OSPF：开放式最短路径优先协议

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OSPF：开放式最短路径优先协议

一、数据包—5种基本数据包

二、OSPF的状态机

三、OSPF的工作过程

四、区域划分规则：

 五、数据包

六、各类LSA：

七.OSPF 邻居状态机制

八.OSPF基本配置

 OSPF三张表：

十、不规则区域：

十一、OSPF网络类型：

OSPF 认证： 链路认证、区域认证、虚链路认证

OSPF 路由控制：

---

特点：

无类别链路状态路由协议—组播更新协议：224.0.0.5/6

触发更新、周期更新（30min）；跨层封装到网络层–协议号89

协议算法特点： 链路状态型路由协议，SPF算法

基于LSA更新导致更新量很大—–需要为中大型网络服务—周期的维护—结构化部署

结构化部署–区域划分、地址规划

 

使用范围：IGP

支持路由认证

支持手工汇总

支持区域划分

.OSPF 比较消耗设备资源，一个路由器上最多支持31个OSPF 进程

一、数据包—5种基本数据包

 

二、OSPF的状态机

Down            本地一旦发出hello包，进入下一状态

Init初始化        本地接收到的hello包中若存在本地的RID，进入下一状态

2way双向通信    邻居关系建立标志

条件匹配        点到点网络直接进入下一状态；MA网络将进行DR/BDR选举（40S），非DR/BDR间不能进入下一状态；

Exstart预启动    使用类hello 的DBD包进行主从关系选举，RID数值大为主，主优先进入                下一状态

Exchange准交换    使用真正的DBD进行数据库目录的共享，需要ACK；

Loading 加载        使用LSR/LSU/LSack来获取未知的LSA信息；

Full转发            邻接关系建立的标志；

 

三、OSPF的工作过程

启动配置完成后，本地收发hello包，建立邻居关系，生成邻居表；

再进行条件的匹配，匹配失败将停留于邻居关系，仅hello包周期保活即可；

匹配成功者间可以建立邻接（毗邻）关系，需要DBD共享数据库目录，LSR/LSU/LSack来获取未知的LSA信息，当收集完网络中所有的LSA后，生成数据表–LSDB

 

LSDB建立完成后，本地基于SPF选路规则，计算本地到达所有未知网段的最短路径，然后将其加载到路由表中；完成收敛，

收敛完成后–hello包周期保活 30min周期的DBD比对，若不一致将使用LSR/LSU/LSack重新获取

 

结构突变：

1、新增网段—直连新增网段的设备使用DBD告知邻居，邻居再使用LSR/LSU/LSack来获取

2、断开网段—直连断开网段的设备使用DBD告知邻居，邻居再使用LSR/LSU/LSack来获取

3、无法沟通—dead time 计时到后，邻居关系断开，删除所有从该邻接处学习到的所有LSA信息；

LSA链路状态通告–在不同条件下产生不同的拓扑或路由信息，被分为各种类别；

LSDB链路状态数据库–所有的LSA的集合

OSPF收敛LSA洪泛 LSDB同步

 

全网唯一；手工；环回接口上最大数值的ip地址；物理接口最大数值；无进程

 

宣告：1、激活 2、拓扑 3、区域划分

 

四、区域划分规则：

 

1、星型结构——所有非骨干必须直连到骨干区域 区域0为骨干 大于0为非骨干

2、ABR–区域边界路由器

 

区域划分的意义： 1.减少LSA的数量 2.减少LSA的传播范围

区域的划分是基于接口的（链路的）

区域的标记：使用了32个二进制 1.十进制 2.类似于IP地址 A.B.C.D

区域的分类：

骨干区域： 区域标记为0或0.0.0.0

非骨干区域：区域标记不等于0或0.0.0.0

 

区域设计原则： 向日葵型网络结构

1.OSPF网络中必须存在并唯一的骨干区域（单区域除外）

2.若存在非骨干区域，非骨干区域必须与骨干区域直接相连

 

