华为NP课程笔记1-OSPF1

一、OSPF协议基础

1、RIP在大型网络中部署面临的问题

 

RIP特性	带来的问题	优化或解决的方式
逐跳收敛	收敛慢，故障恢复时间长	触发更新
分布式路由计算	缺少对全局网络拓扑的了解	路由器基于拓扑信息，独立计算路由
以“跳数”为度量	存在选择次优路径的风险	将链路带宽作为选路参考值

 

2、OSPF（Open shortest Path First，最短路径优先）基本特点

（1）支持无类域间路由（CIDR）和可变长度子网掩码（VLSM），VLSM是为了划分子网，CIDR是为了精简路由表条目

（2）无路由自环

（3）收敛速度快

（4）使用IP组播收发协议数据，组播地址范围224～239.0.0.0，RIPv2组播地址为224.0.0.7，OSPF组播地址为224.0.0.5、224.0.0.6

（5）支持多条等值路由，支持负载分担

（6）支持协议报文的认证。

3、OSPF工作过程

（1）每台机器学习激活的直连网络，根据直连路由，发送hello报文，建立邻居关系

（2）每台路由器泛洪LSA给所有相邻的路由器，并存储邻路由器发来的LSA，并将收到的LSA泛洪给自己的所有邻居，直到在同一区域中的所有路由器收到了所有的LSA。每台路由器收到的LSA副本共同组成了LSDB（link-state database，链路状态数据库）LSA（link-state advertisement，链路状态通告），记录了所有相关的路由器，包括邻路由器的标识、链路类型、带宽等。

（3）每台路由器基于本地的LSDB，执行SPF（shortest path first，最短路径优先）算法，并以本路由器为根，生成SPF树，基于SPF树计算去往每个网络的最短路径，得到最终的路由表。

4、Router ID

（1）用于在自治系统中唯一标识一台运行OSPF的路由器，每台运行OSPF的路由器都有一个Router ID。格式同IP地址，可以任意标志，但一般使用环回口IP地址来做标识，便于识别。

（2）如果没有手动配置Router ID，OSPF会自动选择环回口地址中地址最大的IP作为Router ID，如果没有环回口，就选物理口IP地址最大的。

（3）更改Router ID，需要重启OSPF进程：

reset ospf process

5、OSPF区域概念

OSPF区域解决的问题

（1）减少因为个别路由变更导致的OSPF路由重新计算频率

（2）减少路由表条目

（3）减少LSDB体积

区域分为骨干区域和非骨干区域。

骨干区域固定为area 0，其他区域为非骨干区域；

非骨干区域又分为普通非骨干区域和特殊非骨干区域；

特殊非骨干区域又分为stub（末梢）区域、Totally Stub（完全末梢）域、NSSA（非纯末梢）区域和Totally NSSA域。

路

路由器类型	含义
区域内路由器（Internal Router）	这类设备的所有接口都属于同一个OSPF区域
区域边界路由器ABR（Area Border Router）	该类设备可以同时属于两个以上的区域，但其中一个必须是骨干区域。ABR用来连接骨干区域和非骨干区域，它与骨干区域的连接既可以是物理连接，又可以是逻辑上的连接（虚连接）
骨干路由器（Backbone  Router）	该类设备至少一个接口属于骨干区域，所有的ABR和位于Area0的内部设备都是骨干路由器
自治系统边界路由器ASBR（AS Boundary Router）	与其他AS交换路由信息的设备称为ASBR。ASBR并不一定位于AS的边界，它可能是区域内设备，也可能是ABR。只要一台OSPF设备引入了外部路由的信息，它就成为ASBR

