OSPF-开放最短路径优先协议
OSPF（Open Shortest Path First 开放式最短路径优先）
- 无类别链路状态路由协议
- 组播更新：224.0.0.5/224.0.0.6
- 触发更新、周期更新（30min）
- 跨层封装到网络层：协议号89
- 支持等开销负载均衡：默认4条、最大6条；IOS版本12.4以上支持16条
- 基于LSA更新：导致更新量很大
- 结构化部署：区域划分
1. 数据包
- HELLO：邻居的发现、建立、保活
- DBD：数据库描述包（数据库目录信息）
- LSR：链路状态请求
- LSU：链路状态更新（携带各种LSA）
- LSack：链路状态确认
2. OSPF的状态机
-
down：没有启用OSPF的状态
邻居失效后变为该状态，本地一旦发出hello包，进入下一状态；若卡在此状态，原因是ospf没有运行，互相不发包 -
Init：初始化状态
第一次收到对端发来的hello包（包含对端route-id）时，将对端的状态设置为init； 若卡在此状态，原因是一方收不到另一方的hello包，比如认证出了问题 -
2-way：邻居状态
相互间周期发送hello的状态（双方建立会话）；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；若卡在此状态，原因是没有成功选举 -
Exstart：交换信息的初始化状态
发送DBD（包含本地的LSA的摘要信息）报文，选举主从路由器（利用HELLO报文中的ID和优先权来进行选举，不允许抢占，RID数值大为主，主优先进入下一状态）；若卡在此状态，原因是MTU值不匹配。 -
Exchange：交换信息的状态
该状态下，相互间发送DBD，告知对端本地所有的LSA的目录，需要ACK；若卡在此状态，原因是包的交互有问题。 -
Loading：加载状态（没有学习完的状态)
发送LSR,LSU,LSACK，专门学习对端的LSA的详细信息；若卡在此状态，原因是LSA加载不完全。 -
Full：邻接状态（学习完的状态）
彼此的LSDB同步，即所有的LSA相同，邻接关系建立的标志；
3. OSPF的工作过程
r1(config)#router ospf 1 启动时需要配置进程号，仅具有本地意义
r1(config-router)#router-id 1.1.1.1
router-id全网唯一：1.手工 > 2.环回接口上最大数值的ip地址 > 3.物理接口最大数值 > 4.无进程
宣告：1、激活 2、拓扑 3、区域划分
r1(config-router)#network 1.1.1.1 0.0.0.0 area 0
r1(config-router)#network 12.1.1.1 0.0.0.0 area 0
在宣告时必须携带反掩码
启动配置完成后，本地收发hello包，建立邻居关系，生成邻居表；
r2#show ip ospf neighbor 查看邻居表
Neighbor ID Pri State Dead Time Address Interface
1.1.1.1 0 FULL/ - 00:00:32 12.1.1.1 Serial1/0
3.3.3.3 0 FULL/ - 00:00:36 23.1.1.2 Serial1/1
状态机
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，该过程被称为 LSA洪泛或LSDB同步，当收集完网络中所有的LSA后，生成数据库表(LSDB)
r2#show ip ospf database 查看数据库的目录
r2#show ip ospf database router 1.1.1.1 具体查看某条LSA
类别 番号
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
O - OSPF, IA - OSPF inter area
N1 - OSPF NSSA external type 1, N2 - OSPF NSSA external type 2
E1 - OSPF external type 1, E2 - OSPF external type 2
使用O标识OSPF本区域内通过拓扑计算所得路由
使用O IA标识其他区域路由器通过ABR导入所得
使用O E1/2标识其他协议或其他进程产生后，通过ASBR重发布进入
使用O N1/2标识其他协议或其他进程产生后，通过ASBR重发布进入，同时本地处于NSSA特殊区域；
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（周期更新）
4. 区域划分规则
- 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
ospf区域0中必须有一个邻居，否则会出环 - ABR：
