OSPF路由協(xié)議概述，開放式最短路徑優(yōu)先(Open Shortest Path First，OSPF)路由協(xié)議是一種基于開放式標準的鏈路狀態(tài)路由協(xié)議。它的最新記述出現(xiàn)在RFC2328文檔中。OSPF中的開放式(Open)表示該協(xié)議是向公眾開放的非私有的協(xié)議。

OSPF路由協(xié)議也是一種IGP協(xié)議，它只能工作在自治域系統(tǒng)內(nèi)部，不能跨自治域系統(tǒng)運行。

相對于距離矢量路由協(xié)議，OSPF具有收斂時間很短、適用范圍更大的優(yōu)點。

在大型網(wǎng)絡或者電信級網(wǎng)絡的骨干上，是不能使用距離矢量路由協(xié)議的。原因在于距離矢量路由協(xié)議的最大度量值影響了它的使用范圍;而且該種協(xié)議收斂緩慢，無法達到電信運營網(wǎng)絡對故障恢復時間的要求;另外，距離矢量路由協(xié)議周期性地向鄰居發(fā)送路由更新，也會占用帶寬。而OSPF很好地解決了這些問題。

運行OSPF路由協(xié)議的路由器，在剛剛開始工作的時候，首先和相鄰的路由器建立鄰居關系，形成鄰居表，然后互相交換自己所了解的網(wǎng)絡拓撲。路由器在沒有學習到全部網(wǎng)絡的拓撲之前，是不會進行任何路由操作的，因為這時路由表是空的。

只有當路由器學習到了全部網(wǎng)絡的拓撲，建立了拓撲表(也稱為鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫)之后，它們會使用最短路徑優(yōu)先(SPF)算法，從拓撲表中計算出路由來。

因為所有運行OSPF路由協(xié)議的路由器都維護著相同的拓撲表，路由器可以自己從中計算路由，所以這些路由器之間不必周期性地傳遞路由更新包，OSPF路由協(xié)議的更新是增量的更新。這種更新方式也節(jié)省了對網(wǎng)絡帶寬的消耗。

由OSPF的工作方式，我們可以知道，運行OSPF路由協(xié)議的路由器要求有更多的內(nèi)存和更高效的處理器，以便存儲鄰居表、拓撲表等數(shù)據(jù)庫和進行路由的計算。雖然OSPF路由協(xié)議在剛剛運行的時候，其操作要比距離矢量路由協(xié)議復雜，OSPF路由協(xié)議的生效可能不如距離矢量路由協(xié)議快，但是，OSPF路由協(xié)議一旦開始運行，它的優(yōu)勢就體現(xiàn)出來了。

在運行OSPF路由協(xié)議的網(wǎng)絡里，當網(wǎng)絡拓撲發(fā)生改變的時候(比如有新的路由器或網(wǎng)段加入網(wǎng)絡，或者網(wǎng)絡出現(xiàn)了故障，某個網(wǎng)段壞掉了)，這時發(fā)現(xiàn)該變化的路由器會向其他路由器發(fā)送觸發(fā)的路由更新包——鏈路狀態(tài)更新包(LSU)。在LSU中包含了關于發(fā)生變化的網(wǎng)段的信息——鏈路狀態(tài)通告(LSA)。接收到該更新包的路由器，會繼續(xù)向其他路由器發(fā)送更新，同時根據(jù)LSA中的信息，在拓撲表里重新計算發(fā)生變化的網(wǎng)段的路由。

由于沒有holddown時間，OSPF路由協(xié)議的收斂速度是相當快的，這一點對于大型網(wǎng)絡或者電信級網(wǎng)絡是非常重要的。OSPF路由協(xié)議還有一個重要的特性，就是它可以把一個大型的路由網(wǎng)絡進行分級設計，即把一個大型網(wǎng)絡分成多個區(qū)域，這種特性使OSPF路由協(xié)議能夠在大規(guī)模的路由網(wǎng)絡上正常而高效地工作。

在大型路由網(wǎng)絡里，往往有成百上千臺路由器。如果這些路由器都在一個大的區(qū)域里工作，那么每一臺路由器都要了解整個網(wǎng)絡的所有網(wǎng)段的路由，這些路由器的路由表里的條目可能會有成千上萬條。

路由器為每一個數(shù)據(jù)包做路由時，都不得不在大量的路由信息里尋找適合該數(shù)據(jù)包的路由條目，路由器對數(shù)據(jù)包進行路由操作的反應時間勢必會延長，從而使路由器的數(shù)據(jù)包通過率下降。

另外，在一個大的區(qū)域里集中了如此多的路由器和鏈路，出現(xiàn)設備故障和鏈路故障的概率也會相應增加，而每次故障都會引起整個網(wǎng)絡的路由收斂操作。即使是使用如OSPF這樣的能夠快速收斂的路由協(xié)議，頻繁的網(wǎng)絡收斂一樣會使網(wǎng)絡的可用性下降。

OSPF路由協(xié)議通過使用分級的設計，把整個大型路由網(wǎng)絡劃分成多個小范圍的區(qū)域，從而解決了上述問題。

OSPF把大型網(wǎng)絡劃分為骨干區(qū)域和非骨干區(qū)域。骨干區(qū)域只有一個，并且被固定地稱為區(qū)域0，所有的非骨干區(qū)域都必須和骨干區(qū)域相連，如圖1所示。



圖1 OSPF劃分區(qū)域的示意圖

在每個小區(qū)域里，路由器不再去關心其他區(qū)域的鏈路改變，而只關心本區(qū)域的鏈路改變。一個區(qū)域的網(wǎng)絡拓撲變化，只會引起本區(qū)域的網(wǎng)絡收斂操作。通過劃分區(qū)域，網(wǎng)絡故障的影響范圍被縮小，整個網(wǎng)絡不再頻繁地進行收斂操作。

在區(qū)域與區(qū)域的邊界處有邊界路由器。該路由器負責學習兩個區(qū)域的路由，而區(qū)域內(nèi)部的路由器只需要使用靜態(tài)路由或者匯總的路由，把目的地是其他區(qū)域的數(shù)據(jù)包路由給邊界路由器，由邊界路由器將數(shù)據(jù)包路由到其他區(qū)域，而區(qū)域內(nèi)部的路由器不需要學習其他區(qū)域的路由。這樣，相對而言，路由器所維護的路由表體積顯著減小，路由操作效率提高。

但是，為了達到以上目的，每一個區(qū)域的路由都要盡量地進行匯總，這要求進行分級的、體系化的編址，如圖2所示。



圖2 OSPF要求進行體系化的編址

從圖2中我們可以看到，每一個區(qū)域里的IP地址，應該盡量地連續(xù)分配，這樣才能匯總出比較少的路由條目。

由于多區(qū)域的OSPF操作比較復雜，CCNA的教學和考試只要求掌握在單個區(qū)域里配置OSPF路由協(xié)議的技術。本章下面的有關OSPF的內(nèi)容，都是在OSPF單區(qū)域中的操作知識。學會了在單個區(qū)域里配置OSPF協(xié)議，就為學習在多區(qū)域環(huán)境中配置OSPF打下了良好的基礎。