OSPF基础

OSPF基础

OSPFv2和RIPv2对比

相同点

1、两者都是无类别路由协议 --- 传播时携带真实掩码

2、两者的更新方式相同

OSPFv2和RIPv2都使用组播更新方式，各组播地址如下：

RIPv2 --- 224.0.0.9

OSPFv2 --- 224.0.0.5/224.0.0.6

3、两者均支持等开销负载均衡

不同点

RIPv2只能应用在小型网络中

OSPFv2可以应用在中大型网络环境

OSPF区域划分 --- 结构化部署

OSPF域（Domain）

将一系列的OSPF路由器组成的网络称为OSPF域。

区域ID：32bit，例如0.0.0.0

OSPF多区域划分要求：

1、OSPF要求域中所有的非骨干区域（区域ID不为0的区域）都必须与Area0相连。

2、骨干区域不能被分割

OSPF区域结构部署规则的必要性

假定没有“所有骨干区域都必须与骨干区域相连”这条规则 --- “原理骨干的非骨干”

后果：会出环

定义了ABR（区域边界路由器）设备 --- 确保所有人遵循区域划分要求

ABR定义：
1、至少连接两个区域
2、连接的区域中至少有一个是区域0
3、在区域0中至少有一个活跃的邻居

作用：用于传递区域间路由

为了避免区域间的路由形成环路，非骨干区域之间不允许直接相互发布路由。

假定没有“骨干区域不能被分割”这条规则 --- 不连续骨干区域

后果：会出环

OSPF规定：从非骨干区域收到的路由信息，ABR能接收，但不会使用这条路由信息（OSPF水平分割原则）。

总结

OSPF有如下规则：
1、对于伪ABR设备不允许转发区域间路由信息
2、对于真实ABR而言
	能够将自己直连的非骨干区域的区域内路由信息传递给骨干区域
	能够将自己直连的骨干区域的区域内路由信息传递给非骨干区域
	能够将自己从骨干区域学习到的区域间路由信息传递给非骨干区域。

OSPF路由器角色

• 内部路由器（IR）

• 所有接口都接入同一个区域的路由器

• 区域边界路由器（ABR）

• 工作在两个OSPF区域之间的路由器

• 骨干路由器（BR）

• 接入Area0的路由器，包括ABR，但不包括ASBR

• ASBR（AS边界路由器）

• 工作在OSPF自治系统边界的路由器

• 并不是同时运行多种路由协议的OSPF路由器就一定是ASBR，ASBR一定是将外部路由引入到OSPF域的设备。

OSPF数据包

Hello

• 用来周期发现、建立、保活OSPF邻居关系，通过组播224.0.0.5发送。

• 10S发送一次来确认邻居的存在

• hold-time --- 4倍hello时间

• Router-ID（RID）

• 全域唯一，标识路由器身份

• 用ip地址形式标识（32bit，点分十进制）

• 配置方法

• 手工配置

• 自动配置

• 默认最大环回IP地址，若没有最大环回则选择最大的物理IP地址（路由器的RID选择）

• [r1]display router id //查看路由器全局ID值

• 注意： 启动OSPF进程前，必须要有接口IP地址，若存在IP地址，则第一次启动OSPF进程时，会选取第一个配置的IP地址为RID。 但是，若删除第一个配置的IP地址后，则恢复为上述规则。 在华为设备中，若没有接口IP地址，则OSPF启动后，RID为0.0.0.0 在思科设备中，若没有接口IP地址，则OSPF启动失败。

