HCIP——OSPF的防环机制

OSPF将整个OSPF域划分为多个区域，区域内部通过拓扑信息计算路由，区域间传递路由信息，实现全网可达。OSPF防环机制主要是体现在域内防环和域间防环。

一、域间防环

• OSPF的星型拓扑划分规则实际上就是一种防环手段。OSPF要求所有的非0区域必须与骨干区域直接相连，区域间路由需经由骨干区域中转。OSPF要求所有的非0区域必须与骨干区域直接相连， 区域间（ Inter- - Area Route ）路由需经由骨干区域中转。这个要求使得区域间的路由传递不能发生在两个非0的区域之间，这在很大程度上规避了区域间路由环路的发生，也使得OSPF的区域架构在逻辑上形成了一个类似星型的拓扑，如下图所示。
  

• ABR从非骨干区域收到的Type-3 LSA不能用于区域间路由的计算。当一台 ABR 在非 Area0 的区域中收到 Type- - 3 LSA 时，虽然它会将其装载进 LSDB ，但是该路由器不会使用这些 Type- - 3 LSA 进行路由计算，当然它更不会将这些 Type- - 3 LSA 再注入回Area0 中。
  

• 区域之间存在水平分割机制，从某个区域学到的路由信息不会再通告到这个区域，这和距离适量协议的水平分割相似，区域水平分割可以概括为：从此区域出，不进此区域。
  

二、域内防环

OSPF基于一类二类LSA的洪泛收集区域内的拓扑信息，将这些拓扑信息转化为有向图，再用SPF算法将有向图转化为最短路径树，而树形结构是无环的，OSPF最后依据树形结构将路由加载到路由表中。

有向图转化

一类LSA描述了某个设备的接口信息，二类LSA只是一类LSA对MA网络的补充，通过查看一二类LSA可以画出单区域的有向图。

1、有向图的画法

• 一类LSA中有四种接口类型，这里我们不考虑virtual类型

Type	Link ID	Data
p-2-p	邻居的RID	该网段上本地接口的IP地址
TransNet	DR的接口的IP地址	该网段上本地接口的IP地址
StubNet	该Stub网段的IP网络地址	该网段的网路掩码
Virtual	虚连接邻居的RID	去往该虚连接的本地接口IP

• Stub网段表示该网段只有数据入口，例如一个Loopback接口就是一个Stub网段。转化为有向图时路由器为一个圈，stub网段也是一个圈，然后再画一条路由器指向stub网段的箭头，箭头上添上该接口的开销值，表示路由器到该网段的需要的开销值。
  描述拓扑结构——路由器节点和Stub网段
  
• Transit网段即一个MA网段，从路由器到所连Transit网段的开销值就是连接到这个网段的接口所配
  置的开销值。从一个Transit网段到连接到这个网段的路由器的开销为0。下图的N1也被称为伪节点。
  描述拓扑结构——Transit网段
  

在描述点到点接口的Router-LSA中：
1、通告一个到邻居路由器的点到点链接，Link ID设置为对端的Router
ID，Data设置为本地接口的IP地址；
2、 通告一个到该点到点网段的Stub连接，Link ID设置为该点到点网段
的网络号，Data设置为该点到点网段的网络掩码；
3、上述两个连接的Cost值均为该点到点接口上的Cost值。

• 一类LSA在描述p2p网络时，由于点到点链路两端接口的网络号可能不一致，所以需要有两个link对其描述。
• 两接口处于不同网段的点到点网段的规则如下：两台路由器经由两条有向线段直接相连，每个方向一条。两个接口的网段被表示成Stub网段。每个路由器通告一个Stub连接到该路由器所连的网段
  描述拓扑结构——点对点网段
  
• 两接口处于同一网段的点到点网段的规则如下：两台路由器经由两条有向线段直接相连，每个方向一条。连接两个接口的网段被表示成Stub网段。
  描述点对点网段
  

2、示例：

计算最短路径树——物理拓扑

由LSDB描述的有向图

三、SPF算法

SPF算法每一个路由器都将自己作为根（ROOT）来计算其到每一个目的地路由器的距离，每一个路由器根据一个统一的数据库会计算出路由域的拓扑结构图，该结构图类似于一棵树，在SPF算法中，被称为最短路径树。OSPF计算阶段分为两个阶段：

第一阶段	计算Transit节点，忽略Stub节点，生成一个最短路径树
第二阶段	只计算Stub节点，将Stub网段挂到最短路径树上去

计算过程中首先初始化最短路径树，RTA将自己做为根节点添加到最短路径树上

• RTA将自己添加到最短路径树上之后，检查自己生成的Router-LSA，对于该LSA中所描述的每一个连接，如果不是一个Stub连接，就把该连接添加到候选列表中，端点ID为Link ID，到根端点的开销为LSA中描述的Metric值。本例中，添加端点4.4.4.4和2.2.2.2。
  
• 将候选列表中到根端点开销最小的端点移到最短路径树上
  
  
• 当有新节点添加到最短路径树上的时候，则检查LS ID为新节点的link-idID的LSA，本例中检查LS ID为2.2.2.2的LSA。
  如果LSA中所描述的连接的Link ID在最短路径树上已经存在，则忽略该连接。本例中，Link ID为1.1.1.1的连接被忽略，只有10.3.1.1的连接被添加到候选列表中。到根端点的开销设置为此连接的Metric值（本例中此连接的Metric值为1）与父端点（本例中此连接的父端点为2.2.2.2）到根端点的开销（本例中此开销值为48）之和。
  
  将候选列表中到根端点的开销最小的端点移动到最短路径树上，本例中，将10.3.1.1移到最短路径树上。
  
  
• 检查LS ID为最新添加节点的端点ID的LSA，本例中检查LS ID为10.3.1.1的LSA。
  在所描述的连接中，忽略2.2.2.2，将3.3.3.3和4.4.4.4添加到候选列表中。从Transit网段到所连路由器的开销为0。如果在候选列表中出现两个端点ID一样但是到根端点的开销不一样的端点，则删除到根端点的开销大的端点。
  
  将候选列表中到根端点的开销最小的端点移动到最短路径树上，本例中，将3.3.3.3移到最短路径树上。
  
  
• 检查LS ID为最新添加节点的端点ID的LSA，本例中检查LS ID为3.3.3.3的LSA。
  本例中，没有新端点被添加到候选列表中。
  
• 将候选列表中到根端点的开销最小的端点移动到最短路径树上，本例中，将4.4.4.4移到最短路径树上。
  
  
• 检查LS ID为最新添加节点的端点ID的LSA，本例中检查LS ID为4.4.4.4的LSA。
  本例中，没有新端点被添加到候选列表中。如果在此时候选列表为空，则计算最短路径树的第一阶段结束。
  
• 检查每个路由器端点的Router-LSA，计算Stub网段。
  本例中，首先检查RTA的Router-LSA，共有三个Stub网段。