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OSPF拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫：理解與優(yōu)化 (ospf拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫)

OSPF（Open Shortest Path First）是一種內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（IGP），它用于路由選擇和互聯(lián)網(wǎng)控制信息協(xié)議（ICMP）消息的傳遞。在OSPF中，拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫是一個十分重要的概念，可以保存網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞男畔?，有助于路由器進(jìn)行更加快速而有效的路由選擇。在本文中，我們將深入了解ospf拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫的作用和優(yōu)化方法。

1. OSPF拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫的作用

在OSPF中，路由器使用LSA（鏈路狀態(tài)廣告）來發(fā)布有關(guān)拓?fù)涞男畔?。每個路由器在它控制的網(wǎng)絡(luò)中會產(chǎn)生一張拓?fù)涞貓D，這張拓?fù)涞貓D可以容納所有與該路由器相連的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，包括其他路由器和網(wǎng)絡(luò)終端。這張拓?fù)涞貓D也就是OSPF拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫。

OSPF拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫中的信息是鏈路狀態(tài)信息（LSI），其中包括路由器、網(wǎng)絡(luò)、連接以及連接的屬性。每個路由器都會按照一定的規(guī)則更新自己的LSA，并把這個變化通知到所有的鄰居。當(dāng)一個路由器收到另一個路由器的LSA時，就可以更新自己的拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫。當(dāng)路由器判斷出某個特定的目標(biāo)地址的更佳路由時，它會把這個路由信息發(fā)送給其他所有的路由器。這樣，所有路由器就可以更新自己的路由表。

2. OSPF拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫的優(yōu)化

雖然OSPF拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫是非常重要的，但是拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫的大小也可能成為OSPF網(wǎng)絡(luò)性能問題的根源。在不斷的廣告和更新LSA的過程中，每條鏈路的狀態(tài)變化都會影響拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫的大小，同時還會影響計算每張地圖所需的時間。因此，在OSPF網(wǎng)絡(luò)中，拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫的優(yōu)化是十分必要的。

下面是一些OSPF拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫的優(yōu)化方法：

2.1 壓縮LSA

在OSPF網(wǎng)絡(luò)中，拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫可以被壓縮，以減少存儲和處理開銷。通過壓縮LSA記錄的種類和數(shù)量，可以減少LSA的大小和總共消耗的帶寬，并且可以加快收斂速度。

2.2 移除紅岸算法

雖然移除紅岸算法可以降低LSA的數(shù)量，但是它不能真正優(yōu)化OSPF拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫的性能。因此，只有在網(wǎng)絡(luò)中流量很大、BGP從路由器流經(jīng)大量的OSPF路由器時，才可能使用這種算法來移除一些零散的LSA。

2.3 分區(qū)拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫

在較大的OSPF網(wǎng)絡(luò)中，適當(dāng)?shù)姆謪^(qū)是可以增加網(wǎng)絡(luò)的性能的。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備數(shù)量增加時，運行OSPF所需的系統(tǒng)資源就會增加，因此，分區(qū)拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫可以在多個區(qū)域內(nèi)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。每個區(qū)域可以有自己的區(qū)域頭和SPF（最短路徑優(yōu)先）信息，這樣可以提高拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫的運行速度。

2.4 最小化帶寬使用

由于OSPF拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫信息的同步會使用網(wǎng)絡(luò)帶寬，因此，最小化帶寬使用是OSPF拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫優(yōu)化的一個應(yīng)用。在OSPF網(wǎng)絡(luò)中，可以通過減少LSA廣告次數(shù)、縮短更新時間間隔以及更新LSA計時器的值來實現(xiàn)最小化帶寬使用并減少網(wǎng)絡(luò)擁堵的發(fā)生率。

2.5 平衡拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫

在OSPF網(wǎng)絡(luò)中，一個路由器可能有多個鄰居，路由器會在所有鄰居節(jié)點中保存LSA。這樣帶來的問題是，鄰居節(jié)點的數(shù)量會影響到拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫的大小。因此，如果每個鄰居都保存了相同的LSA，則拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫沒有達(dá)到更佳狀態(tài)。平衡拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫是為了防止任意的路由器和鏈路的故障對整個網(wǎng)絡(luò)造成重大的影響。

3. 結(jié)論

在OSPF網(wǎng)絡(luò)中，拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫（Topology Database）是路由選擇、運行和管理標(biāo)準(zhǔn)的一部分。了解拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫的作用，同時采用適當(dāng)?shù)膬?yōu)化技術(shù)，可以將拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫的體積縮小到最小，提高存儲空間和OSPF運行效率，并增強網(wǎng)絡(luò)總體性能。在實際使用中，我們可以根據(jù)實際情況，進(jìn)一步優(yōu)化OSPF拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫。

相關(guān)問題拓展閱讀：

什么是OSPF?
OSPF LSU 數(shù)據(jù)包的作用是什么

什么是OSPF?