区域边界路由器
5. OSPF结构突变
-
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
-
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
-
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；
6. HELLO包
作用：邻居的发现、关系的建立和保活
| 网络类型 | NBMA | 其它 |
|---|---|---|
| hello time | 30s | 10s |
| dead time | 120s(4*30s) | 40s(4*10s) |
7. DBD包
作用：
- 建立邻接关系
- 不带有LSA头部的DD，用于选举 Master/Slave
-
出现在exstart和exchange阶段
exstart状态时，没有携带目录信息，仅用于主从关系选举 -
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
-
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
8. OSPF的邻居关系成为邻接关系的条件
-
在点到点网络中，邻居关系必须成为邻接关系，否则无法正常收敛
-
在MA网络若全网均为邻接关系，那么将可能出现大量重复性的LSA洪泛；
为避免该现象，将进行DR/BDR的选举；
所有的非DR/BDR间不得建立成为邻接关系；
DR/BDR选举规则：
- 先比较接口优先级----- 默认1；0-255间，大优；0标识不参选，点到点接口默认为0；
- 优先级相同，比较设备的RID，数值大优；
干涉选举的方法：
- 修改DR最大优先级，BDR次大
r1(config)#interface fastEthernet 0/0
r1(config-if)#ip ospf priority 3
注：DR选举非抢占，故修改优先级后必须重启设备的OSPF进程
r1#clear ip ospf process
Reset ALL OSPF processes? [no]: yes
- 修改DR最大优先级，BDR次大；剩余所有设备优先级修改为0；
不需要重启设备的进程；
切记不得将所有设备优先级修改为0，至少必须存在DR；
9. 邻居建立失败
- 相同route-id
- 认证问题
- 区域ID不同
- 特殊区域标示不一致
- 优先级都为0，无法选举
- MTU值不匹配
- 包的交互不完整，网络中丢包等
- LSA加载不完全
- hello包时间不一致
- MA网络掩码不一致（不在一个子网）
- 虚链路建邻ABR的两个出接口不通
- shame-link建邻要保证源和目的单播能通
10. OSPF的接口网络类型
OSPF接口工作方式
r1#show ip ospf interface lo0 查看OSPF协议在某个接口上的工作方式
| 网络类型 | OSPF接口工作方式 | hello time | 选举 | 备注 |
|---|---|---|---|---|
| 环回 | LOOPBACK | 无hello包 | 以32位主机掩码发送路由 | |
| 点到点（HDLC/PPP） | POINT_TO_POINT | 10s | 不选DR | 缺点:会占用较多的子网，并且在hub上会开启较多的tunnel ，配置繁琐，改动不方便 |
| 点到多点(不完全相连的FR网络) | 不选DR | |||
| BMA （以太网） | BROADCAST | 10s | 选DR | |
| NBMA （MGRE） | POINT_TO_POINT | 10s | 选DR | 优点:方便通信 缺点:不稳定参数多，断开恢复慢 |
注：点到点的工作方式，仅适用于一个网段两个节点的网络；
在普通GRE中，点到点的工作方式没有任何问题；
但在MGRE这种NBMA网络中，若依然使用tunnel口默认的点到点工作方式，将由于点到点仅支持一个邻居关系，而出现邻居关系翻滚现象；
解决方法：
- 所有节点修改 BROADCAST
r1(config)#interface tunnel 0
r1(config-if)#ip ospf network broadcast
注1：若MGRE环境下，不同接口处于不同的网络类型；若hello time一致将建立邻居关系，当工作机制的不同导致LSA更新出现问题；必须所有节点处于相同的工作方式
注2：MGRE环境下，若构建的OSPF工作环境不是一个全连结构（网段内所有设备间均建立邻居关系），那么一旦使用broadcast工作方式，就必须将DR固定在中心站点位置，否则将出现DR位置混乱，导致网络无法正常收敛；
- 所有节点修改为点到多点模式；
点到多点为cisco为OSPF协议额外设置的工作方式
