OSPF DR选举详解

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DR

每一个广播网和NBMA网络有一个DR。它主要执行两种功能。

1）DR产生所在网络的network-LSA。而不用每个相连的路由器都产生network-LSA。

2）与网络中其它所有的路由器建立邻接关系。减少LSDB交互时的带宽和路由器开销。

DR是很多邻接关系的端点。为了更有效的在广播网上进行泛洪，DR使用地址AllSPFRouters（224.0.0.5）多播它的LS更新包，而不是为每个邻接路由器单独发送更新包。

BDR

为了使新的DR的产生更平滑，每个广播网和NBMA网有一个BDR。

BDR也同网络上其它所有路由器建立邻接关系，在DR fail 时成为DR。

如果没有BDR，则DR fail时，需要重新选举DR，新选出的DR要与网络中所有其它的路由器建立邻接关系（同步LSDB），在这期间，网络将无法传输数据（发现DR down了之后，对应的network LSA将会失效，经过这个network的路由被删除）和LSA（没有邻接关系）。没有采用额外机制的情况，需要等到邻居DR的dead interval超时，才知道DR down了，这需要30-40秒的时间，期间，下一跳是DR的数据会丢失，下一跳是其他路由器的数据被正常转发。

有了BDR后，当DR down时，虽然网络传输数据被打断（所以要避免DR的变换，将可靠性高的路由的优先级配置高一些，并且先启用OSPF），但是LSA的传输不会被打断，但是数据中断的时间只是泛洪新的network LSA的时间（当然，还有其他路由器计算路由的时间）。

注意：DR和BDR之间也要建立邻接关系。

BDR同样使用地址AllSPFRouters（224.0.0.5）多播它的LS更新包。

N*(N-1)/2个邻接关系减少为(N-2)*2+1=2N-3个。

N=2、3、4、5、6…时

N*(N-1)/2=1、3、6、10、15…

2N-3=1、3、5、7、9…

现在有从1.0.0.1到6.0.0.1的数据，走RT3，RT3右面的接口down了之后，RT2仍然向RT3发送数据，但是RT3上已经没有到6.0.0.0/8的路由了。这个时候数据中断了。当RT6重新通告5.0.0.0/8的network LSA后，RT2会使用RT4作为下一跳。

DRother

不是DR，也不是BDR的路由器。

DRother之间不建立邻接关系，邻居状态是two-way。

DRother和DR、BDR之间建立邻接关系。DRother使用地址AllDRouters（224.0.0.6）多播它的LS更新包。

注意：AllDRouters，这个地址的目标除了包括DR，也包括BDR。

DR选举详解

基本概念

阅读本文前你应该已经掌握了以下概念：

Tow-way、DR、BDR、DRother、邻居、邻接、network LSA。

参考资料

主要选举过程由RFC2328 9.4. Electing the Designated Router定义，但是不好理解，原因是定义使用了程序思维，而且考虑了健壮性问题。另外整个第9章讲的是接口状态机，而主要的接口状态就是DR、BDR、DRother，所以其实要充分理解DR选举要精读整个第9章。

直观理解

通常简单来理解DR选举，就是所有路由器都尝试成为DR，最高优先级者最终成为DR，然后选举BDR，次高优先级者成为BDR，这样理解，通常和实际选举结果吻合。但是在测试使用OSPF时，仍会产生很多关于DR选举的疑惑。原因在于，实际上选举时，先选BDR再选DR，而且最开始选举时，所有OSPF设备都不会声称自己是DR或者BDR。

选举流程

DR和BDR初始值为0，路由器运行选举算法时，考虑所有状态大于或等于2-way的邻居，自己也在考虑范围内，不考虑路由器优先级为零的路由器（RFC2328 P75），优先级为0的接口只能做DRother。

Cisco12.4和TRv7.8允许配置的优先级范围都是<0,255>。缺省值都是1。

 

第一步，选举BDR：只有没有声称自己是DR的路由器才可能成为BDR。如果只有一个路由器声称自己是BDR，选它做BDR。如果有多个路由器声称自己是BDR，拥有最高路由器优先级的路由器成为BDR。如果有多个路由器优先级同为最高，则选拥有最高路由器ID的路由器。如果没有路由器宣布自己是BDR，则选拥有最高路由器优先级的路由器（这个路由器必须也没有宣布自己是DR）。如果有多个路由器优先级同为最高，则选择router-id大的路由器。

 

