OSPFv3

OSPFv3的基本工作原理

OSPFv3是IETF定义的一种基于链路状态的内部网关路由协议，目前针对IPv4协议使用的是OSPF Version 2(OSPFv2)，针对IPv6协议使用OSPF Version 3(OSPFv3)

OSPFv3与OSPFv2的相同点

OSPF的基本运行机制没有改变，包括：

• 基本概念
  • 区域划分及路由器类型
  • 路由计算影响参数：优先级、度量值
  • 支持的网络类型：Broadcast(广播类型)、NBMA、P2P(点到点类型)、P2MP(点到多点类型)
  • 报文类型：Hello报文、DD报文、LSR报文、LSU报文和LSAck报文
• 工作原理：
  • 邻居关系的建立及邻居状态的转换
  • DR与BDR的选举
  • LSA泛洪机制
  • 路由计算过程
• 对特殊区域、虚连接、多进程的支持

OSPFv3的基本工作原理与OSPFv2相似

OSPFv3与OSPFv2的不同点

• OSPFv3基于链路运行以及拓扑计算，而不再是网段
• OSPFv3支持一个链路上多个实例
• OSPFv3报文和LSA中去掉了IP地址的意义，且重构了报文格式和LSA格式
  • OSPFv3报文和Router LSA/Network LSA中不包含IP地址
  • OSPFv3的LSA中定义了LSA的泛洪范围
  • OSPFv3中创建了新的LSA承载IPv6地址和前缀
  • OSPFv3邻居不再由IP地址标识，只由Router ID标识

唯一邻居标识：Router ID

OSPFv3通过Router ID来标识网络设备

• Router ID是一个OSPFv3设备在自治系统中的唯一标识。如果用户没有指定Router ID，则OSPFv3进程无法运行
• 设置Router ID时，必须保证自治系统中任意两台设备的Router ID都不相同
• Router ID长度32bit，本地标识符，与IPv6地址无关，用点分十进制表示法表示

OSPFv3基于链路运行

OSPFv3是基于链路运行的，设备只要在同一链路，就可以建立邻居关系

链路支持多实例

• 一个OSPFv3物理接口可以和多个实例绑定，并用不同的实例标识(Instance ID区分)，即OSPFv3的单个链路支持运行多个OSPFv3实例
• 运行在同一条物理链路上的多个OSPFv3实例，分别和链路对端设备建立邻居及发送报文，且互不干扰，这样可以充分共享同一链路资源

OSPFv3对链路本地地址的使用

• OSPFv3使用链路本地地址(FE80::/10)作为发送报文的源地址和路由的下一跳
  • 使用链路本地地址来维持邻居关系，同步LSA数据库
  • 在虚连接上，必须使用全球单播地址或者站点本地地址作为OSPFv3协议报文的源地址
• 优势：
  • 不需要配置IPv6全球单播地址，就可以得到OSPFv3拓扑，实现拓扑与地址分离
  • OSPFv3报文不会被转发到始发链路范围之外，减少了报文不必要的泛洪，节省了带宽

IPv6使用链路本地地址(Link-Local Address)在同一链路上发现邻居及自动配置。运行IPv6的路由器不转发目的地址为链路本地地址IPv6报文，此类报文只在同一链路有效

OSPFv3报文

OSPFv3与OSPFv2有相同类型的报文

• Hello报文：周期性发送，用来发现、建立和维持OSPFv3邻居关系
• DD报文：描述了本地LSDB的摘要信息，用于两台设备进行数据库同步
• LSR报文：用于向对方请求所需的LSA。设备只有在OSPFv3邻居双方成功交换DD报文后，才会向对方发出LSR报文
• LSU报文：向对方发送其所需的LSA
• LSAck报文：用来对收到的LSA进行确认

OSPFv3与OSPFv2使用相同的协议号89

• OSPFv2：IPv4报文头部中的协议号(Protocol)为89
• OSPFv3：IPv6报文头部中的下一报头好(Next Header)为89

OSPFv3与OSPFv2类似，使用组播地址作为OSPF报文目的地址

• OSPFv2使用IPv4组播地址：
  • OSPF IGP Routers：224.0.0.5；OSPF IGP DR：224.0.0.6
• OSPFv3使用IPv6组播地址：
  • OSPF IGP Routers：FF02::5；OSPF IGP DR：FF02::6

