问鼎OSPF(3)-完善机制沐邻里，帅将兵民如父兄

问鼎OSPF目录

1、问鼎OSPF(1)-互联Route群雄争，OSPF 出横空
2、问鼎OSPF(2)-初涉路由显神通，治军四方拥

鲜衣怒马惊草风，
身若劲松气如虹。
一朝踏尽寒霜雪，
剑破长空化游龙。

“这诗说的正是白袍小将。广播链路一战，世人皆识得白袍小将，即便与我们的军师OSPF相比，亦有过之而无不及。那一战，白袍小将恍若天神，携雷霆万钧之势冲入敌阵，好不威风！ ”说书人眉飞色舞，口沫横飞。台下看客目瞪口呆，一脸沉醉。

自广播链路大捷已过三日。虽说众人都很高兴，但是连番的几次大战，亦是让不少人生了疲惫之心。网管听得OSPF的报告，便命三军稍作休整，恢复元气。这一日，OSPF与攻打广播链路一众将士相约于X网点有名的醉仙楼，谈天说地，把酒言欢。

“军师，莫要听那说书人瞎说。这种人就一样本事，喜欢夸夸而谈。”说话的人剑眉星目，英武不凡，对军师的语气很是恭敬。

“呵呵，将军莫要自谦，若非有你，我们不知要折损多少将士，才能攻下广播网络。”答话人白衣胜雪，神色如常。

“哎呀哎呀，大哥和军师你们怎么突然都变得如此清高了。哎呦哎呦，冷死了。”这时候突然窜出来一个小姑娘，那小姑娘一身水绿裙裳，扎着个马尾，宛若白玉的小脸上生着一双秀丽的大眼睛，乌黑的眼珠在里边滴溜溜的打着转。而那双顾盼撩人的大眼睛忽闪忽闪，带着微微上翘的长睫毛上下跳动，真是好生俏丽。

“噗。”终于有人忍不住，笑出声来，而席间的氛围也轻松了起来。

“小妹你又胡说，若无军师，我们这些兄弟怎受得主公如此赏识。你这么不懂规矩，以后也不知道哪家小哥敢要你。”白袍小将苦笑摇头。

“哼哼，我谁都不嫁，我…我就一辈子赖上你了！”难得的，小丫头嫩的小脸上透出了一点红。

“哈哈哈哈，原来我们的小妹心有所属了。”众人哈哈大笑，跟着起哄。

“你们也跟着胡闹！” 白袍小将言间讪讪，为了掩饰尴尬，干咳一声。忽又觉得好久没如此开心过，既而也跟着放声大笑。一时间，众人言笑晏晏，似是忘了Internet上那繁多的战事，那繁多的忧愁。

一、由接口演七般变化 众网元借奇功应不同链路

酒过三巡，白袍小将见时机成熟，便对OSPF正色道：“多谢军师提拔，方有我今日成就。原先籍籍无名一网元，如今却管理一方广播链路，竟然还有了DR这个名号，此等恩情，没齿难忘！”

“呵呵，非也。名利皆虚妄，这是家师教导我的，今天我也对你这样说，”OSPF摆了摆手，然后又对其他众人道：“还有你们也莫要看轻自己。常言道，此一时彼一时，你们可知道我传予你们的功法，人人皆能生出七般变化？将军当得DR、小妹当得BDR，你们也能当得。教你们七般变化，就是让你们顺势而为，莫说广播链路、NBMA链路，P2P/P2MP链路也当应付得了。”

“哦？竟有如此威能？”白袍小将很是惊奇。

“怎么？不信吗？且看看你的OSPF接口状态。”言罢OSPF含笑不语。

白袍小将心怀忐忑，查看了自己的OSPF接口，竟发现其上颜色由赤及紫，七般状态，交错变化，持续时长不一而足。

“军师，这？”

“莫慌，待我慢慢说来……”

1、OSPF接口

通过第一篇&第二篇，我们知道OSPF是链路状态协议，运行OSPF的设备间通过交互链路状态信息（即LSA），最后每台OSPF设备都形成一个链路状态数据库（即LSDB），从而知道整张网络的拓扑信息。而这些链路信息最初的源头肯定都是OSPF设备本身相连的本地链路信息，那么这些信息又是从哪里获得的呢？答案是与链路直连的OSPF接口。

