PART.01 RIP為啥“過氣”？

如果想好好說說OSPF，那就不得不從最“古老”的路由協(xié)議之一—RIP（Routing Information Protocol，路由信息協(xié)議）開始講起。

RIP最突出的特性是使用跳數(shù)（報(bào)文經(jīng)過路由器的個(gè)數(shù)）作為路由好壞的度量：跳數(shù)最小即認(rèn)為該路由最優(yōu)。

隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，鏈路（設(shè)備之間的傳輸通道）的種類和特性不斷升級(jí)變化，僅僅考慮跳數(shù)已經(jīng)不能客觀反映路由的優(yōu)劣了。

例如到達(dá)同一個(gè)目的地，有兩條路徑：A→B，A→C→D→B。

雖然A→B路徑最短，但是實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候并不合適，以網(wǎng)絡(luò)帶寬和鏈路狀態(tài)來(lái)衡量網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量會(huì)更加合理，比如在上圖中采用帶寬更大的A→C→D→B路徑效果更好。

同時(shí)，RIP限制最大跳數(shù)為15，跳數(shù)16就變成了RIP路由協(xié)議“不可到達(dá)的遠(yuǎn)方”~因此RIP無(wú)法用于搭建大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。

RIP“過氣”不只因?yàn)?strong>可擴(kuò)展性差，還有收斂速度慢、易產(chǎn)生環(huán)路的缺點(diǎn)，但是在這里就不過多介紹啦~

PART.02 OSPF是如何計(jì)算路由的？

接下來(lái)，就要隆重介紹下動(dòng)態(tài)路由協(xié)議中的當(dāng)紅炸子雞—OSPF（Open Shortest Path First，開放最短路徑優(yōu)先）啦！

與RIP不同，OSPF是一種鏈路狀態(tài)路由協(xié)議，它可以收集路由器周邊的拓?fù)渥兓⑿纬梢粋€(gè)靠譜的路由結(jié)構(gòu)。

如果說RIP提供的是路標(biāo)，只告訴你下一步該怎么走，轉(zhuǎn)來(lái)轉(zhuǎn)去還是容易迷路（產(chǎn)生環(huán)路）。那么OSPF提供的就是地圖了，每個(gè)運(yùn)行OSPF協(xié)議的路由器上都有一張完整的網(wǎng)絡(luò)圖。地圖在手，迷路不再有！

OSPF的花費(fèi)（cost）可以是路由距離、鏈路的吞吐量或鏈路的可靠性，這種路由度量相比于RIP協(xié)議的跳數(shù)更加靈活和準(zhǔn)確，并且適用于更大更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。

以下圖所示的網(wǎng)絡(luò)為例，說明OSPF計(jì)算出路由的過程。

下圖是由四臺(tái)路由器組成的網(wǎng)絡(luò)，連線旁邊標(biāo)注了從一臺(tái)路由器到另一臺(tái)路由器所需要的花費(fèi)（cost）。為簡(jiǎn)化問題，我們假定同一鏈路連接的兩臺(tái)路由器之間互相發(fā)送報(bào)文所需花費(fèi)是相同的。

首先，每臺(tái)路由器都根據(jù)自己周圍的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)生成一條LSA（鏈路狀態(tài)廣播），并通過相互之間發(fā)送OSPF協(xié)議報(bào)文將這條LSA發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中其他所有的路由器。這樣每臺(tái)路由器都收到了其他路由器的LSA。將所有的LSA放在一起稱作LSDB（鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)）。顯然，這四臺(tái)路由器的LSDB都是相同的。

其次，由于一條LSA是對(duì)一臺(tái)路由器周圍網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的描述，那么LSDB則是對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的描述。路由器將LSDB轉(zhuǎn)換成一張矢量權(quán)重圖，這張圖便是對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的真實(shí)反映。那么，這四臺(tái)路由器得到的是一張完全相同的圖。

最后也是最重要的是，每臺(tái)路由器都會(huì)以自己為根節(jié)點(diǎn)，使用最短路徑優(yōu)先（SPF）算法計(jì)算出一顆最短路徑樹（選擇cost值最小的那條路徑），通過最短路徑樹生成到網(wǎng)絡(luò)中其他路由器的最短路由，形成路由表。這4臺(tái)路由器各自得到的路由表是不同的。

從上面的分析可以得出，OSPF協(xié)議計(jì)算出路由主要有以下3個(gè)主要步驟。

描述本路由器周邊的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并生成LSA。

將自己生成的LSA在自治系統(tǒng)里傳播，并同時(shí)收集所有的其他路由器生成的LSA。

根據(jù)收集的所有LSA計(jì)算出路由。

OSPF計(jì)算路由的方法就是這么簡(jiǎn)單~~

那為什么說OSPF更適合大型網(wǎng)絡(luò)呢？

PART.04 OSPF如何適應(yīng)大型網(wǎng)絡(luò)的？

我們一起來(lái)看看OSPF適應(yīng)大型網(wǎng)絡(luò)有哪些高招！

回想我們上學(xué)的時(shí)候，老師是怎么管理一個(gè)班的學(xué)生呢？

文檔君替你回答：當(dāng)然是分小組、選組長(zhǎng)啦！

分小組：劃分網(wǎng)絡(luò)區(qū)域

OSPF應(yīng)用于大型網(wǎng)絡(luò)時(shí)，比如網(wǎng)絡(luò)中可能有幾十臺(tái)或者上百臺(tái)路由器。

當(dāng)這些路由器運(yùn)行OSPF協(xié)議，并傳遞、收集LSA時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中會(huì)充斥著這些協(xié)議報(bào)文，這樣的LSDB容量會(huì)很大，運(yùn)行SPF算法會(huì)很慢，不利于路由的正常計(jì)算和轉(zhuǎn)發(fā)。

