OSPF（Open Shortest Path First）协议

一.OSPF基础

1.特性

OSPF是目前使用最广泛的IGP路由协议，属于链路状态路由协议，使用Dijkstra算法，也被称为SPF（Short Path First最短路径算法）。

IETF标准：OSPF可以被不同厂商的设备所支持

无环路由协议：执行的是SPF算法，不会产生路由环路

无类路由协议：支持VLSM（可变长子网掩码）和CIDR（无类别域间路由）

拥有不受限的跳计数：可以应用于大型网络

层次型：易拓展，路由器的负担不会随着网络规模的增大而急剧增加

区域化设计：减少路由更新的流量，降低内存、cpu和带宽的使用

快速收敛：使用触发式更新，路由可以快速收敛

支持验证：OSPF支持针对区域和链路的验证

2.OSPF术语

链路（link）：当一个接口加入OSPF进程，它就被认为是一个ospf链路

链路状态（Link-State）：链路的状态信息，包括接口的IP地址和子网掩码、接口网络类型、链路的花费、链路上的邻居

路由器ID(Router ID,简称RID)：用于识别路由器的IP地址，可以手工指定；如果没有指定，则选择所有环回接口中最高的IP地址；若没有环回口使用，选择物理接口中最高的IP地址。

邻居（Neighbor）：连接在一个公共的网络上的路由器（≥2）

邻接（Adjacent）：2台路由器之间的关系，允许直接交换路由更新数据。OSPF只与建立了邻接关系的邻居共享路由信息。邻居和邻接没有直接关系。

区域（Area）：通过划分区域实现分层设计

指定路由器（DR,Designated Router）：OSPF路由器在多路访问的网络中需要DR,DR代表该多路访问网络中的所有路由器，每台路由器都把拓扑变化发送给DR和BDR，然后DR通知该多路访问网络中的其他路由器。

备用的指定路由器（BDR,Backup Designated Router）：备用DR，DR离线时代替DR工作。

花费（cost）：每条链路都有一个花费，OSPF的唯一度量值。根据链路的带宽计算而来，可以人为修改。

ABR（area border router）：位于一个或多个OSPF区域边界上、将这些区域连接到主干网络的路由器。ABR被认为同时是OSPF主干和相连区域的成员。

ASBR（自治系统边界路由器,Autonomous System Border Router）：一般是位于非OSPF区域和OSPF区域间互联的路由器。ASBR可以运行OSPF和另一路由选择协议（如RIP），把OSPF上的路由发布到其他路由协议上。ASBR必须处于非存根OSPF区域中。 在NSSA区域中，对7类LSA转换为5类LSA的路由器也是ASBR。所以说，ASBR不一定在2个协议之间，对于产生5类LSA的都是ASBR

3.基本配置

Router ospf 进程号

network IP子网 反掩码 area area-id

二.报文

1.报文格式

数据链路层头部+IP包头部+OSPF包头+OSPF数据

数据链路层头部：OSPF组播IP地址224.0.0.5（非DR和BDR使用的地址）和224.0.0.6（DR和BDR使用的地址），组播MAC地址对应01-00-5E-00-00-05/06

IP包头部:协议号89，源IP是发送路由器的IP，目的IP是组播地址224.0.0.5/6

OSPF包头：包括RID和区域号以及OSPF包类型

OSPF数据：每种OSPF包的具体内容

2.OSPF报头格式

OSPF用IP报文直接封装协议报文，协议号为89。OSPF分为5种报文：Hello报文、DBD报文、LSR报文、LSU报文和LSAck报文。

OSPF这五种报文具有相同的报文头格式，长度为24字节。

Version：OSPF版本号，当前为OSPFv2。OSPFv1实验版本，v3针对IPv6。

Type：包类型，1为Hello报文，2是DBD,3是LSR，4是LSU，5是LSAck

Packet length：报文长度

Router ID：路由器ID，每台路由器的唯一标识

Area ID：区域号，主区域为0

Checksum：校验和

Autype（Authentication Type）：验证类型。0：不使用，1：明文，2：MD5

Authentication：验证相关信息，包括密码

重点讲Hello包和LSU的分类

①Hello包

Hello报文被用来建立和维护OSPF的邻接关系。OSPF的Hello报文的作用主要有：发现OSPF邻居，建立和维护邻接关系；在多路访问的网络中选择DR和BDR。

OSPF泛洪链路状态通告给其他路由器之前，需要先建立邻接关系。所有启用OSPF协议的接口上都发送Hello报文，以判断是否有其他ospf路由器运行在相同的链路上，一般以组播方式发送，组播IP：224.0.0.5。

②DBD（Database Description，数据库状态描述包）

DBD是发送路由器链路状态数据库的一个简短描述。

③LSR(Link-State Request，链路状态请求包)

接受路由器可以发送LSR来请求发送路由器DBD中的某些条目详细信息。

④LSU（Link-State Update，链路状态更新包）

用来更新OSPF路由信息，回复LSR请求。LSU被分成多种类型的LSA（Link-State Advertisement）

⑤LSAck（Link-State Acknowledgement，链路状态确认）

当一个LSU被收到时，路由器发送LSAck进行确认

三.LSA类型

共11种类型LSA(链路状态通告)，其中6类常用

1、路由器LSA (Router LSA)