r1(config)#interface tunnel 0
r1(config-if)#ip ospf network point-to-multipoint
点到多点的工作：1. hello time30；2. 无DR选举；3. 生成访问各个节点的精确路由；
注：在全连网状结构中若接口工作方式为点到多点，将由于不进行DR/BDR选举，导致重复更新；
11.OSPF的不规则区域
ABR共享路由规则
- 若ABR未连接到骨干区域，不能进行任何区域间路由共享
- 若路由条目从A区域共享到了B区域，不得再回到A编号区域（A区域及和A区域相同ID的区域）—OSPF水平分割
- 当路由器通过不同区域学习到相同路由时，优选骨干链路传递；若均为非骨干区域，那么基于度量进行选择；
区域
-
远离骨干的非骨干区域
ABR必须同时工作于区域0，才能进行区域间的路由共享 -
不连续骨干
从X区域获取到的路由信息不得发往编号为X的区域；即便X区域连接了本区域不同的ABR；(OSPF水平分割)
解决方案
普通tunnel
在两台ABR上建立隧道，然后将其宣告于OSPF协议中
- 缺点：
1. 周期的保活和更新，触发的信息均需要通过中间的穿越区域，对中间区域影响较大；
2. 选路不佳；
3. OSPF协议若通过不同的区域学习到的相同的路由，优选区域0；若均为非骨干，比较度量值；
OSPF虚链路
ospf虚链路两种作用：
连接远离骨干域的区域
r2(config)#router ospf 1
r2(config-router)#area 1 virtual-link 4.4.4.4
中间的穿越区域 对端的ABR的RID
- 缺点：因为没有新的网段出现，故选路正常；为了避免周期的信息对中间区域的影响，故停止虚链路间的所有周期行为(不可靠)
缝合断裂骨干区域
虚链路生长在区域0，依赖于区域1的树
多进程双向重发布
一台设备上若同时运行多个进程，那么不同进程拥有不同的RID，生成各自的数据库，当数据库不共享；仅将各自计算所得路由加载于同一张路由表内；若多个进程工作于同一个接口上，仅最新启动的进程生效；
在解决不规则区域时，让连接两个非骨干区域的ABR设备，将不同区域宣告到本地的不同进程下，之后使用重发布技术，进行路由共享即可；
r4(config)#router ospf 1
r4(config-router)#redistribute ospf 2 subnets
r4(config-router)#exit
r4(config)#router ospf 2
r4(config-router)#redistribute ospf 1 subnets
12.LSA
LSA识别
| 参数 | 意义 |
|---|---|
| LS age: 142 | 老化时间，周期1800归0，也可触发归0；最大老化3609s |
| Options: (No TOS-capability, DC) | |
| LS Type: Router Links | 类别名，此处为1类 |
| Link State ID: 1.1.1.1 | link-ID，在目录中的编号 |
| Advertising Router: 1.1.1.1 | 通告者的RID |
| LS Seq Number: 80000004 | 序列号 |
| Checksum: 0x65F9 | |
| Length: 60 | |
| Number of Links: 3 |
LSA种类
| 类别 | LSA | Link-ID | 传播范围 | 通告者 | 携带信息 |
|---|---|---|---|---|---|
| LSA1 | router | 通告者的RID | 本区域 | 本地区域所有设备 | 本地的直连拓扑 |
| LSA2 | network | DR的接口IP地址 | 本区域 | DR | MA网段部分的拓扑 |
| LSA3 | Summary | O IA路由，目标网络号 | 整个OSPF域 | ABR 在经过下一跳ABR时，修改为本地 |
O IA 域间路由 |
| LSA4 | asbr-summary | ASBR的RID | 除ASBR所在区域外的整个OSPF域 | ABR 在经过下一跳ABR时，修改为本地 |
ASBR位置 |
| LSA5 | External | O E 路由，目标网络号 | 整个OSPF域 | ASBR（不修改） | O E 域外路由 |
| LSA7 | nssa-external | O N路由，目标网络号 | NSSA区域内 离开该区域后转换回5类 |
ASBR（不修改） | O N 域外路由 |
1类LSA不同网络类型的有向图画法
1. point to point
- 点到点
-
点到点不同网段
-
点到多点
-
点到多点互通
2. transit （MA）
示例:
