网络工程师必须掌握的OSPF协议理论

OSPF 基础回顾

• OPen short path first 开放式最短路径优先协议

• 是一种链路状态路由协议

• OSPF 报文封装，更新的是LSA

  • OSPF直接封装在IP，协议号89
  • 属于IGP协议，RFC2328

• OSPF使用的组播地址

  • 224.0.0.5:所有运行ospf 的路由器
  • 224.0.0.6 DR/BDR：侦听的组播地址
  • OSPF 路由协议的管理距离 110

• OSPF网络优化：

  • Router-id :手动配置路由器的Router id

  • 选举原则：

    • loopback 口
    • 最大物理激活的接口

  • DR、BDR

    • 作用：
      • 多路访问，减少邻接关系和LSA
      • MA 网络上所有路由器都和DR、BDR建立邻居关系
    • 选举原则：
      • 接口优先级数字越大越优先
      • Router id 越大越优先
      • 优先级为0 ，不参与选举
      • DR选举是基于接口的
      • DR、BDR具有稳定性（非抢占的）

  • OSPF链路开销

    • 自动计算：cost=参考带宽（10^8）除出口带宽
    • 默认开销为 1
    • 接口开销调整
      • 接口下面修改 ip ospf cost x
      • auto-cost reference-bandwidth 修改参考带宽

• OSPF 三张表

  • 邻居表
  • 拓扑表
  • 路由表

OSPF 故障排查

• 两台直连互通
• 接口 hello 时间
• 接口Dead时间
• 区域ID一致
• 认证密码一致
• 宣告掩码一样
• 网络接口类型一样
• MTU值一样（华为默认忽略mtu）

ospf 优点：

• 收敛速度快
• 触发更新
• 支持VLSM

OSPF 报文类型

• Hello：建立和维护OSPF邻居关系（router id、） 广播类型10S、非广播30s,死亡时间 4倍

  • A 发给B-router id，B收到后，进入INIT
  • B把自己的router id和A的id 发给A ,A进入TWO-way
  • 如果是MA 网络，此时选举DR、BDR

• DBD:(华为叫DD)链路状态数据库同步

  • 同步数据库----EX-start
    • I 位：i=1，协商主从的报文
    • M 位：末，M=1,后续还会有跟多的DB报文发来，M=0，最后一个DB报文
    • MS 位：master master=1，我是主动
    • 当我收到一个DB，I位为0，开始交换数据库的汇总信息—Exchange转态
    • 当收到的DB报文I位、M位 都为0 ，进入loading状态
    • 当I、M、NS位都为0，进入FULL状态
    • 此时LUR、LSU都更新完毕，发送一个LSAck

• LSR：链路状态请求

• LSU:链路状态更新

  • lsa 每隔30分钟刷新下，序列号加1
  • 老化时间 60分钟

• LSAck:确认报文

OSPF 邻居关系建立的过程

• OSPF路由接口UP，发送Hello包，NBMA网络此时将进入Attempt转态
• OSPF路由接口收到hello 包，进入INIT转态，并将自己的Router id 添加到hello包，发送给邻居
• OSPF路由器收到带有自己的Ruter ID 的Hello 包，进入two-way转态，形成OSPF邻居
• 进入TWO-WAY 状态后，选举DR、BDR
• DR、BDR选举完成后，建立OSPF邻接关系，进入EXtart 转态，并选举DBD交换主从路由器（DBD序列号、Router ID大的位主–目的是解决DBD自身可靠性）
• DBD主从确定后，进入Exchange 状态，交换DBD信息
• DBD交换完成后，进入Loading状态，对链路状态数据库和接受的DBD中的lsa头部进行比较，没有，就请求发送，收到邻居的LSU，存储这些LSA ，并发送lsack
• LSA交换完成后,进入FULL转态
• 定期发送Hello包，维护邻居关系

OSPF LSA

• LSA介绍—link-state
  LSA一共有11种类别，我们经常使用的是前七种。而第六类LSA是用于组播ospf（它是为IPV4组播而设计），所以现在我们暂时使用不到。

  • 1.RouterLSA—路由器ls

    • 本区域内泛红
    • 每一台路由器都会产生
    • Link ID：1类lsa的标识–RID 本路由器有几个接口宣告到本区域–link count
    • ADV Router：Advertisement Router—通告者—谁产生的
    • Seq#：序列号，防止重复报文
    • Checksum：检验数据完整性

