組播擴展OSPF

OSPF路由協議是一種典型的鏈路狀態（Link-state）的路由協議，一般用於同一個路由域內。在這裏，路由域是指一個自治系統（Autonomous System），即AS，它是指一組通過統一的路由政策或路由協議互相交換路由信息的網絡。在這個AS中，所有的OSPF路由器都維護一個相同的描述這個AS結構的數據庫，該數據庫中存放的是路由域中相應鏈路的狀態信息，OSPF路由器正是通過這個數據庫計算出其OSPF路由表的。 ^[2] 

作為一種鏈路狀態的路由協議，OSPF將鏈路狀態組播數據LSA（Link State Advertisement）傳送給在某一區域內的所有路由器，這一點與距離矢量路由協議不同。運行距離矢量路由協議的路由器是將部分或全部的路由表傳遞給與其相鄰的路由器。 ^[2] 

在信息交換的安全性上，OSPF規定了路由器之間的任何信息交換在必要時都可以經過認證或鑑別（Authentication），以保證只有可信的路由器之間才能傳播選路信息。OSPF支持多種鑑別機制，並且允許各個區域間採用不同的鑑別機制。OSPF對鏈路狀態算法在廣播式網絡（如以太網）中的應用進行了優化，以儘可能地利用硬件廣播能力來傳遞鏈路狀態報文。通常鏈路狀態算法的拓撲圖中一個結點代表一個路由器。若K個路由器都連接到以太網上，在廣播鏈路狀態時，關於這K個路由器的報文將達到K的平方個。為此，OSPF在拓撲結構圖允許一個結點代表一個廣播網絡。每個廣播網絡上所有路由器發送鏈路狀態報文，報告該網絡中的路由器的鏈路狀態。

OSPF簡單地説就是兩個相鄰的路由器通過發報文的形式成為鄰居關係，鄰居再相互發送鏈路狀態信息形成鄰接關係，之後各自根據最短路徑算法算出路由，放在OSPF路由表，OSPF路由與其他路由比較後優的加入全局路由表。整個過程使用了五種報文、三個階段、四張表。 ^[3] 

Hello報文：建立並維護鄰居關係。 ^[3] 

DBD報文：發送鏈路狀態頭部信息。 ^[3] 

LSR報文：把從DBD中找出需要的鏈路狀態頭部信息傳給鄰居，請求完整信息。 ^[3] 

LSU報文：將LSR請求的頭部信息對應的完整信息發給鄰居。 ^[3] 

LSACK:收到LSU報文後確認該報文。 ^[3] 

鄰居發現：通過發送Hello報文形成鄰居關係。 ^[3] 

路由通告：鄰居間發送鏈路狀態信息形成鄰接關係。 ^[3] 

路由計算：根據最短路徑算法算出路由表。 ^[3] 

鄰居表：主要記錄形成鄰居關係路由器。 ^[3] 

鏈路狀態數據庫：記錄鏈路狀態信息。 ^[3] 

OSPF路由表：通過鏈路狀態數據庫得出。 ^[3] 

全局路由表：OSPF路由與其他比較得出。 ^[3] 

(1)瞭解自身鏈路

每台路由器瞭解其自身的鏈路，即與其直連的網絡。 ^[4] 

(2)尋找鄰居

不同於RIP，OSPF協議運行後，並不立即向網絡廣播路由信息，而是先尋找網絡中可與自己交換鏈路狀態信息的周邊路由器。可以交互鏈路狀態信息的路由器互為鄰居。 ^[4] 

(3)創建鏈路狀態數據包

路由器一旦建立了鄰居關係，就可以創建鏈路狀態數據包。 ^[4] 

(4)鏈路狀態信息傳遞

路由器將描述鏈路狀態的LSA泛洪到鄰居，最終形成包含網絡完整鏈路狀態信息的鏈路狀態數據庫。 ^[4] 

(5)計算路由

路由區域內的每台路由器都可以使用SPF算法來獨立計算路由。 ^[4] 

（1）OSPF 適合在大範圍的網絡：OSPF 協議當中對於路由的跳數，它是沒有限制的，所以 OSPF 協議能用在許多場合，同時也支持更加廣泛的網絡規模。只要是在組播的網絡中，OSPF協議能夠支持數十台路由器一起運作。

（2）組播觸發式更新：OSPF 協議在收斂完成後，會以觸發方式發送拓撲變化的信息給其他路由器，這樣就可以減少網絡寬帶的利用率；同時，可以減小干擾，特別是在使用組播網絡結構，對外發出信息時，它對其他設備不構成其他影響

（3）收斂速度快：如果網絡結構出現改變，OSPF 協議的系統會以最快的速度發出新的報文，從而使新的拓撲情況很快擴散到整個網絡；而且，OSPF 採用週期較短的 HELLO 報文來維護鄰居狀態。

（4）以開銷作為度量值：OSPF 協議在設計時，就考慮到了鏈路帶寬對路由度量值的影響。OSPF 協議是以開銷值作為標準，而鏈路開銷和鏈路帶寬，正好形成了反比的關係，帶寬越是高，開銷就會越小，這樣一來，OSPF 選路主要基於帶寬因素。

（5）OSPF 協議的設計是為了避免路由環路：在使用最短路徑的算法下，收到路由中的鏈路狀態，然後生成路徑，這樣不會產生環路。

（6）應用廣泛：廣泛的應用在互聯網上，其他會有大量的應用實例。證明這是使用最廣泛的IGP 之一。 ^[5] 

OSPF 中劃分區域的目的就是在於控制鏈路狀態信息LSA 泛洪的範圍、減小鏈路狀態數據庫LSDB的大小、改善網絡的可擴展性、達到快速地收斂。

當網絡中包含多個區域時，OSPF 協議有特殊的規定，即其中必須有一個 Area 0，通常也叫做骨幹區域（Backbone Area），當設計 OSPF 網絡時，一個很好的方法就是從骨幹區域開始，然後再擴展到其他區域。骨幹區域在所有其他區域的中心，即所有區域都必須與骨幹區域物理或邏輯上相連，這種設計思想的原因是 OSPF 協議要把所有區域的路由信息引入骨幹區，然後再依次將路由信息從骨幹區域分發到其它區域中。

OSPF 將區域劃分為幾種類型。

骨幹區域 ：作為中央實體，其他區域與之相連，骨幹區域編號為 0，在該區域中，各種類型的 LSA 均允許發佈。

標準區域 ：除骨幹區域外的默認的區域類型，在該類型區域中，各種類型的 LSA 均允許發佈。

末梢區域 ：即 STUB 區域，該類型區域中不接受關於 AS外部的路由信息，即不接受類型 5 的 AS 外部LSA，需要路由到自治系統外部的網絡時，路由器使用缺省路由（0.0.0.0），末梢區域中不能包含有自治系統邊界路由器 ASBR。 ^[2] 

完全末梢區域 ：該類型區域中不接受關於 AS 外部的路由信息，同時也不接受來自 AS 中其他區域的彙總路由，即不接受類型 3、類型 4、類型 5 的 LSA，完全末梢區域也不能包含有自治系統邊界路由器 ASBR。