CCNA--開放式最短路徑優先(OSPF)
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一.概訴：
OSPF(Open Shortest Path First開放式最短路徑優先)是一個內部網關協議(Interior Gateway Protocol,簡稱IGP)，用於在單一自治系統(autonomous system,AS)內決策路由。與RIP相對，OSPF是鏈路狀態路由協議，而RIP是距離矢量路由協議。
1.Hello協議的目的:二.OSPF的hello協議 1.用於發現鄰居 2.在成爲鄰居之前,必須對Hello包裏的一些參數協商成功 3.Hello包在鄰居之間扮演着keepalive的角色 4.允許鄰居之間的雙向通信 5.它在NBMA(Nonbroadcast Multi-access)網絡上選舉DR和BDR 2.Hello Packet包含以下信息: 1.源路由器的RID 2.源路由器的Area ID 3.源路由器接口的掩碼 4.源路由器接口的認證類型和認證信息 5.源路由器接口的Hello包發送的時間間隔 6.源路由器接口的無效時間間隔 7.優先級 8.DR/BDR 9.五個標記位(flag bit) 10.源路由器的所有鄰居的RID 三.OSPF的網絡類型 OSPF定義的5種網絡類型: 1.點到點網絡 2.廣播型網絡 3.非廣播型(NBMA)網絡 4.點到多點網絡 5.虛鏈接(virtual link) 1.1.點到點網絡, 比如T1線路,是連接單獨的一對路由器的網絡,點到點網絡上的有效鄰居總是可以形成鄰接關係的,在這種網絡上,OSPF包的目標地址使用的是224.0.0.5,這個組播地址稱爲AllSPFRouters. 2.1.廣播型網絡,比如以太網,Token Ring和FDDI,這樣的網絡上會選舉一個DR和BDR,DR/BDR的發送的OSPF包的目標地址爲224.0.0.5,運載這些OSPF包的幀的目標MAC地址爲0100.5E00.0005;而除了DR/BDR以外的OSPF包的目標地址爲224.0.0.6,這個地址叫AllDRouters. 3.1.NBMA網絡, 比如X.25,Frame Relay,和ATM,不具備廣播的能力,因此鄰居要人工來指定,在這樣的網絡上要選舉DR和BDR,OSPF包採用unicast的方式 4.1.點到多點網絡 是NBMA網絡的一個特殊配置,可以看成是點到點鏈路的集合. 在這樣的網絡上不選舉DR和BDR. 5.1.虛鏈接: OSPF包是以unicast的方式發送 所有的網絡也可以歸納成2種網絡類型: 1.傳輸網絡(Transit Network) 2.末梢網絡(Stub Network ) 四.OSPF的DR及BDR 在DR和BDR出現之前，每一臺路由器和他的鄰居之間成爲完全網狀的OSPF鄰接關係，這樣5臺路由器之間將需要形成10個鄰接關係,同時將產生25條LSA.而且在多址網絡中,還存在自己發出的LSA 從鄰居的鄰居發回來,導致網絡上產生很多LSA的拷貝,所以基於這種考慮，產生了DR和BDR. DR將完成如下工作 1. 描述這個多址網絡和該網絡上剩下的其他相關路由器. 2. 管理這個多址網絡上的flooding過程. 3. 同時爲了冗餘性，還會選取一個BDR，作爲雙備份之用. DR BDR選取規則： DR BDR選取是以接口狀態機的方式觸發的. 1. 路由器的每個多路訪問(multi-access)接口都有個路由器優先級(Router Priority),8位長的一個整數,範圍是0到255,Cisco路由器默認的優先級是1優先級爲0的話將不能選舉爲DR/BDR.優先級可以通過命令ip ospf priority進行修改. 2. Hello包裏包含了優先級的字段,還包括了可能成爲DR/BDR的相關接口的IP地址. 3. 當接口在多路訪問網絡上初次啓動的時候,它把DR/BDR地址設置爲0.0.0.0,同時設置等待計時器(wait timer)的值等於路由器無效間隔(Router Dead Interval). DR BDR選取過程： 1. 在和鄰居建立雙向(2-Way)通信之後,檢查鄰居的Hello包中Priority,DR和BDR字段,列出所有可以參與DR/BDR選舉的鄰居.