  • 2.Network LSA—网络lsa

    • 本区域内泛红
    • 通告者—DR通告的----用DR的RID来标识的
    • 广播网络的网段信息
    • 2类lsa的标识—DR接口的IP地址

  • 3.Summary Net Lsa—汇总lsa

    • 除了本区域以外，其他所有的正常OSPF区域
    • 通告者–本区域的ABR
    • 每一条3类的lsa代表一条域间路由–O IA
    • Link ID：域间路由的路由前缀

  • 4.Summary ASB LSA—辅助5类lsa

    • 除了ASBR所在区域其他所有的正常区域
    • 通告者—本区域的ABR
    • 描述ASBR的位置，描述谁是ASBR的
    • Link ID：ASBR的RID来表示的

  • 5.Autonomous system external LSA

    • 所有的OSPF区域
    • 通告者—ASBR–用ASBR的RID来表示
    • 每一条5类的lsa代表一条域外路由—默认情况是就是O E2

  • 7.Defined for not-so-stubby area—只存在于Nssa区域（特殊区域）

• 注意：
  -O OSPF区域内
  O IA OSPF 域间路由
  O E1 OSPF外部路由—会累加OSPF内部的度量值
  O E2 OSPF外部路由—默认–度量值20–不会累加OSPF内部的度量值

O>O IA>O E1>O E2

划分区域的好处

• 减少LSA泛红范围，提高了网络稳定性
• 拓扑变化，只会影响涉及的本地区域
• 多区域提高了网络的扩展性
• 区域边界做汇总，减少了路由表

OSPF 特殊区域

作用：限制lsa传递的

• STUB 区域—把4类和5类的lsa过滤掉了

  • 不能有ASBR区域
  • 不能把区域0设置成Stub
  • 虚链路不能穿越Stub
  • 如果有多个ABR，都向Stub区域注入默认路由-----次优路径、
  • ABR会向Stub区域内部注入1条三类的默认，默认度量值是1----目的是去往OSPF外

• Totally Stub Area—完全末节区域

  • 把3类明细lsa，4类，5类的lsa过滤掉
  • ABR会向完全Stub区域内部注入1条三类的默认

• NASS 区域–Not-So-Stubby Area—并不完全末节区域–7类的lsa只存在于Nssa区域

  • Nssa区域的ABR过滤了4类和5类的lsa，重分发到OSPF其他区域的外部路由，Nssa学不到
  • 可以有ASBR–可以有外部路由重分发进来
  • 把4.5类的lsa过滤掉了
  • Nssa区域的ASBR重分发进来的外部路由以7类的lsa存在
  • Nssa区域的ABR会把7类的lsa转换成5类，发给其他区域
  • Nssa的ABR需要手工注入一条7类的默认----O N2

• Totally NASS Area—完全末节区域

  • 在Nssa的基础上把3类的明细过滤掉，同时注入一条3类的默认。

虚链路

• 被动接口：
  OSPF/EIGRP：接口就不会向外发送hello包，接口和下面的设备不会建立OSPF邻居关系

• 在出现问题的ABR和距离区域0最近的ABR上建立虚链路。

• 注意点：不能跨越骨干区域，不能跨越特殊区域

• 虚链路上，一旦虚链路建立成功，就不再发送hello，lsa永不超时。

认证

• OSPF协议认证

  • 明文认证
  • 密文认证

• 部署认证两种方式

  • 1.链路级认证（支持明文也支持密文）
  • 2.区域级认证（支持明文也支持密文）

OSPF网络类型

• Loopback
  • 无论接口掩码多少，都以/32主机路由通告。
• Point-To-Point
  • Serial
  • 把该类型的接口宣告进OSPF，可以直接建邻居。
  • 该接口是支持组播的
  • Hello 10, Dead 40, Wait 40
  • 没有DR和BDR
• Broadcast
  • Ethernet（e）、快速Ethernet（f）、GigabitEthernet（g）
  • 支持组播，有DR和BDR
  • Hello 10, Dead 40, Wait 40
• NBMA–非广播多路访问网络–Non-Broadcast Multi Access
  • FR主接口/FR的多点子接口
  • 不支持组播，只支持单播。
  • Hello 30, Dead 120, Wait 120
  • 有DR和BDR