第二步，选举DR：如果只有一个路由器声称自己是DR，选它做DR。如果有多个路由器声称自己是DR，拥有最高路由器优先级的路由器成为DR。如果有多个路由器优先级同为最高，则选择router-id大的路由器。如果没有路由器宣布自己是DR，则将新选出来的BDR作为DR（此时BDR和DR是同一台路由器）。

 

如果路由器新成了DR或者BDR或者不再是DR或者BDR，则重复上面两步。这保证一台设备不会同时选自己是DR和BDR。

 

先选举BDR后选举DR，然后再加上当DR fail时，原先的BDR成为DR后，才可以选举新的BDR，从而保证了DR down后，平滑的过度，防止了某个DRother发现DR down了，就开始竞选DR或者BDR。

DR可能不是优先级最高的

如果某个设备优先级最高，而且加入network的时间不晚于其他设备30s（waiting timer 的40s再留出10s，达到two-way状态），就一定可以成为DR，晚于30s就不一定能成为DR了（取决于它能参加选举时，选举是否已经完成）。

类似的

如果某个设备优先级第二高，而且加入network的时间不晚于那些优先级低于自己的设备30s（waiting timer 的40s再留出10s，达到two-way状态），就一定可以成为BDR，晚于30s就不一定能成为BDR了（取决于它能参加选举时，选举是否已经完成）。

说DR可能不是优先级最高的，BDR也可能不是优先级排第二的，是因为他们错过了选举的时间窗口。

选举的时间点

如果一台路由器加入一个网络，开始一个waiting定时器。如果发现一个状态大于等于two-way的邻居声称自己是BDR（即BackupSeen event type1），则删除waiting定时器，该路由器开始进行选举，如果也已经有人宣称是DR，则该路由器最终是DRother状态（从外部现象来看就是不参加选举），如果还没有人宣称时DR，原来的BDR升为DR后，这个路由器参与BDR选举，可能是DRother也可能是BDR。如果发现状态大于等于two-way的邻居声称自己是DR，并且没有BDR（即BackupSeen event type2），则删除waiting定时器该路由器开始BDR选举，如果等到waiting超时都没有BackupSeen发生，则该路由器开始BDR选举。

 

选出过程中如果出现Neighbor Change则再次进行选举：包括 有邻居加入tow-way列表，有邻居退出tow-way列表，有邻居开始宣称自己是DR或者BDR，有邻居不再宣称自己是DR或者BDR，邻居的优先级发生了变化。

选举方式

每个路由器自己内部独立进行选举，通过hello报文把自己的选举结果告诉别人。

选举结束

当所有路由器的选举结果都一致时，选举完成。

不用担心很需要很长时间才能完成选举。

如果所有路由器在10秒内加入网络，则不管有多少台路由器，开始选举后，10s内就可以完成选举。

如果所有路由器在30秒内加入网络，则不管有多少台路由器，开始选举后，30s内就可以完成选举。

选举耗时最长的情况是，第一个路由器在0s加入网络，然后每隔二十多秒就加入一个优先级更高的路由器。

抓包看选举效果须知

GSRv7.6 OSPF是wait时间是40s，如果network中只有这一个OSPF router，则前四个hello报文DR、BDR都是0.0.0.0。等到第5个hello报文，DR就是自己（的接口地址）了，BDR还是0.0.0.0。

Ciscov12.4 OSPF的wait时间也是40s，如果network中只有一个OSPF router，则前4个hello报文DR、BDR都是0.0.0.0。等到第五个hello报文，DR就是自己（的接口地址）了，BDR还是0.0.0.0。

ZebOSv7.10，如果network中只有一个OSPF router，则前5个hello报文DR、BDR都是0.0.0.0。等到第六个hello报文，DR就是自己（的接口地址）了，BDR还是0.0.0.0。

可见cisco是在发送第五个hello报文前开始选举（先设置waiting timer，然后再发送第一个hello报文，这样一来，发送第五个hello报文前，waiting timer已经超时），zebos是在发送第五个hello报文后开始选举。原因是ZebOS提前发送了第二个hello报文，第一个hello报文后大约9秒就发送了第二个报文（之后还是每隔10s发送一个hello报文）。这样一来39s时发送第5个hello报文，40s时waiting timer才超时。

DR和BDR选举举例

举例1

高优先级者晚20多秒启用OSPF，仍然当选DR。

Ciscov12.4-50.0.80.1/24(pri 200)---50.0.80.2(pri 100)/24-ZebOS7.10

ZebOS先启用OSPF，24秒后Cisco启用OSPF。

 

