OSPF原理及配置
OSPF（Open Shortest Pass First,開放最短路徑優先協議），是一個最常用的內部網管協議，是一個鏈路狀態協議。
OSPF的特點
- OSPF是一種無類路由協議，支持VLSM可變長子網掩碼。支持IPV4和IPV6.
- 組播地址：224.0.0.5 224.0.0.6。
- OSPF度量：從源到目的所有出接口的度量值，和接口帶寬反比（10^8/帶寬）。
- 收斂速度極快，但大型網絡配置很複雜。
- IP封裝，協議號89
OSPF運行原理
OSPF組播的方式在所有開啓OSPF的接口發送Hello包，用來確定是否有OSPF鄰居，若發現了，則建立OSPF鄰居關係，形成鄰居表，之後互相發送LSA（鏈路狀態通告）相互通告路由，形成LSDB（鏈路狀態數據庫）。再通過SPF算法，計算最佳路徑（cost最小）後放入路由表。
設計要求：1.必須配置骨幹區域0
2.其他區域連接到骨幹區域
好處: 1.減小路由表（通過域間彙總）
2.本地拓撲變化值影響一個區域（也是通過彙總）
3.某些LSA之子本地泛紅，不泛洪到其他區域
注：OSPF區域劃分基於接口而不是設備
OSPF區域及路由器身份
OSPF區域
骨幹區域（區域0）：骨幹區域必須連接所有的非骨幹區域，而且骨幹區域不可分割，有且只有一個，一般情況下，骨幹區域內沒有終端用戶。
非骨幹區域（非0區域）：非骨幹區域一般根據實際情況而劃分，必須連接到骨幹區域（不規則區域也需通過tunnel或virtual-link連接到骨幹區域）。一般情況下，費骨幹區域主要連接終端用戶和資源。
OSPF身份
DR（Designated Router）：指定路由器，OSPF協議啓動後開始選舉而來
BDR（Back-up Designated Router）：備份指定路由器，同樣是由OSPF啓動後選舉而來
DRothers：其他路由器，非DR非BDR的路由器都是DRothers。
ABR（Area Border Routers）：區域邊界路由器，連接不同OSPF區域。
ASBR（Autonomous System Boundary Router）：自治系統邊界路由器，位於OSPF和非OSPF網絡之間。
骨幹路由器：至少有一個藉口連接到骨幹區域（區域0）。
OSPF鄰居建立
鄰居的兩個狀態
Neighbors：鄰居
Adjacency：鄰接
- 鄰居不一定是鄰接，鄰接一定是鄰居，只有交互了LSA的OSPF鄰居才成爲OSPF的鄰接，之交互Hello包的支撐位鄰居，
- 在點對點網絡中，所有鄰居都能成爲鄰接。
- MA（廣播多路訪問網絡，比如以太網）網絡類型中，DR，BDR，DRothers三者關係爲：
DR、BDR與所有的鄰居形成鄰接，DRothers之間只是鄰居而不交換LSA
影響OSPF鄰居建立的原因：
- Hello與Dead Time時間不一致（改Hello的話Dead自動*4，單改Dead的話Hello不變）
- 區域ID必須一致
- 認證（password一致）
- Stub標識一致（與特殊區域有關，之後介紹）
- MTU-攜帶在DBD報文中，兩端口必須一致
- 掩碼，如12.1.1.1/30——12.1.1.2/24 這種情況是可以ping通的，但鄰居關係起不來
（OSPF對環回口，無論掩碼多少位，都按32位處理，所以建議環回口直接/32，或者在環回口下還原真實掩碼） - ACL（是否放行OSPF）
OSPF更新
- OSPF是一種觸發更新的機制。一旦拓撲發生變化便會更新。
- OSPF也有週期性更新（30分鐘一次）
- 當收到一條LSA之後：
首先查看是否在LSDB中，若沒有則假如LSDB，回覆LSACK。繼續泛洪出去，並且通過SPF算法計算最佳路徑並加入路由表。若存在，則比較誰的更“新”（看序號），序號大者新，若本地不如收到的信更新本地LSDB並泛洪，且通過SPF算法計算最佳路徑並加入路由表，若比收到的新，則將本地的泛洪出去。
注：LSA序列號，4字節，16進制
0x80000001-0x7FFFFFFF
OSPF數據包類型
- Hello：10秒發送一次，死亡時間40s，4倍關係，可以修改。
- DBD：Database Description 僅僅是一個對本地數據庫的概念性敘述，供路由器覈對數據庫是否同步
- LSR：Link-State Request 請求鏈路狀態，在數據庫同步過程中使用，請求其他角色發送自己失去的LSA最新版本。
- LSU：Link-State Update 鏈路狀態更新，LSU包括幾種類型的LSA，LSU負責泛洪LSA，和相應LSR。LSA只會發送給之前以LSR請求的LSA的直連鄰居，進行泛洪的時候，鄰居路由負責把收到的LSA信息重新封裝在新的LSU中。
- LSACK：鏈路狀態確認，路由器必須對每個收到的LSA進行LSACK確認，但可以用一個LSACK確認多個LSA。
DR、BDR的選舉
DR、BDR的選舉規則：比較router-id，router-id有以下獲得方式：
- 由工程師指定
- 這臺設備最大的環回口ip
- 沒有環回口的話，物理接口ip地址最大的。
選舉規則：
- 最高優先級值的路由器被選爲DR（默認優先級相同：1），次高優先級的爲BDR
- 若優先級相同，則比較router-id，擁有最高router-id的成爲DR，次高的成爲BDR
- 優先級被設置爲0的不參與選舉
- OSPF系統啓動後，若40s內沒有新設備接入就會開始選舉，所以爲保證DR與BDR的選舉不發生意外，建議優先配置想成爲DR與BDR的設備。
- DR與BDR不可以搶佔
- 當DR小時之後，BDR直升DR，重新選BDR
- 所有DR，BDR，DRothers說的都是接口，而不是設備
- 不同網段間選DR，BDR，而不是以OSPF區域爲單位
OSPF狀態
- Down State
- Init State：發送了Hello包（還沒收到）
- Two-way State：收到了一個Hello包且Hello包中包括自己的router-id（對方回覆的）
- Exstart State：First DBD確認主從關係，router-id大的爲主，先發包