有向图为:
一类LAS的问题是什么？为什么要有二类LSA？
拿上面的例子来说一类LSA只能说明我连了谁，所以在MA中他只知道连了哪个网段，不能说明是否连了其他路由器，
二类是用来解决这个问题，用二类来说明这个网段连着谁，都有谁，这个网段就相当于DR。
13. 减少LSA的更新量
手工汇总(减少骨干区域LSA量)
- 域间路由汇总
对3类的LSA进行汇总(只能在ABR上配置)
r1(config)#router ospf 1
r1(config-router)#area 2 range 5.5.4.0 255.255.252.0
通过该区域的1/2类LSA计算所得路由才能汇总成功
- 域外路由汇总
ASBR上配置
r4(config)#router ospf 1
r4(config-router)#summary-address 99.1.0.0 255.255.252.0
将5/7汇总后发向OSPF域内
注：以上汇总均会自动生成空接口防环路由；
特殊区域(针对非骨干区域)
特殊区域:不能为骨干区域、不能存在虚链路
不存在ASBR
stub(末梢区域)
拒绝4/5的LSA，ABR自动产生3类缺省发向该区域
r5(config)#router ospf 1
r5(config-router)#area 1 stub 该区域所有的设备均需要配置
完全末梢区域
在末梢区域的基础上进一步拒绝3的LSA，仅保留一条3类的缺省
先将该区域配置为末梢区域，然后仅在ABR上定义完全即可
r1(config-router)#area 2 stub no-summary
存在ASBR
NSSA(次末梢区域)
该区域拒绝4/5类LSA；不自动产生3类缺省；本地的5类LSA基于7类转发，通过NSSA区域后转回5类；
该特殊区域的意义在于拒绝其他区域的ASBR产生的4/5数据，又为了避免环路的出现，默认不自动产生缺省路由，导致无法访问其他的域外网段；故在管理员确定无环的情况下，可以手工添加缺省路由
r4(config)#router ospf 1
r4(config-router)#area 1 nssa 该区域所有设备配置
完全NSSA
在NSSA的基础上进一步拒绝3的LSA，自动产生3类缺省
先将该区域配置为NSSA，然后仅在ABR上定义完全即可
r3(config)#router ospf 1
r3(config-router)#area 1 nssa no-summary
切记：ISP所在位置的非骨干区域不得配置为任何的特殊区域；
若ISP连接在其他的协议时，连接该协议的非骨干区域也不得配置为任何特殊区域；
NSSA区域
区域特性
- NSSA:Not-so-stubby Area (次末梢区域)
- 继承stub区域特性,可配置为完全次末梢区域
- 可在NSSA区域内的路由器上重发布
NSSA与stub对比:
- 配置、ABR通告LSA
14. FA
FA的概念
Forward Address:出现在5类或7类LSA中
全0或非0
全0的FA
-
其他路由器在收到5类LSA时,必须在数据库中存在关于产生该5类LSA的ASBR信息
-
ASBR信息不是值路由表中存在ASBR Router-id 的路由信息,而是数据库中存在ASBR产生的1类LSA
-
若数据库中存在ASBR产生的1类LSA,则该路由器可以加载5类LSA进入路由表,其下一跳为到达ASBR的最近一跳
-
当接收到5类LSA的路由器R5与产生该5类LSA的ASBR不在同一区域内,R1产生的1类LSA将不会洪泛进Area 1
-
R5的数据库中不存在R1产生的1类LSA,因此将无法加载5类LSA进路由表
- 由于划分区域,1类LSA跨区域洪泛
- 为了解决ASBR信息的传递,ABR会向它所连接的其他区域(非ASBR所在的区域)内通告一条4类LSA,以标识ASBR信息(其中包含ABR到达该ASBR的距离)
非0的FA
（必要产生条件，FA的接口必须是MA类型）
- 当FA非0时(为一个IP地址),接收到外部LSA的路由器必须在路由表中存在一条到达FA地址的路由
- 到达FA地址的路由必须是OSPF内部路由或直连路由,这样接收到该外部LSA的路由器才能够加载该LSA进入路由表
- 加载的外部LSA生成的路由条目下一跳遇到大FA地址的下一跳相同
FA会引起路由表的递归查找，若递归到不是O或OA的，此5类路由会无效（该现象被称之为路由不加表现象，有LSA没有路由）
15. OSPF扩展配置
1. 认证
1.1 接口认证
1.1.1 接口明文
r1(config)#interface s1/1 连接邻居的接口上配置
r1(config-if)#ip ospf authentication 开启接口明文认证需要，开启后本地hello包中认证类型字段被修改，若邻居间不一致，将无法建立邻居关系
r1(config-if)#ip ospf authentication-key cisco 定义明文认证的秘钥