OSPF中路由器的角色：

骨干路由器：

非骨干路由器：

ABR：区域边界路由器，能够产生3类LSA的路由器

ASBR：自治系统边界路由器，能够产生5类或7类LSA的路由器

 

邻居间hello包中必须有4个参数完成一致，否则无法建立邻居关系：

1、hello 和dead time

2、区域ID

3、认证字段

4、末梢区域标记

 

 五、数据包

 

启动配置完成后，邻居间使用hello包建立邻居关系，生成邻居表：

Hello包：用于邻居的发现、关系的建立和保活

Hello ：DBD LSR LSU LSACK

hello： 周期性发送，周期时间10s或30s（根据不同的网络类型默认10s或30s）

目的：建立并维持OSPF 邻居关系（邻居关系建立之后重当保活包功能）

发Hello包，down状态到init（初始化）状态

 

Hello包目标地址224.0.0.5，所有运行OSPF的路由器都会监听的组播地址，（本地链路组播）

Ttl值为1

 

 

Network Mask：发出数据包的接口的网络掩码；

Hello Interval：接口上发送的Hello包的时间间隔，默认BMA和P2P网络为10S，NBMA网络中是30S；

Options：DN—位MPLS VPN使用，O位—用于Opaque LSA，DC—需按链路上使用，L—接受和转发具有外部属性的LSA的能力，N—是否支持NSSA LSA，MC—MOSPF中使用，E—是否支持五类LSA，MT—MT-OSPF中使用；

Router Priority：接口优先级，用于选举DR/BDR，默认为1；

Router Dead Interval：死亡时间，默认为Hello时间的4倍；

Designated Router：MA网络中DR接口的IP地址，若不存在则为0.0.0.0；

Backup Designated Router：MA网络中的BDR接口的IP地址，若不存在则为0.0.0.0；

Active Neighbor：发出路由器的所有有效邻居的Router-ID

DBD数据包

首部中Type字段为1

功能：描述数据库的目录信息

DBD包：exstart和exchange均出现； exstart状态时，没有携带目录信息，

仅用于主从关系选举；

 

1、DBD包中携带MTU，强制要求邻接间MTU值必须一致，否则将卡在该状态

2、在exstart状态的DBD时，使用隐型确认；—基于序列号

从使用主的DBD序号来确认主的信息

3、标记位 I 为1标识本地发出的第一个DBD 包

M为0标识本地的发出最后一个DBD包

MS为1标识主，为0标识从

 

当LSDB同步完成后，本地基于数据库最短选路规则，计算到达所有未知网段的最短路径，然后将其加载到路由表中：

Interface MTU：发送DBD包的路由器接口的MTU值；

Options：同Hello包的Options；

DB Description：Init（I）—发送第一个DBD时置为1，后续为0；More（M）—发送不是最后一个DBD包时置为1，最后一个DBD包置为0；Master（M）—置为1代表时Mater路由器，为0代表是Slave路由器；

DD Sequence：DBD包的序列号；

 

LSR数据包

首部中Type字段为3

功能：请求在DBD交换过程中发现的本路由器中没有的或已过时的LSA包细节

 

链路状态请求数据包时OSPF数据包的第3种类型，在部分路由数据库信息“遗失”或“过时”的情况下发送。LSR数据包用来重新取回“遗失”的路由数据库中的精确信息。DBD交换过程完毕后，邻居双方（主/从路由器）还会互发LSR数据包，请求对方发送DBD交换过程中通告过的LSA。

LS Type：指出LSA的类型；

Link State ID：LSA描述的内容

Advertising Router：包含生成LSA的路由器的Router-ID。

 

