張洋 王淑娟 白艷宇

摘 要： 在大中型網(wǎng)絡(luò)的部署中，OSPF協(xié)議常作為首選路由協(xié)議。在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，經(jīng)常會(huì)遇到OSPF鄰接關(guān)系無(wú)法建立，導(dǎo)致路由條目學(xué)習(xí)不到的情況。鄰接關(guān)系的建立是OSPF路由協(xié)議最基本的內(nèi)容，如果連鄰接關(guān)系都建立不起來(lái)，就無(wú)從談LSDB和路由表的建立和維護(hù)了。鑒于OSPF鄰接關(guān)系建立的重要性，詳細(xì)介紹了OSPF鄰接關(guān)系建立的過(guò)程，旨在為無(wú)法建立鄰接關(guān)系時(shí)提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞： OSPF； Hello包； 鄰接關(guān)系； LSA； DBD報(bào)文

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2015）12-06-04

Analysis and research on the establishment of OSPF adjacency relationship

Zhang Yang， Wang Shujuan， Bai Yanyu

（Xuchang Prison， Xuchang， Henan 461000， China）

Abstract： In the deployment of large and medium sized networks， OSPF protocol can be used as the preferred routing protocol. In the actual network environment， if the OSPF adjacency relationship can't be established， the route item cannot be learnt from the other routers. The establishment of the adjacency relationship is the basic content of OSPF routing protocol. If the OSPF adjacency relationship can't be established， it is impossible to discuss the establishment and maintenance of LSDB and routing tables. In view of the importance of establishing the OSPF adjacency relationship， this paper introduces the process of establishing the OSPF adjacency relationship， which aims to provide technical support for the establishment of the adjacency relationship.

Key words： OSPF； Hello packet； adjacency relationship； LSA； DBD packet

0 引言

OSPF（Open Shortes Path First）開(kāi)放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議，是所有廠商都支持的鏈路狀態(tài)路由選擇協(xié)議，應(yīng)用非常廣泛，適應(yīng)各種規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。OSPF協(xié)議中鏈路（Link）是指路由器的接口特征，狀態(tài)（State）是指路由器與其鄰居路由器之間的關(guān)系。Link-State描述了整個(gè)OSPF網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)路由處理更加準(zhǔn)確和快速，且不會(huì)產(chǎn)生環(huán)路。OSPF路由協(xié)議在對(duì)路由處理時(shí)，首先需要每個(gè)路由器都知道自己的鄰居是誰(shuí)，其次要知道自己的本區(qū)域內(nèi)有哪些路由器，最后還需要通過(guò)SPF算法對(duì)鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，得到其到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)的最佳路由。

在運(yùn)行OSPF協(xié)議的路由器中都有三張表，分別是鄰居表（Neighbor Table）、鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)表（Link-State DataBase，LSDB）、路由表（Routing Table）。鄰居表中記錄著所有已經(jīng)和建立雙向鄰居關(guān)系的路由器信息；鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)表中記錄著網(wǎng)絡(luò)中所有其他路由器的信息，列出網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；路由表中存放的是使用SPF算法算出到每個(gè)目的網(wǎng)絡(luò)的最短路徑。

1 OSPF的報(bào)文類(lèi)型

為了交換鏈路狀態(tài)信息以及路由信息，OSPF路由器之間要先建立鄰接關(guān)系。在建立鄰接關(guān)系時(shí)，會(huì)涉及以下五種報(bào)文類(lèi)型。

1.1 HELLO報(bào)文（Hello Packet）

HELLO報(bào)文主要用于建立和維護(hù)OSPF鄰接關(guān)系。路由器周期性的使用組播地址224.0.0.5發(fā)送Hello包給鄰居路由器。

1.2 DBD報(bào)文（Database Description Packet）

DBD是鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)描述信息，有時(shí)也可簡(jiǎn)寫(xiě)為DD，描述LSDB中的LSA頭部信息。

相鄰路由器之間相互發(fā)送DBD報(bào)文，報(bào)告對(duì)方自己所擁有的路由信息內(nèi)容，包括LSDB中每一條LSA摘要。摘要是指LSA的頭部。這樣做是為了減少路由器之間傳遞信息的量，因?yàn)長(zhǎng)SA的頭部信息只占一條LSA整個(gè)數(shù)據(jù)量一小部分，根據(jù)LSA頭部信息，對(duì)方路由器就可以判斷出是否已經(jīng)有了這條LSA。

1.3 LSR報(bào)文（Link-State Request Packet）

LSR報(bào)文用于鏈路狀態(tài)請(qǐng)求，向OSPF鄰居請(qǐng)求鏈路狀態(tài)信息。

兩臺(tái)路由器之間互相交換DBD報(bào)文后，知道對(duì)方路由器有哪些LSA是本地LSDB所缺少的或者對(duì)方更新的LSA，這時(shí)需要發(fā)送LSR報(bào)文向?qū)Ψ秸?qǐng)求需要的LSA，報(bào)文內(nèi)容主要是需要的LSA摘要信息。

