电力系统数据专网OSPF协议的理论研究

师远渊毛晨张涛王霞

摘要：OPSF作为一种重要的内部网关协协议的普遍应用，极大地增强了网络的可扩展性和稳定性，同时也反映出了动态路由协议的强大功能。但是，在有关OSPF协议的研究、实现中尚存在一些问题，如数据库的溢出、度量的刻画、以及MTU协商等。为了电力发展的改革需求，实现电力调度一体化，更方便的实现各个变电站之间信息数据的监控、交流、传输，在一定的范围内建立调度通信数据专网，以便能够实现上述需求。本文主要就电力系统数据专网OSPF协议的理论进行探讨分析，并提出一些个人观点，以供参考。

关键词：电力系统；数据专网；OSPF协议；理论研究；

1电力系统数据专网OSPF协议

1.1自治系统AS采用分层结构

在因特网上，AS是一个ISP(因特网服务提供商)，但大学、研究院和私人组织也可以具有自己的AS。因特网中的AS被划分为一个主干区域和若干个非主干区域，所谓的区域是把许多网络和主机，再加上连接这些区域网络上的路由器，所构成的逻辑组。AS中的每个区域内部都运行一个基本链路状态路由算法，即每个区域内部都有它自己相对独立的链路状态数据库和相应的有向图)，同时区域内的所有路由器运行的链路状态数据库都是一致的，即它们的数据库是同步的。每一个AS中都有一个主干区域，称为区域O，用区域ID0.0.0.0来标识。区域O的功能主要是负责各个非主干区域之间的路由信息的发布。主干区域必须是连续的，同样，所有的OSPF区域必须被连接到区域O，如果在主干区域中的连续性出现断开现象，则可能需要建立虚链路来连接。一个区域内的消息和细节对本区域以外的区域来说都是透明的，即不可见的，这样可以限制到一个区域的洪泛流量，使规模越来越大的AS变得易于管理和维护，也是弥补OSPF协议占用CPU和内存资源的方法，更大大降低了路由信息所耗费的网络带宽。

1.2指派路由器DR和备份指派路由器BDR

OSPF协议是一个分布式的、动态的内部网关协议，动态路由会设法适应网络流量、拓扑结构的变化。为了动态地适应如故障、网络拥塞等网络状态的变化，结点间必须交换链路状态，如本路由器与哪些路由器相邻、费用、距离、延时、带宽等。当链路状态发生变化时，就会发送这些信息。不是所有的路由器之间都会发送信息，只有成为邻接的路由器之间才会发送链路状态信息。当一个OSPF路由器初始化时，首先初始化路由器自身的协议数据库，然后等待低层协议提示端口是否处于工作状态。

1.3OSPF协议中的基本概念

（1）自治域体系（AS）：采用同一种路由协议交换路由信息的路由器及其互联的网络构成一个系统。就称为一个自治域系统。

（2）链路状态信息（LSA）：使用OSPF路由协议的路由器收集其所在网络区域上各个路由器的连接状态的信息，描述了路由器所有的链路、接口和邻居路由等信息，即称为链路状态信息。

（3）链路状态数据库（LSDB）：当自治域体系内的OSPF路由器收到链路状态信息时，就会在自身路由器中建立一个路由表，用来保存到其他各个路由器的信息。通过LSA的扩散，使所有使用OSPF协议的路由器都会生成同样的LSDB。然后每一台路由器都使用SPF算法计算出距离其他路由器的最短路径，将其存入自己的路由表中，这个路由表就被称为链路状态数据库。链路状态数据库完成的是对整个自治域系统的网络拓扑结构的描述。

（4）指定路由器（DR）：在广播型网络或者在非广播多路访问型网络中，有可能存在多个路由器，为了避免路由器之间建立完全相邻关系而引起大量的通信开销，OSPF要求在区域内选出一个指定路由器DR。DR路由器完成对区域内所有路由器建立完全邻接关系，并负责收集所有的链路状态信息，再将其转发给其他路由器。

（5）备份路由器（BDR）：在选举出DR路由器时，为了保持网络的稳定，也会选出一个备份路由器BDR。BDR和DR具有相同的路由表，他们中都包含有区域内所有的路由信息，能够在DR失效的时候，承担起DR的职责。