OSPF(Open Shortest Path First)是一個內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(Interior Gateway Protocol,簡稱IGP)，用于在單一自治系統(tǒng)(autonomous system,AS)內(nèi)決策路由。與RIP相對，OSPF是鏈路狀態(tài)路有協(xié)議，而RIP是距離向量路由協(xié)議。鏈路是路由器接口的另一種說法，因此OSPF也稱為接口狀態(tài)路由協(xié)議。OSPF通過路由器之間通告網(wǎng)絡(luò)接口的狀態(tài)來建立鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，生成最短路徑樹，每個OSPF路由器使用這些最短路徑構(gòu)造路由表。（完,計算機基礎(chǔ)教程網(wǎng)）

OSPF意思是指一個內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(Interior Gateway Protocol，簡稱IGP），用于在單一自治系統(tǒng)內(nèi)決策路由。

OSPF主要通過一個鏈路狀態(tài)路由協(xié)議來實現(xiàn)，該協(xié)議隸屬于內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（IGP），因此在自治系統(tǒng)內(nèi)運行。OSPF分為OSPFv2和OSPFv3兩個版本,其中OSPFv2用在IPv4網(wǎng)絡(luò)。

OSPF也稱為接口狀態(tài)路由協(xié)議，OSPF通過通知路由器之間的網(wǎng)絡(luò)接口狀態(tài)建立鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，生成最短路徑樹。每個OSPF路由器使用這些最短路徑來構(gòu)建路由表。

擴展資料

OSPF的網(wǎng)絡(luò)類型

點對點網(wǎng)絡(luò)（point-to-point）是Cisco提出的一種網(wǎng)絡(luò)類型，可以自動發(fā)現(xiàn)鄰居。它是一個連接一對路由器的網(wǎng)絡(luò)。點對點網(wǎng)絡(luò)中的有效鄰居總是可以形成鄰接關(guān)系。

廣播網(wǎng)絡(luò)類型，主要通過網(wǎng)絡(luò)上選擇DR和BDR。dr/bdr發(fā)送的ospf包的目標(biāo)地址為224.0.0.5，承載這些ospf包的幀的目標(biāo)MAC地址為0100.5e00.0005。

非廣播網(wǎng)絡(luò)（NBMA）是RFC提出的一種網(wǎng)絡(luò)，它是人工配置鄰居，不具備廣播能力，需要人工指定鄰居。在這種網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)選擇DR和BDR，OSPF包應(yīng)采用單播模式。

參考資料來源：

百度百科-組播擴展OSPF

1、概述

OSPF路由協(xié)議是一種典型的鏈路狀態(tài)（Link-state）的路由協(xié)議，一般用于同一個路由域內(nèi)。在這里，路由域是指一個自治系統(tǒng)（Autonomous System），即AS，它是指一組通過統(tǒng)一的路由政策或路由協(xié)議互相交換路由信息的網(wǎng)絡(luò)。在這個AS中，所有的OSPF路由器都維護(hù)一個相同的描述這個AS結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫中存放的是路由域中相應(yīng)鏈路的狀態(tài)信息，OSPF路由器正是通過這個數(shù)據(jù)庫計算出其OSPF路由表的。

作為一種鏈路狀態(tài)的路由協(xié)議，OSPF將鏈路狀態(tài)廣播數(shù)據(jù)包LSA（Link State Advertisement）傳送給在某一區(qū)域內(nèi)的所有路由器，這一點與距離矢量路由協(xié)議不同。運行距離矢量路由協(xié)議的路由器是將部分或全部的路由表傳遞給與其相鄰的路由器。

2、數(shù)據(jù)包格式

在OSPF路由協(xié)議的數(shù)據(jù)包中，其數(shù)據(jù)包頭長為24個字節(jié)，包含如下8個字段：

* Version number-定義所采用的OSPF路由協(xié)議的版本。

* Type-定義OSPF數(shù)據(jù)包類型。OSPF數(shù)據(jù)包共有五種：

* Hello-用于建立和維護(hù)相鄰的兩個OSPF路由器的關(guān)系，該數(shù)據(jù)包是周期性地發(fā)送的。

* Database Description-用于描述整個數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)包僅在OSPF初始化時發(fā)送。

* Link state request-用于向相鄰的OSPF路由器請求部分或全部的數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)包是在當(dāng)路由器發(fā)現(xiàn)其數(shù)據(jù)已經(jīng)過期時才發(fā)送的。

* Link state update-這是對link state請求數(shù)據(jù)包的響應(yīng)，即通常所說的LSA數(shù)據(jù)包。

* Link state acknowledgment-是對LSA數(shù)據(jù)包的響應(yīng)。

* Packet length-定義整個數(shù)據(jù)包的長度。

* Router ID-用于描述數(shù)據(jù)包的源地址，以IP地址來表示。

* Area ID-用于區(qū)分OSPF數(shù)據(jù)包屬于的區(qū)域號，所有的OSPF數(shù)據(jù)包都屬于一個特定的OSPF區(qū)域。