选举过程：

    34s时在ZebOS看来cisco进入了two-way状态。

40s时ZebOS waiting超时，发现没有人宣称是BDR，所以选举优先级高的cisco为BDR，ZebOS发现没有人宣称是DR，所以将新选出来的BDR选为DR（这个时候DR、BDR都是cisco）。

64s时，cisco waiting超时，发现没有人宣称是BDR，所以选举自己为BDR，然后又发现没有人宣称是DR，所以将先选出的BDR（自己）选为DR（这个时候DR、BDR都是cisco）。然后cisco再次选举BDR，因为自己已经声称是DR，所以选择ZebOS为BDR。然后再选举DR，发现只有自己声称是DR，所以还是选自己为DR。

ZebOS收到cisco 64s时的hello，再次进行选举，因为cisco宣称自己是DR，所以选举自己为BDR，然后选举DR，因为只有cisco宣称为DR，所以还是选cisco为DR。选举过程结束。

 

如果在45s时有第三台路由器router3（优先级240）加入这个网段，会怎么样？

答案：router3当选DR。cisco当选BDR。

举例2

高优先级者晚30多秒启用OSPF，落选DR。

Ciscov12.4-50.0.80.1/24(pri 200)---50.0.80.2(pri 100)/24-ZebOS7.10

ZebOS先启用OSPF，35秒后Cisco启用OSPF。

 

选举过程：

40s时ZebOS发现没有人宣称自己是BDR，所以选择自己为BDR，然后因为只有自己宣称是BDR，所以选择自己做DR（此时ZebOS既是DR也是BDR），然后再次选举BDR因为ZebOS已经宣称自己是DR，所以不能再做BDR，所以选择了BDR为空。DR选举过程已经完成。

45s时在ZebOS看来cisco从one-way变成two-way。所以具有了选举资格。选举cisco为BDR。

Cisco在75s时waiting time超时，发现没有人宣称自己是BDR，所以参与BDR的选举，它选了自己。然后选举DR，发现ZebOS宣称自己是DR，所以选举ZebOS为DR。选举过程结束。

举例3和举例4

Ciscov12.4-50.0.80.1/24(pri 100)---50.0.80.2(pri 200)/24-ZebOS7.10

Cisco先启用OSPF，2秒后ZebOS启用OSPF

 

ZebOS先启用OSPF，2秒后Cisco启用OSPF

现象：cisco第五个hello报文DR、BDR字段填的都是ZebOS。ZebOS第六个hello报文DR填自己，BDR填0。

内部选举过程：

40s时Cisco waiting超时，发现没有人宣称是BDR，所以选举优先级高的ZebOS为BDR，Cisco发现没有人宣称是DR，所以将新选出来的BDR选为DR（这个时候DR、BDR都是ZebOS）。

42s时，ZebOS waiting超时，发现没有人宣称是BDR，所以选举自己为BDR，然后又发现没有人宣称是DR，所以将先选出的BDR（自己）选为DR（这个时候DR、BDR都是ZebOS）。然后ZebOS再次选举BDR，因为自己已经声称是DR，所以选择cisco为BDR。然后再选举DR，发现只有自己声称是DR，所以还是选自己为DR。

Cisco收到ZebOS的第六个hello报文后，发现没有人宣称是BDR，所以，而且ZeboOS已经宣称为DR，所以选举自己为BDR。然后cisco再次选举ZebOS为DR。

举例5和举例6

Ciscov12.4-50.0.80.1/24(pri 200)---50.0.80.2(pri 1100)/24-ZebOS7.10

Cisco先启用OSPF，2秒后ZebOS启用OSPF。

ZebOS先启用OSPF，2秒后Cisco启用OSPF

 

现象：是cisco在第五个hello报文中DR填cisco、BDR填ZebOS，ZebOS同意，第六个hello报文中也是DR填cisco、BDR填ZebOS。

内部选举过程：

40s时cisco发现没人宣称自己是BDR，所以选择自己为BDR，然后因为只有自己宣称是BDR，所以选择自己做DR（此时cisco既是DR也是BDR），然后再次选举BDR因为cisco已经宣称自己是DR，所以不能再做BDR，所以选择了ZebOS做BDR。

42s时ZebOS发现没有人宣称是BDR，所以选举自己做BDR，发现cisco宣称自己是DR，所以就选举cisco为DR。