OSPF協議原理與功能拓展

OSPF協議原理與功能拓展 結合互聯網路由技術發展趨勢和基礎網絡體系重構對協議的新要求，詳解OSPF協議機制、設計原理以及各類拓展功能特性，全書可概括為3部分。第 一部分包含第1～4章，主要圍繞路由背景知識、協議基本原理與會話機制、協議狀態機、報文格式等方面闡述，突出基於鏈路狀態信息構建基礎拓撲和全域拓撲的原理方法。第 二部分包含第5～6章，闡述協議在消息約減、定時器以及區域互聯之間的優化機制，進一步闡述會話的可靠性提升與快速故障檢測技術，這些技術使得OSPF協議具有很強的穩定性，支撐大規模網絡的構建。第三部分包含第7～9章，闡述OSPF協議拓展框架和框架下的多種功能拓展，重點闡述幾種主流的IP快速重路由技術，詳解OSPF Segment Routing（SR）拓展以及基於OSPF SR的快速重路由機制。

　　本書適合電腦科學與技術、信息與通信工程、網絡空間安 全等相關專業的研究生閱讀，也可供網絡技術人員、網絡工程人員參考。

马海龙

解放军战略支援部队信息工程大学副研究员，博士，硕士研究生导师。主要从事网络体系架构、网络主动防御和融合网络业务管控等方向的研究和设备研发工作。先后主持了国家重点研发计划课题2项，国家863计划子课题2项，参加了国家和军队科研与工程项目10余项。获辽宁省科技进步一等奖1项、河南省科技进步奖一等奖1项、军队科技进步二等奖2项、军队科技进步三等奖2项，发表高水平学术论文20余篇，申请发明专利30余项，起草通信行业标准4项。