所有的路由器聲明它們自己就是DR/BDR(Hello包中DR字段的值就是它們自己的接口地址;BDR字段的值就是它們自己的接口地址) 2. 從這個有參與選舉DR/BDR權的列表中,創建一組沒有聲明自己就是DR的路由器的子集(聲明自己是DR的路由器將不會被選舉爲BDR) 3. 如果在這個子集裏,不管有沒有宣稱自己就是BDR,只要在Hello包中BDR字段就等於自己接口的地址,優先級最高的就被選舉爲BDR;如果優先級都一樣,RID最高的選舉爲BDR 4. 如果在Hello包中DR字段就等於自己接口的地址,優先級最高的就被選舉爲DR;如果優先級都一樣,RID最高的選舉爲DR;如果選出的DR不能工作,那麼新選舉的BDR就成爲DR，再重新選舉一個BDR。 5. 要注意的是,當網絡中已經選舉了DR/BDR後,又出現了1臺新的優先級更高的路由器,DR/BDR是不會重新選舉的 6. DR/BDR選舉完成後,DRother只和DR/BDR形成鄰接關係.所有的路由器將組播Hello包到AllSPFRouters地址224.0.0.5以便它們能跟蹤其他鄰居的信息,即DR將泛洪update packet到224.0.0.5;DRother只組播update packet到AllDRouter地址224.0.0.6,只有DR/BDR監聽這個地址. 簡潔的說：DR的篩選過程 1.優先級爲0的不參與選舉 2.優先級高的路由器爲DR 3.優先級相同時，以router ID 大爲DR。 router ID 以迴環接口中最大ip爲準。 若無迴環接口，以真實接口最大ip爲準。 4.缺省條件下，優先級爲1 五.OSPF鄰居關係 鄰接關係建立的4個階段: 1.鄰居發現階段 2.雙向通信階段：Hello報文都列出了對方的RID，則BC完成. 3.數據庫同步階段： 4.完全鄰接階段: full adjacency 鄰居關係的建立和維持都是靠Hello包完成的,在一般的網絡類型中,Hello包是每經過1個HelloInterval發送一次,有1個例外:在NBMA網絡中,路由器每經過一個PollInterval週期發送Hello包給狀態爲down的鄰居(其他類型的網絡是不會把Hello包發送給狀態爲down的路由器的).Cisco路由器上PollInterval默認60s Hello Packet以組播的方式發送給224.0.0.5，在NBMA類型，點到多點和虛鏈路類型網絡，以單播發送給鄰居路由器。鄰居可以通過手工配置或者Inverse-ARP發現. OSPF路由器在完全鄰接之前,所經過的幾個狀態: 1.Down:此狀態還沒有與其他路由器交換信息。首先從其ospf接口向外發送hello分組，還並不知道DR(若爲廣播網絡)和任何其他路由器。發送hello分組是，使用組播地址224.0.0.5。 2.Attempt: 只適於NBMA網絡,在NBMA網絡中鄰居是手動指定的,在該狀態下,路由器將使用HelloInterval取代PollInterval來發 送Hello包. 3.Init: 表明在DeadInterval裏收到了Hello包,但是2-Way通信仍然沒有建立起來. 4.two-way: 雙向會話建立,而 RID 彼此出現在對方的鄰居列表中。(若爲廣播網絡：例如：以太網。在這個時候應該選舉DR,BDR。) 5.ExStart: 信息交換初始狀態,在這個狀態下,本地路由器和鄰居將建立Master/Slave關係,並確定DD Sequence Number,路由器ID大的的成爲Master. 6.Exchange: 信息交換狀態：本地路由器和鄰居交換一個或多個DBD分組（也叫DDP) 。DBD包含有關LSDB中LSA條目的摘要信息)。 7.Loading: 信息加載狀態：收到DBD後,使用LSACK分組確認已收到DBD.將收到的信息同LSDB中的信息進行比較。如果DBD中有更新的鏈路狀態條目，則想對方發送一個LSR，用於請求新的LSA 。 8.Full: 完全鄰接狀態,這種鄰接出現在Router LSA和Network LSA中. 