LSU数据包

首部中Type字段为4

功能：用于LSA的洪泛和响应LSR

链路状态更新数据包是OSPF数据包第4种类型，OSPF路由器会发此类数据包来实施LSA的泛洪。单个LSU数据包内会包含多条LSA。OSPF路由器也会发送LSU数据包，来回应（邻居路由器发出的）LSU数据包。以泛洪方式发出的LSA由LSA确认数据包进行确认。只要有一条未经确认的LSA，（OSPF路由器就会）每隔重传间隔时间重传一次。

LSA：1.LSA 类型 2.link-ID 链路标识符 3.ADV router 产生路由器

Number of LSAs：数据包内的LSA的数量；

LSA：携带的LSA；

LSAck数据包

首部中Type字段为5

功能：对LSU的确认

 

链路状态确认数据包是OSPF数据包的第5种类型，用来对每条LSA进行确认。OSPF路由器也会发送LSack数据包，来应答LSU数据包。可用单个LSack数据包一次性确认收到的多条LSA。LSack数据包负责LSU数据包的可靠传输。

链路状态确认数据包以组播的方式发送。若（发送LSack数据包的）路由器为DR/BDR，则IP包头的组播目的IP地址为224.0.0.5（所有SPF路由器地址）。否则，LSack数据包IP包头的组播目的IP地址为226.0.0.6（DR/BDR地址）。

包内是确认的LSA；

 

 

六、各类LSA：

 

1类LSA：router -LSA

功能： 产生本路由器针对某个区域的路由信息和拓信息

传播范围：本区域内传输

Link ID ： 产生者的router-id

ADV router： 产生者的router-id

特性： 在单个区域中分别产生一条1类LSA，若存在MA网络，1类LSA不完整，需要配合二类

LSA生成路由信息以及拓扑信息。

1类LSA 内容类型： 1.stubnet（末节网络） 2.transnet（传输网络 仅限于MA网络） 3.point[1]to-point 4.virtual link （虚链路）

 

2类LSA ，network LSA ，网络LSA

功能： 用于在MA网络中，描述本网络路由器的数量以及本MA网络的网络掩码

Link ID：DR接口的IP地址

ADV router：DR所在路由器的router-ID

特性： 只会出现在MA网络，用于补充1类LSA（1.MA网络的掩码 2.MA网络路由器的数量）

 

3类LSA ：summary LSA 汇总LSA

功能：用于在区域之间传递路由信息

link-id ：传递路由的网络号

ADV router：默认为所在区域ABR的router-id

特性： 在穿越不同区域时，有其他的ABR重新产生（ADV router 是变化的）

 

4类LSA： summary ASBR LSA

功能：除了产生5类LSA所在区域，用于通告ASBR位置

Link id：ASBR的router-id

ADV router： 默认ASBR所在区域的ABR的 router-id

特点：在穿越不同区域时，有新的ABR重新产生。（与3类LSA一致）

 

5类LSA： 外部LSA

功能： 用于在整个OSPF中传递外部路由（原本不属于OSPF域）

5类LSA有两种类型： 类型1 类型2（区别：）

Link id ：传递外部路由的网络号

ADV router ： 产生该LSA的 router-id

传播范围：在整个OSPF域中传输

 

7类LSA ： NSSA LSA

功能： 在NSSA区域中，传递外部路由。

Link id ：传递路由网络号

ADV router：产生该LSA的 router-id

 

特性：默认为类型2 ，度量值为1 。 携带了FA地址（转发地址）

FA: 转发地址，当5类或7类LSA中携带了FA地址，则计算路径开销值时计算的是当前路由器到达FA地址的开销值之和+种子度量值。（若FA地址不可达，则路由不能加表）

FA 地址：

1.默认7类LSA 产生FA地址，5类LSA不产生的（7转5 的5类LSA 携带FA地址 ）

2.7类LSA 产生规则：默认产生的FA地址为产生7类LSA 的ASBR 最大的环回接口地址 ；若连接

其他协议的接口也运行了OSPF协议，网络类型为BMA，则产生的7类LSA中FA地址为连接其他

接口对应的下一跳地址；若网络类型为P2P，则FA地址依然为环回接口中IP地址最大的

3.5类LSA FA地址规则： 默认不产生，若连接其他协议的接口运行了OSPF 协议并且网络类型为BMA则FA地址为重发布之前路由的下一跳地址，若网络类型为P2P，则不会产生FA地址。

 

Ls age : 1073

seq# : 80000006

chksum : 0x9dca

组步调计时器：默认5分钟。

 

LSA中存在3个参数用于LSA的新旧比较：3600s的LSA 都是最优的.

