精通企業網絡當中網紅協議OSPF協議---進階篇

鏈路狀態和LSA的理解

鏈路狀態信息的理解

OSPF做爲鏈路狀態路由協議，不直接傳遞各路由器的路由表，而傳遞鏈路狀態信息，各路由器基於鏈路狀態信息獨立計算路由。全部路由器各自維護一個鏈路狀態數據庫。鄰居路由器間先同步鏈路狀態數據庫，再各自基於SPF（Shortest Path First）算法計算最優路由，從而提升收斂速度
所謂Link State（鏈路狀態）指的就是路由器的接口狀態。在OSPF中路由器的某一接口的鏈路狀態包含了以下信息
① 該接口的IP地址及掩碼
② 該接口的帶寬（開銷）
③ 該接口所鏈接的鄰居
④ 鏈路的類型
OSPF路由器同步的是最原始的鏈路狀態信息，並且對於鄰居路由器發來的鏈路狀態信息，僅做轉發。最終全部路由器都將擁有一份相同且完整的原始鏈路狀態信息

LSA頭部理解

LSA（Link State Advertisement）是路由器之間鏈路狀態信息的載體。LSA是LSDB的最小組成單位，也就是說LSDB由一條條LSA構成的。全部的LSA都擁有相同的頭部，關鍵字段的含義以下：
 LS age：此字段表示LSA已經生存的時間，單位是秒。3600s爲老化時間，從lsdb中清除 通告的時候是0開始增加 更新時間1800s通告一次（經過LSU維護更新狀態）
 LS type：此字段標識了LSA的格式和功能。經常使用的LSA類型有五種
 Link State ID：此字段是該LSA所描述的那部分鏈路的標識，例如Router ID等
 Advertising Router：此字段是產生此LSA的路由器的Router ID
 LS sequence number：此字段用於檢測舊的和重複的LSA。32位有符號數 默認從0x80000001開始 最大0x7fffffff

如何標識惟一一條LSA

LS type，Link State ID和Advertising Router的組合共同標識一條LSA

如何比較一條LSA的新舊

1.如序列號越大越新
① 當路由器生成一條新的LSA時，使用序列號0x80000001作爲該LSA的初始序列號，此後，每次更新該LSA，序列號加1
2.比較checksum 越大越新
3.比較age 越小越新
① 若是age=max age即3600s認爲該條lsa是最新的當即更新
② 每條LSA都有一個年齡字段，LSA駐留在OSPF的數據庫中，已經LSA的傳播過程當中年齡字段不斷增長。OSPF有一個MaxAgeDiff的值，若是兩條LSA的序列號相同，而年齡不一樣，若是年齡差值超過MaxAgeDiff值，那麼認爲是不一樣的兩條LSA，將進行更新過程。若是小於MaxAgeDiff值，那麼認爲是相同的LSA，將丟棄後續收到的那條LSA
③ OSPF還有一個MaxAge的值，若是LSA的年齡超過該值，那麼這條LSA會被從數據庫中清除，並將該老化的LSA擴散出去，致使從全部的路由器數據庫中清除
LSRefeshTime是LSA的按期刷新定時器，該定時器控制按期刷新LSA
MaxAgeDiff 15分鐘
MaxAge 1小時
LSRefeshTime 30分鐘

OSPF更新機制

定時更新

OSPF爲每一個LSA條目維持一個老化計時器（3600s），當計時器超時，此LSA將從LSDB中刪除
爲了防止LSA條目達到最大生存時間而被刪除，OSPF經過按期更新（每1800s刷新一次）機制來刷新LSA。OSPF路由器每1800s會從新生成LSA，並通告給其餘路由器

觸發更新

當鏈路狀態發生變化後，路由器當即發送更新消息，其餘路由器收到更新消息後當即進行路由計算，快速完成收斂

OSPF的SPF算法

在同一個區域當中，OSPF使用SPF算法來實現破除環路和最優路徑的計算，其中在一個OSPF區域裏面會有Router-LSA(LSA-1)和Network-LSA（LSA-2）泛洪，Router-LSA(LSA-1)由每一臺運行OSPF的路由器爲每個區域產生一份LSA，Network-LSA（LSA-2）由MA網絡裏面的DR產生

Router-LSA(LSA-1)

描述P2P網絡

每臺OSPF路由器使用一條Router-LSA描述本區域內的鏈路狀態信息
 LSA頭部的三個字段含義以下
① Type：LSA類型，Router表明是LSA-1
② LS id：鏈路狀態ID（也就是產生該LSA的Router ID）
③ Adv rtr：產生此Router-LSA的路由器Router ID


一條Router-LSA能夠描述多條鏈路，每條鏈路描述信息由Link ID，Data，Link Type和Metric組成，其關鍵字含義以下
 Link Type：鏈路類型，Router LSA描述的鏈路類型主要有4種
① Point-to-Point：描述一個從本路由器到鄰居路由器之間的點到點連接，屬於拓撲信息
② TransNet：描述一個從本路由器到一個Transit網段（例如MA網段或者NBMA網段）的連接，屬於拓撲信息
③ StubNet：描述一個從本路由器到一個Stub網段（例如Loopback接口）的連接，屬於路由信息
 Link ID：此鏈路的對端標識，不一樣鏈路類型的Link ID表示的意義也不一樣
 Data：用於描述此鏈路的附加信息，不一樣的鏈路類型所描述的信息也不一樣
 Metric：描述此鏈路的開銷

描述MA網絡

在描述MA網絡類型的Router-LSA中，Link ID爲DR的接口IP地址，Data爲本地接口的IP地址
RTB、RTC、RTE之間經過以太鏈路互連，以RTC產生的LSA爲例，Link ID爲DR的接口IP地址（10.1.235.2），Data爲本地路由器鏈接此MA網絡的接口IP地址（10.1.235.3），Link Type爲TransNet，Metric表示到達DR的開銷值
TransNet描述的連接中僅包括與DR的鏈接關係及開銷，沒有網絡號/掩碼及共享鏈路上其餘路由器的任何信息


LSA-1的總結

Network-LSA

MA共享網段或NBMA共享網段中網絡號/掩碼及路由器間的連接關係，能夠經過Network-LSA來呈現。在Network-LSA中關鍵字的含義以下


① Type：LSA類型，Network-LSA是二類LSA
② LS id：DR的接口IP地址
③ Adv rtr：產生此Network-LSA的路由器Router ID，即DR的Router ID
④ Net mask：該網段的網絡掩碼
⑤ Attached Router：鏈接到該網段的路由器列表，呈現了此網段的拓撲信息
基於上述字段表達的信息，Ls id和Net mask作與運算，便可得出該網段的IP網絡號，另外，從DR路由器到其所鏈接的路由器的開銷爲0
從Attached Router部分能夠看出，2.2.2.二、3.3.3.三、5.5.5.5共同鏈接到該共享MA網段中，DR路由器爲2.2.2.2，網絡號10.1.235.0，掩碼255.255.255.0

實戰演練

計算最短路徑樹－物理拓撲

由LSDB描述的有向圖

描述RTA的LSA計算完成後的SPF樹

最終的最短路徑樹