• 无论采用手工还是自动选择，一旦OSPF进程启动，RID被确定，则无法变化，必须重启进程才能生效。

• reset ospf process 重启所有OSPF进程

DBD

• 数据库描述报文

• 该报文携带的是路径信息的摘要（为了减少更新量，并不会直接给邻居发送拓扑信息，而是将拓扑信息的目录发送给邻居）

LSR

• 链路状态请求报文

• 基于未知的LSA（链路状态通告）信息进行查询

LSU

• 链路状态更新报文

• 携带真正的LSA信息的数据包

LSAck

• 链路状态确认报文

OSPF七种状态机

• down --- 关闭状态 --- 一旦启动了OSPF协议，则发出hello包，并进入下一状态

• init --- 初始化状态 --- 收到的hello包中，存在自己的RID值，则进入下一状态

• 2-way --- 双向通讯状态 --- 邻居关系建立的标志。

条件匹配：匹配成功则进入下一阶段，不成功则停留在2-way

• exstart --- 预启动状态 --- 使用未携带信息的DBD包进行主从关系选举，RID大的为主

• exchange --- 准交换状态 --- 使用携带目录信息的DBD报文进行目录共享

• loading --- 加载状态 --- 邻居间使用LSR/LSU/LSAck三种报文来获取完整的拓扑信息

• full --- 转发状态 --- 标志邻接关系的建立。

OSPF条件匹配

• 设备接口名称

• DR --- 指定路由器

• BDR --- 备份路由器

• DRother --- 其他路由器

• OSPF称为邻接关系的条件

• 点到点 --- 不用选举DR和BDR --- 直接开始建立邻接关系（加快收敛的方法）

• MA网络 --- 在一个网络中，不限制节点数（会选举DR和BDR）

• 选举规则

• 接口优先级 --- 0-255 --- 优先级越大，为DR，次一级为BDR（默认为1）

• RID --- 越大越优先

• 选举范围 --- 一个广播进行一次条件匹配

• 角色之间的关系

• DR和DRother --- 邻接关系

• DR和BDR --- 邻接关系

• BDR和DRother --- 邻接关系

• DRother和DRother邻居关系

• 非抢占性选举模式

选举过程

1、DR、BDR的选举是通过Hello报文来实现的，选举过程发生在2-way状态之后

2、路由器将自己的接口的DR优先级填写hello报文中的 “DR优先级” 字段

3、在接口视图下可以修改DR优先级（若DR优先级修改为0，则代表不具备DR和BDR的选举资格）

4、当路由器接口激活OSPF后，首先检查网络上是否已经存在DR设备，如果存在则接收DR角色。若不存在，则拥有最高DR优先级的设备称为DR（RID）

5、BDR的选举过程和DR选举过程相同，但是是在DR选举成功之后。

DR设备使用组播224.0.0.5向该MA网络发送消息。
而DR和BDR使用224.0.0.6监听该MA网络的消息
DRother使用224.0.0.6发送自己的LSU报文

在NBMA网络中，也存在OSPF

在NBMA网络类型下，如果需要启动OSPF协议，需要手工指定邻居，否则不会发送hello报文。

若不发送hello报文，则邻居状态处于down状态。

OSPF第一次收敛的全过程

1. 启动OSFP配置完成后，OSPF将向本地所有运行OSPF协议的接口组播224.0.0.5发送hello报文； hello报文中携带有本地的RID以及本地已知的邻居RID；之后生成邻居表。

2. 邻居关系建立后，进行条件匹配；匹配失败则停留在邻居关系；仅hello报文保活

3. 匹配成功的邻居将开始建立邻接关系。

4. 首先使用未携带数据的DBD报文来进行主从关系选举；之后使用携带数据的DBD报文来共享数据库目录；之后本地使用LSR/LSU/LSACK报文来获取未知的LSA信息；

5. 完成本地数据库的建立---生成数据库表。

6. 之后本地基于数据库生成有向图和最短路径树，之后计算本地到达拓扑中所有未知网段的最短路径，并将其添加到路由表中。

7. 收敛完成，hello报文周期保活。每30min进行一次周期更新。

结构突变

1.新增网段 --- 直接在邻接关系的接口使用LSU进行更新，将内容告诉于邻居。并需要邻居的ACK确认。

2.断开网段 --- 直接在邻接关系的接口使用LSU进行更新，将内容告诉于邻居。并需要邻居的ACK确认。

3.无法沟通 --- 到达dead time后，断开邻居关系 --- 4倍的hello时间。

OSPF基础配置

实例：

1、启动OSPF进程

[r1]ospf 1 router-id 1.1.1.1	//进程号仅具备本地意义，手工配置RID方法

2、创建区域

[r1-ospf-1]area 0 

3、宣告

[r1-ospf-1-area-0.0.0.0]network 1.1.1.1 0.0.0.0 	//精准宣告
[r1-ospf-1-area-0.0.0.0]network 12.0.0.0 0.0.0.255 	//宣告网段
	宣告使用反掩码形式
		32位二进制，使用点分十进制表示。由连续的0和连续的1组成；并且0代表 不可变；1代表 可变。

