OSPF分享-鄰居建立過程
時(shí)間：2023-06-26 08:12:01 | 來源：網(wǎng)站運(yùn)營
時(shí)間：2023-06-26 08:12:01 來源：網(wǎng)站運(yùn)營
OSPF分享-鄰居建立過程：
這篇分享是針對OSPF鄰居建立過程實(shí)現(xiàn)原理剖析 通過一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)拓?fù)涞膱?bào)文來詳細(xì)分析OSPF工作機(jī)制，參照OSPF 的鄰居狀態(tài)機(jī)流程來進(jìn)行剖析OSPF 鄰居建立過程
Down----->Init ----> Two-way ----> Exstart --->Exchange----> Loading ----> Full
其中的Down狀態(tài)，將不作為第一步分析，畢竟很容易理解，就是在Deadinternal間隔內(nèi)都沒有收到hello報(bào)文，則認(rèn)定為鄰接失效。
實(shí)驗(yàn)拓?fù)淙缦拢?/b>
3臺(tái)路由器，通過一個(gè)交換機(jī)（廣播網(wǎng)絡(luò))互聯(lián)，都在E0/0上運(yùn)行OSPF，形成了OSPF的Full鄰接關(guān)系。
1.鄰居發(fā)現(xiàn)---Init 階段（Hello報(bào)文：OSPF報(bào)文類型1）
hello報(bào)文的用途：
- 發(fā)現(xiàn)和協(xié)商鄰居（鄰居發(fā)現(xiàn)階段）
- 在廣播和NBMA(非廣播多路訪問）網(wǎng)絡(luò)中協(xié)商DR和BDR （DR/BDR選舉階段）
- 鄰居建立之后的充當(dāng)keepalive的角色（OSPF后續(xù)的保活階段）
hello報(bào)文在實(shí)現(xiàn)如上3個(gè)用途的時(shí)候，OSPF在處于鄰接關(guān)系的3個(gè)不同階段，在不同的階段，hello把中的信息也是不一樣的。這里我們先介紹OSPF鄰居的發(fā)現(xiàn)階段
1）我們先看看hello報(bào)文的網(wǎng)絡(luò)層信息，可知這是一個(gè)OSPF報(bào)文（R3接口抓取報(bào)文）
我們的實(shí)驗(yàn)用例是用來一個(gè)多址網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)類型且是廣播類型，OSPF的Hello報(bào)文發(fā)送的方式是組播方式。關(guān)于網(wǎng)絡(luò)類型對于OSPF的工作機(jī)制的影響，還有組播MAC和IP，這個(gè)會(huì)在DR/BDR單獨(dú)的文章中分享。
2）去掉IP包頭，我們看看各路由器初始Hello報(bào)文的OSPF報(bào)文信息
每臺(tái)路由器都會(huì)在開啟ospf的接口組播方式發(fā)送hello報(bào)文，目標(biāo)IP:224.0.0.5,且 DR/BDR為空，優(yōu)先級(jí)默認(rèn)為1，報(bào)文中還有不少字段。部分字段將在鄰接的其他的過程中講解，還有其余字段，將會(huì)在另外的OSPF分享中講解。
當(dāng)其他路由器監(jiān)聽224.0.0.5組播地收到這類始發(fā)hello報(bào)文信息匹配無誤后，如“版本、區(qū)域ID、認(rèn)證信息、接口掩碼、Hello-interval、Dead-interval”(其實(shí)還有Option字段），這些信息必須匹配，才認(rèn)為對方是自己的“鄰居”，路由器利用收到的Hello報(bào)文信息，為接口創(chuàng)建一個(gè)“接口數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，將鄰接關(guān)系設(shè)置為于“Init狀態(tài)"。這個(gè)被創(chuàng)建的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的信息將會(huì)被用于后續(xù)發(fā)送Hello報(bào)文。
這里我們用了鄰居和鄰接關(guān)系這2個(gè)詞。
鄰居他只是一個(gè)名詞，而OSPF中，對于兩臺(tái)設(shè)備的互聯(lián)關(guān)系，我們用鄰接來表示。至于OSPF能否在兩個(gè)鄰居之前正常交互，要形成一個(gè)完成的鄰接關(guān)系才行。舉個(gè)例子，你和老王住在對門，彼此見過面，彼此知道對方是住在對面房間的人或者戶主，你們就已經(jīng)成為鄰居了。但是至于鄰居關(guān)系知否處理好，在后續(xù)的日子中能否有效的交流和處事，要看你們的鄰居關(guān)系的建立了。如果在后續(xù)的各個(gè)方面都比較認(rèn)同，信息共享，那就有了一層
