OSPF详解及其和其他路由协议的对比

介绍

路由协议属于网络层，实现总部和分部网络间互联，分为外部路由协议 EGP和内部路由协议IGP。而内部路由协议又分为静态路由协议和动态路由协议2种，他们的区别在于静态路由协议是网管手工指定的灵活性差，且一般是应用在组网规模较小，而动态路由协议则利用一定的算法学习得到，适用于较大规模的网络，灵活度和扩展度高。动态协议又分为2种，距离矢量路由协议和链路状态路由协议，典型代表有：RIP路由信息协议和OSPF开放最短路径优先。
关键词：EGP和IGP - 静态和动态 - RIP和OSPF

RIP

简述RIP环路的形成

一旦发生故障，则RTB可以检测到故障，认为路由不可达，但是RTA还不知道，它依然发送metric为2的路由到RTB，这个时候RTB就会学习此路由认为RTA可以到目的地，更新路由表RTA的metril+1，持续此循环直到跳数为16；

RIP防环机制

1、水平分割：不能返回源端口；
2、毒性逆转：将16top返回给源发送器；
3、最大16TOP：当跳数达到16跳时路由无效；
4、路由中毒：故障路由设置为16跳，且向外传播；
5、抑制计时器：故障路由保持本地缓存180s；

RIP和OSPF对比

RIP是一种基于距离矢量算法，也就是路由器收到IP包后查看经过多少跳，然后记录到路由表中，存在收敛慢、易产生路由环路的缺点，现在逐渐被OSPF取代。

1、层次：RIP应用层基于UDP520端口，OSPF传输层基于IP协议号89；
2、性质：距离矢量以条数来衡量路径好坏，链路状态以带宽、延迟来衡量路径好坏；
3、场景：使用Bellman-Ford算法，易产生环路，适用于小网络；使用SPF算法，不会产生环路，适用于中大型网络；
4、周期：更新路由条目，是完整新、周期性的路由更新；更新拓扑，非完整性、非周期性的路由更新；
5、其他：是否支持分层、是否支持可变长子网掩码；

OSPF

关键字

优点：无环路、收敛快、扩展性好、支持认证
原理：LSA、SPF算法、路由表、防环机制
OSPF报文：hello、DD、LSR、LSU、LSACK
状态机：DOWN、Init、2way、ExSTART、EXCHANGE、LOADING、FULL
RID、邻居、邻接、数据库同步、DR和BDR选举、原因
OSPF区域：七类LSA、区域类型、特殊区域（重分发、TUNNEL）
OSPF认证
性能优化方案：多区域、汇总、过滤、被动接口

简介

关键词：触发更新 - 收敛快 - 无环路 - 分区域 - 扩展性好 - 中大型网络

OSPG：是一种基于链路状态的路由协议，区域网中每台运行的OSPF的路由器都了解网络的链路状态信息，支持触发更新，能够快速检测并通告AS系统内的路由器拓扑已经发生了变化，收敛快。且OSPF全称open shortage path priority，也就是开放性最短路径优先，它的SPF算法，非骨干区域的路由不能通过骨干区域，还有它支持区域划分，这些使他在设计上就保证了无路由的环路。当网络上路由器越来越多的时候，路由信息急剧增大，OSPF将AS划分为多个区域来分担这些流量，它这种支持分区域的特点，需要扩容只需要增加区域即可，扩展性好，特别适合大中型网络，以及和其他路由协议比如MPLS多标签交换协议共同使用。

邻居建立过程

关键词 DOWN关闭 - INIT 单边 - 2WAY 邻居 - EXSTART 主从 - EXCHANGE 交换 - LOADING 更新 - FULL 邻接 HELLO - DD - LSR - LSU -LSACK

OSPF区域中的路由器每隔10s（Hello Interval)会互发Hello报文，用于发现和维护邻居状态，若40s没有发送，则邻居关系删除。
假设起初A和B两边均处于“沉默”，down的状态。然后A开始发送Hello报文，进入init状态，B收到报文后，但自己不在邻居列表中（neighbor），就会将A加入路由表中。而后，B也发送hello报文，A发生B不在自己的邻居列表中，也进行加表，至此，两边建立了双向通信，变为2way状态。标志着邻居关系的建立，但还不是邻接关系，形成邻居关系的双方不一定能形成邻接关系，这要根据网络类型而定的，只有双方交换了链接状态信息和路由信息才能称为邻接。

