OSPF报头及各种报文格式详解

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  要理解OSPF路由协议的工作原理，特别是路由更新机制，首先就要对它的各种报文格式有一个全面的了解。OSPF报文主要有5种：Hello报文、DD（Database Description，数据库描述）报文、LSR（LinkState Request，链路状态请求）报文、LSU（LinkState Update，链路状态更新）报文和LSAck（LinkState Acknowledgment，链路状态应答）报文。它们各自在OSPF路由更新中所担当的用途不一样，报文格式也存在比较大的差别。

9.2 OSPF报头及各种报文格式

     OSPF报文直接封装为IP协议报文，因为OSPF是专为TCP/IP网络而设计的路由协议。以上所说到的五种OSPF报文使用相同的OSPF报头格式，如图9-9所示。

图9-9  OSPF协议报头格式

l   Version

版本字段，占1个字节，指出所采用的OSPF协议版本号，目前最高版本为OSPF v4，即值为4（对应二进制就是0100）。

l   Packet Type

报文类型字段，标识对应报文的类型。前面说了OSPF有5种报文，分别是：Hello报文、DD报文、LSR报文、LSU报文、LSAck报文。具体将在下面各小节介绍。

l   Packet Length：包长度字段，占2个字节。它是指整个报文（包括OSPF报头部分和后面各报文内容部分）的字节长度。

l   Router ID：路由器ID字段，占4个字节，指定发送报文的源路由器ID。

l   Area ID：区域ID字段，占4个字节，指定发送报文的路由器所对应的OSPF区域号。

l   Checksum：校验和字段，占2个字节，是对整个报文（包括OSPF报头和各报文具体内容，但不包括下面的Authentication字段）的校验和，用于对端路由器校验报文的完整性和正确性。

l   AuType：认证类型字段，占2个字节，指定所采用的认证类型，0为不认证，1为进行简单认证，2采用MD5方式认证。

Authentication：认证字段，占8个字节，具体值根据不同认证类型而定：认证类型为不认证时，此字段没有数据，认证类型为简单认证时，此字段为认证密码，认证类型为MD5认证时，此字段为MD5摘要消息。

9.2.1 OSPF Hello报文及格式

OSPF协议使用一种称之为Hello的报文来建立和维护相邻邻居路由器之间的链接关系。这个报文很简单的，容量很小，仅用来向邻居路由器证明自己的存在，就像人与人之间的打招呼一样。我们在第8章中已经知道，RIP邻居路由器之间的邻接关系建立是都是定期的路由更新报文进行的，通过定期的路由更新来同时向邻居RIP路由器证明自己的存在。显然OSPF的这种Hello报文更简单，可大大减小网络中的报文传输流量。

Hello报文被周期性（默认为10秒）地发向邻居路由器接口发送，如果在设定时间（默认为40秒，通常至少是Hello包发送时间间接4倍）内没有收到对方OSPF路由器发送来的Hello报文，则本地路由器会认为该对方路由器无效。报文内容包括一些定时器设置、DR、BDR以及本路由器已知的邻居路由器。整个Hello报文格式如图9-10所示，上部分为图9-9所示的OSPF报头部分，下部分为Hello报文内容部分。Hello报文内容部分各字段说明如表9-1所示。

表9-1 Hello报文内容部分字段说明

字段名	长度	功能
Network Mask	4字节	发送Hello报文接口所在的子网掩码
HelloInterval	2字节	指定发送Hello报文的时间间隔，默认为10秒
Options	1字节	可选项，包括E:允许泛洪AS-external-LAS；MC：允许转发IP组皤报文；N/P：允许处理Type 7 LSA; DC：允许处理按需链路
Rtr Pri	1字节	指定DR优先级，默认为1。如果设为0，则表示本路由器不参与DR/BDR选举
RouterDeadInterval	4字节	指定路由器失效时间，默认为40秒。如果在此时间内没有收到邻居路由器发来的Hello报文，则认为该邻居路由器已失效
Designated Router	4字节	指定DR的接口IP地址
Backup Designated Router	4字节	指定BDR的接口IP地址
Neighbor	4字节	指定邻居路由器的RID。下面的省略号（…）表示可以指定多个邻居路由器RID

