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OSPF动态由协议基本工作原理
随着Internet技术在全球范围内的飞速发展，IP网络作为一种**有前景的网络技术，受到了人们的普遍关注。而作为IP网络、运作、组织的核心——IP由技术提供了解决IP网络动态可变性、实时性、QoS等关键技术的一种可能。在众多的由技术中，OSPF协议已成为目前Internet广域网和Intranet企业网采用**多、应用**广泛的由技术之一。本文在分析OSPF动态由协议基本工作原理的基础上，提出了Dijkstra算法和OSPF由表计算的实现方法。
目前应用较多的由协议有RIP和OSPF，它们同属于内部网关协议，但RIP基于距离矢量算法，而OSPF基于链状态的**短径优先算法。它们在网络中利用的传输技术也不同。
RIP是利用UDP的520号端口进行传输，实现中利用套接口编程，而OSPF则直接在IP上进行传输，它的协议号为89.在RIP当中，所有的由都由跳数来描述，到达目的地的由**大不超过16跳，且只保留**的一条由，这就了RIP的服务半径，即其只适用于小型的简单网络。同时，运行RIP的由器需要定期地(一般30s)将自己的由表到网络当中，达到对网络拓扑的聚合，这样不但聚合的速度慢而且极容易引起风暴、累加到无穷、由环致命等问题。为此，OSPF应运而生。OSPF是基于链状态的由协议，它克服了RIP的许多缺陷：
**，OSPF不再采用跳数的概念，而是根据接口的吞吐率、拥塞状况、往返时间、可靠性等实际链的负载能力定出由的代价，同时选择**短、**优由并允许保持到达同一目标地址的多条由，从而平衡网络负荷;
第二，OSPF支持不同服务类型的不同代价，从而实现不同QoS的由服务;
第三，OSPF由器不再交换由表，而是同步各由器对网络状态的认识，即链状态数据库，然后**Dijkstra**短径算法计算出网络中各目的地址的**优由。这样OSPF由器间不需要定期地交换大量数据，而只是保持着一种连接，一旦有链状态发生变化时，才**组播方式对这一变化做出反应，这样不但减轻了不参与系统的负荷而且达到了对网络拓扑的快速。而这些正是OSPF强大生命力和应用潜力的根本所在。
一、OSPF工作原理分析
OSPF是一种分层次的由协议，其层次中**大的实体是AS(自治系统)，即遵循共同由策略管理下的一部分网络实体。在每个AS中，将网络划分为不同的区域。每个区域都有自己特定的标识号。对于主干(backbone)区域，负责在区域之间分发链状态信息。这种分层次的网络结构是根据OSPF的实际提出来的。当网络中自治系统非常大时，网络拓扑数据库的内容就更多，所以如果不分层次的话，一方面容易造成数据库溢出，另一方面当网络中某一链状态发生变化时，会引起整个网络中每个节点都重新计算一遍自己的由表，既浪费资源与时间，又会影响由协议的性能(如聚合速度、稳定性、灵活性等)。因此，需要把自治系统划分为多个域，每个域内部维持本域一张**的拓扑结构图，且各域根据自己的拓扑图各自计算由，域边界由器把各个域的内部由总结后在域间扩散。这样，当网络中的某条链状态发生变化时，此链所在的域中的每个由器重新计算本域由表，而其它域中由器只需修改其由表中的相应条目而无须重新计算整个由表，节省了计算由表的时间。
OSPF由两个互相关联的主要部分组成：“呼叫”协议和“可靠泛洪”机制。呼叫协议检测邻居并邻接关系，可靠泛洪算法可以确保统一域中的所有的OSPF由器始终具有一致的链状态数据库，而该数据库构成了对域的网络拓扑和链状态的映射。链状态数据库中每个条目称为LSA(链状态通告)，共有5种不同类型的LSA，由器间交换信息时就是交换这些LSA.每个由器都一个用于网络链状态的数据库，然后各由器的由选择就是基于链状态，**Dijkastra算法建立起来**短径树，用该树系统中的每个目标的**短径。**后再**计算域间由、自治系统外部由确定完整的由表。与此同时，OSPF动态网络状态，一旦发生变化则迅速扩散达到对网络拓扑的快速聚合，从而确定出新的网络由表。
OSPF的设计实现要涉及到指定由器、备份指定由器的选举、协议包的接收、发送、泛洪机制、由表计算等一系列问题。本文仅就Dijkstra算法与由表的计算进行讨论。
Dijkstra算法是由表计算的依据，**Dijkstra算法可以得到有关网络节点的**短径树，然后由**短径优先树得到由表。
(1)初始化集合E，使之只包含源节点S，并初始化集合R，使之包含所有其它节点。初始化径列O，使其包含一段从S起始的径。这些径的长度值等于相应链的量度值，并以递增顺序排列列表O.
(2)若列表O为空，或者O中第1个径长度为无穷大，则将R中所有剩余节点标注为不可达，并终止算法。
路由器地址进不去(3)首先寻找列表O中的**短径P，从O中删除P.设V为P的**终节点。若V已在集合E中，继续执行步骤2.否则，P为通往V的**短径。将V从R移至E.
(4)建立一个与P相连并从V开始的所有链构成的侯选径集合。这些径的长度是P的长度加上与P相连的长度。将这些新的链插入有序表O中，并放置在其长度所对应的等级上。继续执行步骤2.
下面我们以由器A为例，来说明**短径树的建立过程：
(1)由器A找到了由器B、C，将它们列入候选列表.
(2)从候选列表中找出**小代价项B，将B加入**短径树并从候选列表中删除。接着从B开始寻找，找到了D，将其放入候选列表.
(3)从列表中找出C，再由C又找到了D.但此时D的代价为4，所以不再加入候选列表。**后将D加入到**短径树。此时候选列表为空，完成了**短径树的计算。
三、OSPF由表的计算与实现
有关由表的计算是OSPF的核心内容，它是动态生成由器内核由表的基础。在由表条目中，应包括有目标地址、目标地址类型、链的代价、链的存活时间、链的类型以及下一跳等内容。关于整个计算的过程，主要由以下五个步骤来完成：
(1)保存当前由表，当前存在的由表为无效的，必须从头开始重新建立由表;
(2)域内由的计算，**Dijkstra算法建立**短径树，从而计算域内由;
(3)域间由的计算，**检查Summary-LSA来计算域间由，若该由器连到多个域，则只检查主干域的Summary-LSA;
(4)查看Summary-LSA：在连到一个或多个传输域的域边界由器中，**检查该域内的Summary-LSA来检查是否有比第(2)(3)步更好的径;
(5)AS外部由的计算，**查看AS-External-LSA来计算目的地在AS外的由。
**以上步骤，OSPF生成了由表。但这里的由表还不同于由器中实现由转能时用到的内核由表，它只是OSPF本身的内部由表。因此，完成上述工作后，往往还要**由增强功能与内核由表交互，从而实现多种由协议的学习。
OPSF作为一种重要的内部网关协协议的普遍应用，极大地增强了网络的可扩展性和稳定性，同时也反映出了动态由协议的强大功能。但是，在有关OSPF协议的研究、实现中尚存在一些问题，如数据库的溢出、度量的刻画、以及MTU协商等等。同时，在IPv6中，OSPFv3基于链的处理机制、IP地址的变化、泛洪范围的增加、包格式、LSA的变化以及邻居的识别等技术都将是我们共同探讨的课题。
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