- Exchange State：交互DBD 相互學習
- Loading State：LSR與LSU的交互過程
- Full State：所有交互已經完成
注：DBD只是一個目錄的性質，並且第一個DBD只是用來協商之後的DBD由誰先發送。
基本配置演示
我們用下面的拓撲進行配置演示：
對R1進行配置：
R1>en
R1#conf t
R1(config)#int lo 0
R1(config-if)#ip add 1.1.1.1 255.255.255.255
R1(config-if)#no sh
R1(config-if)#exi
R1(config)#int f0/0
R1(config-if)#ip add 100.1.1.1 255.255.255.0
R1(config-if)#no sh
R1(config-if)#exi
R1(config)#router os 100
R1(config-router)#router-id 1.1.1.1
R1(config-router)#net 1.1.1.1 0.0.0.0 a 0
R1(config-router)#net 100.1.1.0 0.0.0.255 a 0
R1(config-router)#exi
對R2進行配置：
R2>en
R2#conf t
R2(config)#int lo 0
R2(config-if)#ip add 2.2.2.2 255.255.255.255
R2(config-if)#no sh
R2(config-if)#exi
R2(config)#int f0/0
R2(config-if)#ip add 100.1.1.2 255.255.255.0
R2(config-if)#no sh
R2(config-if)#exi
R2(config)#router os 100
R2(config-router)#route
R2(config-router)#router-id 2.2.2.2
R2(config-router)#net 2.2.2.2 0.0.0.0 a 0
R2(config-router)#net 100.1.1.0 0.0.0.255 a 0
R2(config-router)#ex
R3進行配置：
R3>en
R3#conf t
R3(config)#int lo 0
R3(config-if)#ip add 3.3.3.3 255.255.255.255
R3(config-if)#no sh
R3(config-if)#exi
R3(config)#int f0/0
R3(config-if)#ip add 100.1.1.3 255.255.255.0
R3(config-if)#no sh
R3(config-if)#exi
R3(config)#router os 100
R3(config-router)#router-id 3.3.3.3
R3(config-router)#net 3.3.3.3 0.0.0.0 a 0
R3(config-router)#net 100.1.1.0 0.0.0.255 a 0
R3(config-router)#exi
- 對R4進行配置：
R4>en
R4#conf t
R4(config)#int lo 0
R4(config-if)#ip add 4.4.4.4 255.255.255.255
R4(config-if)#no sh
R4(config-if)#exi
R4(config)#int f0/0
R4(config-if)#ip add 100.1.1.4 255.255.255.0
R4(config-if)#no sh
R4(config-if)#exi
R4(config)#int f0/1
R4(config-if)#ip add 45.1.1.4 255.255.255.0
R4(config-if)#no sh
R4(config-if)#exi
R4(config)#router os 100
R4(config-router)#router-id 4.4.4.4
R4(config-router)#net 4.4.4.4 0.0.0.0 a 0
R4(config-router)#net 100.1.1.0 0.0.0.255 a 0
R4(config-router)#net 45.1.1.0 0.0.0.255 a 1
R4(config-router)#exi
R5進行配置：
R5>en
R5#conf t
R5(config)#int lo 0
R5(config-if)#ip add 5.5.5.5 255.255.255.255
R5(config-if)#no sh
R5(config-if)#exi
R5(config)#int f0/1
R5(config-if)#ip add 45.1.1.5 255.255.255.0
R5(config-if)#no sh
R5(config-if)#exi
R5(config)#router os 100
R5(config-router)#router-id 5.5.5.5
R5(config-router)#net 5.5.5.5 0.0.0.0 a 1
R5(config-router)#net 45.1.1.0 0.0.0.255 a 1
R5(config-router)#exi
- 以上就是全部基本配置，我們下面來查看一下基本信息
查看鄰居信息：
R4#show ip ospf neighbor
Neighbor ID Pri State Dead Time Address Interface
1.1.1.1 1 FULL/DR 00:00:38 100.1.1.1 FastEthernet0/0
2.2.2.2 1 FULL/BDR 00:00:34 100.1.1.2 FastEthernet0/0
3.3.3.3 1 2WAY/DROTHER 00:00:33 100.1.1.3 FastEthernet0/0
5.5.5.5 1 FULL/DR 00:00:33 45.1.1.5 FastEthernet0/1