很好的鄰接關(guān)系。下面我們看看OSPF如何在鄰居之前建立鄰接關(guān)系。
2.雙向通信建立---Two-way階段(Hello報(bào)文：OSPF報(bào)文類型1)
當(dāng)路由器首次收到其他路由器的初始hello報(bào)文，并確認(rèn)信息對上之后，路由器會(huì)再次通過組播方式發(fā)出的一個(gè)包含“Active neighbor"字段的Hello報(bào)文到該鏈路上，該字段的值就是，在該鏈路收到過的所有的Hello報(bào)文（前提是信息匹配）中的RID。
當(dāng)其他路由器通過這個(gè)鏈路收到的這個(gè)路由器帶有”Active neighbor”字段的Hello報(bào)文，發(fā)現(xiàn)其中"active nb"字段包含了自身 rid，類似于對方認(rèn)為對方有效鄰居的時(shí)候，此時(shí)彼此的就達(dá)成了初步雙方認(rèn)可，則將對方的鄰接關(guān)系設(shè)置為“Two-way"雙向通信狀態(tài)。
之前出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)類型和DR的概念， 在進(jìn)入下一階段之前，我們需要先插播一條關(guān)于DR/BDR(包含網(wǎng)絡(luò)類型）的知識(shí)廣告，
因?yàn)檫@將直接影響OSPF鄰接關(guān)系的建立邏輯。
DR/BDR知識(shí)點(diǎn)插播：
- DR: Designate router，指定路由器
- BDR：Backup Disignate router，備用指定路由器
- DROthers：其余非DR/BDR路由器
- DR/BDR選舉規(guī)則：先比較接口優(yōu)先級(jí)，越大越優(yōu)先。優(yōu)先級(jí)相同，比較RID，越大越優(yōu)先
在一個(gè)多址網(wǎng)絡(luò)（比如廣播、NBMA）網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)鏈路上會(huì)存在多個(gè)OSPF路由器，這也是為什么這里會(huì)用3個(gè)路由的實(shí)例來介紹OSPF鄰居建立過程。當(dāng)多個(gè)OSPF路由器出現(xiàn)的時(shí)候，會(huì)有DR/BDR機(jī)制，來控制鄰接關(guān)系的有組織的建立，而不是一通亂鄰接，形成一個(gè)Full-me sh的全員相互Full鄰接狀態(tài)，造成鄰接關(guān)系眾多復(fù)雜的現(xiàn)狀。
這里我們先明確一點(diǎn)：在鄰居鄰接關(guān)系達(dá)到“Two-way”的狀態(tài)后，會(huì)先在這個(gè)多址網(wǎng)絡(luò)中確認(rèn)DR/BDR/DROthers角色關(guān)系，才會(huì)進(jìn)行后續(xù)的鄰接關(guān)系協(xié)商過程。而且角色一旦確認(rèn)后，DR/BDR，除了彼此還會(huì)和所有DRothers建立完整鄰接關(guān)系，而DROthers彼此之間不會(huì)再 進(jìn)一步的建立鄰接關(guān)系，他們之間的鄰接關(guān)系將維持在“Two-way”狀態(tài)。
示例中根據(jù)上面的 DR/BDR選舉規(guī)則，都是默認(rèn)的優(yōu)先級(jí)，顯然R3將成為DR，R2成為BDR，R3成為DROthers，最終還是一個(gè)Full-mesh的Full鄰接關(guān)系狀態(tài)，因?yàn)橛?個(gè)路由器的實(shí)例，只是為了引出在OSPF鄰接關(guān)系過程中必不可以少的一個(gè)階段。
關(guān)于DR/BDR的詳解描述，將在下一篇文章。現(xiàn)在DR/BDR/DROthers的角色已經(jīng)判定了，我們接著往下走。
3. 數(shù)據(jù)庫描述的主從關(guān)系確認(rèn)&LSA摘要傳遞---Exstart&Exchange階段(DB description報(bào)文：OSPF報(bào)文類型2）
接下來將開始雙方同步OSPF 數(shù)據(jù)庫中的信息，但是同步的第一步需要協(xié)商一個(gè)Master/slave主從關(guān)系。
3.1 問題：協(xié)商主從的作用是什么？