1.4 LSU報(bào)文（Link-State Update Packet）

LSU報(bào)文主要是鏈路狀態(tài)更新的內(nèi)容，用于向?qū)Ψ铰酚善靼l(fā)送所需要的LSA，內(nèi)容可以是一條或多條LSA。

1.5 LSAck報(bào)文（Link-State Acknowledgment Packet）

LSAck報(bào)文主要用于對(duì)LSU進(jìn)行確認(rèn)。

由于OSPF不是使用可靠的TCP協(xié)議，但OSPF包又要求可靠的傳輸，所以就有了LSAck包，它是用于來(lái)對(duì)接收到的LSU報(bào)文進(jìn)行確認(rèn)，內(nèi)容是需要確認(rèn)的LSA的頭部信息。

2 OSPF鄰接關(guān)系建立的過(guò)程

以路由器A（Router ID為192.168.1.1）和路由器B（Router ID為192.168.1.2）之間建立鄰接關(guān)系的過(guò)程為例，如圖1，共經(jīng)歷12個(gè)過(guò)程交互，來(lái)介紹OSPF鄰接關(guān)系所經(jīng)歷的狀態(tài)。首先需要說(shuō)明OSPF鄰接關(guān)系狀態(tài)是有立足點(diǎn)的，是指立足于本路由器上看到對(duì)方的狀態(tài)，并不是兩臺(tái)路由器之間處于什么狀態(tài)。

2.1 Down狀態(tài)

初始狀態(tài)下，路由器AB的接口激活后處于Down狀態(tài)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何鄰居，但都有意愿發(fā)起尋找鄰居建立鄰居關(guān)系，所以就會(huì)在以組播的形式發(fā)送Hello包。Hello包中，有一個(gè)Active Neighbor字段，用來(lái)存儲(chǔ)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的鄰居，Down狀態(tài)下該字段不存在。

2.2 Init（初始化）狀態(tài)

圖1中第1個(gè)過(guò)程是由路由器A通過(guò)組播地址224.0.0.5發(fā)送Hello包，Hello包中Active Neighbor字段為空。路由器B收到該Hello包就表明有OSPF鄰居嘗試和自己建立鄰居關(guān)系，所以路由器B把路由器A置為Init狀態(tài)，也就是在路由器B上看到路由器A的狀態(tài)是初始化狀態(tài)。之后路由器B將路由器A的Router ID存儲(chǔ)在自己將要發(fā)送的Hello包的Active Neighbor字段中。

圖2 Init狀態(tài)下的Hello包

2.3 Two-Way狀態(tài)

第2個(gè)過(guò)程，因?yàn)槁酚善鰾已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了路由器A，路由器B就將路由器A的Router ID存儲(chǔ)在自己Hello包的Active Neighbor字段中，并將含有鄰居信息的Hello包發(fā)送給路由器A。路由器A收到路由器B的Hello包，會(huì)發(fā)現(xiàn)對(duì)方的Hello包中Active Neighbor字段就是自己的Router ID，這個(gè)時(shí)候就意味著路由器AB之間已經(jīng)建立起雙向雙邊關(guān)系，路由器A將路由器B的鄰居狀態(tài)置為T(mén)wo-Way狀態(tài)。第3個(gè)過(guò)程，與此同時(shí)，路由器A也會(huì)將路由器B的Router ID放到自己的Active Neighbor字段中，發(fā)送Hello包。路由器B收到這個(gè)Hello包并看到自己的Router ID后，也會(huì)將路由器A的狀態(tài)置為T(mén)wo-Way狀態(tài)。

圖3為路由器B發(fā)送的Hello包，Active Neighbor字段為192.168.1.1。

Two-Way之后，如果是廣播型多路訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)（MA），會(huì)有一個(gè)選舉DR和BDR的，DR和BDR一旦選舉好，會(huì)在Hello包中相應(yīng)字段填充，這個(gè)階段結(jié)束后進(jìn)入準(zhǔn)啟動(dòng)/預(yù)啟動(dòng)（Ex-Start）狀態(tài)。

2.4 Ex-Start狀態(tài)

接下來(lái)，路由器AB會(huì)進(jìn)入Ex-Start狀態(tài)，在這個(gè)階段會(huì)發(fā)送DBD報(bào)文協(xié)商主/從關(guān)系。DBD報(bào)文是對(duì)本路由器LSA頭部信息的描述，DBD報(bào)文格式只有一種，但內(nèi)容有兩種情況，第一種情況DBD報(bào)文沒(méi)有任何LSA頭部信息，是空的，主要用于協(xié)商鄰居之間的主從關(guān)系；第二種是裝載的有LSA頭部信息。

DBD報(bào)文字段中有三個(gè)位非常重要，分別是I、M、MS位。

I位：Init，置1，表明這是初始化協(xié)商報(bào)文，用于協(xié)商兩臺(tái)路由器的主從關(guān)系。當(dāng)I=1時(shí)，DBD報(bào)文中不會(huì)包含LSA頭部信息，體積超小。這里需要說(shuō)明DR和BDR是只在MA網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行選舉指定路由器的，而主從是在后續(xù)的LSA同步過(guò)程中誰(shuí)占主動(dòng)，并依據(jù)主動(dòng)一方的序列號(hào)seq，統(tǒng)一LSDB當(dāng)中的LSA序列號(hào)，也就是協(xié)商該用誰(shuí)的序列號(hào)。

