路由器中OPSF協(xié)議的SPF算法是什么
開放最短路徑優(yōu)先OSPF(Open Shortest Path First)使用鏈路狀態(tài)算法來傳播選路信息，它使用SPF算法(Dijkstra算法)。其要點如下：
1、所有的路由器都維持一個鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，只有可達鄰站的鏈路狀態(tài)信
息才存入鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，這個數(shù)據(jù)庫實際上就是整個互連網(wǎng)的拓撲結構圖。而使用RIP協(xié)議的路由器只各自知道到所有目的網(wǎng)絡的下一站路由器，但卻不知道全網(wǎng)的拓撲結構。
2、OSPF讓每一個鏈路狀態(tài)都帶上一個32bit的序號(增長的速率不得超過每5秒1次)，序號越大狀態(tài)越新。每一個路由器用鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，算出自己的路由表。
3、要網(wǎng)絡拓撲發(fā)生任何變化，鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫就能很快地進行更新，使各
個路由器能夠重新計算出新的路由表。
4、OSPF依靠各路由器之間的頻繁交換信息來建立鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，并維持這數(shù)據(jù)庫在全網(wǎng)范圍內(nèi)的一致性(鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫的同步)。
5、OSPF不象RIP使用運輸層的用戶數(shù)據(jù)報UDP進行傳送，而是直接用IP
數(shù)據(jù)報傳送，并且數(shù)據(jù)報很短。(圖1)
IP數(shù)據(jù)報首部(20字節(jié)) | OSPF報文首部(24字節(jié)) | 類型1至5的OSPF報文 |
由于一個路由器的鏈路狀態(tài)只涉及到與相鄰路由器的連通狀態(tài)，因而與整個互連網(wǎng)的規(guī)模無關。
二、基本概念
1、鏈路狀態(tài)：所謂一個路由器的“鏈路狀態(tài)”就是該路由器都和哪些網(wǎng)
絡或路由器相鄰，以及將數(shù)據(jù)發(fā)往這些網(wǎng)絡或路由器所需的費用。
2、自治系統(tǒng)：一般簡稱為AS。一個自治系統(tǒng)是一個互連網(wǎng)絡，其最重要的特點是它有權自主地決定在本系統(tǒng)內(nèi)應采用何種路由選擇協(xié)議。
3、內(nèi)部網(wǎng)關協(xié)議IGP：即在一個自治系統(tǒng)內(nèi)部使用的路由選擇協(xié)議。
4、區(qū)域：OSPF允許進一步地將互連網(wǎng)劃分成一些區(qū)域。每個區(qū)域都包含一
組相鄰的網(wǎng)絡及所連接的主機，每個網(wǎng)關都必須被放置在其中的一個區(qū)域中。每一區(qū)域內(nèi)的拓撲結構對區(qū)域外是不可見的。由于保持了區(qū)域拓撲的獨立性，因此路由選擇交換信息量比AS未被分隔時小。帶有多個接口的路由器可加入到多個區(qū)域，這些所謂的區(qū)域邊界路由器為每個區(qū)域維護一個單獨的拓撲數(shù)據(jù)庫。
5、鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫：是與路由器相關的網(wǎng)絡的整體結構圖，它包含從同一
區(qū)域中所有路由器接收的LSA(鏈路狀態(tài)通告：包含有關鏈路接口、所用計量標準及其他變量信息)。
6、OSPF主干：負責在兩個區(qū)域之間發(fā)送路由選擇信息，它由區(qū)域邊界路由
器、跨區(qū)域網(wǎng)絡及與其連接的路由器組成。運行OSPF的AS邊界路由器通過外部網(wǎng)關協(xié)議或配置信息了解外部路由。
7、指定的路由器：如果某個網(wǎng)絡上接有N個網(wǎng)關，則它們可形成N(N-1)/2個可能的鄰接。每當某個網(wǎng)關傳送一個報文時，它會向所有N-1個鄰接網(wǎng)關發(fā)送該報文，因而共傳送(N-1)?個鏈路狀態(tài)。當指定一個網(wǎng)關作為指定路由器后，每個網(wǎng)關都變得與指定路由器有鄰接關系，而與其它網(wǎng)關不存在鄰接關系，與特定網(wǎng)絡相連的N個網(wǎng)關之間僅有N-1個鄰接，傳送的信息量大為減少。指定路由器的另一項任務是為該網(wǎng)絡發(fā)送鏈路狀態(tài)通告，傳送鏈路狀態(tài)更新數(shù)據(jù)。
8、后備指定路由器：當多重接入網(wǎng)絡上的網(wǎng)關沒有選出指定路由器的時候，后備指定路由器成為指定路由器，再在余下的網(wǎng)關中選出新的后備指定路由器。此時N個網(wǎng)關之間可能有2N-3個鄰接關系。
三、OSPF分組格式
版本號（1） | 類型（1） | 數(shù)據(jù)分組長度（2） | 路由器ID（4） | 區(qū)域ID（4） | 校驗和（2） | 鑒別類型（2） | 鑒別（8） | 數(shù)據(jù)（可變） |
各字段含義如下(圖2)：
版本號字段：給出了OSPF的版本。
類型字段：OSPF共有五種報文類型：
類型1：Hello報文，用來發(fā)現(xiàn)和維持鄰站的可達性;
類型2：Database Description報文，向鄰站給出自己的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫中的所有鏈路狀態(tài)項目的摘要信息;
類型3：Link State Request報文，向對方請求發(fā)送某些鏈路狀態(tài)項目的詳細信息;
類型4：Link State Update報文，用洪泛法向全網(wǎng)更新鏈路狀態(tài);