1.序列号

2.校验和

3.LSA老化时间（若以上都相同，LSA age 之差小于15 ，越小越有，若大于15分钟，则无法比较 认为都是最新的。）

 

 

数据链路层面:    针对不同的物理链路定义不同的封装

局域网封装:         Ethernet 2，IEEE802.3

广域网封装:         PPP HDLC FR ATM

HDLC:            高级数据链路控制协议，默认思科的串行链路封装为HDLC，分为工业

标准的HDLC和思科私有的HDLC，两者不同通用，思科私有的HDLC中加入一- 些

控制字符，识别上层协议，已经三层的传输方式

定义接口封装为HDLC :

 

PPP:点对 点封装协议，华为串行链路默认封装为PP，PPP链路 需要建立一

条端到端的链路，PPP 会话建立分为: 1.LCP 2.PP认证3.NCP

LCP:链路控制协议，通过发送LCP数据进行物理链路和封装的确认

PPP认证:增加PPP会话的安全性，PAPCHAP

NCP:网络控制协议，通过发送NCP针对上层协议进行封装，IPCP 协商，在

NCP协商过程中，会自动将自己本端IP地址以路由方式发送给对方，当PPP会

话建立之后，会产生到达对方接口IP地址的32位主机路由

PAP ： 密码认证协议，是一种一次性的简单的明文认证

CHAP ：质检挑战握手认证协议，通过三次握手的方式进行安全的MD5认证 ， 在认证过程中需要发送挑战信息（类似HMAC 密钥化哈希）。

七.OSPF 邻居状态机制

Down、 init 、 attempt（过渡） 、 two-way 、  exstart  、 exchange  、loading  、full

 

Init —初始化状态，一旦开始发送hello报文，进入初始化状态。

Two-way—双向通信状态（邻居状态），接收到包含自己router-id 的对方hello报文。

邻居关系建立条件：

1.router-id 必须不同

2.area ID 相同

3.认证： 认证类型 （不认证=0  明文认证=1  MD5=2）  认证数据

4.hello时间，dead时间

5.特殊区域标识（E（外部路由位）=1  ； N（NSSA外部路由位）=0    P=0）

6.MA网络中，网络掩码必须一致

7.必须同时使用单播或组播更新

8.更新源检测（双方的IP地址必须在同一网段）

 

邻居状态下（two-way）： MA的网络中会选举DR（指定路由器）  BDR（备份指定路由器）

DR选举：   1.比较优先级 （范围：0-255，默认优先级为1 ，越大越优）

2.比较各自的router-id，越大越优

注意：1.DR抢占是关闭的    2.DR是一个接口概念  3.优先级范围0-255，数字为0代表不参与选举  4.先 选举BDR ，再升级为DR

 

主从选举：发生在exstart状态， 通过双方的router-id进行比较，router-id大的一方为主。  发送的 主从选举DBD，DBD中包含了MTU值（默认思科直接启用，华为中默认不包含MTU，可以使用命令 激活传递MTU值的功能，若双方的MTU值不值则卡在exstart 状态）。

 

Exstart—预启动状态，一旦开始发送主从DBD，则进入预启动状态。

Exchange —预交换，主从选举完成，则发送携带LSA头部信息的DBD，进入预交换状态，会发送LSR 数据包。（但是没有LSU）

Loading —加载状态，一旦发送LSU数据包，进入了加载状态，进行大量LSA的学习。

Full —邻接状态。双方LSA同步（双方LSA全部学习）

 