答案：在兩臺(tái)OSPF鄰接的路由器數(shù)據(jù)庫信息同步的過程中，“主”路由器確保每次只有1個(gè)“DB description”報(bào)文是未處理的，也就是每次都是處理完一個(gè)，再發(fā)下一個(gè)。每次都是主路由器發(fā)出一個(gè)"DB description“報(bào)文，從路由器收到后，回應(yīng)一個(gè)具有相同”DB sequence"的“DB description”確認(rèn)報(bào)文，來確認(rèn)主路由器之前發(fā)的“DBdescription“報(bào)文。如果主路由器在”RxmtInterval“間隔內(nèi)，未收到從路由器的確認(rèn)報(bào)文，主路由器會(huì)重新發(fā)送一個(gè)這個(gè)”DB description“報(bào)文。其中DB-sequence字段也同時(shí)用來判定“DB description”是否是重發(fā)，比如從路由器收到一個(gè)主路由器發(fā)來的“DB description”報(bào)文，其中seqence和之前已回復(fù)的確認(rèn)報(bào)文 sequence相同，則表示這個(gè)"DB description“報(bào)文是重發(fā)的。
3.2 下面來分析下 "DB description“(以下簡稱DB-dsec)報(bào)文是如何在Exstart和Exchange狀態(tài)進(jìn)行交互的。
在拆解報(bào)文之前，我們先了解下DB-desc報(bào)文內(nèi)容信息中（非Header）的幾個(gè)特殊字節(jié)的意義和用途。
- I(Init):set：表示這的數(shù)據(jù)庫描述報(bào)文的初始報(bào)文
- M(More):set：表示還有后續(xù)更多的“DB description"報(bào)文還需要發(fā)送
- MS(Master):yes：表示始發(fā)路由器是 數(shù)據(jù)庫交互過程中的 主，因?yàn)槭浅醮伟l(fā)送，都會(huì)認(rèn)為自己是主
- DB sequence: 表示數(shù)據(jù)庫描述序列號(hào)，在主從關(guān)系確認(rèn)過程的首次發(fā)包時(shí)，是根據(jù)路由器當(dāng)前按照順序確認(rèn)應(yīng)該使用的序列號(hào)，所有鄰接關(guān)系
中的路由發(fā)送的首個(gè)“DB decription"報(bào)文中的 DB序列號(hào)沒有關(guān)聯(lián)，一般是不一致的 。
1) Exstart和Excahge過程DBD報(bào)文的交互過程原理
以RTA-RTB這種1對1角色名稱為例：
- RTA向所有處于“Two-way”狀態(tài)的鄰居，單播發(fā)送首個(gè)DB-description(下面簡稱DBD）報(bào)文（init:set,More:set,Master:set),且都認(rèn)為自己是DB-desc交互過程中的“主”角色。同時(shí)各自發(fā)送的DB-desc初始報(bào)文的 "DD sequence“序列號(hào)是不一致的，因?yàn)橹鲝年P(guān)系還沒有確認(rèn)，都是認(rèn)為自己是主。
- RTB收到鄰居發(fā)來的首個(gè)DBD報(bào)文后，將RTA鄰接關(guān)系設(shè)置為“Exstart"狀態(tài)。同時(shí)根據(jù)RID大小，判斷主從
- 如果判斷RTB自己是主：則回應(yīng)一個(gè)初始DBD報(bào)文（Init:set,More:set,Master:yes)
- RTA收到了RTB的第一個(gè)DBD初始報(bào)文，將RTB的狀態(tài)設(shè)置為 “Exstart”狀態(tài)。同時(shí)根據(jù)RID大小，判定自己是從，則回應(yīng)一個(gè)MS置位”No“， 且DB sequence和RTA（主）發(fā)送的初始DBD報(bào)文一致的DBD報(bào)文，同時(shí)！：還會(huì)攜帶自身的LSA描述信息（從設(shè)備會(huì)提前搞事?。?。當(dāng)RTB（主）收到了RTA（從）的DBD報(bào)文后，雙方都確認(rèn)主從關(guān)系。關(guān)鍵報(bào)文中攜帶了LSA描述信息，RTB（主）將RTA（從）的鄰接關(guān)系設(shè)置為 “Exchange"狀態(tài)。
- RTB（主）開始發(fā)送攜帶LSA描述信息的DBD報(bào)文，RTA收到后，也將RTB（主）的鄰接關(guān)系設(shè)置為“Exchagne"狀態(tài)。
- 由RTB（主）控制DBD報(bào)文的“一來一回”交互，因?yàn)橹靼l(fā)送的DBD報(bào)文，必須要收到從發(fā)出的攜帶和主發(fā)送相同"DB sequence“的回復(fù)包，主才會(huì)開始發(fā)送下一個(gè)DBD報(bào)文。同時(shí)沒發(fā)一次DBD報(bào)文，報(bào)文中的“DB sequence”字段數(shù)值就+1
- 就按照上述的“一來一回”交互，當(dāng)自己的LSA描述信息已經(jīng)發(fā)送完全，會(huì)將發(fā)送的DBD報(bào)文中的“M”位置位為“Not set"。只有當(dāng)雙方的DBD報(bào)文的“M”位都置位為“Not set”，才會(huì)認(rèn)為是同步完畢。因?yàn)槭侵髟O(shè)備來主導(dǎo)這個(gè)“一來一回”交互過程，所有永遠(yuǎn)都是從設(shè)備最先知道，通過是否完畢。