六.OSPF泛洪 Flooding採用2種報文 LSU Type 4---鏈路狀態更新報文 LSA Type 5---鏈路狀態確認報文 (補充下) { Hello Type 1 ---Hello協議報文 DD(Data Description) Type 2----鏈路數據描述報文 LSR Type 3----鏈路狀態請求報文 } 在P-P網絡，路由器是以組播方式將更新報文發送到組播地址224.0.0.5. 在P-MP和虛鏈路網絡，路由器以單播方式將更新報文發送至鄰接鄰居的接口地址. 在廣播型網絡，DRother路由器只能和DR&BDR形成鄰接關係，所以更新報文將發送到224.0.0.6，相應的DR以224.0.0.5泛洪LSA並且BDR只接收LSA，不會確認和泛洪這些更新，除非DR失效 在NBMA型網絡，LSA以單播方式發送到DR BDR，並且DR以單播方式發送這些更新. LSA通過序列號,校驗和,和老化時間保證LSDB中的LSA是最新的, Seq: 序列號(Seq)的範圍是0x80000001到0x7fffffff. Checksum: 校驗和(Checksum)計算除了Age字段以外的所有字段,每5分鐘校驗1次. Age: 範圍是0到3600秒,16位長.當路由器發出1個LSA後,就把Age設置爲0,當這個LSA經過1臺路由器以後,Age就會增加1個LSA保存在LSDB中的時候,老化時間也會增加. 當收到相同的LSA的多個實例的時候,將通過下面的方法來確定哪個LSA是最新的: 1. 比較LSA實例的序列號,越大的越新. 2. 如果序列號相同,就比較校驗和,越大越新. 3. 如果校驗和也相同,就比較老化時間,如果只有1個LSA擁有MaxAge(3600秒)的老化時間,它就是最新的. 4. 如果LSA老化時間相差15分鐘以上,(叫做MaxAgeDiff),老化時間越小的越新. 5. 如果上述都無法區分,則認爲這2個LSA是相同的. 六.OSPF區域 區域長度32位，可以用10進制，也可以類似於IP地址的點分十進制分3種通信量 1. Intra-Area Traffic:域內間通信量 2. Inter-Area Traffic:域間通信量 3. External Traffic:外部通信量 路由器類型 1. Internal Router:內部路由器 2. ABR(Area Border Router):區域邊界路由器 3. Backbone Router(BR):骨幹路由器 4. ASBR(Autonomous System Boundary Router):自治系統邊界路由器. 虛鏈路(Virtual Link) 以下2中情況需要使用到虛鏈路: 1. 通過一個非骨幹區域連接到一個骨幹區域. 2. 通過一個非骨幹區域連接一個分段的骨幹區域兩邊的部分區域. 虛鏈接是一個邏輯的隧道（Tunnel）,配置虛鏈接的一些規則: 1. 虛鏈接必須配置在2個ABR之間. 2. 虛鏈接所經過的區域叫Transit Area,它必須擁有完整的路由信息. 3. Transit Area不能是Stub Area. 4. 儘可能的避免使用虛鏈接,它增加了網絡的複雜程度和加大了排錯的難度. OSPF區域—OSPF的精華 Link-state 路由在設計時要求需要一個層次性的網絡結構. OSPF網絡分爲以下2個級別的層次: 骨幹區域 (backbone or area 0) 非骨幹區域 (nonbackbone areas) 在一個OSPF區域中只能有一個骨幹區域,可以有多個非骨幹區域,骨幹區域的區域號爲0。 各非骨幹區域間是不可以交換信息的，他們只有與骨幹區域相連，通過骨幹區域相互交換信息。 非骨幹區域和骨幹區域之間相連的路由叫邊界路由（ABRs-Area Border Routers）,只有ABRs記載了各區域的所有路由表。各非骨幹區域內的非ABRs只記載了本區域內的路由表，若要與外部區域中的路由相連，只能通過本區域的ABRs，由ABRs連到骨幹區域的BR，再由骨幹區域的BR連到要到達的區域。 骨幹區域和非骨幹區域的劃分，大大降低了區域內工作路由的負擔。 七.LSA類型 1.類型1:Router LSA:每個路由器都將產生Router LSA,這種LSA只在本區域內傳播，描述了路由器所有的鏈路和接口，狀態和開銷. 2.