链路状态路由协议OSPF——原理（一）

OSPF（Open Shortest Path Fitst，ospf）开放最短路径优先协议,是由Internet工程任务组开发的路由选择协议，公用协议，任何厂家的设备

OSPF的包类型：
Hello包：用于发现和维护邻居关系。选举DR和BDR
数据库描述包（DBD）：用于向邻居发送摘要信息以同步链路状态数据库
链路状态请求包（LSR）：在路由器收到包含新信息的DBD后发送，用于请求更详细的信息
链路更新包（LSU）：收到LSR后发送链路状态通告（LSA），一个LSU数据包可能包含几个LSA
链路状态确认包（LSAck）：确认已经LSU，每个LSA需要被分别确认

链路状态路由协议（也可以说OSPF）工作原理：
每台路由器通过使用Hello报文与它的邻居之间建立邻接关系
每台路由器向每个邻居发送链路状态通告(LSA),有时叫链路状态报文(LSP)
每个邻居在收到LSA之后要依次向它的邻居转发这些LSA
每台路由器要在数据库中保存一份它所收到的LSA的备份，所有路由器的数据库应该相同
依照拓扑数据库每台路由器使用Dijkstra算法（SPF算法）计算出到每个网络的最短路径，并将结果输出到路由选择表中
OSPF的简化原理：发Hello报文——建立邻接关系——形成链路状态数据库——SPF算法——形成路由表

几个概念：
OSPF的特征：
1.快速适应网络变化
2.在网络发生变化时,发送触发更新
3.以较低的频率(每30分钟)发送定期更新,这被称为链路状态刷新
4.支持不连续子网和CIDR
5.支持手动路由汇总
6.收敛时间短
7.采用Cost作为度量值
8.使用区域概念,这可有效的减少协议对路由器的CPU和内存的占用.
9.有路由验证功能,支持等价负载均衡

运行OSPF的路由器需要一个能够唯一标示自己的Router ID
Router ID选取规则：
选取路由器loopback接口上数值最高的IP地址
如果没有loopback接口，在物理端口中选取IP地址最高的
也可以使用router-id命令指定Router ID

OSPF的网络类型：
广播型网络：比如以太网,Token Ring和FDDI,这样的网络上会选举一个DR和BDR,DR/BDR的发送的OSPF包的目标地址为224.0.0.5,运载这些OSPF包的帧的目标MAC地址为0100.5E00.0005;而除了DR/BDR以外的OSPF包的目标地址为224.0.0.6,这个地址叫AllDRouters
NBMA网络, 比如X.25,Frame Relay,和ATM,不具备广播的能力,在这样的网络上要选举DR和BDR,因此邻居要人工来指定
点到多点网络：是NBMA网络的一个特殊配置,可以看成是点到点链路的集合. 在这样的网络上不选举DR和BDR
点到点网络：比如T1线路,是连接单独的一对路由器的网络,点到点网络上的有效邻居总是可以形成邻接关系的,在这种网络上,OSPF包的目标地址使用的是224.0.0.5,这个组播地址称为AllSPFRouters
虚链接：它被认为是没有编号的点到点网络的一种特殊配置.OSPF报文以单播方式发送

OSPF的DR（指定路由）与BDR（备份路由）：
通过组播发送Hello报文
具有最高OSPF优先级的路由器会被选为DR（255最高）
如果OSPF优先级相同具有最高路由器ID，路由器会被选为DR

DR与BDR的选举过程：
1.在和邻居建立双向通信之后,检查邻居的Hello包中Priority,DR和BDR字段,列出所有可以参与DR/BDR选举的邻居.所有的路由器声明它们自己就是DR/BDR(Hello包中DR字段的值就是它们自己的接口地址;BDR字段的值就是它们自己的接口地址)
2.从这个有参与选举DR/BDR权的列表中,创建一组没有声明自己就是DR的路由器的子集(声明自己是DR的路由器将不会被选举为BDR)
3.如果在这个子集里,不管有没有宣称自己就是BDR,只要在Hello包中BDR字段就等于自己接口的地址,优先级最高的就被选举为BDR;如果优先级都一样,RID最高的选举为BDR
4. 如果在Hello包中DR字段就等于自己接口的地址,优先级最高的就被选举为DR;如果优先级都一样,RID最高的选举为DR;如果没有路由器宣称自己就是DR,那么新选举的BDR就成为DR
5. 要注意的是,当网络中已经选举了DR/BDR后,又出现了1台新的优先级更高的路由器,DR/BDR是不会重新选举的
6. DR/BDR选举完成后,其他Rother只和DR/BDR形成邻接关系.所有的路由器将组播Hello包到224.0.0.5,以便它们能跟踪其他邻居的信息.其他Rother只组播update packet到224.0.0.6,只有DR/BDR监听这个地址 .一旦出问题,反过来,DR将使用224.0.0.5泛洪更新到其他路由器