OSPF无法建立邻居关系的原因
1、HELLO/DEAD间隔不一致；
2、直连但是IP不在同一网段；
3、版本号不一致；
4、区域号不一致；
5、邻居密码不一致；
6、 MTU不一致；
7、特殊区域号不一致（option位NSSA为np）；

ping不通原因
1、下一跳不可达；
2、同区域网是否可达？（公网-同网段）
3、同网段是否可达？（网段-同机房）
4、同机房是否可达?（同机房-其他机房）
5、其他机房是否可达？（其他机房- B）

路由器使用DD报文来进行主从选举，它包含描述的是LSDB的摘要信息。
1、LSA：描述链路状态的信息；
2、LSU：存储和传递路径信息；
3、LSR：请求LSU;
4、LSACK：对LSU分组进行可靠确认；

多路访问环境下选举了DD和BDR后，需要建立邻接关系，此时状态为exstart，开始进行主从选举，主从选举的依据是路由器的RID，RID大的就是老大，假设开始A的序列号Y，B的序列号为X ， 刚开始A和B都认为自己为老大，他们就会互发DD报文，如果A的RID大于B的RID，那么A则为主路由器，B的序列号同步A的序列号，也变为Y。选举好主从，他们就会开始链路信息的交互，主路由器A发送DD报文，DD报文描述的是LSDB的摘要信息，相当于一个目录，收到该报文的路由器就会去比对自己的LSDB看哪些信息需要更新，从路由器B不需要新的DD报文，只需要对A发送的DD报文进行确认，此时状态为exchange。哦，这里要明确一点，主从选举通过这种机制实现了DD数据库的可靠，而不是通过LSACK。为什么这样说呢？我看过DD报文，它里面有序列号、I、M、MS这些比特位，就是用来实现可靠传输的。恩，知道了哪些信息需要更新以后，就会转向loading状态，这个时候B就会发送LSR给A请求更新LSDB，LSR就是描述链路状态 信息的报文，A收到LSR就会发送LSU互相加载对方LSA链路状态信息，也就是更新LSDB，当2者数据库达到了一致，就会变为loading；

OSPF发送故障，如何排错？
查看邻居状态，看卡在哪个故障
1、init：HELLO被阻隔，可能是防火墙或者ACL访问控制了或者包里面的字段并不匹配；
2、2way：DRother之间将不会建立邻居关系，DRother只和DR和BDR建立。接口优先级均为0，不建立DR、BDR；
3、exstart/exchange：MTU不一致（DBD有MTU交互),RID有冲突，主从选举时，RID一致则不能选举；
4、loading：缺乏足够内存；

DR/BDR和主从选举
1、DR/BDR：DR和BDR可以减小广播型网络的泛洪，减少邻接关系的数量，尤其是部署了大量路由器时，节省了大量带宽。因为路由是之间和DR交互的，且由DR中转，DRother不交互路由，基于接口优先级和RID选举；
2、主从：在exstart时选举，实现DD目录信息的可靠传输（不是通过LSACK实现），而是OSPF报文中的不同序列号、I、M、MS比特位实现，注意2个参与选举的路由器均为DR；

七类LSA

OSPF一般用在大型网络中，上图这个拓扑分为area1、area0、area3、area4、area5共5个区域，还有一个局域网配置了RIP；其中在OSPF区域和EIGRP区域相连的路由器称为ASBR，OSPF各区域间连接的路由器称为ABR；