類型2:Network LSA:在每個多路訪問網絡中，DR都會產生這種Network LSA，它只在產生這條Network LSA的區域泛洪描述了所有和它相連的路由器（包括DR本身）. 3.類型3:Network Summary LSA :由ABR路由器始發,用於通告該區域外部的目的地址.當其他的路由器收到來自ABR的Network Summary LSA以後,它不會運行SPF算法,它只簡單的加上到達那個ABR的開銷和Network Summary LSA中包含的開銷,通過ABR,到達目標地址的路由和開銷一起被加進路由表裏,這種依賴中間路由器來確定到達目標地址的完全路由(full route)實際上是距離矢量路由協議的行爲 4.類型4:ASBR Summary LSA:由ABR發出，ASBR彙總LSA除了所通告的目的地是一個ASBR而不是一個網絡外，其他同NetworkSummary LSA. 5.類型5:AS External LSA:發自ASBR路由器,用來通告到達OSPF自主系統外部的目的地,或者OSPF自主系統那個外部的缺省路由的LSA.這種LSA將在全AS內泛洪 6.類型6:Group Membership LSA 7.類型7:NSSA External LSA:來自非完全Stub區域（not-so-stubby area）內ASBR路由器始發的LSA通告它只在NSSA區域內泛洪，這是與LSA-Type5的區別. 8.類型8:External Attributes LSA 9.類型9:Opaque LSA(link-local scope,) 10.類型10:Opaque LSA(area-local scope) 11.類型11:Opaque LSA(AS scope) 八.OSPF末梢區域 由於並不是每個路由器都需要外部網絡的信息,爲了減少LSA泛洪量和路由表條目,就創建了末節區域,位於Stub邊界的ABR將宣告一條默認路由到所有的Stub區域內的內部路由器. Stub區域限制： a) 所有位於stub area的路由器必須保持LSDB信息同步, 並且它們會在它的Hello包中設置一個值爲0的E位(E-bit),因此這些路由器是不會接收E位爲1的Hello包,也就是說在stub area裏沒有配置成stub router的路由器將不能和其他配置成stub router的路由器建立鄰接關係. b) 不能在stub area中配置虛鏈接(virtual link),並且虛鏈接不能穿越stub area. c) stub area裏的路由器不可以是ASBR. d) stub area可以有多個ABR,但是由於默認路由的緣故,內部路由器無法判定哪個ABR纔是到達ASBR的最佳選擇. e)NSSA允許外部路由被宣告OSPF域中來,同時保留Stub Area的特徵,因此NSSA裏可以有ASBR,ASBR將使用type7-LSA來宣告外部路由,但經過ABR,Type7被轉換爲Type5.7類LSA通過OSPF報頭的一個P-bit作Tag,如果NSSA裏的ABR收到P位設置爲1的NSSA External LSA,它將把LSA類型7轉換爲LSA類型5.並把它洪泛到其他區域中;如果收到的是P位設置爲0的NSSAExternal LSA,它將不會轉換成類型5的LSA,並且這個類型7的LSA裏的目標地址也不會被宣告到NSSA的外部NSSA在IOS11.2後支持. f)totally stub area完全的stub區域，連類型3的LSA也不接收。 OSPF的包類型： 類型號 包 作用 可靠性 1 HELLO 1、用於發現鄰居2、建立鄰接關係3、維持鄰接關係4、確保雙向通信 5、選舉DR和BDR 2 Database Description 數據庫的描述 DBD 可靠 3 Link-state Request 鏈路狀態請求包 LSR 可靠 4 Link-state Update 鏈路狀態更新包 LSU 可靠 5 Link-state Acknowledment 鏈路狀態確認包 LSACK AS 自治系統（autonomous system）：一組相互管理下的網絡，它們共享同一個路由選擇方法，自治系統由地區再劃分並必須由IANA分配一個單獨的16位數字。地區通常連接到其他地區，使用路由器創建一個自治系統。
文章源於：TCP IP路由技術第一卷 |