類型5：Link State Acknowledgment報文，對鏈路更新報文的確認。
數(shù)據(jù)分組長度字段：OSPF分組的長度，包括分組首部。
路由器ID字段：標識數(shù)據(jù)分組的源地。
區(qū)域ID字段：標識分組所屬的區(qū)域。
校驗和字段：檢驗分組內(nèi)容。
鑒別類型字段：所有OSPF協(xié)議路由器間的數(shù)據(jù)交換都需要被鑒別，保證只有可信賴的路由器才能傳送路由信息。
鑒別字段：包括鑒別信息。
數(shù)據(jù)：類型1至類型5的OSPF報文。
四、鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫的建立和更新
每個路由器定期發(fā)送一個鏈路狀態(tài)通告LSA，以提供有關路由器的鄰接信息，或通知其他路由器某個路由器的狀態(tài)改變了。通過把已經(jīng)建立的鄰接路由器與連接狀態(tài)相比較，可以快速檢測出失效路由器，并適時修改網(wǎng)絡的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，每一路由器以其為根據(jù)計算一個最短路徑樹，該最短路徑樹提供一個路由選擇表。OSPF規(guī)定，每兩個相鄰路由器每隔10秒要交換一次Hello報文，以確知哪些鄰站是可達的。只有可達鄰站的鏈路狀態(tài)信息才存入鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，并由此算出路由表來。若有40秒沒有收到某個相鄰路由器發(fā)來的Hello報文，則可認為該相鄰路由器不可達，應立即修改鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，并重新計算路由表。
當一個路由器剛開始工作時，它只能通過Hello報文得知它有哪些相鄰的路由器在工作，以及將數(shù)據(jù)發(fā)往相鄰路由器所需的費用。OSPF讓每一個路由器用Database Description報文和相鄰路由器交換本數(shù)據(jù)庫中已有的鏈路狀態(tài)摘要信息(指出有哪些路由器的鏈路狀態(tài)信息已寫入數(shù)據(jù)庫)。之后路由器使用Link State Request報文向對方請求發(fā)送自己所缺的某些鏈路狀態(tài)項目的詳細信息。通過一系列的這種報文交換，全網(wǎng)的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫就建立起來了。
在網(wǎng)絡運行的過程中，只要一個路由器的鏈路狀態(tài)發(fā)生變化，該路由器就要使用Link State Update報文，用洪泛法向全網(wǎng)更新鏈路狀態(tài)。當一個重復的報文到達時，網(wǎng)關丟棄該報文，而不發(fā)送它的副本。為了確保鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫與全網(wǎng)的狀態(tài)保持一致，OSPF還規(guī)定每隔一段時間，如30分鐘要刷新一次數(shù)據(jù)庫中的鏈路狀態(tài)。
五、OSPF的圖論模型
OSPF利用網(wǎng)絡拓撲的圖論模型來計算最短路徑。OSPF拓撲圖中的每個節(jié)點或者對應一個網(wǎng)關，或者對應一個網(wǎng)絡。如果網(wǎng)中兩實體存在物理連接，則OSPF圖在代表實體的兩個節(jié)點之間有一對有向邊，每個邊都有一個“權”。OSPF根據(jù)沿著花費最小的路徑轉發(fā)數(shù)據(jù)報的原則建立選路表。
六、OSPF的有限狀態(tài)機模型
有兩個原因使Hello對多重接入網(wǎng)絡特別重要。首先，網(wǎng)絡硬件并不檢查或報告網(wǎng)關的崩潰或重啟，為了互相保留對方的狀態(tài)信息，與多重接入網(wǎng)絡相連接的兩個網(wǎng)關必須交換分組。第二，與某個多重接入網(wǎng)絡相連接的任意兩個網(wǎng)關之間都能夠直接通信，因此OSPF必須防止這些網(wǎng)關形成過多的鄰接。
OSPF標準使用了一個有限狀態(tài)機來規(guī)范使用Hello的網(wǎng)關如何與相鄰網(wǎng)關交互作用。
一般來說，所有相鄰網(wǎng)關最初都處于DOWN狀態(tài)，表示并未準備通信。當一個網(wǎng)關接收到相鄰網(wǎng)關發(fā)出的Hello分組后，它將相鄰網(wǎng)關從DOWN狀態(tài)變遷到INIT狀態(tài)。在此之后，相鄰網(wǎng)關或者進入2-WAY狀態(tài)，或者進入EXSTART狀態(tài)。其中2-WAY狀態(tài)表示通信已經(jīng)建立，但相鄰網(wǎng)關與該網(wǎng)關之間沒有鄰接關系，EXSTART狀態(tài)表示不但已經(jīng)建立通信，而且兩個網(wǎng)關之間存在經(jīng)過雙方協(xié)商同意的鄰接關系。
當協(xié)商結束時，網(wǎng)關開始交換鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫中的信息，以確保它們有完全相同的底層互連網(wǎng)拓撲圖。兩個相鄰網(wǎng)關中的一個成為“主網(wǎng)關”，它查詢另一個網(wǎng)關數(shù)據(jù)庫中的信息。非主網(wǎng)關返回數(shù)據(jù)庫描述分組，以通知主網(wǎng)關最近接收到的該拓撲圖中每條鏈路的信息。在建立鄰接關系時，交換信息尤其重要，因為在網(wǎng)絡斷連期間，某個網(wǎng)關中的信息可能變?yōu)檫^時的信息。每個拓撲信息分組中包含一個序號，因此網(wǎng)關能夠知道相鄰網(wǎng)關數(shù)據(jù)庫中的描述信息是否比該網(wǎng)關自身數(shù)據(jù)庫中的信息更新。在交換完成且所有拓撲信息都已裝載后，網(wǎng)關進入FULL狀態(tài)。在FULL狀態(tài)中，兩個網(wǎng)關定期交換分組，以保持連接。