由区域内所有路由器产生，并且只能在本个区域内泛洪广播。

这些最基本的LSA通告列出了路由器所有的链路和接口，并指明了它们的状态和沿每条链路方向出站的代价。

2、网络LSA (Network LSA)

由区域内的DR或BDR路由器产生，报文包括DR和BDR连接的路由器的链路信息。

网络LSA也仅仅在产生这条网络LSA的区域内部进行泛洪。

3、网络汇总LSA (Network Summary LSA)

由ABR产生，可以通知本区域内的路由器通往区域外的路由信息。

在一个区域外部但是仍然在一个OSPF自治系统内部的缺省路由也可以通过这种LSA来通告。

如果一台ABR路由器经过骨干区域从其他的ABR路由器收到多条网络汇总LSA，那么这台始发的ABR路由器将会选择这些LSA通告中代价最低的LSA，并且将这个LSA的最低代价通告给与它相连的非骨干区域。

4、ASBR汇总LSA (ASBR summary LSA)

也是由ABR产生，但是它是一条主机路由，指向ASBR路由器地址的路由。

5、自治系统外部LSA (Autonomous system external LSA)

由ASBR产生，告诉相同自治区的路由器通往外部自治区的路径。

自治系统外部LSA是惟一不和具体的区域相关联的LSA通告，将在整个自治系统中进行泛洪。

7、NSSA外部LSA (NSSA External LSA)

由ASBR产生，几乎和LSA 5通告是相同的，但NSSA外部LSA通告仅仅在始发这个NSSA外部LSA通告的非纯末梢区域内部进行泛洪。

在NSSA区域中，当有一个路由器是ASBR时，不得不产生LSA 5报文，但是NSSA中不能有LSA 5报文，所有ASBR产生LSA 7报文，发给本区域的路由器。

四.选路

OSPF的四种路径类型：

1、O 域内路由

2、O IA 域间路由

3、E1的外部路由

4、E2的外部路由

外部路由重分布进OSPF有两种类型

·OE1: 重分布进OSPF的路由默认为E2，Cost=20,且传递过程中不改变COST。

·OE2: 如果改为E1类型，则在传输过程中会累加每个入接口的cost值

OSPF的选路原则：

1、域内路由优于域间路由

2、域间路由优于外部路由

3、OE1的路由优于OE2的路由

如果一台路由器收到两条相同的域间的路由，一条是area 0区域传过来的，一条是普通区域传过来的，则优选area 0区域传过来的。

如果有一台路由器从两个不同的ASBR收到相同的外部路由，OSPF在选择外部路由的时候，遵循的原则是：

[1] O E1优于O E2

[2] 在类型相同的情况下，Cost越小越优先

[3] 对OE2来说，在cost相同的情况下，选择到达ASBR最优的路径

OE2的路由传递时带有一个参数—forward metric，这个参数记录了OE2的路由所穿越链路的总COST值，如果一个路由器收到两条COST相同的OE2路由，将比较它们的forward metric来选出最优路由。

五.汇总

OSPF只支持手工汇总，OSPF支持两种形式的手工自动汇总：一种部署在ABR上，另一种则部署在ASBR上。

1.在ABR上执行路由汇总

在R3（ABR）上对Area2内的路由执行汇总：

R3(config)# router ospf 1

R3(config-router)# area 2 range 172.16.0.0 255.255.0.0

汇总后，在R3本地会产生一条特殊的路由，用来防环

O 172.16.0.0/16 is a summary, 00:00:06, Null0（R3接收到去往172.16.0.0/16数据包丢弃）

这条路由称为discard-route，可以用以下命令去掉：

router ospf 1

no discard-route internal

本汇总命令还可用来做路由的过滤：

router ospf 1

area 2 range 172.16.0.0 255.255.0.0 not-advertise 过滤掉172.16.0.0的网络及其所包含的子网

注意，这种汇总方式（area range）只能在ABR上配置，而且只能对ABR直接连接的区域中的Intra-Area路由（区域内部路由即“O”）执行汇总。R3执行汇总后，R1及R2的路由表中将出现172.16.0.0/16的汇总路由，而不会再学习到明细路由。如此一来，R1及R2的路由表就精简了，而且当它们需要访问R5下挂的那三个网段时，可以通过这条汇总路由到达。要强调的是，如果不是在R3，而是在R2上对R5下挂的网段进行汇总，则无法实现。因此此时R3作为ABR，已经将描述这些网段的3类LSA注入到了Area0，而在R2上，是无法对这些3类LSA进行路由汇总的。

2.在ASBR上执行路由汇总

在R1上对其自己重发布进OSPF的路由执行汇总：

router ospf 1

summary-address 10.1.0.0 255.255.0.0

完成上述配置后，R2、R3、R4及R5都会学习到一条10.1.0.0/16的汇总路由（使用Type-5 LSA描述），而不会再学习到10.1.1.0/24、10.1.2.0/24以及10.1.3.0/24这三条明细路由。

本地也会产生特殊路由来防环　O 10.1.0.0/16 is a summary, 00:00:04, Null0

用以下命令可以去掉：

router ospf 1

no discard-route external

六.认证

2种认证方法：明文，密文

3种认证范围：链路认证，区域认证，虚链路认证

具体配置方法（注意看Router后面跟的是接口还是OSPF进程）

七.网络类型

1.点到点（Point-to-Point）

2.点到多点（Point-to-Multipoint）

3.虚链路（Virtual Link）

4.广播（Broadcast）

5.非广播多路访问（NBMA）