OSPF基础内容与网络类型实验

概述：

OSPF（开放式最短路径优先）协议是IETF组织开发的一个基于链路状态的AS内部的IGP，广泛运用在接入网和城域网中。

在OSPF出现之前，网络上广泛使用RIP作为内部网关协议。但由于RIP是基于距离矢量算法的路由协议，存在着收敛速度慢、路由环路、可扩展性差等问题，所以最终逐渐被可全面解决RIP的这些问题的OSPF所取代，RIP到现在都有很多小BUG没有解决，已经基本上没有进行使用了。目前针对IPv4的是OSPFv2版本，针对IPv6的是OSPFv3版本，此笔记内容为OSPFv2。

OSPF网络拓扑设计原理：

设计原理：

1. OSPF把自治系统划分成逻辑意义上的一个或多个区域，所有其他区域必须与区域0相连。区域0称为骨干区域，一个AS中只能有一个骨干区域。
2. OSPF通过RID来标识路由器，RID是一个32比特无符号整数。并且要求在一个AS中每个路由器ID必须唯一，为什么要这么规定呢，我们等会在后面进行讨论。
3. 在OSPF中，一条链路只属于一个区域。

设备角色：

1. 区域内路由器IR（Internal Router）：该类设备的所有接口都属于同一个OSPF区域。
2. 区域边界路由器ABR（Area Border Router）：该类路由器可以同时属于两个以上的区域，但其中一个接口必须在骨干区域。ABR用来连接骨干区域和非骨干区域，它与骨干区域之间既可以是物理连接，也可以是逻辑上的连接（虚连接）。
3. 骨干路由器BR（Backbone Router）：该类路由器至少有一个接口属于骨干区域。所有的ABR和位于Area0的内部路由器都是骨干路由器。
4. 自治系统边界路由器ASBR（AS Boundary Router）：与其他AS交换路由信息的路由器称为ASBR。ASBR并没有特定的位置要求，它可能位于普通的区域，也可能是ABR。只要一台OSPF路由器引入了外部路由的信息（产生5类或者7类LSA），它就成为ASBR。

OSPF划分区域的原因：

OSPF区域分类：

OSPF定义区域类型为四种：骨干区域(Area0)、 普通区域(Normal Area)、Stub 区域及NSSA区域（两种特殊区域，后续特殊区域专题进行分析）。骨干区域有且只有一个，所有其他区域必须同骨干区域相连，如果没有连接到骨干区域，将不会学到其他区域路由，OSPF中所有区域间路由必须经骨干区域传递。其他区域若没有连接到骨干区域，要使用Vlink连接到骨干区域。

骨干区域不能被分割，一旦分割，必须使用Vlink连接分割的骨干区域使之连续。也可以使用GRE隧道连接被分割的区域, OSPF 这种特殊的分层的设计结构用来避免区域间的路由所致的环路，具体在后续区域间路由计算的时候进行分析。

OSPF网络类型：

四种类型：

OSPF支持的网络类型有四种：ospf中有这么多网络的类型是为了适应不同的网络，例如带宽大的可以多发点报文，带宽小的链路就少发点等等。

1. 点到点P2P类型：当链路层协议是PPP、HDLC时，缺省情况下，OSPF认为网络类型是P2P。在该类型的网络中，以组播形式（224.0.0.5）发送协议报文（Hello报文、DD报文、LSR报文、LSU报文、LSAck报文）；自动组播建立邻居，hello 10s，Dead 40s，不选举DR和BDR。
2. 点到多点P2MP 类型（Point-to-Multipoint）：没有一种链路层协议会被缺省的认为是Point-to-Multipoint 类型。点到多点必须是由其他的网络类型强制更改的。常用做法是将非全连通的NBMA改为点到多点的网络。在该类型的网络中以组播形式（224.0.0.5）发送Hello报文，以单播形式发送其他协议报文（DD报文、LSR报文、LSU报文、LSAck报文）；只有手动进行部署，组播更新建立邻居，hello30s，Dead 120s，不选DR和BDR。
3. NBMA类型（Non-broadcast multiple access）：当链路层协议是ATM或FR时，缺省情况下，OSPF认为网络类型是NBMA。在该类型的网络中，以单播形式发送协议报文（Hello报文、DD报文、LSR报文、LSU报文、LSAck报文）；只有单播指邻居，因为NBMA的环境中不允许组播和广播的报文，hello30s，Dead 120s，因为是多路访问的环境，也需要选举DR和BDR。
4. 广播类型（Broadcast）：当链路层协议是Ethernet、FDDI时，缺省情况下，OSPF认为网络类型是Broadcast。在该类型的网络中，通常以组播形式发送Hello报文、LSU报文和LSAck报文。其中，224.0.0.5的组播地址为OSPF路由器的预留IP组播地址；224.0.0.6的组播地址为OSPF DR的预留IP组播地址。以单播形式发送DD报文和LSR报文；自动组播建立邻居，hello 10s，Dead 40s，选举DR和BDR。

