OSPF路由协议中的邻居与邻接

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在RFC2328 Version 2 中定义了邻居关系（Neighbors） 和邻接关系（Adjacency），本文旨在分析一下二者之间的联系和区别。
　　1. OSPF的邻居（Neighbors）
　　同一个网段上的路由器可以成为邻居。邻居是通过Hello报文来选择的，Hello 报文使用IP多播方式在每个端口定期发送。路由器一旦在其相邻路由器的Hello 报文中发现他们自己，则他们就成为邻居关系了，在这种方式中，需要通信的双方确认。邻居的协商只在主地址（Primary address） 间协商。
　　两个路由器之间如果他们不满足下列条件，则他们就不能成为邻居：
　　1、Area-id：两个路由器必须有共同的网段上，它们的端口必须属于该网段上的同一个区，当然这些端口必须属于同一个子网。
　　2 验证（Authentication OSPF）允许给每一个区域配置一个密码来进行互相验证。路由器必须交换相同的密码，才能成为邻居。
　　3、Hello Interval和Dead Interval： OSPF协议在每个网段上交换Hello 报文，这是Keeplive的一种形式，路由器用它来确认该网段上存在哪些路由器，并且选定一个指定路由器DR（Designated Router）。Hello Interval定义了路由器上OSPF端口上发送Hello 报文时间间隔长度（秒为单位）。Dead Interval是指邻居路由器宣布其状态为DOWN之前，没有收到其Hello报文的时间。
　　OSPF协议需要两个邻居路由器的这些时间间隔相同，如果这些时间间隔不同，这些路由器就不能成为邻居路由器。可在路由器的端口模式下设置这些定时器：
　　ip ospf hello-interval <seconds>
　　ip ospf dead-interval <seconds>
　　4 Stub区标记：两个路由器为了成为邻居还可以在Hello报文中通过协商Stub区的标记来达到。Stub区的定义会影响邻居选择的过程。
　　2. 邻接（Adjacencies）
　　邻居关系形成后路由器之间就会进行邻接关系的形成。成为邻接关系的路由器之间，不仅仅是进行简单的Hello报文的交换，而是进行数据库的交换/为了减少特定网段上的交换信息。OSPF协议在每一个多址可达的网段上选择一个路由器作为指定路由器（DR Designated Router）， 选择另外一个路由器作为备份的指定路由器BDR （Backup Designated Router）， BDR作为DR的备份。这种设计的考虑是让DR或BDR成为信息交换的中心，而不是让每个路由器与该网段上其它路由器两两做更新信息的交换。路由器首先与 DR、 BDR交换更新信息，然后DR 、BDR将这些更新信息转发给该网段上的其他路由器。这样信息交换的复杂度就会从O （n*n）降到O （n），其中n是多址可达网段上的路由器的数量。如图1， 显示了DR和BDR的关系。

                               
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　　在上图中，所有的路由器在同一个多址可达网段上，通过相互交换Hello报文来选择DR和BDR. 在该网段上的每个路由器（他们之间已经成为Neighbor）会进一步与DR和BDR建立邻接（Adjacency） 关系。
　　2.1 DR 的选择
　　DR与BDR的选择是通过Hello报文来进行的，而Hello报文又是通过每个网段上IP多播报文来进行交换的。在一个网段上，OSPF优先级最高的那台路由器将成为DR， OSPF优先级次高的那台路由器将成为BDR. 若OSPF的优先级相同，则路由器的Router ID大者将成为DR. 默认情况下，OSPF的优先级为1. 一定要记住DR和BDR的概念只在每个多址可达的网段上才有，如Point to Point， Point to MultiPoint等网络上没有这个概念。
　　可以在端口模式下使用下面的命令来设置路由器端口的OSPF优先级：
　　ip ospf priority <value>
　　可用在特权模式下使用下面的命令查看端口的OSPF优先级：
　　show ip ospf interface Ethernet 0
　　如果端口的OSPF优先级为0 则表示该端口永远不会被选择为DR或BDR.
　　OSPF端口优先级为0时，端口状态为DROTHER. 如图2，显示了DR选择过程。