6、基本配置

ospf 1 router-id 1.1.1.1        设置进程号，router-id，router-id也可以在全局单独宣告

   area 1                      区域号

     network 2.2.2.2 0.0.0.0       宣告网络

     network 10.1.1.0 0.0.0.255

拓扑图：

AR1:

int g0/0/0

  ip address 10.1.12.1 24

int lo0

  ip address 1.1.1.1 32

  quit

router id 1.1.1.1

ospf 1

  area 1

    network 10.1.12.1 0.0.0.0   也可以宣告网段：network 10.1.12.0 0.0.0.255，配置宣告网段的时候可以使用正掩码，ospf可以自动计算成反掩码。

    network 1.1.1.1 0.0.0.0

AR2:

int g0/0/0

  ip address 10.1.12.2 24

int g0/0/1

  ip address 10.1.23.2 24

int lo0

  ip address 2.2.2.2 32

  quit

router id 2.2.2.2

ospf 1

  area 0

    network 10.1.23.2 0.0.0.0

    network 2.2.2.2 0.0.0.0

  area 1

    network 10.1.12.2 0.0.0.0

AR3:

int g0/0/0

  ip address 10.1.34.3 24

int g0/0/1

  ip address 10.1.23.3 24

int lo0

  ip address 3.3.3.3 32

  quit

router id 3.3.3.3

ospf 1

  area 0

    network 10.1.23.3 0.0.0.0

    network 3.3.3.3 0.0.0.0

  area 2

    network 10.1.34.3 0.0.0.0

AR4:

int g0/0/0

  ip address 10.1.34.4 24

int lo0

  ip address 4.4.4.4 32

  quit

router id 4.4.4.4

ospf 1

  area 2

    network 10.1.34.4 0.0.0.0

    network 4.4.4.4 0.0.0.0

dis ospf peer brief   //查看ospf邻居

dis ospf 1 interface   //查看ospf接口

7、OSPF报文

（1）RIP路由器之间是基于UDP 520的报文进行通信，OSPF也有其规定的通信标准OSPF使用IP承载其报文，协议号为89。

OSPF报文均使用相同的OSPF报文头部：

Version ：对于当前所使用的OSPFv2，该字段的值为2。

Type：OSPF报文类型。

Packet length：表示整个OSPF报文的长度，单位是字节。

Router ID：表示生成此报文的路由器的Router ID。

Area ID：表示此报文需要被通告到的区域。

Checksum：校验字段，其校验的范围是整个OSPF报文，包括OSPF报文头部。

Auth Type：为0时表示不认证；为1时表示简单的明文密码认证；为2时表示加密（MD5）认证。

Authentication：认证所需的信息。该字段的内容随AuType的值不同而不同。

 

OSPF报文类型分为5类：

 

type=1为Hello报文：发现和维护邻居关系

type=2为数据库描述报文DD(database description)：交互链路状态数据库摘要，用来向邻居路由器描述本地链路状态数据库，使得邻居路由器识别出数据库中的LSA是否完整。

type=3为链路状态请求报文LSR(link state request)：请求特定的链路状态信息，路由器根据邻居的DD报文，判断本地数据库是否完整，如不完整，路由器把这些LSA记录进链路状态请求列表中，然后发送一个LSR给邻居路由器。

type=4为链路状态更新报文LSU（link state update）：发送详细的链路状态信息，用于响应邻居路由器发来的LSR，根据LSR中的请求列表，发送对应LSA给邻居路由器，真正实现LSA的泛洪与同步。

type=5为链路状态确认报文LSAck（link state ack）：发送确认报文，用来对收到的LSA进行确认，保证同步过程的可靠性。

 

DD、LSR、LSU、LSAck与LSA的关系：

DD报文中包含LSA头部信息，包括LS Type、LS ID、Advertising Router 、LS Sequence Number、LS Checksum。

LSR中包含LS Type 、LS ID和Advertising Router 。

LSU中包含完整的LSA信息。

LSAck中包含LSA头部信息，包括LS Type、LS ID、Advertising Router、LS Sequence Number、LS Checksum。

 

（2）Hello报文作用：

邻居发现：自动发现邻居路由器

邻居建立：完成Hello报文中的参数协商，建立邻居关系

邻居保持：通过Keepalive机制，检测邻居运行状态

OSPF路由器之间在交换链路状态信息之前，首先需要彼此建立邻居关系，通过Hello报文实现。OSPF协议通过Hello报文可以让互联的路由器间自动发现并建立邻居关系，为后续可达性信息的同步作准备。在形成邻居关系过程中，路由器通过Hello报文完成一些参数的协商。

邻居关系建立后，周期性的Hello报文发送还可以实现邻居保持的功能，在一定时间内没有收到邻居的Hello报文，则会中断路由器间的OSPF邻居关系。

 

 

