OSPF詳解-2 區域結構

來自專欄網路工程師

不想寫不想寫，動腦子太困，動手太累。。。。。。

我們講講講OSPF的區域結構。

在小型網路中，路由器鏈路構成的結構並不複雜，很容易確定前往各個目的地的路徑。然而，在大型網路中，路由器鏈路組成的結構極其複雜，前往每個目的地的潛在路徑為數眾多。因此對所有可能路由進行比較的SPF演算法非常複雜，需要很長時間。

一、區域擴大的問題

1）最短路徑優先（SPF）演算法的頻繁計算：在大型網路中，變化是不可避免的，路由器將大量的CPU周期用來重新計算SPF演算法和更新路由表。

2）路由表龐大：默認情況下，OSPF不進行路由匯總，這樣路由表可能非常大，這取決於網路的規模。

3）鏈路狀態資料庫（LSDB）龐大：LSDB包含有關整個網路的拓撲信息，每台路由器都需要保存前往其所在區域中每個網路的路由，雖然並非所有這些路由都將加入到路由表中。

二、解決OSPF區域擴大的方式

1.減少SPF計算量

鏈路狀態路由協議通常將網路劃分成區域如下圖所示，以減少SPF演算法的計算量。區域內的路由器數量以及在區域內擴散的LSA數量較少，這一位置區域內的LSDB（拓撲資料庫）較小。其結果是，SPF演算法的計算量更小，需要的時間更短。在這種情況下，仍可進行區域間路由選擇，但很多內部路由操作（如SPF計算）實在各個區域內進行的。例如，如果區域1存儲鏈路時好時壞的問題，不會導致其他區域內的路由器不斷運行SPF演算法，因為它們不受區域1內這種問題的影響。

2.OSPF多區域優點

在使用了正確的IP編址層次結構和OSPF配置的情況下，使用多個OSPF區域具有下述重要優點。

1）SPF計算頻率更低：詳細的路由信息被限制在區域內，因此無需將所有鏈路狀態的變化擴散到其他區域。這樣，當網路拓撲發生變化時，只有受影響的路由器需要重新計算SPF，從而將影響限制在當前區域內。

2）路由表更小：使用很多這個區域時，前往區域內具體網路的路由被限制在區域內。可對路由進行配置，使其將這些細路由打包成匯總信息(細路由LSA1、LSA2，匯總信息LSA3)，而不是將它們直接通告到其他區域。通過通告匯總信息，可減少區域間傳播的LSA，同時確保所有的網路是可達的。

注意：LSA1和LSA2在跨區域的時候打包為LSA3而減少LSA條目，這裡的匯總信息指的是LSA3在思科官方文檔中稱為Summary LSA。

3）降低了鏈路狀態更新（LSU）開銷：LSU可包含多種類型的LSA，其中包括鏈路狀態信息和摘要信息。路由器在區域間通告一條路由或少量路由，而不發送針對區域內每個網路的LSU，從而降低在區域間傳輸LSU的開銷。

三、OPSF的兩層次區域結構

1.骨幹區域和非骨幹區域

1）骨幹區域：主要功能為快速、高效地傳輸IP分組的OSPF區域。骨幹區域將其他類型的OSPF區域連接起來，通常沒有終端用戶。骨幹區域也叫OSPF區域0，它是網路核心，其他區域都與它直接相連。

注意：在一些CISCO文檔中，將骨幹區域稱為中轉區域。然而在OSPF RFC中，中轉區域是一個與虛鏈路相關的術語。虛鏈路在後續的文章中介紹。

2）常規（非骨幹）區域：主要功能為連接用戶和資源的OSPF區域。常規區域通常是根據職能或地理位置劃分的。默認情況下，常規區域不允許另一個區域使用其連接將數據流傳輸到其他區域。默認情況下，來自其他區域的所有數據流都必須經過骨幹區域0.常規區域又分為幾類，包括標準區域、末節區域、完全末節區域和次末節區域（NSSA）和絕對末節NSSA。文章後續的文章中介紹這些區域類型。

OSPF採用嚴格的兩層區域結構。網路的底層物理連接必須與兩層區域結構匹配，即所有非骨幹區域都直接與區域0相連。

2.分區域後SPF的特點

使用鏈路狀態路由協議時，所有路由器都必須保存一個LSDB。OSPF路由器及其連接的鏈路越多，LSDB將越大。在所有的路由器中保存所有信息有它的優點，但這種方法在大型網路中沒有可擴展性。區域概念是一種折衷：區域內的路由器保存該區域中所有鏈路和路由器的詳細信息，可以將OSPF配置成只保存有關其他區域中路由器和鏈路的摘要信息。

正確配置OSPF後，當路由器或鏈路出現故障時，相應的信息只會被擴散到當前區域中的路由器，區域外的路由器不會受到這種信息。通過採用層次結構並控制區域內的路由器數量，OSPF自治系統（AS）可擴展到非常大。

正如前面指出的，OSPF區域必須構成層次結構，這意味著所有區域都必須與區域0相連。在下圖中，區域1中的路由器不能與區域2或3中的路由器直接相連。區域之間傳輸的數據流必須經過骨幹區域0。每個區域包含多少台路由器最合適呢？這隨著諸如網路穩定性等因素而異，Cisco的建議如下：

1）每個區域包含的路由器數量不應超過50台；

2）每台路由器所屬的區域最多不要超過3個。

這些推薦值旨在避免OSPF計算讓路由器不堪重負。當然，網路設計和鏈路穩定性也會影響路由器的負載。

3.OSPF路由器的角色

OSPF路由器的類型決定了什麼樣的數據流能夠進入和離開區域。下面是4種路由器類型如下圖。

1）內部路由器：所有介面都位於同一個區域中的路由器，同一個區域中所有內部路由器的LSDB都相同。

2）骨幹路由器：位於骨幹區域0邊緣的路由器，至少有一個介面與區域0相連。骨幹路由器在維護OSPF路由信息時採用的步驟和演算法與內部路由器相同。

3）區域邊界路由器（ABR）：連接多個區域的路由器，為其連接的每個區域維護一個LSDB，並路由器前往/來自其他區域的數據流。ABR將區域0連接到非骨幹區域，因此是區域的出口，這意味著前往其他區域的路由信息必須經過當前區域的ABR。ABR將這些路由選擇信息通告給骨幹，骨幹路由器再將其轉發給其他的ABR。只能在ABR對其連接的區域的地址進行匯總（對其連接的區域的LSDB種的路由選擇信息進行匯總）。ABR分離LSA泛洪區，還可能提供默認路由。一個區域肯能有一台或多台ABR。

理想的設計是只讓每個ABR連接兩個區域：骨幹區域和另一個區域。正如前面指出的，建議ABR最多不要連接3個以上的區域。

4）自治系統邊界路由器（ASBR）：至少有一個介面與其他域（如另一個OSPF自治區域系統或使用其他網路協議的域）相連。OSPF自治系統由所有OSPF區域及其中的路由器組成。ASBR可將外部路由重分發到OSPF域中，反之亦然。

注意：同一台路由器可屬於多種類型。例如，如果路由器同時連接區域0、區域1和一個非OSPF網路，則它既是ABR又是ASBR。

對於它連接的每個區域，路由器都有一個獨立的LSDB。因此，ABR有兩個LSDB，一個針對的是區域0，另一個針對的是它連接的非骨幹區域。屬於同一區域的兩台路由器中針對該區域的LSDB相同。兩台路由器之間建立鄰接關係後，它們的LSDB將是同步的，這將在下篇文章中介紹。

未完待續...

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