                               
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　　在上图Segment 1中，RTA与RTB的端口OSPF优先级相同，都为1 （默认值），但是RTB的RID （4.4.4.4） 比RTA的RID （3.3.3.3）大，则RTB将成为那个网段的DR. 在Segment 2中，RTC比RTB相应OSPF端口的优先级高，则RTC是该网段的DR.
　　2.2 建立邻接关系（Adjacency）
　　邻接关系的建立过程由多个步骤组成，成为邻接关系的路由器会保留一份精确的链路状态数据库。下面是路由器之间在形成邻接关系过程中端口状态变化的一个简单总结：
　　1、DOWN状态，表示在多址可达网络中没有收到任何信息。
　　2、Attempt状态，在Frame Relay和X.25等NBMA网络中，这种状态表示路由器没有从其邻居路由器上接收任何信息。
　　3、Init，状态端口检测到从邻居路由器上来的Hello报文，但还没有建立起双向通信。
　　4、Two-way 状态，路由器与其邻居路由器建立起双向通信，路由器会在其邻居路由器发送过来的Hello报文中看到自己。在这个状态的末段，将进行DR和BDR的选择，邻居路由器间决定是否建立邻接关系。
5、Exstart状态，在该状态中路由器会产生一个初始序列号，用来交换信息报文，这个序列号能确保路由器收到的是最新的报文信息，一个路由器将成为主，另一个路由器则成为辅，主路由器会获得辅路由器的信息。
　　6、Exchang状态，路由器通过发送DD报文（Database Description Packects）来建立他们的整个链路状态数据库。在这个状态过程中，报文会通过泛洪（Fooding） 到路由器的其他端口上。
　　7、 Loading状态，在这个状态中，路由器将结束信息的交换，路由器会建立一个链路状态请求列表（Link-state Request List）和一个链路状态转发列表（Link-state Retransmission List）。所有的不完整的或废弃的信息都将放到请求列表，中所有的更新报文将被送到转发列表中，直到该报文得到回应。
　　8、Full状态，在这个状态过程中，邻接关系已经形成，邻居路由器完全邻接，邻接路由器具有相同的链路状态数据库。

                               
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　　如图3 RTA、RTB、RTD和RTF的以太口0在同一个区域0.0.0.0 中。下面是RTA和RTF的配置，RTB、RTD的配置类似，在这里就不一一列出。

[pre]RTA#hostname RTAinterface Loopback0ip address 203.250.13.41 255.255.255.0interface Ethernet0ip address 203.250.14.1 255.255.255.0router ospfnetwork 203.250.13.41 0.0.0.0 area 1network 203.250.0.0 0.0.255.255 area 0.0.0.0RTF#hostname RTFinterface Ethernet0ip address 203.250.14.2 255.255.255.0router ospf 10      network 203.250.0.0 0.0.255.255 area 0.0.0.0[/pre]

　　可以用show ip ospf interface <interface> 来快速检查各个端口属于那个区域。尤其OSPF 网络配置命令的顺序非常重要。如RTA配置中的斜体部分，如果"network 203.250.0.0 0.0.255.255 area 0.0.0.0" 语句放在"network 203.250.13.410.0.0.0 area 1"之前，所有的端口都会将属于区域0，这会有问题的，因为Loopback端口被划在区域1中。让我们看一看RTA、 RTB、 RTD、 RTF的show ip
　　ospf interface e 0的输出：

RTA#sh ip ospf interface e 0Ethernet0 is up, line protocol is upInternet Address 203.250.14.1 255.255.255.0, Area 0.0.0.0Router ID 203.250.13.41, Network Type BROADCAST, Cost: 10Transmit Delay is 1 sec, State BDR, Priority 1Designated Router (ID) 203.250.15.1, Interface address 203.250.14.2Backup Designated router (ID) 203.250.13.41, Interface address 203.250.14.1Timer intervals configured, Hello 10, Dead 40, Wait 40, Retransmit 5 Hello due in0:00:02Neighbor Count is 3, Adjacent neighbor count is 3Adjacent with neighbor 203.250.15.1 (Designated Router)Loopback0 is up, line protocol is upInternet Address 203.250.13.41 255.255.255.255, Area 1Router ID 203.250.13.41, Network Type LOOPBACK, Cost: 1Loopback interface is treated as a stub HostRTF#sh ip o int e 0Ethernet0 is up, line protocol is upInternet Address 203.250.14.2 255.255.255.0, Area 0.0.0.0Router ID 203.250.15.1, Network Type BROADCAST, Cost: 10Transmit Delay is 1 sec, State DR, Priority 1Designated Router (ID) 203.250.15.1, Interface address 203.250.14.2Backup Designated router (ID) 203.250.13.41, Interface address 203.250.14.1Timer intervals configured, Hello 10, Dead 40, Wait 40, Retransmit 5 Hello due in0:00:08Neighbor Count is 3, Adjacent neighbor count is 3Adjacent with neighbor 203.250.13.41 (Backup Designated Router)RTD#sh ip ospf interface e 0Ethernet0 is up, line protocol is upInternet Address 203.250.14.4 255.255.255.0, Area 0.0.0.0Router ID 192.208.10.174, Network Type BROADCAST, Cost: 10Transmit Delay is 1 sec, State DROTHER, Priority 1Designated Router (ID) 203.250.15.1, Interface address 203.250.14.2Backup Designated router (ID) 203.250.13.41, Interface address 203.250.14.1Timer intervals configured, Hello 10, Dead 40, Wait 40, Retransmit 5 Hello due in0:00:03Neighbor Count is 3, Adjacent neighbor count is 2Adjacent with neighbor 203.250.15.1 (Designated Router)Adjacent with neighbor 203.250.13.41 (Backup Designated Router)RTB#sh ip o int e 0Ethernet0 is up, line protocol is upInternet Address 203.250.14.3 255.255.255.0, Area 0.0.0.0Process ID 10, Router ID 203.250.12.1, Network Type BROADCAST, Cost: 10Transmit Delay is 1 sec, State DROTHER, Priority 1Designated Router (ID) 203.250.15.1, Interface address 203.250.14.2Backup Designated router (ID) 203.250.13.41, Interface address 203.250.14.1Timer intervals configured, Hello 10, Dead 40, Wait 40, Retransmit 5 Hello due in0:00:03Neighbor Count is 3, Adjacent neighbor count is 2Adjacent with neighbor 203.250.15.1 (Designated Router)Adjacent with neighbor 203.250.13.41 (Backup Designated Router)

