学习回顾——OSPF路由协议(0x0D)-OSPF Router ID和DR、BDR选举原理

Router ID是用于在自治系统中唯一标识一台运行OSPF的路由器的32位整数。每个运行OSPF的路由器都有一个Router ID，其格式和IPv4地址的格式是一样的。在实际网络部署中，考虑到协议的稳定，推荐使用路由器上Loopback接口的IP地址作为路由器的Router ID，因为Loopback接口一旦创建即永久有效(不能关闭，但可以删除)

1) Router ID选举规则

Router ID的选取有两种方式

l 通过命令行手动配置:

l 设备自动选举:如果没有手动配置Router ID，设备会从当前活跃接口所配置的IP地址中自动选举一个作为Router ID。其选择的顺序是:优先从Loopback接口地址中选择最大的IP地址作为RouteID。如果没有配置Loopback接口，则在解耦地址中选取最大的IP地址作为Router ID.

Router ID一旦配置即不会改变，即使对应的接口不存在或者关闭了也不会再改变。只有在重新配置系统的Router ID或OSPF的Router ID，并且重新启动OSPF进程后，才会重新进行Router ID的选举。

总体Router ID的选举和刷新规则如下

① 如果在系统视图下通过Router ID router-id命令进行了配置，按照配置结果设置。

② 如果没有在系统视图下通过router id router-id命令进行配置，并且已经存在配置有IP地址的Loopback接口，则选择Loopback接口地址中最大的作为Router ID。

③ 如果没有在系统视图下通过router id router-id命令进行配置，并且不存在配置有IP地址的Loopback接口，则董其他接口的IP地址中选择最大的一个作为Router ID(不考虑接口的UP/Down状态)。

④ 当且仅当被选举为Route ID的接口IP地址被删除或者修改时，才触发重新选择Route ID的过程。接口状态的改变不会导致Router ID的重新选择。

⑤ 原理选择了一个非Loopback接口的地址作为了Router ID，现在又配置了一个Loopback接口地址，不会导致Route ID的重新选择。

⑥ 现在配置了一个更大的接口IP地址，也不会导致Router ID的重新选择。

⑦ 系统系统启动过程中，在协议希望获取Router ID时，路由模块可能还没有还没有取得所有的接口地址信息，因此很可能选择一个比较小的接口地址作为Router ID来返回给协议，这不应该视为问题。

⑧ Router ID不可以是0.0.0.0或者255.255.255.255。

2) 选举DR和BDR的原因

在广播网络和NBMA网络中，任意两台路由器之间都要传递路由信息。如图所示，网络中有n台路由器，则需建立n×(n-1)/两个邻接关系，如图中作图。这使得任何一台路由器的路由变化都会导致多次传递，浪费了带宽资源。

为了解决这一问题，OSPF定义了DR。通过选举产生DR后，所有其他的设备都逄信息发送给DR，由DR将网络链路状态LSA广播出去。

为了防止DR发生故障，重新选举DR时会造成业务中断，除了DR之外，还会选举一个备份指定路由器BDR。这样除了DR和BDR之外的路由器(称为DR Other)之间将不再建立邻接关系，也不再交换任何路由信息，这样就减少了广播网和NBMA网络上各路由器之间邻接关系的数量。

3) DR和BDR选举的原则

在广播网络和NBMA网络中，为了稳定地进行DR和BDR选举，OSPF规定了一系列的选举规则，包括选举制、终身制和和继承制。

(1) 选举制

选举制是指DR和BDR不是认为指定的，而是由本网络中所有路由器共同选举出来的。路由器接口的DR优先级决定了该接口在选举DR、BDR时所具有的资格，本网段内DR优先级大于0的路由器都可作为“候选人”。选举中使用的“选票”就是Hello报文，每台路由器将自己选出的DR写入Hello报文中，发给网段上的其他路由器。

当处于同一网段的两台路由器同时宣布自己是DR时，优先级最高者为DR，次高者为BDR。如果优先级相等，则Router ID大者胜出。如果一台路由器的优先级为0，则它不会被选举为DR或BDR。如图所示，根据选举规则可得出要使10.1.1.0/24网段AR1位DR，AR3位BDR。

(2) 终身制(非抢占制)

