OSPF基原理

OSPF(Open Shortest Path First)開放式最短路徑優先，基於SPF算法的鏈路狀態路由協議
OSPF優點：
- 路由信息傳遞與路由計算分離
- 基於SPF算法（最短路徑樹）
- 以“累計鏈路開銷”作爲選路參考值

RIP在大型網絡中部署面臨的問題

RIP特性	問題
逐跳收斂	收斂慢，故障恢復時間長
傳聞路由更新機制	缺少對全局網絡拓撲的瞭解
最多有效跳數爲15	環形組網中，使遠端路由不可達
以“跳數爲度量”	存在選擇次優路徑的風險

OSPF相比於RIP的優化

RIP問題	優化
收斂慢，故障恢復時間長	收到更新->計算路由->發送更新，更改爲，收到更新->發送更新->計算路由
缺少對全局網絡拓撲的瞭解	路由器基於拓撲信息，獨立計算路由
最多有效跳數爲15	不限定跳數
存在選擇次優路徑的風險	將鏈路帶寬作爲選路參考值

OSPF中收到路由信息放入DB（數據庫）中，將數據庫轉發給鄰居，同時放入協議RIB（路由表），計算路由，再加入RIB（全局路由表）

RIP收到路由信息，放入DB中（RIP的DB和協議RIB相同），計算好路由後，放入RIB（全局路由表），再轉發給鄰居

OSPF工作過程

鄰居建立
同步鏈路狀態數據庫
計算最優路徑

鄰居建立過程

Router-ID用於在自治系統中，唯一標識一臺運行OSPF的路由器
- 如果沒有指定Router-ID，會優先從本地的環回口中選擇最大的IP地址
- 如果沒有本地環回口地址，會從物理接口中選擇最大的IP地址作爲Router-ID

發現並建立鄰居

發送Hello報文
Hello報文的作用：
- 鄰居發現：自動發現鄰居路由器
- 鄰居建立：完成Hello報文中的參數協商，建立令居關係
- 鄰居保持：通過保活機制檢測鄰居運行狀態

雙方互相發送Hello報文，收到報文後，狀態從Down進入Init，然後回覆帶有鄰居Router-ID的Hello報文，鄰居收到後，狀態進入2-Way，鄰居關係建立

維護鄰居關係：

廣播和P2P每間隔10秒互相發送Hello報文，40秒（間隔時間的4倍）未收到Hello報文，就認爲鄰居出現故障

NBMA和P2MP每間隔30秒互相發送Hello報文，120秒未收到Hello報文就認爲鄰居出現故障

Hello報文通過組播（224.0.0.5）發送給其他路由器

實驗1：如下拓撲

配置OSPF，並抓包查看報文

[AR1]int lo 1
[AR1-LoopBack1]ip ad 1.1.1.1 24
[AR1-LoopBack1]int g0/0/0
[AR1-GigabitEthernet0/0/0]ip ad 12.1.1.1 24
[AR1-GigabitEthernet0/0/0]q
[AR1]ospf router-id 1.1.1.1
[AR1-ospf-1]area 0
[AR1-ospf-1-area-0.0.0.0]net 12.1.1.1 0.0.0.0
[AR1-ospf-1-area-0.0.0.0]net 1.1.1.1 0.0.0.0

[AR2]int lo 1
[AR2-LoopBack1]ip ad 2.2.2.2 32
[AR2-LoopBack1]int g0/0/0
[AR2-GigabitEthernet0/0/0]ip ad 12.1.1.2 24
[AR2-GigabitEthernet0/0/0]q
[AR2]ospf router-id 2.2.2.2
[AR2-ospf-1]area 0
[AR2-ospf-1-area-0.0.0.0]net 2.2.2.2 0.0.0.0
[AR2-ospf-1-area-0.0.0.0]net 12.1.1.2 0.0.0.0

報文分析

鏈路狀態信息

鏈路狀態信息LSA包含的信息：
- 鏈路的類型
- 接口IP地址及掩碼
- 鏈路上所連接的鄰居路由器
- 鏈路的帶寬（開銷）
OSPF支持多種網絡協議
- P2P：PPP的網絡類型。僅兩臺路由互聯，支持廣播和組播
- 廣播：Ethernet-II的網絡類型。兩臺或兩臺以上的路由器通過共享介質互聯，支持廣播和組播
- NBMA：幀中繼（FR）的網絡類型。兩臺或兩臺以上的路由器通過VC互連，不支持廣播和組播
- P2MP：多個點到點的集合，支持廣播、組播

OSPF度量方式

接口的cost=參考帶寬/實際帶寬
更改cost：
- 直接在接口下改配置ospf cost 10(接口視圖下)
- 修改參考帶寬（所有路由器都要修改，確保選路一致性）

計算路徑開銷累加是累加進接口的開銷值

報文類型及作用

Type	報文名	功能
1	Hello	發現和維護鄰居關係
2	Database Description	交互鏈路狀態數據庫摘要
3	Link State Request	請求特定的鏈路狀態信息
4	Link State Update	發送詳細的鏈路狀態信息
5	Link State Ack	發送確認報文