OSPF具有七类LSA
1、第一类LSA是区域间的每个路由器在本区域内发送的，包含和他直连的路由器的链路信息。它的LSA报文age，就是年龄，如果这条路由不想要了，就设置为3600，表示对方它已经死了，相当于RIP的毒性路由（老化定时器，3600s的定时器将被删除 ；当收到多个LSA实例的时候， LSA 序列号在COST值一致的时候，序列号越大，这条路由最新鲜，如果序列号也相同，就比较校验和checksum，越大越新，校验和相同就比较老化时间，除此之外还有 LSA ID表明这是属于第几类LSA，如果网络类型不同，LSA还分为4种类型
关键词：age - 序列号 - 校验和 - LSA Id- 类型

2、第二类LSA区域间的DR在本区域内发送的和DR直连的链路信息，包含直连链路的路由和子网掩码、本广播域的网段

3、第三类LSA是ABR在区域间向OSPF所有区域发送的区域间的路由，它没有内部路由器的路由信息，传递的是路由条目，而是碎片化的信息，生成OIA路由；

4、第四类LSA包含了ASBR的RID，用来告诉整个AS系统我知道ASBR在哪里，指向ASBR所在地方；
ASBR会生成一条OE2的路由，OE2里面的东西是我是1.1.1.1路由，我的下一跳是4.4.4.4，但是骨干区域并没有4.4.4.4这个路由信息，所以会下发一个四类LSA，指向ASBR在哪里。这样理解吧，ASBR产生的LSA1只能在本区域内泛洪，其他区域OSPF不能知道ASBR在哪，所以需要四类LSA；

5、第五类LSA是ASBR在OSPF的所有区域传递的外部路由，这样理解吧，其实四类LSA和五类LSA和三类LSA的本质从某种意义来说是相同的，只不过五类LSA是由ASBR传递的外部路由，三类LSA是由ABR传递的区域间的路由条目，而四类LSA是由ABR传递的可以表示ASBR在哪的路由；

6、第七类LSA是ASBR在NSSA区域传递的信息，我们可以把 OSPF骨干区域和外部EIGRP区域间的OSPF非骨干区域配置为NSSA区域，一旦区域被配置为NSSA区域，将不再有5类LSA，打破了stub区域不能有ASBR的限制，这样可以减小LSA的传递，优化网络拓扑，提高性能。除此之外，还有末节区域，一般设置在常规区域，不能设置在骨干区域，这个区域不能有ASBR，只能有ABR。

网络增大，性能降低，有什么解决方案
1、多区域的设计，引入特殊区域，比如：末节区域；
2、路由汇总，将多条路径汇总，比如把同一个路由器的不同网段可以进行汇总处理；
3、路由过滤，将不需要的路由过滤，比如area1的ABR不需要area4的路由信息，只有area3才需要，那么可以设置ACL过滤；

OIA、OE1、OE2是什么？
1、OIA：我把理解为区域间传递的路由；
2、OE1和OE2：都是外部重分发的路由，只不过OE1累加了沿途的COST，这样通往同一个目的地；

总结如下

OSPF防环

小型网： 单区域，同一个LSDB，只需要一个区域号，不一定是area0，但多区域不能没有area0；
大型网：多区域，需要骨干区域来防环和数据转发，常规区域的路由信息不能通过骨干区域，也就是说所有区域都必须和骨干区域直连，这个时候可能会出现某些特殊区域


一般2种情形下的网络拓扑是不合理的（脱节区域）
1、被分割的area0
2、没有和area0相连；
场景：比如腾讯收购了肯德基，需要把肯德基接入淘宝网，可能会出现这种情况；
解决：
1、可以把area4的信息重分发到area1；
2、在area4和area0之间家里一条虚链路，
在这两台ABR上对TUNNEL配置IP地址为同一个IP网段，并将其宣告进OSPF区域0.

OSPF和BGP和MPLS对比

OSPF和BGP有以下区别
1、规模：中大型、大型或者巨型；
2、选路：SPF算法、选路原则；
3、性质：链路状态协议、路径矢量协议；

那么我们什么时候用MPLS呢?
BGP边界网关路由协议，可以承载大量路由，支持MPLS的使用，还有客户VPN，主要应用在电信网（运营商）、政府网络、数据中心等大型网络环境。但BGP可能产生路由黑洞，解决方法之一是 在AS内所有路由器使用MPLS(进入端口MPLS，7200或者IOU）