华为体系中，优先级为10；

OSPF的COST = 参考带宽（100Mbps）/ 实际带宽

[r1-ospf-1]bandwidth-reference 1000 // 修改参考带宽 --- 所有设备均需修改

一条OSPF路径的COST等于从目的地到本地路由器沿途的所有设备的 入接口 Cost值的总和。

OSPF报文格式

OSPF报文头部

• 版本（version）

• 对于OSPFv2而言，该字段恒为2

• 类型（Type）

• 描述OSPF数据包的类型

• hello --- 1

• DBD --- 2

• LSR --- 3

• LSU --- 4

• LSACK --- 5

• 报文长度（Packet Length）

• 整个OSPF报文的长度 --- 单位字节

• 路由器ID

• 发出该报文的路由器的RID值

• 区域ID

• 发出该报文的接口所属于的区域的ID值

• 校验和

• 验证OSPF整体数据报文的有效性

• 验证类型

• 指示该报文使用的认证类型

• 不认证 --- 0；简单认证 --- 1；MD5认证 --- 2；

• 认证数据

• 用于报文认证所对比的内容

• 若认证类型为不认证，则该字段全部用0填充。

OSPF的认证功能是存在于所有的数据交互过程中，对于任何一种数据报文，都需要进行认证。

在认证的过程中，需要对比两个字段，首先对比认证类型字段。
	若相同，才会对比认证数据字段

Hello包

• 网络掩码（Network Mask）

• 该字段填充的是发送该报文的网络掩码

• 两台OSPF路由器如果通过以太网接口直连，那么双方的直连接口必须配置相同的网络掩码。（点到点网络不需要对比该参数）

• 注意：OSPF建立邻居关系需要对比子网掩码信息是华为独有，别的厂商没有这个要求。

• Hello间隔

• 两台直连路由器需要确保直连接口的Hello时间间隔相同，否则邻居关系无法建立。

• 缺省情况下，P2P和BMA类型下，为10S；P2MP和NBMA为30S。

• 可选项（Options）

• 该字段一共8bit，每个比特位都用于指示该路由器的某个特定的OSPF特性。

• 而OSPF邻居关系建立过程中，该字段中的某些比特位将会被检查，可能影响OSPF邻居关系建立。（特殊区域的标记）

• 路由器优先级

• 【接口视角】ospf dr-priority <0-255> //修改OSPF*接口*的DR优先级

• 路由器失效时间

• 两台直连路由器要建立OSPF邻居关系，需要保证双方接口的dead time时间相同，否则邻居关系无法正常建立

• 缺省时间为hello的4倍

• 指定路由器

• 网络中DR设备的接口IP地址。

• 若没有DR或DR没有选举出来，则填充0.0.0.0

• 备份指定路由器

• 网络中BDR设备的接口IP地址。

• 若没有BDR或BDR没有选举出来，则填充0.0.0.0

• 邻居

• 在直连链路上发现的有效邻居，此处填充的是邻居的RID值，如果发现多个邻居，则包含多个邻居字段。

所有224.0.0.X格式的组播地址称为本地链路组播，目的IP地址是本地链路组播的数据包中的TTL值被设定为1。

所有的本地链路组播都会存在对应的组播MAC地址，01-00-5e-后24位（组播IP地址的后24位）。

限制邻居关系建立的参数

网络掩码

在R2上修改网络掩码后，

R2会将与R3的状态立即修改为Down状态。而R3会在40S死亡时间之后进行状态切换。

原因在于，R2在修改IP地址的掩码后，会认为之前的连接中断，需要重新建立连接，所以重置状态机。

而R3则认为是无法沟通的。故会等待死亡时间超时后才会切换状态。

并且，该情况，在R3等待40S周期内，还是可以向R2转发数据，R2可以接收到数据包，但无法回复。

Hello间隔

[r1-GigabitEthernet0/0/0]ospf timer hello 5
修改时间后，等待死亡时间，然后就会断开