第 1章 緒論 1

1.1　路由器與路由協議　1

1.1.1　路由器　1

1.1.2　路由協議　2

1.1.3　路由協議優先級　3

1.2　互聯網標準化工作　5

1.2.1　IETF標準的種類　5

1.2.2　IETF的研究領域　6

1.3　本書內容組織　7

參考文獻　7

第　2章 基本原理與會話機制　9

2.1　OSPF概述　9

2.2　基礎協議　9

2.2.1　OSPF基本原理　10

2.2.2　路由器ID　11

2.2.3　OSPF狀態遷移　11

2.2.4　OSPF消息與承載機制　13

2.2.5　鄰居發現機制　14

2.2.6　鄰居會話定時機制　16

2.2.7　多點接入網絡中的會話建立機制　16

2.2.8　鏈路狀態數據庫的同步機制　23

2.2.9　OSPF消息可靠傳輸機制　29

2.3　報文認證機制　32

2.3.1　明文認證機制　33

2.3.2　密文驗證機制　34

2.4　TTL安全機制　37

2.5　小結　39

參考文獻　39

第3章　基於鏈路狀態數據構建基礎拓撲　40

3.1　LSA的全網一致性維護機制　40

3.1.1　利用老化機制，及時清除陳舊LSA　40

3.1.2　利用序列號機制，控制LSA的進一步洪泛　42

3.1.3　利用校驗和與確認機制，確保LSA的可靠傳輸　45

3.2　LSA格式初探　45

3.2.1　路由器LSA（Type-1 LSA/LSA1）　47

3.2.2　網絡LSA（Type-2 LSA/LSA2）　52

3.3　基礎路由計算　53

3.3.1　鏈路度量　53

3.3.2　基於基礎LSA的拓撲生成和最短路徑計算　56

3.4　小結　65

參考文獻　66

第4章　基於拓展LSA構建全域拓撲　67

4.1　OSPF區域　67

4.1.1　規模拓展時面臨的問題　67

4.1.2　OSPF路由分層劃域　68

4.1.3　區域劃分　70

4.1.4　路由器類型　71

4.1.5　路由類型　72

4.2　拓展LSA　74

4.2.1　匯總網絡LSA（Type-3 LSA/LSA3）　74

4.2.2　AS外部LSA（Type-5 LSA/LSA5）　82

4.2.3　ASBR LSA（Type-4 LSA/LSA4）　93

4.3　融合5類LSA形成全域拓撲與路由　103

4.4　最短路徑算法的優化　109

4.5　隱藏傳送域的網絡前綴　111

4.5.1　點到點網絡前綴信息的隱藏　112

4.5.2　廣播網絡前綴信息的隱藏　113

4.5.3　非廣播多點接入網絡前綴信息的隱藏　113

4.6　小結　115

參考文獻　116

第5章　拓展優化機制　117

5.1　面向消息約減的拓展機制　117

5.1.1　基於區域劃分約束路由傳播範圍　117

5.1.2　基於路由聚合精簡路由數量　129

5.1.3　基於路由過濾策略精細化控制路由　133

5.1.4　基於LSA過濾控制LSA的傳播　134

5.1.5　控制LSA的定期洪泛　136

5.1.6　基於被動接口的約簡鄰居關系　138

5.1.7　基於內容對比的DD交互優化機制　139

5.1.8　基於Max Metric通告卸載轉發流量　141

5.2　基於時間延遲的優化機制　142

5.2.1　LSA的延遲傳送　142

5.2.2　LSA捎帶重傳　143

5.2.3　SPF延遲計算　144

5.2.4　發送與接收LSA時的延遲控制　147

5.2.5　延遲機制的總結　148

5.3　虛鏈路　150

5.3.1　通過虛鏈路將普通區域連接到骨乾區域　151

5.3.2　通過虛鏈路合並分離的骨乾區域　151

5.3.3　利用虛鏈路提升網絡的冗餘度　152

5.3.4　虛鏈路上的OSPF機制　153

5.4　多區域鄰居　156

5.5　小結　160

參考文獻　161

第6章　可靠性機制　162

6.1　基於平滑重啟機制的可靠性技術　162

6.1.1　標準協議處理規程　162

6.1.2　平滑重啟機制　164

6.1.3　IETF Graceful Restart　170

6.2　基於BFD的OSPF會話檢測　176

6.2.1　BFD會話與OSPF的交互　177

6.2.2　BFD會話與OSPF平滑重啟機制的交互　178

6.3　小結　179

參考文獻　180

第7章　OSPF協議拓展　181

7.1　不透明LSA　181

7.2　不透明LSA格式　182

7.3　不透明LSA的處理　183

7.4　不透明LSA—路由器信息LSA　185

7.4.1　路由器信息類能力TLV　187

7.4.2　路由器功能類能力TLV　192

7.4.3　OSPF動態主機名TLV　196

7.4.4　OSPF節點的管理標簽TLV　197

7.4.5　S-BFD區分符TLV　198

7.5　不透明LSA——拓展前綴/鏈路LSA　199

7.5.1　拓展前綴不透明LSA　199

7.5.2　拓展鏈路不透明LSA　202

7.5.3　拓展前綴/鏈路TLV的處理邏輯　208

7.6　小結　208

參考文獻　208

第8章　OSPF與快速重路由　210

8.1　快速重路由框架　210

8.1.1　網絡故障帶來的挑戰　210

8.1.2　應對網絡故障的思路　211

8.1.3　IP FRR框架　212

8.2　基於本地修復機制的快速重路由　213

8.2.1　節點的勢能　213

8.2.2　LFA　214

8.2.3　LFA在MHP場景的應用　222

8.2.4　LFA的有效性與局限性　227

8.3　基於遠端修復機制的快速重路由　230

8.3.1　基本原理　230

8.3.2　隧道機制　234

8.3.3　PQ節點的選擇準則　236

8.3.4　R-LFA的有效性和局限性　236

8.4　其他快速重路由機制　238

8.4.1　基於Not-Via地址的快速重路由　238

8.4.2　基於最大冗餘樹的快速重路由　239

8.5　無環收斂機制　241

8.5.1　轉發表延遲更新機制　243

8.5.2　轉發表排序更新機制　244

8.6　小結　247

參考文獻　248

第9章　OSPF與Segment Routing　249

9.1　Segment Routing基礎　249

9.1.1　Segment Routing的由來　249

9.1.2　Segment Routing基本原理　249

9.1.3　Segment Routing框架　251

9.2　OSPF拓展支持Segment Routing　256

9.2.1　SR能力通告　257

9.2.2　PrefixSID通告　259

9.2.3　AdjacencySID通告　271

9.2.4　OSPF與傳統標簽分發協議的協作　276

9.3　基於SR實現快速重路由　280

9.3.1　基於SR實現TI-LFA　280

9.3.2　基於SR解決微環路　293

9.4　小結　295

參考文獻　296