OSPFv3报文头部

与OSPFv2一样，OSPFv3的五种报文都有同样的报文头，只是报文中的字段有些不同

变化点：

• Instance ID：缺省值为0。允许一个链路上运行多个OSPFv3的实例。每个实例具有唯一的Instance ID。Instance ID只在本地链路上有意义。
• OSPFv3报文头部移除了所有的认证字段：OSPFv3的认证可以使用IPv6的认证及安全处理，也可以通过OSPFv3自身机制来完成报文认证

   

Hello报文

与OSPFv2的Hello报文相比，OSPFv3的Hello报文去掉了Network Mask字段，增加了Interface ID字段，用来标识发送该Hello报文的接口ID

变化点：

• Interface ID：4Byte，唯一标识了建立连接的(发送Hello报文的)接口
• Options：扩展到3Byte，可选项。与OSPFv2相比，增加了R位和V6位
  • R：指明始发路由器是否具备转发能力。设置R位为0时，描述该始发节点的路由信息将不参与路由计算
  • V6：如果V6位为0，表示该路由器或链路不会参与IPv6路由计算

字段介绍：

• Rtr Pri：1Byte，Router Priority，DR优先级。默认为1。如果设置为0，则路由不能参与DR或BDR的选举
• Options：3Byte，可选项
  • AT：1bit，表示是否支持OSPFv3认证。若AT=1，则在OSPFv3报文后增加认证尾部字段，包含认证信息
  • DC：1bit，表示是否具有支持按需电路的能力
  • R：1bit，指明始发路由器是否是一台有效的路由器
  • NP：1bit，表示是否为NSSA区域
  • MC：1bit，表示是否支持转发组播数据报文
  • E：1bit，表示是否支持外部路由
  • V6：1bit，表示是否参与IPv6路由计算，如果该位为0，表示该路由器或链路不参与IPv6路由计算
• HelloInterval：2Byte，发送Hello报文的时间间隔(Hello报文发送的时间间隔：通常为10秒)
• RouterDeadInterval：2Byte，失效时间。如果在此时间内未收到邻居发来的Hello报文，则认为邻居失效(通常是：40秒)
• Designated Router ID：4Byte，DR的Router ID
• Neighbor ID：4Byte，邻居，以Router ID标识

   

说明：DD报文、LSR报文、LSU报文和LSAck报文格式与OSPFv2相比变化不大

   

OSPFv3中的LSA

OSPFv3的LSA头部

与OSPFv2的LSA头部相比，OSPFv3的LSA头部去掉了Options字段，并扩充了LS Type字段。OSPFv3同样使用LS Type、Link State ID和Advertising Router三元组唯一地标识一个LSA

   

字段介绍：

• LS Age：2Byte，LSA产生后所经过的时间，以秒为单位。无论LSA是在链路上传送，还是保存在LSDB中，其值都会在不停的增长
• LS Type：2Byte，LSA的类型。该字段的高3位标识LSA的通用属性，剩下的比特位标识LSA的特定功能
  • U位标识了对未知LSA的处理方法，即标识了不识别LSA功能代码的路由器应如何处理LSA
    • 0：把此LSA当作具有链路本地泛洪范围来对待，从而只能泛洪到本地链路上
    • 1：把此LSA当作类型已知的LSA来处理，也就是存储下来并泛洪出去
  • S2/S1位标识了LSA的泛洪范围
    • S2 S1 = 0 0：链路本地范围内，即只在始发链路上泛洪
    • S2 S1 = 0 1：区域范围内，即泛洪到始发区的所有路由器
    • S2 S1 = 1 0：AS范围内，即泛洪到本AS的所有路由器
    • S2 S1 = 1 1：预留
• Link State ID：4Byte，本地32位标识符，与IPv6地址无关，与LSA中的LS Type和Advertising Router一起在路由域中描述一个LSA。OSPFv3与OSPFv2相比，Link State ID不再包含地址信息
• Advertising Router：4Byte，产生此LSA的路由器的Router ID
• LS Sequence Number：4Byte，LSA的序列号。其他路由器根据这个值可以判断哪个LSA是最新的。
• LS Checksum：2Byte，除了LS Age外其他各域的校验和
• Length：2Byte，LSA的总长度，包括LSA Header，以字节位单位