- LSA描述信息同步的過程中，一旦一方收到了包含LSA描述信息的DBD報(bào)文，就可以開始發(fā)起“LSU”報(bào)文進(jìn)行LSA的請求更新了，但鄰居的鄰接關(guān)系
狀態(tài)仍然還是“Exchange”，除非同步完畢，自動(dòng)切換到“Loading"狀態(tài)。
2）通過報(bào)文分析Exstat和Exchange報(bào)文交互過程
①R1發(fā)送首個(gè)DBD報(bào)文給R3
②R3收到首個(gè)鄰居的DBD報(bào)文，將對方鄰居關(guān)系設(shè)置為“Exstart”狀態(tài)，同時(shí)回應(yīng)一個(gè)DBD初始報(bào)文給R1。
③R1認(rèn)慫，跟著老大（主）調(diào)整步調(diào)，并直接開始匯報(bào)（發(fā)送LSA描述信息）
④R3（主）收到 R1的DBD確認(rèn)報(bào)文（序列號(hào)一致，身份為從），且包含了LSA描述信息，將R1的鄰接關(guān)系設(shè)置為“Exhange”狀態(tài) 并開始發(fā)送攜帶自身LSA描述信息的DBD報(bào)文
⑤R3也開始發(fā)送包含LSA描述信息的DBD報(bào)文
⑥R1收到R3帶有LSA描述信息的報(bào)文后，將R3的鄰接關(guān)系設(shè)置“Exchange”狀態(tài)
⑦雙方按照上述原理的邏輯繼續(xù)交互，知道都確認(rèn)LSA描述信息發(fā)送完畢，同步完畢。同時(shí)將會(huì)設(shè)置為下一個(gè)狀態(tài)："Loading”
我們在多看一眼抓包的圖：
發(fā)現(xiàn)R1/R2/R3在DB-desc同步的過程（Excahgne階段）中，就已經(jīng)私下開始請求和更新LSA了。消息還沒同步完，你們就開始搞事了，效率可以啊。
這是因?yàn)椋涸贒BD報(bào)文同步LSA描述的過程中，路由器就可以根據(jù)收到的LSA描述，同步像對方發(fā)起LS requet報(bào)文，進(jìn)行LSA請求進(jìn)行更新了，也就是Loading階段，所以Exchange和Loading階段是有交差的，也能提高OSPF收斂的速度。
4. LSA update---Loading（LSR & LSU 報(bào)文：OSPF報(bào)文類型3&4）
Loading的過程，就是對 LSA的請求、更新、確認(rèn)的過程。當(dāng)所有的LSA信息都完成并確認(rèn)時(shí)，Loading的過程才算結(jié)束，形成Full的鄰接關(guān)系（鄰接完全體）。
4.1 Loading過程的報(bào)文交互和原理
- 路由器收到LSA描述信息后，如果發(fā)現(xiàn)這些信息不在自己的鏈路狀態(tài)信息數(shù)據(jù)庫中，或者比鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫信息中對應(yīng)條目狀態(tài)更新的時(shí)候，路由器將會(huì)把這些LSA摘要信息加入“鏈路狀態(tài)請求列表”中，并通過LS request報(bào)文（簡稱LSR)，并發(fā)送給鄰居，請求其對應(yīng)的完整LSA拷貝。
- 鄰居收到后，將把針對這些請求報(bào)文中涉及的LSA的完整拷貝，通過LS update報(bào)文（簡稱LSU）回應(yīng)請求的始發(fā)路由器，每個(gè)LS update報(bào)文可以攜帶多個(gè)LSA信息。
- 始發(fā)請求路由器收到LS update報(bào)文，將報(bào)文的包含LSA信息，從對應(yīng)的鏈路狀態(tài)從之前的請求列表中刪除，當(dāng)鄰居對應(yīng)的“鏈路狀態(tài)請求列表為空時(shí)，
把改鄰居的鄰接狀態(tài)設(shè)置為“Full”，形成了鄰接完全體
4.2 R3(DR)和R1(DROthers)的loading階段交互
Tips：LSR/LSU分別對應(yīng)OSPF報(bào)文類型的3,4，在如下報(bào)文中可體現(xiàn)
①R1單播向R3發(fā)起了一個(gè)LSR請求報(bào)文，LSA-Type為Router-LSA(3)
2）R3單播方式回應(yīng)對應(yīng)完整的LSA信息給R1，其中包含2條LSA信息
3）R3也像R1單播發(fā)送了LSR請求報(bào)文
4）R1以單播方式呼應(yīng)了DR(R)3的LSU請求
⑤當(dāng)所有LSA都更新完畢后，將對方鄰接關(guān)系更新為“Full”形成鄰接完全體
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