终身制也叫非抢占制。每一个新加入的路由器并不急于参加选举，而是先考察一下本网段中是否存在DR，观察时长为Waiting计时器。在Waiting计时器时间内，发送的Hello报文不会带有DR和BDR信息，即不能被选举为DR或BDR。但是如果在Waiting计时器时间内所收到的Hello报文中都没有DR、BDR信息，则在Waiting计时器超时后发送指定本地路由器作为DR的Hello报文发送给本网段其他路由器。

如果在本地路由器的Waiting计时器时间内，收到了其他路由器的Hello报文中带有DR和BDR信息，则表明目前网段中已经存在DR、BDR，这样即使本地路由器的的DR优先级比现有的DR还高，也不会在声称自己是DR，而承认现有的DR。因为网段中的每台路由器都只和DR、BDR建立邻接关系(DROther之间仅需建立了邻居关系)，如果DR频繁更换，则会引起本网段内的所有路由器重新与DR、BDR建立进阶关系。这样会导致短时间内网段中有大量的OSPF报文在传输，减低网络的可用带宽。

如图所示，假设AR1是后面才加入网络的，在此之前AR2和AR3之间已选举好DR和BDR。这样AR1在收到AR2、AR3的Hello报文后，肯定会发现AR3位DR，AR2位BDR，于是虽然AR1的优先级(120)要高于当前DR(AR3)的优先级，也不会参与DR、BDR选举，而是直接承认原理的DR和BDR。

终身制有利于增加网络的稳定性、提高网络的可用带宽。实际上，在一个广播网络或NBMA网络上，最先启动的两台具有DR选举资格的路由器将成为DR和BDR。

(3) 继承制

继承制是指如果原来DR发生故障了，那么下一个当选为DR的一定是BDR，其他的路由器只能去竞选BDR的位置。这个原则可以保证DR的稳定，避免频繁地进行选举。由于DR和BDR的数据库是完全同步的，这样DR故障后，BDR立即成为DR，履行DR职责，而且邻接关系已经建立，所以从角色切换到承载业务的时间会很短。同时在BDR成为新的DR之后，还会选举出一个新的BDR，虽然这个过程所需的时间比较长，但已经不会影响路由的计算。

如图所示，原理的DR是AR1，现在假设发生了故障，则原来的BDR AR3会直接成为新的DR，而原来为DROther的AR2成为新的BDR(如果本网段中还有其他路由器，AR2会再与其他路由器进行BDR选举)

4) DR和BDR选举过程

DR和BDR的选举仅在广播链路或NBMA链路上进行，具体选举过程如下

① 运行OSPF的接口UP后会向邻居路由器发送Hello报文，同时进入Waiting状态。在Waiting状态下会有一个Waiting计时器，该计时器的长度与Dead计时器是一个样的(缺省值为40s，用户不可自行调整)

② 在Waiting计时器超时前发送的Hello报文是不带DR和BDR字段的，即本地路由器不能参与网段的DR和BDR选举，仅可接受网段中其他路由器间选举的已有的DR和BDR。但在Waiting计时器超时后，如果还没有收到来自网段中其他路由器发送的带有DR和BDR的Hello报文，则发送声称自己是DR的Hello报文，参与网段中的DR和BDR选举

DR和BDR的选举规则是:优先选择优先级最高的作为DR，次高的作为BDR。DR优先级为0的路由器只能成为DR Other；如果优先级相同，则选择Router ID较大的的路由器成为DR，次大的成为BDR，其余路由器成为DR Other。

③ 在Waiting计时器超时前如果收到的Hello报文中有DR和BDR，那么直接承认网络中的DR和BDR，而不会触发选举，无论本地路由器的Router ID或者DR优先级有多大。直接离开Waiting状体，开始邻居同步。

④ 当原来DR因为故障Down掉之后，原理的BDR会直接集成DR角色，同网段中剩余的优先级大于0的路由器会竞争成为新的BDR。

【经验之谈】根据前面分析可得出，只有连接在同一网段中的Router ID，或者配置不同DR优先级的路由器接口同时Up，在同一时刻进行DR选举(即在同一时间它们的Waiting计时器超时)才会在整个网段路由器中真正应用DR选举规则选举DR、BDR。否则总有至少一台路由器不能真正参与DR、BDR选举，最先启动的将成为DR，因为这台路由器的Waiting计时器超时前不会收到任何同网段中其他阿路由器发来的Hello报文中携带有DR、BDR字段信息。