八.OSPF基本配置

启用OSPF 并指定router-id

 

Router-id ： 路由器标识符，用于标识本路由器在OSPF网络中的唯一性

 

OSPF router-id 选举规则：1.手工指定最优先 2.选举所有逻辑中IP地址最大的 3.选举所有物理接口IP 地址最大的

华为中： 若以上三点都不满足，则可以创建router-id 为0.0.0.0 ；在使用逻辑或物理接口IP地址时， 接口可以是关闭状态；若一台路由器启用了多个OSPF进程，不同进程可以使用相同的router-id（不 推荐）；

思科中：若以上三点都不满足，则无法启用OSPF；在使用逻辑或物理接口时，接口必须双 up ，该 接口可以不通过在OSPF中；同一路由器上多个OSPF进程必须router-id必须不同；

全局模式下可以选择针对所有的OSPF进程修改router-id ；（若同时在接口部署时，接口优先生效）

查看:

 

Network通告：

1.

2.必须先创建OSPF 进程并开启需用使用的区域ID，再进入接口启用：

激活DBD中携带MTU值功能：

修改接口MTU值： （同时修改3层和2层的MTU值）

查看二层接口信息：

查看三层信息：

 OSPF三张表：

1.OSPF 邻居表

查看OSPF邻居表：

查看OSPF邻居表的摘要信息：

2.LSDB表（链路状态数据库）

查看LSBD的摘要信息：

查看LSDB详细信息：

3.OSPF 路由表

十、不规则区域：

1.存在多个area 0      2.非骨干没有直接挂靠在骨干区 域之上

解决办法：

1.OSPF 双进程重发布

2.virtual link —虚链路

注意： 1.虚链路只能穿越一个区域  2.穿越的区域不能为特殊区域 3.虚链路的两端必须至少存在一个ABR  4.虚链路属于area 0

支持虚链路认证： 明文认证  MD5 认证

特性：

1.虚链路默认的网络类型为Virtual

2.hello时间10s  dead时间40s ，自动建立邻居，不选举DR

查看：

3.Tunnel 隧道方式

创建GRE 隧道：

查看 ：

测试：

将隧道接口激活在OSPF 的area 0 或 非骨干上

OSPF 100

查看 :

查看：

十一、OSPF网络类型：

1.P2P

2.BMA—广播多路访问网络

3.NBMA—非广播型多路访问网络

4.P2MP

 

 

1.P2P

物理接口：HDLC（高级数据链路控制协议）  PPP （点对点协议） GRE MGRE   FR点对点子接口

hello时间：10s

是否选举DR：不选举

是否自动建立邻居：自动建立

特性：

 

 

 

2.BMA—-广播型多路访问

物理接口：以太网

hello时间：10 s

是否选举DR：选举

是否自动建立邻居：是

特性：产生的1类LSA不完整，需要2类LSA补充

3.NBMA

物理接口：FR-帧中继（物理接口、多点子接口）   ATM-异步传输网络

hello时间：30s

是否选举DR：选举DR

 

网络部署类型：1.full-mesh  2.part-mesh  3.hub-spoke

4.P2MP

物理接口：无

hello时间：30s

是否选举DR：不选举

是否自动建立邻居：自动

特点：将物理接口IP地址以32位主机路由的形式传递进入OSPF

 

 

OSPF 认证： 链路认证、区域认证、虚链路认证

1.链路认证

2.区域认证

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OSPF 路由控制：

默认： 1 3 类LSA AD值为10 ，5类 7类 LSA AD值为150

修改AD值：

1.OSPF 进程直接修改AD值，仅仅针对 1 3 类LSA。

2.修改5 7类LSA AD值

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3.修改metric （cost）

a.修改参考带宽：

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2.修改接口cost值

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