开放最短路径优先

定义

开放最短路径优先是一种链路状态(Link-state)类型的动态路由协议，用于在单一自治系统(Autonomous System，AS)内部决策路由^[3]。这里所说的自治系统，指由统一路由政策或路由协议互相交换路由信息的一组网络^[3]。

在该自治系统内，所有运行该协议的路由器都维护一份内容相同的数据库，其中存放着域内各条链路的状态信息，路由器据此算出各自的路由表^[1]。它属于内部网关协议，与用于自治系统之间的外部网关协议分工不同^[2]。

原理

协议的工作建立在链路状态通告(Link State Advertisement，LSA)之上。路由器把自身接口所连网络与相应开销写成通告，通过可靠的泛洪机制在本区域内传播^[1]。各路由器收集到的通告汇总成链路状态数据库(LSDB)，相邻路由器之间同步数据库，从而使每台路由器都掌握相同的全网视图^[2]。

在此基础上，每台路由器以自身为根，用迪杰斯特拉(Dijkstra)算法计算到各网络累积开销最低的路径，即最短路径树，再由这棵树生成路由表^[3]。开销是一个无量纲的度量值，表示使用某条链路的优先程度^[2]。

建立邻接与交换信息依靠5类分组：问候(Hello)分组、数据库描述分组、链路状态请求分组、链路状态更新分组和链路状态确认分组^[1]。路由器先以问候分组发现并维持邻居关系，再交换数据库描述分组了解双方数据库差异，缺漏的条目用请求分组索取，由更新分组送达，并以确认分组保证可靠^[1]。

由于大规模网络中通告数量会迅速膨胀，协议采用划分区域的办法降低计算复杂度：每个区域各自完成精确的通告传递与路由计算，区域之间只传递简化、汇总后的信息^[3]。其中区域0被称为骨干区域，常规区域一般需要与骨干区域相连才能交换信息^[3]。

发展历程

该协议由互联网工程任务组(IETF)在20世纪80年代末期开发，目的是满足规模日益扩大的IP网络对开放式链路状态路由协议的需要^[3]。最初的规范记录在RFC 1131中，即版本1^[3]。

版本1很快被改进后的规范取代，新版本记于RFC 1247，并明确命名为版本2，以表明其在稳定性与功能上的实质改进^[3]。此后又经过RFC 1583、RFC 2178等文档的修订，版本2的较新规范体现在1998年公布的RFC 2328中。

为支持下一代网际协议，面向IPv6的版本3规范由RFC 5340定义，与面向IPv4的版本2并行使用^[1]。

应用

该协议主要部署在大型企业与园区网络中，是目前使用最广泛的内部网关协议之一，可适应的网络规模远大于路由信息协议^[4]。在互联网广域网和内部网络中，它承担着自治系统内的路由决策任务^[5]。

它既支持单播路由，也可用于组播路由，并支持基于服务类型的选路以及负载均衡^[4]。由于支持变长子网掩码、不连续子网与超网，网络地址的规划与汇总较为灵活^[2]。

在管理层面，启用该协议后大部分路由由协议自行计算生成，拓扑变化时能够自动重新计算并更正路由，减少人工配置^[1]。路由器之间的信息交换还可以通过鉴别机制加以保护，只有可信路由器之间才传播选路信息，且不同区域可采用不同的鉴别机制^[3]。

局限

该协议需要交互多种类型的通告报文，报文种类与状态机较为复杂，对设备资源的占用也相对较高。其部署是分布式的，配置相对复杂，区域划分与网络属性都增加了规划难度。如果不结合具体的网络应用环境、不做细致规划，使用效果会明显下降，甚至引发故障^[1]。

在鉴别方面，早期实现只支持明文可重用口令，口令以明文形式在网络中传送，能够被协议分析工具截获查看^[2]。后续标准中加入的基于密钥散列函数的鉴别方式仍存在重放攻击等局限，密钥也依赖人工分发^[4]。

链路状态数据库中带有服务类型字段，理论上可按IP包的服务类型选择不同路径，但这一能力在实际中并未得到广泛部署^[4]。此外，区域结构的引入虽然提升了扩展性，但也要求常规区域围绕骨干区域组织，网络拓扑的可选形式因此受到限制^[3]。

参见

• 路由信息协议 —— 另一种内部网关协议，采用距离矢量算法，常与开放最短路径优先对照。

• 自治系统 —— 开放最短路径优先的作用范围，即由统一路由政策管理的一组网络。

• 迪杰斯特拉算法 —— 开放最短路径优先计算最短路径树所依据的图论算法。

• 链路状态数据库 —— 存放域内链路状态通告、供计算路由表使用的数据库。

• 骨干区域 —— 区域0，多区域部署中承担区域间信息中转的核心区域。