M位：More，置1，表明后續(xù)還有更多的DBD更新。置0，表明是最后一個(gè)DBD報(bào)文，本路由器的情況已經(jīng)描述完了。

MS位：Master，置1，表明本路由器是主動(dòng)方。置0，表明本路由器是從動(dòng)方。最開(kāi)始路由器雙方都會(huì)認(rèn)為自己是主動(dòng)方，經(jīng)過(guò)對(duì)比后，確定誰(shuí)是主動(dòng)方，對(duì)比原則是誰(shuí)的Router ID大誰(shuí)為主動(dòng)方。

第4個(gè)過(guò)程，路由器A發(fā)向路由器B的DBD報(bào)文中I=1，M=1，MS=1，表明這是一條初始化協(xié)商報(bào)文，后續(xù)還有報(bào)文發(fā)送，路由器A會(huì)認(rèn)為自己是主動(dòng)方。第5個(gè)過(guò)程，路由器B收到路由器A發(fā)過(guò)來(lái)的DBD報(bào)文后，發(fā)現(xiàn)路由器A的Router ID小，B會(huì)認(rèn)為自己是Master，所以MS=1。

圖4所示為第4個(gè)過(guò)程中初始化協(xié)商的DBD報(bào)文，I=1。

2.5 Exchange狀態(tài)

第6個(gè)過(guò)程，路由器A收到路由器B的DBD后，會(huì)發(fā)現(xiàn)路由器B的Router ID的確比自己大，會(huì)將自己的MS=0，主/從關(guān)系也協(xié)商完畢，I=0，此時(shí)進(jìn)入Exchange狀態(tài)。進(jìn)入Exchange狀態(tài)的標(biāo)志是收到的DBD的I位置0，表示預(yù)啟動(dòng)狀態(tài)結(jié)束，主/從關(guān)系協(xié)商完畢。路由器AB之間發(fā)送報(bào)文的序列號(hào)seq以路由器B的序列號(hào)為主，I=0，開(kāi)始交互真正攜帶LSA頭部的DBD。

第8-9個(gè)過(guò)程，經(jīng)過(guò)一系列的交互，路由器AB雙方都已經(jīng)知道了對(duì)方的基本情況，也就是對(duì)方有多少個(gè)LSA頭部摘要信息。在所有的DBD交互完時(shí)，最后一個(gè)報(bào)文中的M=0，當(dāng)收到這種類(lèi)型的DBD報(bào)文就表示Exchange狀態(tài)結(jié)束。

2.6 Loading狀態(tài)

第10-12個(gè)過(guò)程，開(kāi)始裝載更新本路由器需要的完整LSA。在本路由器上維護(hù)著一個(gè)列表，列表是需要向鄰居請(qǐng)求具體的LSA頭部信息，如果此時(shí)沒(méi)有任何LSA要更新，就直接進(jìn)入Full狀態(tài)；如果有LSA更新，就發(fā)送關(guān)于LSA的請(qǐng)求，對(duì)方收到就回復(fù)LSU，LSU里包含完整的LSA信息。經(jīng)過(guò)一系列的交互，雙方的LSA信息同步，就進(jìn)入Full狀態(tài)，OSPF鄰接關(guān)系建立達(dá)到全毗鄰，開(kāi)始進(jìn)行路由收斂。

圖6為路由器A發(fā)送的一個(gè)LSR報(bào)文。

2.7 Full Adjacency狀態(tài)

Loading狀態(tài)結(jié)束后，也就是本地OSPF接口上再?zèng)]有待更新的LSA信息后，將鄰居置為Full狀態(tài)。

這里需要聲明如果是NBMA網(wǎng)絡(luò)（幀中繼）中，在Down狀態(tài)和Init狀態(tài)之間有一個(gè)Attempt狀態(tài)。該狀態(tài)表示最近沒(méi)有從鄰居收到信息，需要間隔一定時(shí)間向鄰居繼續(xù)發(fā)送Hello包嘗試聯(lián)系。

3 結(jié)束語(yǔ)

在運(yùn)行OSPF協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)中，路由器之間建立全毗鄰的鄰接關(guān)系是路由信息相互學(xué)習(xí)的前提條件，鄰接關(guān)系是否正常建立影響著OSPF后續(xù)工作，其重要性不言而喻。因此，本文對(duì)OSPF的基本概念進(jìn)行了描述，研究了對(duì)OSPF中五種報(bào)文類(lèi)型，并以實(shí)際的兩臺(tái)路由器之間建立鄰接關(guān)系的過(guò)程為例，通過(guò)抓包分析詳細(xì)介紹了鄰接關(guān)系建立過(guò)程中所經(jīng)歷的每種狀態(tài)。

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