1.1.2 接口密文
r2(config)#interface s1/1
r2(config-if)#ip ospf authentication message-digest 开启密文认证需要
r2(config-if)#ip ospf message-digest-key 1 md5 cisco123 配置秘钥及编号
1.2 区域认证
例：在R1上开启关于区域0的明文或密文认证；实际就是在R1上所有的区域0接口配置了明文或密文的认证需求，修改了认证类型字段而已
接口的秘钥还需要到各个接口上逐一匹配
r2(config)#router ospf 1
r2(config-router)#area 1 authentication 区域明文
r2(config-router)#area 1 authentication message-digest 区域密文
1.3 虚链路认证
1.3.1 明文认证
r2(config-router)#area 1 virtual-link 4.4.4.4 authentication 先开启明文认证需求
r2(config-router)#area 1 virtual-link 4.4.4.4 authentication-key cisco 在配明文认证密码
1.3.2 密文认证
r2(config-router)#area 1 virtual-link 4.4.4.4 authentication message-digest
r2(config-router)#area 1 virtual-link 4.4.4.4 message-digest-key 1 md5 cisco123
2. 被动接口
只接收不发送路由协议信息，仅用于连接用户的接口，不得用于连接邻居的接口
r2(config)#router ospf 1
r2(config-router)#passive-interface fastEthernet 0/0
3. 加快收敛
修改计时器，修改时尽量为原有倍数关系，且不易修改过小；
r2(config)#interface s1/1
r2(config-if)#ip ospf hello-interval 10 修改hello time
r2(config-if)#ip ospf dead-interval 40 修改dead time
切记：修改本端的hello time，本端的dead time将自动4倍关系匹配；
邻居间hello 和 dead time必须一致；
4. 缺省路由
3类缺省
由特殊区域自动产生------末梢、完全末梢、完全NSSA产生；普通NSSA区域不产生
5类缺省
本地路由表若存在缺省路由，无论什么方法获取的；将可以使用重发布技术将其导入OSPF域内
r2(config)#router ospf 1
r2(config-router)#default-information originate
默认进入的缺省路由，为类型2，种子度量为1；度量在内部传递时不叠加；类型1的话，度量会叠加；
类型1主要用于存在多个ASBR时；
r2(config-router)#default-information originate metric-type 1
若本地路由表没有缺省，但希望向内网强制发布缺省路由
r2(config-router)#default-information originate always 强制向内网发缺省路由
7类型缺省
将域外的缺省路由重发布到NSSA区域；切记：若为NSSA区域可以导入，但为完全NSSA时，导入7类缺省必然出环；
r4(config)#router ospf 1
r4(config-router)#area 1 nssa default-information-originate
默认进入路由为类型2，种子度量为1；
r4(config-router)#area 1 nssa default-information-originate ?
metric OSPF default metric
metric-type OSPF metric type for default routes
总结：若同时学习到不同类别的缺省路由；
内部优于外部-----3类优于5/7类
若5/7类相遇，先比度量，小优；若度量一致，5类优于7类；
16. 瞬时黑洞
bgp与ospf左右两边收敛速度不同导致
解决：设置stub router
-
max-metric router-lsa on-starup wait-for-bgp //等待bgp收敛完成 -
max-metric router-lsa //经过的lsa永远最大metric
17. OSPF的完美重启
启时不清空FIB表，也就是重启协议时不影响数据转发
Graceful restart