状态含义：

Down：这是邻居的初始状态，表示没有从邻居收到任何信息。

Init：在此状态下，路由器已经从邻居收到了Hello报文，但是自己的Router ID不在所收到的Hello报文的邻居列表中，表示尚未与邻居建立双向通信关系。

2-Way：在此状态下，路由器发现自己的Router ID存在于收到的Hello报文的邻居列表中，已确认可以双向通信。

邻居建立过程如下：

RTA和RTB的Router ID分别为1.1.1.1和2.2.2.2。当RTA启动OSPF后，RTA会发送第一个Hello报文。此报文中邻居列表为空，此时状态为Down，RTB收到RTA的这个Hello报文，状态置为Init。

RTB发送Hello报文，此报文中邻居列表为空，RTA收到RTB的Hello报文，状态置为Init。

RTB向RTA发送邻居列表为1.1.1.1的Hello报文，RTA在收到的Hello报文邻居列表中发现自己的Router ID，状态置为2-way。

RTA向RTB发送邻居列表为2.2.2.2的Hello报文，RTB在收到的Hello报文邻居列表中发现自己的Router ID，状态置为2-way。

因为邻居都是未知的，所以Hello报文的目的IP地址不是某个特定的单播地址。邻居从无到有，OSPF采用组播的形式发送Hello报文（目的地址224.0.0.5）。对于不支持组播的网络可以通过手动配置实现邻居的发现与维护：

ospf 1

  peer 2.2.2.2

 

（3）OSPF的LSDB同步

ExStart：邻居状态变成此状态以后，路由器开始向邻居发送DD报文。Master/Slave关系是在此状态下形成的，初始DD序列号也是在此状态下确定的。在此状态下发送的DD报文不包含链路状态描述。

Exchange：在此状态下，路由器与邻居之间相互发送包含链路状态信息摘要的DD报文。

Loading：在此状态下，路由器与邻居之间相互发送LSR报文、LSU报文、LSAck报文。

Full：LSDB同步过程完成，路由器与邻居之间形成了完全的邻接关系（注意：邻居和邻接关系的区别）。

LSDB同步过程如下：

RTA和RTB的Router ID分别为1.1.1.1和2.2.2.2并且二者已建立了邻居关系。当RTA的邻居状态变为ExStart后，RTA会发送第一个DD报文。此报文中，DD序列号被随机设置为X，I-bit设置为1，表示这是第一个DD报文，M-bit设置为1，表示后续还有DD报文要发送，MS-bit设置为1，表示RTA宣告自己为Master。

当RTB的邻居状态变为ExStart后，RTB会发送第一个DD报文。此报文中，DD序列号被随机设置为Y（I-bit=1，M-bit=1，MS-bit=1，含义同上）。由于RTB的Router ID较大，所以RTB将成为真正的Master。收到此报文后，RTA会产生一个Negotiation-Done事件，并将邻居状态从ExStart变为Exchange。

当RTA的邻居状态变为Exchange后，RTA会发送一个新的DD报文，此报文中包含了LSDB的摘要信息，序列号设置为RTB在步骤2中使用的序列号Y，I-bit=0，表示这不是第一个DD报文，M-bit=0，表示这是最后一个包含LSDB摘要信息的DD报文，MS-bit=0，表示RTA宣告自己为Slave。收到此报文后，RTB会产生一个Negotiation-Done事件，并将邻居状态从ExStart变为Exchange。

当RTB的邻居状态变为Exchange后，RTB会发送一个新的DD报文，此报文包含了LSDB的摘要信息，DD序列号设置为Y+1, MS-bit=1，表示RTB宣告自己为Master。

虽然RTA不需要发送新的包含LSDB摘要信息的DD报文，但是作为Slave，RTA需要对Master发送的每一个DD报文进行确认。所以，RTA向RTB发送一个新的DD报文，序列号为Y+1，该报文内容为空。发送完此报文后，RTA产生一个Exchange-Done事件，将邻居状态变为Loading。RTB收到此报文后，会将邻居状态变为Full（假设RTB的LSDB是最新最全的，不需要向RTA请求更新）。

 