LSDB同步過程

第一份發出的DD包，不包含LSA的任何信息,用來選舉主從

I位表示是否爲第一個數據包

M位表示之後是否還有DD包

MS位爲1表示爲主,爲0表示爲從(通過比較Router-ID,大的爲主)

RTB中的路由信息如果RTA中沒有,RTA會發送LSR請求報文,獲取STB中的RTA沒有的路由信息,RTA的路由信息RTB都有,RTB則直接進入Full

RTB收到RTA的請求報文,會把RTB中沒有的路由信息放在LSU中,發送給RTA

RTA收到LSU後,更新自己的路由信息表,恢復LSAck報文確認

Full表示鄰接關係建立成功

DR與BDR的選舉與作用

鄰接關係個數=[n*(n-1)]/2

DR與BDR的作用

減少鄰接關係
降低OSPF協議流量

DR與BDR選舉

DR與BDR的選舉是基於接口
接口的DR優先級越大越優先
接口的DR優先級相等時,Router-ID越大越優先

更改網絡類型ospf network-type p2p

OSPF域內路由

Router-LSA

描述P2P網絡

描述MA網絡或NBMA網絡

Network-LSA

display ospf lsdb router查看一類LSA

display ospf routing查看協議路由表

SPF計算

構建SPF樹
- 根據Router-LSA和Network-LSA中的拓撲信息，構建SPF樹幹
計算最優路由
- 基於SPF樹幹和Router-LSA、Network-LSA中的路由信息，計算最優路由

OSPF域間路由

區域間路由傳遞

Network-Summary-LSA

三類LSA是由ABR（邊界路由器）產生的，用來描述區域間的路由信息

三類LSA是在區域內泛洪，

爲本區域產生一條相鄰區域的三類LSA

區域間路由防環

非骨幹區域必須與骨幹區域相連
ABR收到非骨幹區域的LSA不做計算
三類LSA傳遞規則

虛連接Vlink

進入OSPF進程ospf 1
進入中間區域area 1
虛連接vlink-peer 對端的Router-ID

OSPF外部路由

外部路由引入

命令：import-route static

AS-External-LSA

ASBR產生，在整個OSPF域內泛洪

引入外部路由，一條AS External LSA只能宣告一條外部路由

ASBR-Summary-LSA

ABR產生，在區域內泛洪

告訴其他設備如何去往ASBR

通告到ASBR的開銷

外部路由類型

Type	Cost
第一類外部路由	AS內部開銷值+AS外部開銷值
第二類外部路由	AS外部開銷

默認爲第二類外部路由

第二類會先比較外部開銷，外部開銷相同，會比較內部開銷

第二類會可能會造成次優路徑

External-Type1的優先級高於External-Type2（Type1比Type2更精確）

次優路徑

Forwarding Address

字段爲0
字段非0時，接口類型不能爲P2P或P2MP接口、不能是靜默接口、ASBR設備到達目的網段的下一跳地址所在網段被髮布在OSPF中

靜默接口：不再收發報文

當三個條件都成立時，FA字段爲非零，字段爲ASBR到達目的網段的下一跳的地址

OSPF特殊區域

Stub區域和Totally Stub區域

傳輸區域
末端區域

Stub區域

配置：區域中的每臺設備的OSPF進程下，進入區域，輸入stub
不引入外部路由
沒有四類、五類LSA
有一條三類的默認路由，有三類的明細路由

Totally Stub區域

配置：只需要在ABR上配置，進入OSPF進程，進入區域，輸入stub no-summary
不能引入外部路由
有一條三類默認路由，沒有三類明細、四類、五類LSA，

NSSA區域和Totally NSSA區域

NSSA區域

允許外部路由
七類LSA只能在NSSA區域中傳遞
七類LSA傳遞給ABR，ABR轉換爲五類LSA，進行OSPF全區域泛洪
有三類的默認路由、明西路由

Totally NSSA區域

沒有三類明細路由，有一條三類的默認路由

總結

LSA類型	通告路由器	LSA內容	傳播範圍
Router LSA(Type-1)	OSPF Router	拓撲信息、路由信息	本區域內
Network LSA(Type-2)	DR	拓撲信息、路由信息	本區域內
Network-Summary-LSA(Type-3)	ABR	域間路由信息	非Totally Stub區域(區域內)
ASBR-Summary-LSA(Type-4)	ABR	ASBR的Router ID以及到ASBR的開銷	非特殊區域(區域內)
AS-External-LSA(Type-5)	ASBR	路由進程域外部路由	(非特殊區域)OSPF進程域
NSSA LSA(Type-7)	ASBR	NSSA域外部路由信息	(Totally)NSSA區域

區域間路由彙總和外部路由彙總

區域間路由彙總

配置：在邊界路由器，進入OSPF進程，進入區域，輸入abr-summary 172.16.0.0 255.255.248.0

外部路由彙總

配置：在ASBR上，進入OSPF進程，輸入bsbr-summary 172.17.0.0 255.255.248.0

以上內容均屬原創，如有不詳或錯誤，敬請指出。

本文作者： 壞壞

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