我们可以通过display ospf interface查看OSPF接口信息。

在上面的信息中，通过其中一些描述链路基本状况的字段，就可以了解OSPF接口相连的链路信息。

• 1）Router ID：设备的ID，第二篇中介绍到的，保证设备在OSPF网络的唯一性。
• 2）Area：接口所在的区域ID。关于区域ID，在第四篇中会详细介绍。
• 3）Interface：接口的基本信息，包括接口的IP地址、接口编号。始发于这个接口的OSPF报文将把这个IP地址作为源地址。
• 4）Cost：接口开销值，即此接口发送出去的数据包在链路中传输需要花费的开销值。
  OSPF在生成SPF时，就是依据这些链路开销值，选出最优的数据转发链路。
• 5）Type：接口类型，即这个接口相连的链路类型，包括P2P、P2MP、广播或NBMA。

当然，还有别的如维持邻居关系相关的等其他的信息，比如第二篇里的Dead Timer。

• 6）Priority：设备接口在选取DR和BDR时的优先级。其值越大，优先级越高。
• 7）DesignatedRouter：接口所在广播网络/NBMA网络上的指定设备，即DR。一般用连接这个广播网络/NBMA网络的接口地址表示。比如192.168.23.0/24这个广播网络/NBMA网络的DR是相连接口地址为192.168.3.2的设备。
• 8）BackupDesignatedRouter：接口所在网络上的备份指定设备，BDR。一般用连接这个广播网络/NBMA网络的接口地址表示。比如192.168.23.0/24这个广播网络/NBMA网络的BDR是相连接口地址为192.168.3.1的设备。
• 9）Hello：接口发送Hello报文的时间间隔。
• 10）Dead：接口相连的OSPF邻居失效时间。超过失效时间，如果接口还没有收到邻居设备发来的Hello报文，就表明两端的邻居关系已无效。华为S系列交换机在默认情况下，邻居失效时间为发送Hello报文时间间隔的4倍。
• 11）Poll：NBMA网络上发送轮询Hello报文的时间间隔。在NBMA网络上，当邻居失效后，设备将按轮询时间间隔定期地发送Hello报文。轮询时间间隔值至少应为Hello报文时间间隔的4倍，华为S系列交换机在默认情况下发送轮询Hello报文的时间间隔是发送Hello报文时间间隔的4倍。
• 12）Retransmit：接口没有收到来自对端“LSA已经收到”的确认报文，需要重传LSA的等待时间。
• 13）Transmit Delay：接口发送LSA过程中的传输延迟时间。

2、OSPF接口状态机

OSPF设备从接口获取了链路信息后，然后与相邻设备建立邻接连接，交互这些信息。在建立邻接关系之前，邻居设备间需要明确角色分工，才能正常建立连接。那角色分工通过什么来了解呢？
其实在图1的接口信息中，我们还有一个非常关键的字段没有介绍，那就是State字段。通过这个字段，我们就可以了解OSPF设备在一段链路中的作用。而这也就是OSPF接口的七般变化。每个设备通过这七般变化，顺势而为，扮演好自己在这段链路中的角色。
接口总共有下面7种状态

• Down：接口的初始状态。表明此时接口不可用，不能用于收发流量。
• Loopback：设备到网络的接口处于环回状态。环回接口不能用于正常的数据传输，但仍能通过ICMP ping或位错误检测来收集接口信息。
• Waiting：设备正在判定网络上的DR和BDR。 在设备参与DR/BDR选举前，接口上会起一个Waiting定时器。在这个定时器超时前，设备发送的Hello报文不包含DR和BDR信息，设备不能被选举为DR或BDR，因为从第二篇可以知道，正常的DR/BDR选举遵循非抢占原则。这可以避免不必要地改变链路中已存在的DR和BDR。仅NMBA网络、广播网络有此状态。
• P-2-P：接口连接到物理点对点网络或者是虚拟链路，这个时候设备会与链路连接的另一端设备建立邻接关系。仅P2P、P2MP网络有此状态。
• DROther：设备没有被选为DR或BDR，但连接到广播网络或NBMA网络上的其他设备被选举为DR。它会与DR和BDR建立邻接关系。
• BDR：设备是相连网络的BDR，并将在当前的DR失效时成为DR。该设备与接入该网络的所有其他设备建立邻接关系。
• DR：设备是相连网络的DR。 该设备与接入该网络的所有其他设备建立邻接关系。