RTA开始向RTB发送LSR报文，请求那些在Exchange状态下通过DD报文发现的、并且在本地LSDB中没有的链路状态信息。

RTB向RTA发送LSU报文，LSU报文中包含了那些被请求的链路状态的详细信息。RTA在完成LSU报文的接收之后，会将邻居状态从Loading变为Full。

RTA向RTB发送LSAck报文，作为对LSU报文的确认。RTB收到LSAck报文后，双方便建立起了完全的邻接关系。

从建立邻居关系到同步LSDB的过程较为复杂，错误的配置或设备链路故障都会导致无法完成LSDB同步。

 

（4）链路状态信息

   区别于RIP路由器之间交互的路由信息，OSPF路由器同步的是最原始的链路状态信息，而且对于邻居路由器发来的链路状态信息，仅作转发。最终所有路由器都将拥有一份相同且完整的原始链路状态信息。

链路信息主要包括：链路的类型；接口IP地址及掩码；链路上所连接的邻居路由器；链路的带宽（开销）。

    OSPF划分了四类网络类型并以此来组成拓扑信息的一部分

    1）P2P网络：两台通过PPP（Point-to-Point Protocol）链路相连的路由器网络，支持组播和广播数据转发

    2）广播型网络：两台及两台以上的设备接入同一共享链路且可以支持广播、组播报文的转发，是OSPF最常见的网络类型，支持广播、组播；例如通过以太网链路相连的路由器网络。

     3）NBMA网络：两台或两台以上路由器通过VC互联，不支持广播、组播；例如通过全互联的帧中继链路互联的路由器网络。

     4）P2MP网络：多个点到点网络的集合，支持广播、组播；将一个非广播网络看成是一组P2P网络，这样的非广播网络便成为了一个点到多点（P2MP）网络。在P2MP网络上，每个路由器的OSPF邻居可以使用反向地址解析协议（Inverse ARP）来发现。P2MP可以看作是多个P2P的集合，P2MP可以支持广播、组播的转发。没有一种链路层协议默认属于P2MP类型网络，也就是说必须是由其他的网络类型强制更改为P2MP。常见的做法是将非完全连接的帧中继或ATM改为P2MP的网络。

 

    

（5）LSA

LSA（Link State Advertisement）是路由器之间链路状态信息的载体。LSA是LSDB的最小组成单位，也就是说LSDB由一条条LSA构成的。

所有的LSA都拥有相同的头部，关键字段的含义如下：

LS age：此字段表示LSA已经生存的时间，单位是秒。

LS type：此字段标识了LSA的格式和功能。常用的LSA类型有五种。

Link State ID：此字段是该LSA所描述的那部分链路的标识，例如Router ID等。

Advertising Router：此字段是产生此LSA的路由器的Router ID。

LS sequence number：此字段用于检测旧的和重复的LSA。

LS type，Link State ID和Advertising Router的组合共同标识一条LSA。

LSDB中除了自己生成的LSA，另一部分是从邻居路由器接收的。

8、OSPF度量方式

cost=参考带宽/实际待宽，参考带宽默认为100M

更改cost的两种方式：

（1）直接在接口下配置，ospf cost N，N为开销值

（2）修改参考带宽，在ospf进程里，bandwidth-reference N，N为参考带宽 ，单位Mbit/s

9、DR、BDR

MA网络中，邻接关系太过复杂，会造成重复的LSA泛洪，造成资源浪费。通过选举DR、BDR。

DR（Designated Router）即指定路由器，其负责在MA网络建立和维护邻接关系并负责LSA的同步。

DR与其他所有路由器形成邻接关系并交换链路状态信息，其他路由器之间不直接交换链路状态信息。这样就大大减少了MA网络中的邻接关系数量及交换链路状态信息消耗的资源。

DR一旦出现故障，其与其他路由器之间的邻接关系将全部失效，链路状态数据库也无法同步。此时就需要重新选举DR，再与非DR路由器建立邻接关系，完成LSA的同步。为了规避单点故障风险，通过选举备份指定路由器BDR，在DR失效时快速接管DR的工作。

伪节点是一个虚拟设备节点，其功能需要某台路由器来承载

  选举规则：DR/BDR的选举是基于接口的

（1）接口的DR优先级越大越优先

（2）接口的DR优先级相等时，Router ID越大越优先。

优先级修改：在接口下配

ospf dr-priority 100   由于不抢占，所以需要重启进程

dis ospf int g0/0/0 查看

 

