果跳数大于等于16跳，则会被视为不可达，无法学习到16跳网段的路由，从而限制了网络规模的大小。

image-20241018132904557

缺陷三：更新路由发送全量路由信息，浪费网络资源

RIP 每隔一段时间，都会向所有邻居发送全量的路由信息，十分消耗网络资源。

image-20241018133241441

缺陷四：收敛速度慢

image-20241018133454733

OSPF 链路状态路由协议

  • 工作在 IP 层，IP 协议号 89
  • 以组播地址 224.0.0.5 发送协议包
  • 每个路由器将已知的链路状态信息发送给邻居，收敛后，每个路由器对全网链路状态的认识相同，并独立计算自己的路由

OSPF 工作过程

1. 发现邻居

在广播域中组播 hello 包，收到互相的 hello 包，确认是自己的邻居，则加入邻居表中

image-20241018135312193

2. 建立邻接关系

  • 并不是所有邻居都会建立邻接关系
  • 网段的广播域中会选取 DR 和 BDR（副 DR，用于容灾），剩下的节点都是 DR_Others，该广播域中的所有路由器都只与 DR 和 BDR 建立邻接关系
  • 只有和建立了邻接关系的邻居才会交换链路状态信息
  • 只有在广播型网络中才会使用 DR 和 BDR，点到点（PPP，即一对一）不使用 DR 和 BDR

如此，可以减少交换信息的次数，路由更新更高效

image-20241020191232401

3. 传递链路状态信息

  • 每个节点都有一个 LSDB（链路状态数据库），里面的每一条是一个 LSA（链路状态公告）
  • 每条 LSA 描述了网络中的一个路由器的编号、直连网段、cost 等信息

image-20241020191829391

更新机制

  • 触发更新或者每隔 30 分钟更新一次
    • 触发更新：网络发生变化时，则无需等到 30 分钟周期，立即向邻接节点发送信息
  • 增量更新，只发送邻居需要的 LSA
  • 收敛后，网段内的所有路由器都有相同的 LSDB

路由信息交换过程

下面是 RTA 触发更新后，向 RTB 交换路由信息的过程

  1. 发送 RTA 所有 LSA 的摘要信息
  2. RTB 比较收到的 LSA 摘要与自己本地的 LSA，发送请求，希望获得自己没有的 LSA 的详细信息
  3. RTA 将要求的 LSA 发送给 RTB
  4. RTB 向 RTA 回复收到

image-20241020192600552

4. 路由计算

每台路由器根据 LSDB 算出每台路由器到自己的最短路径

image-20241020193001364

OSPF 分区域管理

LSDB 记录网络所有路由器的 LSA，所以当网络规模变大时，会导致每台路由器上都要消耗大量资源储存 LSDB，且 LSDB 信息收敛也会变得很慢，因此需要分区域管理。

  • 每个区域内部的路由器的 LSDB 只需知道区域内的路由器的 LSA
  • 不同区域之间通过 ASR（区域边界路由器）相连，同时有两边的 LSDB

image-20241020193546945

非骨干区域之间不能直接通信，需要通过骨干区域（区域 0）进行转发。

如上图中有三个区域：区域 0、区域 1、区域 10.0.0.1，其中区域 1、区域 10.0.0.1 这样的非骨干区域不能直接通信，需要先发送给区域 0，再由区域 0 转发。

Hello 包

Hello 包组成

  • 功能：Hello 包用于发现邻居路由器，交换 OSPF 配置信息，并确认邻接状态。
  • 内容：包括 Route ID、Priority、Hello 间隔、Dead 间隔等
1
2
3
4
5
6
7
8
root@ubuntu:/etc/frr# tcpdump -i vip0 proto ospf -vvv
tcpdump: listening on vip0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
11:15:29.874116 IP (tos 0xc0, ttl 1, id 22009, offset 0, flags [none], proto OSPF (89), length 64)
    ubuntu > ospf-all.mcast.net: OSPFv2, Hello, length 44
	Router-ID ubuntu, Backbone Area, Authentication Type: none (0)
	Options [External]
	  Hello Timer 10s, Dead Timer 40s, Mask 255.255.255.255, Priority 1
	  Designated Router ubuntu

组播地址 ospf-all.mcast.net

OSPF 以组播地址的方式发送 Hello 包，将 Hello 包发往组播地址 ospf-all.mcast.net（224.0.0.5），所有 OSPF 路由器都会监听该地址，如此即可确保域内所有 OSPF 路由器都收到。

Hello 包发送过程

  1. 定时发送：每个 OSPF 路由器按照配置的 Hello 间隔定期发送 Hello 包
  2. 包的构造：路由器构造 Hello 包，将其发送到多播地址 224.0.0.5
  3. 邻居发现：接收到 Hello 包的其他 OSPF 路由器会解析包中的信息，加入邻居表中
  4. 邻接关系维护：通过定期发送 Hello 包，OSPF 路由器可以维护与邻居的关系。如果在规定的 Dead 间隔内未收到某个邻居的 Hello 包，路由器将认为该邻居失效

DR 竞选

广播型网络中需选出该广播域的 DR（指定路由） 和 BDR（备份指定路由，负责在 DR 失效时接管其功能）

DR 竞选规则

  1. Priority 大者优先：优先选择 Priority 较大的路由为 DR，如果 Priority 设置为 0，则不参与 DR 竞选
  2. Route ID 大者优先：如果有多个 Priority 最大且相同的路由器，则选择其中 Route ID 最大的（Route ID 为路由器的唯一标识，通常是 IP，不可能相同）

示例：下面三个路由器中，A 的 Priority 最大，为 DR；B、C 的 Priority 相同，但 B 的 Route ID 大于 C，所以 B 为 BDR

  • A 的优先级为 2，Router ID 为 1.1.1.1（DR）
  • B 的优先级为 1，Router ID 为 2.2.2.2（BDR）
  • C 的优先级为 1，Router ID 为 3.3.3.3

DR 竞选过程

  1. Hello 消息：所有路由器定期组播 Hello 消息，其中包含本路由的 Priority、Route ID 等信息
  2. 优先级比较：根据竞选规则比较各个路由器，优先级最高的为 DR，次高的为 BDR
  3. 选举后，DR 和 BDR 会向所有的路由器广播 LSA，其他所有路由器将与 DR 和 BDR 建立邻接关系

邻居状态机

OSPF邻居状态机

RIP 和 OSPF 比较

RIP（距离矢量路由协议） OSPF（链路状态路由协议）
最优路径选择 跳数 链路开销
更新触发 每 30s 触发更新或每隔30分钟
发送对象 广播到所有邻居 发到邻接路由器
发送信息 全量 RIP 路由表 链路状态信息摘要

参考