OSPF域内路由 - 技术栈

简介

Router-LSA

Router-LSA（Router Link State Advertisement）是OSPF（Open Shortest Path First）协议中的一种链路状态通告（LSA），它由OSPF路由器生成，用于描述路由器自身的链路状态信息。Router-LSA是OSPF协议中最为基础和重要的LSA类型之一，

1. Router-LSA的作用

描述路由器的接口信息：Router-LSA详细描述了路由器上所有参与OSPF进程的接口状态，包括接口的IP地址、网络掩码、接口类型（如点到点、广播型、NBMA等）以及接口的开销（Cost）。
描述路由器的邻居关系：Router-LSA还记录了路由器与哪些其他路由器建立了邻接关系（Adjacency）。这对于构建OSPF的拓扑结构至关重要，因为路由器需要知道哪些邻居可以直接通信。
构建链路状态数据库（LSDB）：Router-LSA是LSDB的重要组成部分。每个路由器都会根据收到的Router-LSA来构建自己的LSDB，从而了解整个OSPF域内的网络拓扑结构。
计算最短路径树（SPT）：基于Router-LSA中的信息，路由器运行SPF（Shortest Path First）算法来计算到达各个网络的最短路径，并生成最短路径树。这些路径最终会被添加到路由器的路由表中，用于数据包的转发。

2. Router-LSA的结构

Router-LSA的结构如下

字段	长度（字节）	描述
LS age	2	LSA的生存时间（以秒为单位），最大值为3600秒（1小时）
Options	1	OSPF选项，如支持的OSPF特性（如VLSM、多拓扑等）
LS type	2	LSA类型，Router-LSA的类型为1
Linking LS ID	4	生成该LSA的路由器的Router ID
Advertising Router	4	生成该LSA的路由器的Router ID
LS sequence number	4	LSA的序列号，用于版本控制
LS checksum	2	LSA的校验和，用于检测LSA的完整性
Length	2	LSA的总长度
Number of Links	2	路由器的链路数量
Link Description	可变	描述每条链路的详细信息，包括链路类型、连接的网络、邻居的Router ID等

3. Router-LSA中的链路类型

Router-LSA中可以包含多种类型的链路，每种链路类型都有其特定的描述方式：

点到点链路（Point-to-Point）：描述路由器与一个邻居之间的直接连接。这种链路类型通常用于串行链路或点到点的以太网连接。
传输网络（Transit Network）：描述路由器连接到一个广播型网络（如以太网）的情况。在这种链路类型中，Router-LSA会列出该网络的DR（Designated Router）的Router ID。
存根网络（Stub Network）：描述路由器连接到一个没有其他OSPF路由器的网络。这种链路类型通常用于描述本地网络。
虚拟链路（Virtual Link）：用于连接两个非直接相连的区域边界路由器（ABR），以实现区域之间的通信。虚拟链路通常用于穿越骨干区域（Area 0）。

4. Router-LSA的生成和传播

生成：当OSPF路由器启动OSPF进程或接口状态发生变化时，路由器会生成Router-LSA。Router-LSA的生成是基于路由器的接口配置和邻居关系。
传播：Router-LSA在OSPF区域内传播，但不会跨越区域边界。

Network-LSA

Network-LSA（Network Link State Advertisement）是OSPF（Open Shortest Path First）协议中的一种链路状态通告（LSA），它用于描述广播型网络或多访问网络（如以太网）的状态。Network-LSA由指定路由器（Designated Router，DR）生成，用于描述该网络上的所有路由器接口信息。以下是关于Network-LSA的详细内容：

1. Network-LSA的作用

描述广播型网络的状态：Network-LSA用于描述广播型网络（如以太网）的状态，包括该网络上的所有路由器接口信息。这对于构建OSPF的链路状态数据库（LSDB）和计算最短路径树（SPT）至关重要。
列出网络上的所有路由器：Network-LSA中包含了该网络上所有路由器的Router ID，这些路由器通过DR进行协调和信息同步。
提供网络的拓扑信息：通过Network-LSA，其他路由器可以了解到该网络的拓扑结构，包括哪些路由器连接到了该网络以及它们的接口信息。

2. Network-LSA的结构

Network-LSA的结构如下

字段	长度（字节）	描述
LS age	2	LSA的生存时间（以秒为单位），最大值为3600秒（1小时）
Options	1	OSPF选项，如支持的OSPF特性（如VLSM、多拓扑等）
LS type	2	LSA类型，Network-LSA的类型为2
Linking LS ID	4	该网络的网络地址（通常是该网络的DR接口的IP地址）
Advertising Router	4	生成该LSA的路由器的Router ID（通常是DR的Router ID）
LS sequence number	4	LSA的序列号，用于版本控制
LS checksum	2	LSA的校验和，用于检测LSA的完整性
Length	2	LSA的总长度
Network Mask	4	该网络的子网掩码
Attached Router	可变	该网络上所有连接的路由器的Router ID

3. Network-LSA的生成

生成者：Network-LSA由指定路由器（DR）生成。在广播型网络中，DR负责收集该网络上的所有路由器接口信息，并生成Network-LSA。
生成时机：当DR启动OSPF进程、网络拓扑发生变化（如新的路由器加入或离开网络）或DR自身状态发生变化时，DR会生成或更新Network-LSA。