邻居（Neighbor）关系与邻接（Adjacency）关系是两个不同的概念。OSPF路由器之间建立邻居关系后，进行LSDB同步，最终形成邻接关系。

在P2P网络及P2MP网络上，具有邻居关系的路由器之间会进一步建立邻接关系。

在广播型网络及NBMA网络上，非DR/BDR路由器之间只能建立邻居关系，不能建立邻接关系，非DR/BDR路由器与DR/BDR路由器之间会建立邻接关系，DR与BDR之间也会建立邻接关系。

邻接关系建立完成，意味着LSDB已经完成同步。

10、域内路由

LSA类型

LSA1:Router-LSA，每个路由器都会产生，这种LSA描述某区域内路由器端口链路状态的集合，只在所描述的区域内泛洪。有几个路由器，就有几类LSA1。

LSA2：Network-LSA，由DR生成，用于描述广播型网络和NBMA网络。这种LSA包含了该网络上所连接路由器的列表。只在该网络所属的区域内泛洪。

LSA3:Network-summary-LSA，由ABR产生，描述区域内某个网段的路由，并通告给发布或接受此LSA的非Tolly STUB或NSSA域。

LSA4:ASBR-summary-LSA，由ABR产生，描述到ASBR的路由，通告给除ASBR所在区域的相关区域。

LSA5:AS-external-LSA，由ASBR产生，描述到AS外部的路由，通知到所有的区域，除了STUB区域和NSSA区域。

LSA7:NSSA LSA，由ASBR产生，描述到AS外部的路由，仅在NSSA区域内传播。

（1）点对点网络LSA1:

dis ospf lsdb router self-originate   查看本路由器产生的LSA1

AR2和AR3 Area 0信息：

[AR2]dis ospf lsdb router self-originate



 OSPF Process 100 with Router ID 2.2.2.2

         Area: 0.0.0.0

 Link State Database





  Type      : Router                          //LSA类型为Router，即LSA1

  Ls id     : 2.2.2.2                           //链路状态ID

  Adv rtr   : 2.2.2.2                           //产生此LSA的路由器Router-id

  Ls age    : 264

  Len       : 60

  Options   :  ABR  E  

  seq#      : 80000004

  chksum    : 0x8adb

  Link count: 3

   * Link ID: 2.2.2.2                            //网络地址

     Data   : 255.255.255.255                  //子网掩码

     Link Type: StubNet                        //表示描述Stub网络，路由信息    

     Metric : 0                               //开销值

     Priority : Medium

   * Link ID: 3.3.3.3                           //对端Router-id

     Data   : 10.1.23.2                       //本端接口IP地址

     Link Type: P-2-P                          //代表点到点网络，拓扑信息

     Metric : 48                              //开销值

   * Link ID: 10.1.23.0                         //网络地址

     Data   : 255.255.255.0                   //子网掩码

     Link Type: StubNet                       //表示描述Stub网络，路由信息

     Metric : 48

     Priority : Low

        