（6）区域和区域ID：区域是一组路由的集合，相同区域内的路由器拥有相同的LSDB。OSPF协议用区域把一个自治域系统分为多个链路状态域，一个区域的拓扑结构对一个区域是不可见的。区域ID是一个32位的二进制数，用来区别不同的区域。

2电力系统数据专网OSPF协议中的问题

（1）配置相对复杂。由于网络区域划分和网络属性的复杂性，需要网络分析员有较高的网络知识水平才能配置和管理OSPF网络。

（2）路由负载均衡能力较弱。OSPF虽然能根据接口的速率、连接的可靠性等信息，自动生成接口路由优先级，但在通往同一目的路由器的不同优先级路由中，OSPF只选择优先级较高的路由信息进行转发，不同优先级的路由中，不能实现负载分担。只有相同优先级的，才能达到负载均衡的目的，OSPF协议不能根据优先级的不同，实现自动匹配流量[4]。

（3）网络中存在有冗余信息的情况。为了保证区域网络的稳定性，会选举出DR和BDR，在选举结果出来后会出现泛洪广播，告知区域内的其他路由器，这样在短时间内，将会给整个区域内的网络带来很大的通信开销，直接影响网络的性能和质量。

3OSPF协议的工作机制

3.1使用OSPF协议的路由器交换HELLO报文

发送HELLO交换报文的目的是实现查询OSPF路由器的邻居路由器。HELLO报文通常包含有：拥有路由ID、区域ID、优先权等信息。与它相邻的路由器如果收到这个HELLO报文，就将这个报文内的信息，加入到自己的HELLO报文内。如果路由器的某个端口收到从其他路由器发送的、含有自身信息的HELLO报文，则根据该端口所在网络的类型，确定是否可以建立邻接关系。

3.2建立邻接关系

每个路由器对信息进行分析比较，如果收到的信息有新的内容，路由器将要求对方发送完整的链路状态信息。这个状态完成后，路由器之间建立完全邻接（FullAdjacency）关系，同时邻接路由器拥有了自己独立的、完整的链路状态数据库。在广播型网络或者在非广播多路访问型网络中，DR和BDR相互之间交换信息，并同时与本子网内其他路由器交换链路状态信息，如果在点对点型网络或者在点到多点型网络中，只有相邻路由器之间交换链路状态信息。

3.3选择最佳路由

当一个路由器拥有完整独立的链路状态数据库后，它将会依据自己链路状态数据库的内容，以自身为根，并采用SPF算法计算出以棵最短路径树，然后从最短路径树得出到每个目的网络的最佳（最短）路径，并将其存入在自身路由表中。

3.5维护路由信息

当一个使用OSPF路由协议的路由器，链路状态发生变化时，将会把关于自己的心的链路状态信息通过泛洪的方式通道网络上其他路由器。当其他路由器接收到包含有新信息的链路状态信息的报文时，将更新自己的链路状态数据库，然后用SPF算法从新计算到每个目的网络的最佳路径。在重新计算过程中，路由器继续使用旧路由表来传输数据包，直到完成新的路由表。

结束语：

综上所述，随着因特网规模的不断扩大，现在已有几百万台路由器连接在一起，如果让这些路由器都知道所有网络的相关信息，这样会导致路由表庞大，处理起来浪费时间，响应缓慢等问题。若再加上在链路大量传输路由信息又会严重影响网络带宽。因此相关人员应科学合理运用电力系统数据专网OSPF协议，完善数据网管理，以此更好的为电力企业的稳定发展提供有力支持。

参考文献:

[1]邵国荣.OSPF应用研究[J].电脑知识与技术.2011(5).

[2]周杰.OSPF路由协议的研究和应用[J].安徽电子信息职业技术学院学报.2011(2).

[3]王晓东，迟扬，宋艳，霍吉.OSPF区域类型的划分和路由选择[J].计算机与网络.2012(12).

[4]邵兵，李越鹏，赵保华.OSPF协议性能测试的研究与实践[J].计算机应用.2012(3).