动态路由协议OSPF原理和特性

动态路由协议简介

路由和路由协议

顾名思义，动态路由协议是一些动态生成(或学习到)路由信息的协议。在计算机网络互联技术领域，我们可以把路由定义如下，路由是指导IP报文发送的一些路径信息。动态路由协议是网络设备如路由器(Router)学习网络中路由信息的方法之一，这些协议使路由器能动态地随着网络拓扑中产生(如某些路径的失效或新路由的产生等)的变化，更新其保存的路由表，使网络中的路由器在较短的时间内，无需网络管理员介入自动地维持一致的路由信息，使整个网络达到路由收敛状态，从而保持网络的快速收敛和高可用性。

路由器学习路由信息、生成并维护路由表的方法包括直连路由(Direct)、静态路由(Static)和动态路由(Dynamic)。直连路由是由链路层协议发现的，一般指去往路由器的接口地址所在网段的路径，该路径信息不需要网络管理员维护，也不需要路由器通过某种算法进行计算获得，只要该接口处于活动状态(Active)，路由器就会把通向该网段的路由信息填写到路由表中去，直连路由无法使路由器获取与其不直接相连的路由信息。静态路由是由网络规划者根据网络拓扑，使用命令在路由器上配置的路由信息，这些静态路由信息指导报文发送，静态路由方式也不需要路由器进行计算，但是它完全依赖于网络规划者，当网络规模较大或网络拓扑经常发生改变时，网络管理员需要做的工作将会非常复杂并且容易产生错误。而动态路由的方式使路由器能够按照特定的算法自动计算新的路由信息，适应网络拓扑结构的变化。

动态路由协议的分类

按照区域(指自治系统)，动态路由协议可分为内部网关协议IGP(Interior Gateway Protocol)和外部网关协议EGP(Exterior Gateway Protocol)，按照所执行的算法，动态路由协议可分为距离向量路由协议(Distance Vector)、链路状态路由协议(Link State)，以及思科公司开发的混合型路由协议，如图1所示。

本文着重讨论自治系统内部的链路状态协议OSPF的原理，并结合距离向量协议作一些简单的比较。

OSPF协议的特点

OSPF全称为开放最短路径优先。"开放"表明它是一个公开的协议，由标准协议组织制定，各厂商都可以得到协议的细节。"最短路径优先"是该协议在进行路由计算时执行的算法。OSPF是目前内部网关协议中使用最为广泛、性能最优的一个协议，它具有以下特点：

◆ 可适应大规模的网络；

◆ 路由变化收敛速度快；

◆ 无路由自环；

◆ 支持变长子网掩码(VLSM)；

◆ 支持等值路由；

◆ 支持区域划分；

◆ 提供路由分级管理；

◆ 支持验证；

◆ 支持以组播地址发送协议报文。

采用OSPF协议的自治系统，经过合理的规划可支持超过1000台路由器，这一性能是距离向量协议如RIP等无法比拟的。距离向量路由协议采用周期性地发送整张路由表来使网络中路由器的路由信息保持一致，这个机制浪费了网络带宽并引发了一系列的问题，下面对此将作简单的介绍。

路由变化收敛速度是衡量一个路由协议好坏的一个关键因素。在网络拓扑发生变化时，网络中的路由器能否在很短的时间内相互通告所产生的变化并进行路由的重新计算，是网络可用性的一个重要的表现方面。

OSPF采用一些技术手段(如SPF算法、邻接关系等)避免了路由自环的产生。在网络中，路由自环的产生将导致网络带宽资源的极大耗费，甚至使网络不可用。OSPF协议从根本(算法本身)上避免了自环的产生。采用距离向量协议的RIP等协议，路由自环是不可避免的。为了完善这些协议，只能采取若干措施，在自环发生前，降低其发生的概率，在自环发生后，减小其影响范围和时间。

在IP(IPV4)地址日益匮乏的今天，能否支持变长子网掩码(VLSM)来节省IP地址资源，对一个路由协议来说是非常重要的，OSPF能够满足这一要求。

在采用OSPF协议的网络中，如果通过OSPF计算出到同一目的地有两条以上代价(Metric)相等的路由，该协议可以将这些等值路由同时添加到路由表中。这样，在进行转发时可以实现负载分担或负载均衡。

在支持区域划分和路由分级管理上，OSPF协议能够适合在大规模的网络中使用。

在协议本身的安全性上，OSPF使用验证，在邻接路由器间进行路由信息通告时可以指定密码，从而确定邻接路由器的合法性。

与广播方式相比，用组播地址来发送协议报文可以节省网络带宽资源。

从衡量路由协议性能的角度，我们可以看出，OSPF协议确实是一个比较先进的动态路由协议，这也是它得到广泛采用的主要原因。

OSPF协议的工作原理

网络拓扑结构

上文提到，OSPF协议是一种链路状态协议，那么OSPF是如何来描述链路连接状况呢？

抽象模型