[AR3]dis ospf lsdb router self-originate



 OSPF Process 100 with Router ID 3.3.3.3

         Area: 0.0.0.0

 Link State Database





  Type      : Router

  Ls id     : 3.3.3.3

  Adv rtr   : 3.3.3.3  

  Ls age    : 517

  Len       : 60

  Options   :  E  

  seq#      : 80000005

  chksum    : 0x233a

  Link count: 3

   * Link ID: 3.3.3.3      

     Data   : 255.255.255.255

     Link Type: StubNet      

     Metric : 0

     Priority : Medium

   * Link ID: 2.2.2.2      

     Data   : 10.1.23.3    

     Link Type: P-2-P        

     Metric : 48

   * Link ID: 10.1.23.0    

     Data   : 255.255.255.0

     Link Type: StubNet      

     Metric : 48

     Priority : Low



（2）MA网络或NBMA网络

AR3 Area 2信息：

[AR3]dis ospf lsdb router self-originate





         Area: 0.0.0.2

 Link State Database





  Type      : Router

  Ls id     : 3.3.3.3

  Adv rtr   : 3.3.3.3  

  Ls age    : 38

  Len       : 36

  Options   :  ABR  E  

  seq#      : 80000005

  chksum    : 0xede6

  Link count: 1

   * Link ID: 10.1.34.4                                 //DR的接口IP地址，AR4为DR    

     Data   : 10.1.34.3                               //宣告该LSA的路由器接口的IP地址

     Link Type: TransNet                              //代表MA或NBMA网络，拓扑信息

     Metric : 1

二类LSA（Network LSA）

1）、作用：计算域内路由（结合1类的LSA）

2）、产生：MA网络中由DR产生

3）、内容：拓扑信息和网络掩码信息

4）、传递范围：所属区域内

AR4是DR，AR4产生的LSA2查看如下：

[AR4]dis ospf lsdb network self-originate



 OSPF Process 100 with Router ID 4.4.4.4

         Area: 0.0.0.2

 Link State Database





  Type      : Network                              //LSA类型为Network，即LSW2

  Ls id     : 10.1.34.4                              //LSA2中为所描述网段的DR的端口IP地址

  Adv rtr   : 4.4.4.4  

  Ls age    : 865

  Len       : 36

  Options   :  E  

  seq#      : 80000004

  chksum    : 0x479a

  Net mask  : 255.255.255.0                         //Ls ID（10.1.34.4）网段的子网掩码

  Priority  : Low                                  //DR优先级

     Attached Router    4.4.4.4                     //连接的路由器

     Attached Router    3.3.3.3

     Attached Router    5.5.5.5

LINK state ID对应关系：

LSA名称	Link State ID
Router-LSA	生成这条LSA的路由器的Router-id
Network-LSA	所描述网段上DR的端口IP地址
Network-Summary-LSA	所描述的目的网段的地址
ASBR-Summary-LSA	所描述的ASBR的Router-ID
AS-External-LSA	所描述的目的网段的地址

 

[AR4]dis ospf lsdb



 OSPF Process 100 with Router ID 4.4.4.4

 Link State Database



         Area: 0.0.0.2

 Type      LinkState ID    AdvRouter          Age  Len   Sequence   Metric

 Router    4.4.4.4         4.4.4.4            647  48    8000000C       1

 Router    5.5.5.5         5.5.5.5            652  36    80000008       1

 Router    3.3.3.3         3.3.3.3            648  36    80000008       1

 Network   10.1.34.4       4.4.4.4            647  36    80000007       0

 Sum-Net   3.3.3.3         3.3.3.3            657  28    80000004       0

 

11、域间路由

LSA1和LSA2只在域内泛洪，单靠LSA1、LSA2是无法实现域间路由的。这是时候需要通过Network-Summary-LSA（LSA3）来描述区域间路由信息、虚连接技术、区域间路由汇聚等等。LSA3只是传递了路由信息，并没有传递拓扑信息。

 

A、三类LSA

（1）作用：传递区域间路由信息，LSA3将本区域内的LSA1、LSA2转换成LSA3，并传递给其他区域。

（2）产生：ABR产生

（3）传递范围：区域间

B、区域间环路防环：

（1）禁止在非骨干区域间发送路由信息

（2）ABR禁止接受非骨干区域发来的LSA3信息

C、LSA3查看命令

[AR2]dis ospf lsdb summary self-originate



 OSPF Process 100 with Router ID 2.2.2.2

         Area: 0.0.0.0

 Link State Database





  Type      : Sum-Net                             //表示LSA为三类LSA

  Ls id     : 10.1.12.0                           //三类Ls id为目的网段地址。AR2将Area 1内的10.1.2.0/24网段整合进了Area 0内，这样Area 0就有了Area 1内的路由。

  Adv rtr   : 2.2.2.2                             //产生该LSA3的路由器router-id

  Ls age    : 74

  Len       : 28

  Options   :  E  

  seq#      : 80000001

  chksum    : 0x2617

  Net mask  : 255.255.255.0                   //目的网段的网络掩码                

  Tos 0  metric: 1                            //从该LSA的产生者路由器Router-id 2.2.2.2到目的网段开销

  Priority  : Low



  Type      : Sum-Net

  Ls id     : 1.1.1.1

  Adv rtr   : 2.2.2.2  

  Ls age    : 35

  Len       : 28

  Options   :  E  

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