OSPF路由器在完全邻接之前,所经过的几个状态:
1.Down: 初始化状态
2.Init: 表明在DeadInterval里收到了Hello包,但是2-Way通信仍然没有建立起来
3.two-way: 双向会话建立
4.ExStart: 信息交换初始状态,在这个状态下,本地路由器和邻居将建立Master/Slave关系,并确定DD Sequence Number,接口等级高的的成为Master
5.Exchange: 信息交换状态,本地路由器向邻居发送数据库描述包,并且会发送LSR用于 请求新的LSA
6.Loading: 信息加载状态,本地路由器向邻居发送LSR用于请求新的LSA
7.Full: 完全邻接状态,这种邻接出现在Router LSA和Network LSA中
在OSPF协议的环境下，区域(Area)是一组逻辑上的OSPF路由器和链路，区域是通过一个32位的区域ID(Area ID)来识别的

OSPF的区域：
在一个区域内的路由器将不需要了解它们所在区域外部的拓扑细节。在这种环境下：
路由器仅仅需要和它所在区域的其他路由器具有相同的链路状态数据库
链路状态数据库的减小也就意味着处理较少的LSA通告
大量的LSA泛洪被限制在一个区域里面

对于和区域相关的通信量定义了下面3种通信量的类型：
域内通信量(Intra-Area Traffic)
域间通信量(Inter-Area Traffic)
外部通信量(External Traffic)

OSPF的路由器类型：
内部路由器(Internal Router)
区域边界路由器(Area Border Routers,ABR)
骨干路由器(Back bone Router)
自主系统边界路由器(Autonomous System Boundary Router,ASBR)
分段区域(Partitioned Area)是指一个区域由于链路的失效而使这个区域的一个部分和其他部分隔离开来的情形

虚链路(Virtual Link)是指一条通过一个非骨干区域连接到骨干区域的链路
在配置虚链路的时候，有几条相关的规则，
虚链路必须配置在两台ABR路由器之间
配置了虚链路所经过的区域必须拥有全部的路由选择信息，这样的区域又被称为传送区域(Transit Area)传送区域不能是一个末梢区域

链路状态通告（LSA）类型：
类型代码——描述—— 用途
type 1——路由器LSA——由区域内的路由器发出的
type 2——网络LSA——由区域内的DR发出的
type 3——网络汇总LSA——ABR发出的，其他区域的汇总链路通告
type 4——ASBR汇总LSA——ABR发出的，用于通告ASBR信息
type 5——AS外部LS——ASBR发出的，用于通告外部路由
type 7——NSSA外部LSA——NSSA区域内的ASBR发出的，用于通告本区域连接的外部路由

配置一个基本的OSPF的过程含有以下3个必要的步骤：
步骤1：确定和每一个路由器接口相连的区域；
步骤2：使用router ospf process-id命令来启动一个OSPF进程；
步骤3：使用network area命令来指定运行OSPF协议的接口和它们所在的区域

配置OSPF具体命令：
Router(config)#router ospf process-id //启动OSPF路由进程
Router(config-router)#network address inverse-mask area area-id //指定OSPF协议运行的接口和所在的区域（inverse-mask:反码）
好了我们今天所讨论的就是，OSPF网络类型三种。通过实验来验证前面的理论拓扑如下

基本配置，根据拓扑配置IP地址




在路由器启动期间，路由器上所有的接口都是管理关闭(administratively shutdown)的，如果OSPF不能发现一个有效的IP地址作为它的路由器ID，那么OSPF将不会启动。
解决方法－使用一个loopback接口(环回接口)
1、Loopback接口是一个仅在软件上有意义的、虚拟的接口并且它总是有效(up)的，我们来给路由器设置上loopback接口
2、给路由器配置OSPF协议




起了路由器协议之后查看网络是不是相通？（PC1和PC2先配置IP地址）