总结：（图中）

网络类型	操作方式
NBMA	单播发送所有报文（需手动单播指邻居)：HELLO 30 DEAD 120
P2P	HDLC、PPP:组播发送所有报文：HELLO 10 DEAD 40
P2MP	需要手动修改;组播发送HELLO(单播发送其它：HELLO 30 DEAD 120
Broadcast	Ethernet组播发送HELLOLSU、LSACK，单播发送DD、LSR：HELLO 10 DEAD 40

不同网络类型之间能否建立邻居关系：

由于特殊的网络结构，NBMA网络只能和NBMA网络进行邻居的建立。

P2MP和P2P，具体计算拓扑的方式一致，只要hello和dead时间一致的话也能建立好邻居，如果不一致肯定是无法正常建立的，例如一端的dead时间为40s，另一端的hello时间为50s，这样在死亡时间结束后都没有办法收到对方的hello报文，就认为邻居消失，但是又经过10s，又收到了hello报文，就十分的不合理，所以最后要求必须hello和死亡时间相同才能建立邻居关系，报文内带有相应的参数，通常情况下dead时间是hello时间的4倍。

Broadcast和P2P或者P2MP时间间隔一致后，能正常建立邻居，但是因为Broadcast接受信息以后进行路由的计算是按照多路访问环境计算的，而P2P或者P2MP是按照点到点链路的方式进行计算的（具体计算的差别在后面进行相应的分析）所以无法正常计算出路由条目来。

实验：验证不同网络类型之间建立邻居关系的情况

模拟器：eNSP

因为目前以太网链路，默认是识别的为broadcast网络，我们查看邻居关系：

观察路由条目是否学习到，在R1上：已经能够正常学习到路由

现在将R2的一端修改为P2P模式：
[R2-GigabitEthernet0/0/0]ospf network-type p2p
因为hello时间和dead时间还是没有改变，邻接关系是应该能够正常建立的：

但是现在查看是否能学习到路由条目：没有学习到

现在将R1这端修改为P2MP，然后查看邻居关系能否正常建立：
[R1-GigabitEthernet0/0/0]ospf network-type p2mp
查看邻居关系：建立不成功，因为hello时间和dead时间不一致

现在我们将R1这端hello和dead时间修改为10s和40s：
[R1-GigabitEthernet0/0/0]ospf timer hello 10 //dead time自动变为原来的hello time的四倍
现在查看邻居关系建立是否完成：建立成功

查看是否获得了路由条目：成功获取路由条目

注意：
建议配置的dead时间大于20秒。如果失效的时间小于20秒，可能会造成邻居会话的中断。 修改了网络类型后，Hello与Dead定时器都将恢复缺省值。

OSPF报文类型：

要理解OSPF路由协议的工作原理，特别是路由更新机制，需要要对它的各种报文格式有一个全面的了解。OSPF报文主要有5种：Hello报文、DD （Database Description，数据库描述）报文、LSR （LinkState Request，链路状态请求）报文、LSU（LinkState Update，链路状态更新）报文和LSAck（LinkState Acknowledgment，链路状态应答）报文。它们各自在OSPF路由更新中所担当的用途不一样，报文格式也存在比较大的差别。LSA报文是LSU报文中的具体报文，有着不同的种类。

具体格式在OSPF报文格式的专题分析。

OSPF邻接关系建立过程：

R1和R2通过交互Hello报文，建立邻居关系。
涉及三个状态机：down、init、2-way。

在邻居关系建立后，双方交互DD、LSR、LSA、LSAck报文完成数据库同步。
涉及四个状态机：ExStart、Exchange、loading和Full。

具体内容再OSPF邻接关系建立专题分析。

参考资料：华为HCIE培训资料。