每个OSPF接口如何进行七般变化？它是根据不同的情况（即输入事件）在这些状态中进行灵活转换的，这样就形成了一个高效运作的接口状态机，如下图所示。

下面是不同状态切换时的输入事件InputEvent（图中简称IE）。

二、邻居间奏琴瑟和鸣 八般变化助LSA交互

众人听罢，内心久久不能平歇，军师的功法原来竟有这般变化！想想也是，十四儿郎，少小离家，谁不想从茫茫行伍中脱颖而出，纵不博得个千古美名，总要留下些什么证明自己亦曾得意过。

“初时以为军师给我们都定义好了角色，照着军师给的锦囊去做就好，原来这竟是一门能演绎七般变化的高明心法。”白袍小将似是喃喃自语，又似是对众人说，忽的他抬头对OSPF道：“军师，既然这心法能教人应不同链路，却没有说如何去教我们在这链路上去交互LSA，想必还另有心法，是也不是？！”

“嗯，将军果然聪明，的确如此，”OSPF微微点头，“还有一门心法叫琴瑟和鸣，想来你们从这雅致的名字也可以知道，这需要两人共同修行演绎。而这心法，可是比之前的更复杂了，它有八般变化。”

“八般变化？这不是才多了一般变化么？”

“呵呵，非是多了一般变化那么简单。反正这些你们迟早也要习得，我就先说与你们听听……”

1、OSPF邻居

相邻设备间明确好角色分工，相连接口状态稳定下来以后，下一步就是建立邻接关系，完成链路信息的传输。

江湖小贴士：

1、 邻居关系和邻接关系有什么区别?什么情况下才会出现邻居或者邻接？

• 1）邻居关系：OSPF设备启动后，会通过OSPF接口向外发送Hello报文，收到Hello报文的OSPF设备会检查报文中所定义的参数，比如Hello报文发送间隔、网络类型、IP地址掩码等，如果双方一致就会形成邻居关系，两端设备互为邻居。
• 2）邻接关系：位于邻居关系之上，如果两端需要进一步交换DD报文、交互LSA信息，才建立邻接关系。

这也就解答了第二篇里面广播链路/NBMA链路的一些疑问。在广播链路/NBMA链路里，因为DROther之间不需要交换LSA信息，所以建立的就是邻居关系。而DR与BDR之间，DR/BDR与DROther之间需要交互LSA信息，所以建立的是邻接关系。如上图所示。
而P2P链路/P2MP链路则只有邻接关系。
后面会介绍到邻居状态机，如果根据邻居状态理解，邻居关系是指邻居状态达到了2-way状态，而邻接关系则需要达到Exstart以上状态。

2、OSPF的五种协议报文。
在介绍OSPF邻居的一些内容之前，有必要讲解下OSPF协议用到的5种协议报文，因为后面的知识点很多都会涉及到这些协议报文。在讲解时，会拿生活中的顾客去饭馆点菜、服务员上菜做类比，加深理解。

• Hello报文：最常用的报文，其作用为建立和维护邻接关系，周期性地在使能了OSPF的接口上发送。报文内容包括一些定时器的数值、本网络中的DR、BDR以及已知的邻居。

这类似于顾客去饭馆吃饭，先跟服务员打招呼。

• DD报文：两台设备在邻接关系初始化时，用DD报文描述本端设备的LSDB，进行数据库的同步。报文内容包括LSDB中每一条LSA的Header（LSA的Header可以唯一标识一条LSA），即所有LSA的摘要信息。LSA Header只占一条LSA的整个数据量的一小部分，这样可以减少设备之间的协议报文流量，对端设备根据LSA Header就可以判断出是否已有这条LSA。在两台设备交换DD报文的过程中，一台为Master，另一台为Slave。由Master规定起始序列号，每发送一个DD报文序列号加1，Slave方使用Master的序列号作为确认。