图9-10  Hello报文格式

从以上可以看出，在OSPF路由器上可以配置Hello报文的发送周期（相当时Hello报文发送计时器，是基于接口来配置的），具体将在本章后面介绍。

9.2.2 OSPF DD报文及格式

DD报文是用来描述本地路由器的链路状态数据库（LSDB），在两个OSPF路由器初始化连接时要交换DD报文，进行数据库同步。

DD报文内容部分包括：DD报文序列号和LSDB中每一条LSA的头部等，如图9-11所示，对于的各字段说明如表9-2所示。对端路由器根据所收到的DD报文中的OSPF报头就可以判断出是否已有这条LSA。由于数据库的内容可能相当长，所以可能需要多个数据库描述报文来描述整个数据库。所以有三个专门用于标识数据库描述报文序列的比特位，即DD报文格式中的I、M和M/S这三位。接收方对报文的重新排序使其能够真实地复制数据库描述报文。

DD交换过程按询问/应答方式进行，在DD报文交换中，一台为Master（主）角色，另一台为Slave（从）角色。Master路由器向从路由器发送它的路由表内容，并规定起始序列号，每发送一个DD报文，序列号加1，Slave则使用Master的序列号进行确定应答。但是显然，主从之间的关系会因每个DD交换的不同而不同。网络中的所有路由器会在不同时刻作用，在这个过程中既可能是主路由器又可能是从路由器。

图9-11  DD报文格式

表9-2 DD报文内容部分字段说明

字段名	长度	功能
Interface MTU	2字节	指出发送DD报文的接口在不分段的情况下，可以发出的最大IP报文长度
Options	1字节	可选项，包括E:允许泛洪AS-external-LAS；MC：允许转发IP组皤报文；N/P：允许处理Type 7 LSA; DC：允许处理按需链路
I	1比特	指定在连续发送多个DD报文，如果是第一个DD报文则置1，其它的均置0
M	1比特	指定在连续发送多个DD报文，如果是最后一个DD报文则置0，否则均置1
M/S	1比特	设置进行DD报文双方的主从关系，如果本端是Master角色，则置1，否则置0
DD Sequence Number	4字节	指定所发送的DD报文序列号。主从双方利用序列号来确保DD报文传输的可靠性和完整性
LSA Heaader	4字节	指定DD报文中所包括的LSA头部。后面的省略号（…）表示可以指定多个LSA头部

因为DD报文仅在两台OSPF路由器初始化连接时才进行DD交换，所以它没有发送周期，以后的数据库存同步是通过LSR、LSU和LSAck报文进行同步的。

9.2.3 OSPF LSR报文及格式

LSR报文用于请求相邻路由器链路状态数据库中的一部分数据。当两台路由器互相交换完DD报文后，知道对端路由器有哪些LSA是本LSDB所没有的，以及哪些LSA是已经失效的，则需要发送一个LSR报文，向对方请求所需的LSA。

LSR报文内容包括所需的LSA摘要，具体格式如图9-12所示，LSR报文内容部分各字段说明如表9-3所示。

表9-3  LSR报文内容部分字段说明

字段名	长度	功能
LS type	4字节	指定所请求的LSA类型，主要共7类，具体参见9.2.5节
Link State ID	4字节	用于指定ospf所描述的部分区域，该字段的使用方法根据不同的LSA类型而不同：当为LSA 1时，该字段值是产生LSA 1的路由器的Router-ID，当为LSA 2时，该字段值是DR的接口地址，当为LSA 3时，该字段值是目的网络的网络地址，当为LSA 4时，该字段值是ASBR的Router-ID，当为LSA 5时，该字段值是目的网络的网络地址
Advertising Router	4字节	指定产生此所要请求的LSA的路由器ID

图9-12 LSR报文格式

9.2.4 OSPF LSU报文及格式

LSU报文是应LSR报文的请求，用来向对端路由器发送所需的LSA，内容是多条LSA完整内容的集合，LSU报文内容部分包括此次共发送的LSA数量和每条LSA的完整内容，如图9-13，报文内容部分的丙个字段如表9-4所示。

图9-13  LSU报文格式

有关LSA的类型参见本章9.1.5节。

LSU报文在支持组播和多路访问的链路上是以组播方式将LSA泛洪出去的，并且对没有收到对方确认应答（就是下面将要介绍的LSAck报文）的LSA进行重传，但重传时的LSA是直接送到没有收到确认应答的邻居路由器上，而不再是泛洪。

表9-4  LSU报文内容部分字段说明

字段名	长度	功能
Number of LSA	4字节	指定此报文中共发送的LSA数量
LSAs	4字节	是一条条具体的LSA完整信息，后面的省略号表示可多条LSA

9.2.5 OSPF LSAck报文及格式

LSAck报文是路由器在收到对端发来的LSU报文后所发出的确认应答报文，内容是需要确认的LSA头部（LSA Headers），整个LSAck报文的格式如图9-14所示。LSAck报文根据不同链路以单播或组播形式发送。

图9-14  LSAck报文格式

有关LSA报头格式及内容说明参见9.2节最前面的说明。