以看見R4這臺路由器一共有四個鄰居，這裏臨界狀態，full就是代表鄰接，我們可以看見區域0中R1是DR，R2是BDR，R3和R4都是DRothers，而區域1中R5是DR。那麼我們可以推測，R4是區域1的BDR，我們在R5上查看：
R5#show ip ospf neighbor
Neighbor ID Pri State Dead Time Address Interface
4.4.4.4 1 FULL/BDR 00:00:36 45.1.1.4 FastEthernet0/1
推測不假，下面查看一下開啓OSPF的接口信息：
R1#show ip ospf interface
FastEthernet0/0 is up, line protocol is up
Internet Address 100.1.1.1/24, Area 0
Process ID 100, Router ID 1.1.1.1, Network Type BROADCAST, Cost: 10
Transmit Delay is 1 sec, State DR, Priority 1
Designated Router (ID) 1.1.1.1, Interface address 100.1.1.1
Backup Designated router (ID) 2.2.2.2, Interface address 100.1.1.2
Timer intervals configured, Hello 10, Dead 40, Wait 40, Retransmit 5
oob-resync timeout 40
Hello due in 00:00:00
Supports Link-local Signaling (LLS)
Cisco NSF helper support enabled
IETF NSF helper support enabled
Index 2/2, flood queue length 0
Next 0x0(0)/0x0(0)
Last flood scan length is 1, maximum is 1
Last flood scan time is 4 msec, maximum is 4 msec
Neighbor Count is 3, Adjacent neighbor count is 3
Adjacent with neighbor 2.2.2.2 (Backup Designated Router)
Adjacent with neighbor 3.3.3.3
Adjacent with neighbor 4.4.4.4
Suppress hello for 0 neighbor(s)
Loopback0 is up, line protocol is up
Internet Address 1.1.1.1/32, Area 0
Process ID 100, Router ID 1.1.1.1, Network Type LOOPBACK, Cost: 1
Loopback interface is treated as a stub Host
可以看見，開啓了OSPF的接口的詳細信息，比如Router-id，區域id，進程id，以及接口是如何加入進入OSPF的（network）
查看OSPF的路由：
R5#show ip route ospf
1.0.0.0/32 is subnetted, 1 subnets
O IA 1.1.1.1 [110/21] via 45.1.1.4, 00:26:31, FastEthernet0/1
2.0.0.0/32 is subnetted, 1 subnets
O IA 2.2.2.2 [110/21] via 45.1.1.4, 00:26:31, FastEthernet0/1
100.0.0.0/24 is subnetted, 1 subnets
O IA 100.1.1.0 [110/20] via 45.1.1.4, 00:26:31, FastEthernet0/1
3.0.0.0/32 is subnetted, 1 subnets
O IA 3.3.3.3 [110/21] via 45.1.1.4, 00:26:31, FastEthernet0/1
4.0.0.0/32 is subnetted, 1 subnets
O IA 4.4.4.4 [110/11] via 45.1.1.4, 00:26:31, FastEthernet0/1
在R5中查看OSPF的路由，發現全部都是O IA標記，這裏O 標識來自OSPF，而IA代表是OSPF其他區域傳來的路由（關於標記在後面講解LSA中還會提到），我們再在R1上查看一下OSPF的路由：
R1#show ip route os
2.0.0.0/32 is subnetted, 1 subnets
O 2.2.2.2 [110/11] via 100.1.1.2, 00:29:28, FastEthernet0/0
3.0.0.0/32 is subnetted, 1 subnets
O 3.3.3.3 [110/11] via 100.1.1.3, 00:29:28, FastEthernet0/0
4.0.0.0/32 is subnetted, 1 subnets
O 4.4.4.4 [110/11] via 100.1.1.4, 00:29:28, FastEthernet0/0
5.0.0.0/32 is subnetted, 1 subnets
O IA 5.5.5.5 [110/21] via 100.1.1.4, 00:28:17, FastEthernet0/0
45.0.0.0/24 is subnetted, 1 subnets
O IA 45.1.1.0 [110/20] via 100.1.1.4, 00:29:28, FastEthernet0/0
可見，區域1的被標識爲O IA，而區域0的則只是O。
以上就是基本的OSPF系統的配置。