这里面，DD报文就好比饭馆里面的菜单，顾客先要看下菜单，了解有哪些菜。

• LSR报文：两台设备互相交换过DD报文之后，需要发送LSR报文向对方请求更新LSA，内容包括所需要的LSA的摘要信息。

这类似于顾客看完菜单之后，他就知道想要点哪些菜了，就把X桌的菜单写好给服务员。

• LSU报文：LSU报文用来向对端设备发送其所需要的LSA或者泛洪本端更新的LSA，内容是多条LSA（全部内容）的集合。为了实现Flooding的可靠性传输，需要LSAck报文对其进行确认，对没有收到确认报文的LSA进行重传，重传的LSA是直接发送到邻居的。

这类似于饭馆根据顾客点的菜单提供对应的菜。

• LSAck报文：LSAck报文用来对接收到的LSU报文进行确认，内容是需要确认的LSA的Header（一个LSAck报文可对多个LSA进行确认）。

这类似于服务员上好菜以后，顾客还要确认下是不是他点的那些菜。

考虑到篇幅有限，如果大家希望了解不同协议报文的格式，可以查阅后面会发布的“OSPF-番外篇之协议报文格式”

邻居关系建立和维持都是通过交换Hello报文来完成的。 OSPF设备发送的Hello报文会携带有OSPF接口数据结构中保存的信息，来通告给邻居设备。而对于邻居设备来说，也会将这些学习到的信息维护一张邻居数据结构表中。通过display ospf peer命令可以了解这些邻居信息。

对于OSPF邻居字段信息的详细解释如下。

• 1）Area：邻居所属的区域。
• 2）Interface：与邻居相连的接口。
• 3）Router ID：邻居的Router ID。
• 4）Address：邻居接口的IP地址。
• 5）State：邻居状态。
• 6）Mode： DD交换进程中协商的主从状态。
  Nbr is Master，邻居是Master，主动发送DD报文。
  Nbr is Slave，邻居是Slave，配合Master发送DD报文。
• 7）Priority：邻居的DR优先级。
• 8）DR：邻居间指定路由器的IP地址。
• 9）BDR：邻居间备份指定路由器的IP地址。
• 10）Dead timer ： 邻居失效定时器。如果在超时时间内，还没有收到邻居发来的Hello报文，说明邻居已失效。
• 11）Retrans timer interval：重传LSA的时间间隔。如果在这个间隔内，没有收到邻居的LSA已经收到的确认报文，LSA会进行重传。
• 12）Authentication Sequence： 认证序列号。

2、OSPF邻居状态机

相信大家也注意到了，邻居信息中也有个State字段。不错，OSPF说的琴瑟和鸣正是相邻设备间通过不同的邻居状态切换，最后形成完全的邻接关系，完成LSA信息的交互。*
邻居状态机总共有8种状态：

• Down：邻居会话的初始阶段。表明没有在邻居失效时间间隔内收到来自邻居设备的Hello报文。除了NBMA网络OSPF路由器会每隔PollInterval时间对外轮询发送Hello报文，包括向处于Down状态的邻居路由器（即失效的邻居路由器）发送之外，其他网络是不会向失效的邻居路由器发送Hello报文的。
• Attempt：这种状态适用于NBMA网络，邻居路由器是手工配置的。邻居处于本状态时，路由器会每隔HelloInterval时间向自己手工配置的邻居发送Hello报文，尝试建立邻居关系。
• Init：本状态表示已经收到了邻居的Hello报文，但是对端并没有收到本端发送的Hello报文，收到的Hello报文的邻居列表并没有包含本端的Router ID，双向通信仍然没有建立。
• 2-way：互为邻居。本状态表示双方互相收到了对端发送的Hello报文，报文中的邻居列表也包含本端的Router ID，邻居关系建立。如果不形成邻接关系则邻居状态机就停留在此状态，否则进入Exstart状态。而且DR/BDR只有在邻居状态处于这个状态或者更高的状态才会被选举出来。
• Exstart：协商主/从关系。建立主/从关系主要是为了保证在后续的DD报文交换中能够有序的发送。邻居间从此时才开始正式建立邻接关系。
• Exchange：交换DD报文。本端设备将本地的LSDB用DD报文来描述，并发给邻居设备。
• Loading：正在同步LSDB。两端设备发送LSR报文向邻居请求对方的LSA，同步LSDB。
• Full：建立邻接。两端设备的LSDB已同步，本端设备和邻居设备建立了完全的邻接关系。