4. Network-LSA的传播

传播范围：Network-LSA在OSPF区域内传播，但不会跨越区域边界。它只在生成它的区域内部传播，用于描述该区域内的广播型网络状态。
传播方式：DR会将Network-LSA发送给该网络上的所有其他路由器，这些路由器会将该LSA添加到自己的链路状态数据库（LSDB）中，并根据LSDB中的信息运行SPF算法来计算最短路径。

5. Network-LSA的示例

假设有一个以太网网络，其网络地址为192.168.1.0/24，该网络上有三台OSPF路由器：R1、R2和R3。R1被选为DR，R2和R3为备份DR（BDR）和DROTHER。R1会生成一个Network-LSA，内容如下：

LS age：0
Options：0x22（支持VLSM和多拓扑）
LS type：2
Linking LS ID：192.168.1.1（DR的接口IP地址）
Advertising Router：R1的Router ID
LS sequence number：0x80000001
LS checksum：0x1234
Length：36
Network Mask：255.255.255.0
Attached Router：
- R1的Router ID
- R2的Router ID
- R3的Router ID

6. Network-LSA的重要性

构建拓扑结构：Network-LSA为OSPF路由器提供了广播型网络的详细拓扑信息，使得路由器能够准确地构建整个网络的链路状态数据库（LSDB）。
优化路由计算：通过Network-LSA，路由器可以了解到广播型网络上的所有路由器接口信息，从而更准确地计算出到达各个网络的最短路径。
提高网络稳定性：DR负责生成和维护Network-LSA，这种机制可以减少网络中的LSA数量，提高网络的稳定性和收敛速度。

SPF

SPF（Shortest Path First）计算是OSPF（Open Shortest Path First）协议中的核心部分，用于计算到达网络中各个目的地的最短路径。以下是SPF计算的详细过程：

1. 初始化

选择起点：SPF计算从路由器自身（即计算路由器）开始，将自身作为起点。
创建拓扑图：根据链路状态数据库（LSDB）中的信息，构建一个拓扑图。这个图包含了网络中的所有路由器和链路，以及链路的开销（Cost）。

2. 计算最短路径树（SPT）

选择最小开销链路：从起点开始，选择开销最小的链路到达相邻的路由器。如果有多条链路开销相同，则可以选择多条路径。
标记已访问节点：将已经选择的路由器标记为已访问，避免重复计算。
递归计算：对于每个已访问的路由器，重复上述过程，选择开销最小的链路到达其相邻的未访问路由器，直到所有路由器都被访问过。
构建最短路径树：通过上述过程，可以构建出一棵以计算路由器为根的最短路径树（SPT）。树中的每个节点代表一个路由器，每条边代表一条链路，边的权重代表链路的开销。

3. 生成路由表

提取路径信息：从最短路径树（SPT）中提取路径信息，包括目的地、下一跳路由器、链路开销等。
添加到路由表：将提取的路径信息添加到路由器的路由表中。如果存在多条到达同一目的地的等开销路径，则可以将多条路径都添加到路由表中，实现负载均衡。

4. 处理特殊情形

处理区域边界路由器（ABR）：如果路由器是区域边界路由器（ABR），则需要考虑区域间的路由。ABR会根据区域间的LSA（如Type 3 LSA）来计算区域间的最短路径，并将这些路径添加到路由表中。
处理虚拟链路：如果网络中存在虚拟链路（Virtual Link），则需要在SPF计算中考虑这些链路。虚拟链路通常用于连接两个非直接相连的ABR，以实现区域间的通信。

5. SPF计算的优化

增量SPF（iSPF）：当网络拓扑发生变化时，可以只对发生变化的部分进行SPF计算，而不是对整个网络重新计算。这可以减少SPF计算的开销，提高网络的收敛速度。
延迟SPF计算：为了减少SPF计算的频率，可以对SPF计算进行延迟。例如，当网络中发生多个拓扑变化时，可以等待一段时间，直到所有变化都稳定下来后再进行SPF计算。

6. SPF计算示例

假设有一个简单的OSPF网络，包含四个路由器A、B、C、D，以及它们之间的链路开销。路由器A要计算到达其他路由器的最短路径。

初始化：路由器A将自身作为起点，构建拓扑图。
计算SPT：
- 从A开始，选择开销最小的链路到达B和C。
- 从B开始，选择开销最小的链路到达D。
- 从C开始，选择开销最小的链路到达D。
- 从D开始，没有未访问的路由器。
生成路由表：
- 路由器A的路由表中将包含以下条目：
  - 目的地B，下一跳B，开销1
  - 目的地C，下一跳C，开销1
  - 目的地D，下一跳B，开销2（通过B到达D）
  - 目的地D，下一跳C，开销2（通过C到达D）

7. SPF计算的重要性

提供最短路径：SPF计算为OSPF路由器提供了到达网络中各个目的地的最短路径，从而保证了数据包的高效传输。
快速收敛：SPF计算可以快速响应网络拓扑的变化，保证网络的稳定性和可靠性。
负载均衡：SPF计算可以支持多条等开销路径，实现负载均衡，提高网络的利用率。