OSPFv3的LSA类型

• OSPFv3与OSPFv2相比，具有类似的LSA名称，但是功能略有区别
• OSPFv3新增了两类LSA，包括：链路LSA和区域内前缀LSA

如表中所示，OSPFv3的LS Type字段，U位缺省位0；除Type5和Type8的LSA外，其余的LSA泛洪范围都是区域范围内(S2 S1 = 0 1)

• 链路本地范围。LSA仅在本地链路上泛洪，包括：Link-LSA
• 区域范围。LSA在单个OSPF区域内泛洪，包括：Router-LSA、Network-LSA、Inter-Area-Prefix-LSA，Inter-Area-Router-LSA、NSSA LSA和Intra-Area-Prefix-LSA
• AS范围。LSA在整个路由域(自治系统)中扩散，包括：AS-External-LSA

Type1：Router-LSA

在OSPFv2中，通过Link Type、Link ID以及Link Data来描述一个接口信息。在OSPFv3中，设备会为每个运行OSPFv3接口所在的区域产生一个LSA，描述了设备的链路状态(Link Type、Interface ID、Neighbor Interface ID和Neighbor Router ID)和开销，在所属的区域内传播

OSPFv3的Router-LSA字段解释：

• W：Wide-Card Receiver，值为1时，表示该路由器支持组播路由
• V：Virtual Link，值为1时，表示产生此LSA的路由器是虚连接的一端
• E：External，值为1时，表示产生此LSA的路由器是ASBR
• B：Border，值为1时，表示产生此LSA的路由器是ABR
• Options：3Byte，可选项
  • DC：1bit，表示是否具有支持按需电路的能力
  • R：1bit，指明始发路由器是否是一台有效的路由器
  • NP：1bit，表示是否为NSSA区域
  • MC：1bit，表示是否支持转发组播数据报文
  • E：1bit，表示是否支持外部路由
  • V6：1bit，表示是否参与IPv6路由计算，如果该位为0，表示该路由器或链路不参与IPv6路由计算
• Link-Type：1Byte，链路类型
  • 1：点到点连接到另一台路由器
  • 2：连接到一个传送网络(Transit Network)
  • 3：保留
  • 4：虚链路
• metric：2Byte，流量出接口的开销值
• Interface ID：4Byte，接口ID
• Neighbor Interface ID：4Byte，邻居的接口ID
• Neighbor Router ID：4Byte，邻居的路由器ID

Type2：Network-LSA

与OSPFv2相比，OSPFv3的Network-LSA删除了网络掩码字段，仅用相连的路由器的Router ID来描述本网段的链路状态，由DR产生，在所属区域内传播

OSPFv3的Network-LSA字段解释：

• Options：与Router-LSA中的Options字段相同
• Attached Router：4Byte，相连的路由器，指连接在同一网段上的所有路由器的Router ID，也包括DR的Router ID

Type3：Inter-Area-Prefix-LSA

与OSPFv2类似，由ABR产生，描述区域内某个IPv6地址前缀的路由，并通告给其他相关区域。每个IPv6地址前缀，ABR都会单独发送一个Type3的LSA

OSPFv3的Inter-Area-Prefix-LSA字段解释：

• Metric：3Byte，到目的地址的开销值
• PrefixLength：1Byte，前缀的比特数
• PrefixOptions：表示这个前缀的一些特性，以便在各种不同的路由计算时做相应的判断和处理
  • P：传播位。如果一个NSSA区域的前缀需要被ABR转播出去，就需要设置这一位
  • MC：组播位。如果设置为1，则这个前缀应该纳入组播计算中，否则不纳入组播计算
  • LA：本地地址位。如果设置为1，则这个前缀是路由器的一个接口地址
  • MU：非单播位。如果设置为1，则这个前缀不会纳入IPv6单播路由计算中
• Address Prefix：变长，IPv6地址前缀

注意：缺省路由的前缀长度为0。ABR也能够始发一个区域间Type3的LSA向一个末梢区域通告一条缺省路由

Type4：Inter-Area-Router-LSA

与OSPFv2类似，由ABR产生，描述到ASBR的路由，通告给除ASBR所在区域的其他相关区域。对于所描述的每个ASBR，ABR都会单独发送一个Type4的LSA

OSPFv3的Inter-Area-Router-LSA字段解释：

• Options：Options字段描述的不是源路由器的能力，而是目的路由器所支持的能力，所以此字段值应该等于目的路由器的Router-LSA的Options字段值
• Metric：3Byte，到目的地址的开销值
• Destination Router ID：4Byte，LSA中描述的目的路由器的Router ID，即ASBR的Router ID