其状态切换如下图所示。

触发不同状态的输入事件如下表所示。

其实，上面的邻居状态机并没有描述完全，只是描述了正常的切换过程，实际的状态机很复杂，会考虑其他很多异常情况，比如链路变化导致的邻居关系和邻接关系只见的切换、链路状态数据传输时出现错误导致重传等。考虑到篇幅有限，如果大家希望了解更全面的状态，可以查阅后面会发布的“OSPF-番外篇之邻居状态机”。

下面介绍一下不同网络的邻接关系建立过程：

广播网络

1. 建立邻居关系

• a. DeviceA的一个连接到广播类型网络的接口上激活了OSPF协议，并发送了一个Hello报文（使用组播地址224.0.0.5）。此时，DeviceA认为自己是DR设备（DR=1.1.1.1），但不确定邻居是哪台设备（Neighbors Seen=0）。
• b. DeviceB收到DeviceA发送的Hello报文后，发送一个Hello报文回应给DeviceA，并且在报文中的Neighbors Seen字段中填入DeviceA的Router ID（Neighbors Seen=1.1.1.1），表示已收到DeviceA的Hello报文，并且宣告DR设备是DeviceB（DR=2.2.2.2），然后DeviceB的邻居状态机置为Init。
• c. DeviceA收到DeviceB回应的Hello报文后，将邻居状态机置为Exstart状态，下一步双方开始发送各自的链路状态数据库。在广播网络中，两个接口状态是DR Other的设备之间将停留在此步骤。

2. 主/从关系协商、DD报文交换

• a. DeviceA首先发送一个DD报文，宣称自己是Master（MS=1），并规定序列号Seq=X。I=1表示这是第一个DD报文，报文中并不包含LSA的摘要，只是为了协商主从关系。M=1说明这不是最后一个报文。
  为了提高发送的效率，DeviceA和DeviceB首先了解对端数据库中哪些LSA是需要更新的，如果某一条LSA在LSDB中已经存在，就不再需要请求更新了。为了达到这个目的，DeviceA和DeviceB先发送DD报文，DD报文中包含了对LSDB中LSA的摘要描述（每一条摘要可以惟一标识一条LSA）。为了保证在传输的过程中报文传输的可靠性，在DD报文的发送过程中需要确定双方的主从关系，作为Master的一方定义一个序列号Seq，每发送一个新的DD报文将Seq加一，作为Slave的一方，每次发送DD报文时使用接收到的上一个Master的DD报文中的Seq。
• b. DeviceB在收到DeviceA的DD报文后，将DeviceA的邻居状态机改为Exstart，并且回应了一个DD报文（该报文中同样不包含LSA的摘要信息）。由于DeviceB的Router ID较大，所以在报文中DeviceB认为自己是Master，并且重新规定了序列号Seq=Y。
• c. DeviceA收到报文后，同意了DeviceB为Master，并将DeviceB的邻居状态机改为Exchange。DeviceA使用DeviceB的序列号Seq=Y来发送新的DD报文，该报文开始正式地传送LSA的摘要。在报文中DeviceA将MS=0，说明自己是Slave。
• d. DeviceB收到报文后，将DeviceA的邻居状态机改为Exchange，并发送新的DD报文来描述自己的LSA摘要，此时DeviceB将报文的序列号改为Seq=Y+1。上述过程持续进行，DeviceA通过重复DeviceB的序列号来确认已收到DeviceB的报文。DeviceB通过将序列号Seq加1来确认已收到DeviceA的报文。当DeviceB发送最后一个DD报文时，在报文中写上M=0。

