OSPF的DR以及BDR选举规则 以及在实际环境中最高RouterID非DR的原因探究

作为一个典型的分析记录，分享给需要者。

一、OSPF协议描述

OSPF（Open ShortestPath First）开放最短路径优先协议为IETF开发的一种开放式的动态路由协议，该协议根据当前链路状态进行SPF算法，通过将大型网络进行逻辑层级划分，提升网络收敛速度以及可以有效避免环路产生。

OSPF数据包通信地址为组播地址：224.0.0.5和224.0.0.6。

二、OSPF-Packet类型

OSPF数据包类型主要分为Hello数据包、DBD数据包、LSR数据包、LSU数据包、LSAck数据包。

1、Hello数据包：充当OSPF-Router之间保活角色；

2、DBD数据包：OSPF-Database描述信息；

3、LSR数据包：链路状态请求；

4、LSU数据包：链路状态更新；

5、LSAck数据包：链路状态请求确认；

三、OSPF-NET类型

OSPF网络类型主要分为P-to-P（Point-to-Point）点到点网络、MA（multi-access）/Broadcast多路访问/广播网络、NBMA（Non-broadcastmulti-access）非广播多路访问网络、P-to-MP（Point-to-Multipoint）点到多点网络、以及Virtual-links（虚链路）网络。

1、P-to-P：使用串行链路连接单独一对路由器的点到点网络；

2、MA/Broadcast：包括以太网等多址访问的网络；

3、NBMA：可以连接两台以上路由器，但是没有广播数据包的能力；

4、P-to-MP：一种点到点链路的集合；

5、Virtual-links：没有编号的点到点网络。

四、OSPF-Router类型

OSPF路由器类型分为DR（Designated Router）指定路由器、BDR（Backup Designated Router）备用指定路由器、DR-other其他类路由器。特别说明的一点是OSPF-Router类型并非按照路由器来进行划分，而是按照相同区域中的接口来进行划分，因此DR、BDR以及DR-other只是OSPF接口的属性。

1、DR：与BDR和DR-other形成邻接关系，收集并分发LSA信息给同一MA网络中的BDR和DR-other路由器，用以减少同一区域内LSA数量，避免不必要的泛洪扩散；

2、BDR：与DR和DR-other形成邻接关系，与DR和DR-other交互LSA信息，当DR失效后能够在第一时间取代DR位置；

3、DR-other：与DR和BDR形成邻接关系，将自身的链路状态数据库传送至DR和BDR的链路状态数据库中，并保证本地数据库与DR和BDR的链路状态数据库实时同步。

五、OSPF的DR以及BDR选举规则

在初始状态下，一个路由器的活动接口设置DR和BDR为0.0.0.0，这意味着没有DR和BDR被选举出来。同时设置WaitTimer，其值为RouterDeadInterval，其作用是如果在这段数时间里还没有收到有关DR和BDR的宣告，那么它就宣告自己为DR或BDR。经过Hello协议交换过程后，每一个路由器获得了希望成为DR和BDR的那些路由器的信息，按照下列步骤选举DR和BDR：

1、在路由器同一个或多个路由器建立双向的通信以后，就检查每个邻居Hello包里的优先级、DR和BDR域。列出所有符合DR和BDR选举的路由器（他们的优先级要大于0，接口状态要大于双向通信），列出所有的DR，列出所有的BDR；

2、从这些合格的路由器中建立一个没有宣称自己为DR的子集（因为宣称为DR的路由器不能选举成为BDR）；

3、如果在这个子集里有一个或多个邻居（包括它自己的接口）在BDR域宣称自己为BDR，则选举具有最高优先级的路由器，如果优先级相同，则选择具有最高Router ID的那个路由器为BDR；

4、如果在这个子集里没有路由器宣称自己为BDR，则在它的邻居里选择具有最高优先级的路由器为BDR，如果优先级相同，则选择具有最大Router ID的路由器为BDR；

5、在宣称自己为DR的路由器列表中，如果有一个或多个路由器宣称自己为DR，则选择具有最高优先级的路由器为DR，如果优先级相同，则选择具有最大Router ID的路由器为DR；

6、如果没有路由器宣称为DR，则将最新选举的BDR作为DR；

7、如果是第一选举某个路由器为DR/BDR或没有DR/BDR被选举，则要重复2到6步，然后是第8步。

8、将选举出来的路由器的端口状态作相应的改变，DR的端口状态为DR，BDR的端口状态为BDR，否则的话为DR other。

在多路访问网络中，DR和BDR与该网络内所有其它的路由器建立邻接关系，这些邻接关系也是该网络内全部的邻接关系。

 由于DR和BDR的引入，简化了网络的逻辑拓扑结构，将一个网状网络转变成一个星型网络，使协议包的扩散，计算变的简单，并有效防止了邻接关系震荡的发生。

在实际过程中一个路由器是先选出BDR的，但此时的BDR不会被写入接口数据库，而是会立刻将此BDR提升到了DR的地位并写入数据库，然后会再看看是否有人声称他自己是BDR，如果没有人声称的话，他会再次进行BDR的选举，并写入接口数据库中向外发通告。

当一个路由器新接入一个多路访问网络的时候，他会先等待waittime计时器到期，然后将按DR/BDR选举原则进行选举，而其之所以要先等待waittime计时器到期是因为它刚刚接入此网络，不知道此网络的状况，因此他需要收集hello包进行分析。如果其收集到的hello包有证据表明此网络已经稳定，即DR/BDR选举已完成，此时就算再接入一台具有更高Router-id的路由器时也并不会再次触发选举。

六、在同一MA-NET中最高RouterID非DR的原因探究

在实际运行中常常遇见在同一广播网络中具有最高Router-id的路由器并未被选举为DR。

造成此类现象的根本原因是：在一个MA网络上，最先初始化启动的两台具有DR选举资格的路由器将成为DR和BDR路由器。

两台具有选举资格的路由器各自的OSPF进程的启动时间间隔只要不超过Wait Timer时间，那么路由器将相互监听Hello包中的DR和BDR字段中的信息，并且服从优先级原则，在一定程度上体现出了公平原则；但是如果前后启动的时间超过Wait Timer时间，那么首先启动的路由器极有可能成为DR，不管其Router-id是否更高。

综上所述在实际的MA网络环境中，即使是40秒内同时起进程的情况也少见，更多的情况是是率先启动OSPF进程的路由器就很有可能成为DR，第二个启动的就很有可能成为BDR，考虑到路由器故障或者重启等情况，实际的运行效果是“活”得最久的路由器将成为DR，在一定程度上提升了网络的稳定性。