Type5：AS-External-LSA

与OSPFv2类似，由ASBR产生，描述到达AS外部的一个前缀的路由，通告到所有的区域(除了Stub区域和NSSA区域)

OSPFv3的AS-External-LSA字段解释：

• E：1bit，外部路由的Metric类型
  • 如果设置为1，表示此为2类外部路由，其Metric不随着路由的传递而增长
  • 如果设置为0，表示此为1类外部路由，其Metric随着路由的传递而增长
• F：1bit，如果设置为1，则表示后面的Forwarding Address可选字段存在
• T：1bit，如果设置为1，则表示后面的External Route Tag可选字段存在
• Metric：3Byte，到目的地址的开销值
• PrefixLength、PrefixOptions和Address Prefix为描述前缀的三元组，与Inter-Area-Prefix-LSA中该字段含义相同
• Referenced LS Type：2Byte，引用链路状态类型，表明这个LSA是否需要参考其他LSA
  • 0：不参考
  • 1：参考Router-LSA
  • 2：参考Network-LSA
• Forwarding Address：4Byte，可选的128位IPv6地址，当前面的F位位1时存在，表示到达目的的数据应该转发到该地址
• External Route Tag：4Byte，可选的标记位。可以用于ASBR之间的通信。一个比较常见的例子时，在OSPF自治系统的两个边界路由器上进行路由引入时，通过对引入的路由进行标记，可以方便地进行路由过滤
• Referenced Link State ID：4Byte，若Referenced LS Type不为0，则该字段存在，表示引用链路状态ID

新增Type8：Link-LSA

每个设备都会为每个链路产生一个Link-LSA，仅在始发链路内泛洪。

Link-LSA作用：

• 向该链路上其他路由器通告本接口的链路本地地址
• 向该链路上其他路由器通告本接口的IPv6前缀列表
• 向该链路上其他路由器通告本链路始发的Network-LSA中设置的可选项

OSPFv3的Link-LSA字段解释：

• Rtr Pri：1Byte，该路由器在该链路上的优先级(Router Priority)
• Options：3Byte，提供给Network-LSA的Options
• Link-Local Interface Address：16Byte，路由器与该链路相连的接口上配置的链路本地地址(该地址只出现在Link-LSA中)
• Number of Prefixes：4Byte，该LSA中携带的IPv6地址前缀个数
• PrefixLength、PrefixOptions和AddressPrefix为描述前缀的三元组，与Inter-Area-Prefix-LSA中该字段含义相同

新增Type9：Intra-Area-Prefix-LSA

在OSPFv2中，可以通过Type1和Type2的LSA来描述拓扑信息和网段信息；OSPFv3使用Type9 LSA描述网段信息，只在所属区域内传播，它需要依赖于拓扑信息，才能实现OSPFv3的路由计算。

其类型可分为两种：

• 每台设备均产生描述与Router-LSA相关联的IPv6前缀地址的Type9 LSA
• DR会产生描述与Network-LSA相关联的IPv6前缀地址的Type9 LSA

OSPFv3的Intra-Area-Prefix-LSA字段解释：

• Number Of Prefix：4Byte，该LSA中携带的IPv6地址前缀个数。必要的话，可以通过多个Intra-Area-Prefix-LSA来携带前缀，这样可以控制LSA的长度
• Referenced LS Type：4Byte，表明这个LSA是参考一个Router-LSA，还是一个Network-LSA
  • 1：表示参考一个Router-LSA
  • 2：表示参考一个Network-LSA
• Referenced Link State ID：4Byte
  • 设为0：当这个LSA是参考一个Router-LSA时
  • 设为该链路的DR的Interface ID：当这个LSA是参考一个Network-LSA时
• Referenced Advertising Router：4Byte
  • 设为这个路由器的Router ID：当这个LSA是参考一个Router-LSA时
  • 设为该链路的DR的Router ID：当这个LSA是参考一个Network-LSA时
• PrefixLength、Prefix Options和Address Prefix为描述前缀的三元组，与Inter-Area-Prefix-LSA中该字段含义相同
• Metric：2Byte，前缀开销值。与Router-LSA的接口开销值相同单位

在OSPFv3中，当一条链路或它的前缀发生变化时，相连的路由器会发送一个Intra-Area-Prefix-LSA。但是，这条LSA不会触发SPF计算。