* Checksum-校驗位，用于標(biāo)記數(shù)據(jù)包在傳遞時有無誤碼。

* Authentication type-定義OSPF驗證類型。

* Authentication-包含OSPF驗證信息，長為8個字節(jié)。

3、OSPF基本算法

3.1 SPF算法及最短路徑樹

SPF算法是OSPF路由協(xié)議的基礎(chǔ)。SPF算法有時也被稱為Dijkstra算法，這是因為最短路徑優(yōu)先算法SPF是Dijkstra發(fā)明的。SPF算法將每一個路由器作為根（ROOT）來計算其到每一個目的地路由器的距離，每一個路由器根據(jù)一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫會計算出路由域的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，該結(jié)構(gòu)圖類似于一棵樹，在SPF算法中，被稱為最短路徑樹。在OSPF路由協(xié)議中，最短路徑樹的樹干長度，即OSPF路由器至每一個目的地路由器的距離，稱為OSPF的Cost，其算法為：Cost = 100×106/鏈路帶寬

在這里，鏈路帶寬以bps來表示。也就是說，OSPF的Cost 與鏈路的帶寬成反比，帶寬越高，Cost越小，表示OSPF到目的地的距離越近。舉例來說，F(xiàn)DDI或快速以太網(wǎng)的Cost為1，2M串行鏈路的Cost為48，10M以太網(wǎng)的Cost為10等。

3.2 鏈路狀態(tài)算法

作為一種典型的鏈路狀態(tài)的路由協(xié)議，OSPF還得遵循鏈路狀態(tài)路由協(xié)議的統(tǒng)一算法。鏈路狀態(tài)的算法非常簡單，在這里將鏈路狀態(tài)算法概括為以下四個步驟：

當(dāng)路由器初始化或當(dāng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化（例如增減路由器，鏈路狀態(tài)發(fā)生變化等）時，路由器會產(chǎn)生鏈路狀態(tài)廣播數(shù)據(jù)包LSA（Link-State Advertisement），該數(shù)據(jù)包里包含路由器上所有相連鏈路，也即為所有端口的狀態(tài)信息。

所有路由器會通過一種被稱為刷新（Flooding）的方法來交換鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)。Flooding是指路由器將其LSA數(shù)據(jù)包傳送給所有與其相鄰的OSPF路由器，相鄰路由器根據(jù)其接收到的鏈路狀態(tài)信息更新自己的數(shù)據(jù)庫，并將該鏈路狀態(tài)信息轉(zhuǎn)送給與其相鄰的路由器，直至穩(wěn)定的一個過程。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)重新穩(wěn)定下來，也可以說OSPF路由協(xié)議收斂下來時，所有的路由器會根據(jù)其各自的鏈路狀態(tài)信息數(shù)據(jù)庫計算出各自的路由表。該路由表中包含路由器到每一個可到達(dá)目的地的Cost以及到達(dá)該目的地所要轉(zhuǎn)發(fā)的下一個路由器（next-hop）。

第4個步驟實際上是指OSPF路由協(xié)議的一個特性。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)比較穩(wěn)定時，網(wǎng)絡(luò)中傳遞的鏈路狀態(tài)信息是比較少的，或者可以說，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定時，網(wǎng)絡(luò)中是比較安靜的。這也正是鏈路狀態(tài)路由協(xié)議區(qū)別與距離矢量路由協(xié)議的一大特點。

OSPF LSU 數(shù)據(jù)包的作用是什么

OSPF報文有5中

HELLO 發(fā)現(xiàn)和建立鄰居

DBD 交換LSA鏈路狀態(tài)

LSR 鏈路狀態(tài)請求報文

LSU 鏈路狀態(tài)更新報文

LSACK 確認(rèn)報文

首先雙方通過HELLO建立鄰居，達(dá)到TWO-WAY狀態(tài)，并選舉DR,BDR，進(jìn)入EXSTAR狀態(tài)再發(fā)送空的DBD報文選舉主從關(guān)系，接著進(jìn)入EXCHANGE狀態(tài)，被選為主的路由器先發(fā)送DBD報文，從路由器收到對比自己的路由表然后發(fā)送LSR（鏈路狀態(tài)請求報文），主收到以后就回復(fù)lsu（里面裝的是請求的路由條目）。

LSACK是對LSR LSU進(jìn)行確認(rèn)的報文

樓上的回答有點紕漏：OSPF建立鄰居關(guān)系的過程中有七種狀態(tài)，只有達(dá)到full狀態(tài)才能說鄰居已經(jīng)建立，而進(jìn)入TWO-WAY的標(biāo)識是某臺路由器在其鄰居所發(fā)的hello包中被列出。并不是所有的OSPF網(wǎng)絡(luò)都選DR和BDR，只有多路訪問網(wǎng)絡(luò)中才涉及到DR和BDR的選舉。

回答樓主的問題，LSU的作用是雙方發(fā)送完hello報文后，會相互發(fā)送DBD報文，然后每臺路由器會檢查自己的拓?fù)浔碇羞€缺失哪條條目，這時候才會發(fā)送LSU來請求缺失的條目，對方通過LSack來回復(fù)這條缺失的條目。直到雙方的拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫達(dá)到一致，這時候每臺路由器會以自己為根，執(zhí)行SPF算法，構(gòu)建路由表。

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