　　上面的输出信息非常重要，让我们看一看RTA的输出信息，以太口0属于区域0， RID为203.250.13.41， RID是路由器上所有端口中IP地址最大者，如果有Loopback地址，则为最大的Loopback地址。RID的选择只是在路由器启动时或OSPF进程重启时进行。RTA以太口的状态是BDR， 由于所有的路由器OSPF端口的优先级都相同（Priority） 1， 所以要根据RID来选择DR， RTF的RID最大，则其以太口成为DR. 通过同样的过程，RTA的以太口成为BDR， RTB和RTD的以太口状态为DROTHER.

　同样要注意邻居数目和邻接数目。RTD有三个邻居，而邻接路由器只有两个，一个为DR， 另一个为BDR， RTF有三个邻居，三个邻接路由器 ，因为他自己为DR.
　　网络类型也是一个非常重要的概念，它将决定端口的状态。在如以太网的广播型的网络中DR、 BDR的选择与最终用户没有关系。谁是DR， 谁是BDR， 好像没有多大关系。但在其他的情况下，如帧中继、X.25等NBMA网络中，DR、BDR 将影响OSPF 的功能是否正常。很幸运，在介绍point-to-point 和point-to-multipoint 子接口时，DR的选择不再是个问题了。OSPF协议在NBMA网络中的应用将在下一章介绍。
　　我们看一看另外一个命令：

[pre]show ip ospf neighborRTD#sh ip o neiNeighbor ID Pri State                          Dead Time Address Interface203.250.12.1 1 2WAY/DROTHER                    0:00:37 203.250.14.3 Ethernet0203.250.15.1 1 FULL/DR                         0:00:36 203.250.14.2 Ethernet0203.250.13.41 1 FULL/BDR                       0:00:34 203.250.14.1 Ethernet0[/pre]

　　上述命令显示的是一个特定网段上路由器与所有邻居的状态关系。“NeighborID” 就是RID .RTD与RTB只是邻居关系，状态为2WAY/DROTHER， RTD与RTA、 RTF的状态关系为FULL/BDR、 FULL/DR.
　　2.3 点到点端口的邻接关系
　　在点到点串行链路上，OSPF协议会始终保持两端的邻居成为邻接关系，在这种链路上没有DR或BDR的概念。串口的网络状态为Point to Point.
　　2.4 NBMA网络中的邻接关系
　　在Frame Relay、 X.25、 ATM等NBMA网络中配置OSPF协议时需要特别小心。
　　OSPF协议会把这些网络与其他广播型网络如（以太网）同等看待。一般PVC和SVC提供的只是部分连接，而达不到完全网状连接；不能提供多址可达的物理网络。在这样的网络中，DR和BDR的选择将会有问题，因为DR和BDR的选择要求网络中的路由器进行全网连接（Full Mesh）。由于NBMA网络没有广播功能，DR和BDR与网络中其他路由器也可以通过静态列表来指定。用下面的命令：
　　neigbhor ip-address [priority number] [poll-interval seconds]
　　其中"ip-address" 和"priotity" 是邻居路由器的端口IP地址和优先级。
　　“poll-interval” 是NBMA端口发送Hello报文测试邻居路由器状态的时间间隔。
　　这个命令一般用在有可能成为DR或BDR的路由器上（端口的OSPF优先级一定不能为0）。 下面这个网络中DR的选择非常重要。

                               
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　　在图4， RTA具备成为DR的条件，它的一个端口与网络中其他的路由器是全链接的。DR的选择可通过设置端口的OSPF优先级来决定。Neighbor命令在这里只讲这些，另外一种方法，可以定置OSPF端口的网络类型，这样就不用考虑底层的物理介质是什么了。

xiaolei

很好，很详细

xiaosko

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