OSPF中通過設(shè)置區(qū)域來(lái)解決這個(gè)問題。如圖所示，將一個(gè)大型網(wǎng)絡(luò)分割成若干個(gè)小網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)小網(wǎng)絡(luò)稱為一個(gè)區(qū)域（Area），用一個(gè)數(shù)字來(lái)對(duì)區(qū)域編號(hào)。其中，區(qū)域0稱為骨干區(qū)域，其他非0編號(hào)的區(qū)域稱之為非骨干區(qū)域，并規(guī)定非骨干區(qū)域必須和骨干區(qū)域相連。

經(jīng)過這樣的處理后，OSPF有以下優(yōu)點(diǎn)。

只有同一區(qū)域內(nèi)路由器的LSDB會(huì)保持同步，路由的變化首先在本區(qū)域內(nèi)更新。

路由更新信息在傳遞給別的區(qū)域時(shí)，可在區(qū)域邊界路由器（ABR）上進(jìn)行路由聚合，以減少通告到其他區(qū)域的LSA數(shù)量，可將網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓瘞?lái)的影響最小化。

這樣可以很好地解決路由計(jì)算和轉(zhuǎn)發(fā)速度慢的問題。當(dāng)然，在實(shí)際組網(wǎng)應(yīng)用時(shí)，OSPF還根據(jù)不同的區(qū)域特點(diǎn)，定義了很多計(jì)算路由的優(yōu)化方法，這里就不一一展開描述了。

我們知道在OSPF協(xié)議中要求每個(gè)區(qū)域與骨干區(qū)域（Area 0）必須直接相連，但是實(shí)際組網(wǎng)中，網(wǎng)絡(luò)情況非常復(fù)雜，有時(shí)候在劃分區(qū)域時(shí)，無(wú)法保證每個(gè)區(qū)域都滿足這個(gè)要求。這時(shí)候就需要虛鏈接技術(shù)來(lái)解決這個(gè)問題。

虛鏈接是指在兩臺(tái)ABR之間，穿過一個(gè)非骨干區(qū)域（也稱為轉(zhuǎn)換區(qū)域，Transit Area），建立的一條邏輯上的連接通道（需在兩端的ABR上同時(shí)配置）。

如上圖所示，在路由器C和路由器E之間建立了一條虛鏈接，使Area3和骨干區(qū)域Area0之間有了邏輯連接，Area1為轉(zhuǎn)換區(qū)域。 “邏輯通道”是指兩臺(tái)ABR之間的其他運(yùn)行OSPF的路由器只是轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文，相當(dāng)于在兩個(gè)ABR之間形成了一個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)的連接，因此在這個(gè)連接上，與物理口一樣可以配置接口的各類參數(shù)。

選組長(zhǎng)：OSPF選舉

在廣播和NBMA（Non-Broadcast Multiple Access，非廣播多路訪問）類型的網(wǎng)絡(luò)上，任意兩臺(tái)路由器都需要傳遞路由信息。如果網(wǎng)絡(luò)中有N臺(tái)路由器，那么則要建立“N×（N-1）/2”次的傳遞。這是沒有必要的，而且浪費(fèi)了寶貴的帶寬資源。

為了解決這個(gè)問題，OSPF協(xié)議指定一臺(tái)路由器作為“組長(zhǎng)”——DR（Designated Router，指定路由器）來(lái)負(fù)責(zé)傳遞信息。所有的路由器都只將路由信息發(fā)送給DR，再由DR將路由信息發(fā)送給本網(wǎng)段內(nèi)的其他路由器。

兩臺(tái)不是DR的路由器（DR Other）之間不再建立鄰接關(guān)系，也不再交換任何路由信息。這樣在同一個(gè)網(wǎng)段之間只需要建立N-1個(gè)鄰接關(guān)系，每次路由變化只需要進(jìn)行2×（N-1）次的傳遞即可。

選組長(zhǎng)的方法雖然非常有效，但是萬(wàn)一組長(zhǎng)不在，整個(gè)組的同學(xué)誰(shuí)來(lái)負(fù)責(zé)管理呢？

所以O(shè)SPF也定義了“副組長(zhǎng)”—BDR（Backup Designate Router，備用指定路由器）。

BDR是DR的一個(gè)備份。在選舉DR的同時(shí)也選舉出BDR，BDR也和本網(wǎng)段內(nèi)的所有路由器建立鄰接關(guān)系并交換路由信息。

一旦DR失效，BDR會(huì)立即變成DR。由于不需要重新選舉，而且鄰接關(guān)系事先已經(jīng)建立，所以BDR替代DR的過程非常短暫。BDR成功“上位”為DR后，還需要再重新選舉出一個(gè)新的BDR，但是這個(gè)選舉過程不會(huì)影響路由的計(jì)算。

通過前面對(duì)OSPF的介紹，不知道粉絲們是否有所收獲呢？

審核編輯：劉清