NBMA网络

1. 建立邻居关系

• a. DeviceB向DeviceA的一个状态为Down的接口发送Hello报文后，DeviceB的邻居状态机置为Attempt。此时，DeviceB认为自己是DR设备（DR=2.2.2.2），但不确定邻居是哪台设备（Neighbors Seen=0）。
• b. DeviceA收到Hello报文后将邻居状态机置为Init，然后再回复一个Hello报文。此时，DeviceA同意DeviceB是DR设备（DR=2.2.2.2），并且在Neighbors Seen字段中填入邻居设备的Router ID（Neighbors Seen=2.2.2.2）。在NBMA网络中，两个接口状态是DR Other的设备之间将停留在此步骤

2. 主/从关系协商、DD报文交换过程同广播网络的邻接关系建立过程。

3. LSDB同步（LSA请求、LSA传输、LSA应答）过程同广播网络的邻接关系建立过程。

点到点/点到多点网络

与广播链路的过程相似，只是少了形成邻居关系判断这一步。

三、X网点大阵终成 少年联手小将再踏征途

草长莺飞，醉柳垂堤，一晃竟过去数月有余。
X网点，点将台。
网管于台上意气风发，心中却颇多感叹。他对台下众人道：“你们随本公南征北战，一路披荆斩棘，个个当有万夫莫敌之勇。然勇者有余，每每遇到X网点这样复杂的网点，却也是无计可施。”他顿了一顿，似是将多年沉积的郁结之气一扫而空：“天佑我三军！幸遇军师！”

“天佑我三军！幸遇军师！”
“天佑我三军！幸遇军师！”

白衣少年微微颔首，然后分别向网管和台下众将士盈盈一拜：
“臣本布衣，自耕野于草莽，苟全性命于乱世。然主公不以臣卑微，三顾臣于草庐之中。
恐有负主公知遇之恩，日日亦殚精竭虑图破X网点。时至今日，终有所成：
一为五行八阵图，定X网点OSPF路由运行机制。
二为巧计分四路，破不同类型网络。
三为奇才举能人，解广播链路/NBMA链路困局。
四为演七般变化，得十八样武器皆通众网元。
五为奏琴瑟和鸣，助邻居间互通LSA有无。”
接着他又朝网管再拜：“终得X网点大阵练成，微臣在此已无必要，特请辞军师，拜别主公。”
全军皆寂然。

“哈哈哈哈！”默然半晌，网管大笑三声，“天下无不散之筵席，军师智绝天下，本公早想到军师会有离开的一天。众将士听令！”随之，他睥睨下首：“本公在此立誓，有我网管一日在，军师变是我军中上宾。三军诸将，尽听其号令！”
“三军诸将！尽听号令！”
“三军诸将！尽听号令！”

翌日清晨。
“怎么，不与她道别吗？”白衣少年拍了拍白袍小将的肩膀。
“不了，见了徒增伤感罢了。”白袍小将定了半晌，然后摆了摆手，转身催马便走。
“大哥慢走！”明晃晃的人儿竟追了过来，见白袍小将慢慢停下，也随之停在他后边不远处。
那明晃晃的人儿仍穿着一身水绿衣裳，俏生生的立在那儿，满目含泪。白袍小将低下了头，心中一阵苦涩。
她见他那副模样，亦知他心中不舍，遂用袖口擦了擦泪水，然后展颜一笑道：“大哥是要去做大事的人，自当不应有所羁绊，我不会追随大哥的。但是总有不舍，所以想见大哥最后一面。”
“……嗯。”
“大哥，我们一起呆了这么久，还不知道你的名字呢。”
“呵呵，很俗气的一个名字，叫华为S系列交换机。”
“一点都不俗气，我觉着特好听。大哥？”
“嗯？”
“不要低着头，我希望你看着我，记着我的模样，永远不要忘记我！”
大哥抬首。

本文章转载，原文章为华为企业互动社区的叫交换机在江湖博主的文章，原文章链接：
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