【CCNP】第五章 动态路由协议-OSPF
OSPF，open shortest path first, 开放最短路径优先，
OSPF协议基于IP协议，协议号为89，紧跟EIGRP的88。
先前介绍的两款协议RIP和EIGRP同属于距离矢量型（DV型）路由协议，
OSPF则和前两款不同，属于链路状态型（LS）路由协议，更加侧重于链路状态的发送，而不单单是传递路由条目。 OSPF是当前企业现网环境中运用最广泛的一款协议！
第一节 OSPF的理论
1.OSPF的报文
1. Hello报文：用于建立和维护OSPF邻居关系，默认发送间隔10s （30s） 2. DBD报文：链路状态描述报文，简要描述链路状态信息 3. LSR报文：链路状态请求，用于请求链路状态的详细信息 4. LSU：链路状态更新，用于响应LSR 5. LSACK：用于对DBD和LSU的确认
2.OSPF的邻居：
OSPF通过Hello报文建立和维护邻居关系
默认情况下， 在>=1.544M的链路上，Hello包间隔10s发送一次，Dead时间为40s； 在<1.544M的链路上，30s发送一次，Dead时间为120s。
OSPF的Hello时间和Dead时间是可以进行修改的，语法：
Router(config)#interface eX/y Router(config-if)#ip ospf hello-interval x # x为要修改的Hello时间间隔，范围1-65535，单位为s。 Router(config-if)#ip ospf dead-interval y # y为要修改的Dead时间间隔，范围1-65535，单位为s。
如果确需要修改Hello时间和Dead时间，还是建议保持原有的4倍关系会较为稳妥。同时需要注意的是，链路的两端如果有一端修改了Hello时间或Dead时间，另一端不做修改，原先建立好的邻居关系会Down掉。
3.OSPF的邻居状态机
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Down状态：OSPF进程刚刚开始时
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Init状态：OSPF进程初始化状态，在此状态下，本地的OSPF路由器已经向外发送了Hello报文，等待接收对端的Hello报文
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Two-way(2-way)状态：接收到了对端的Hello报文，判断是否与对端路由器继续发展邻居关系，该状态只会出现在广播网络（即E口、F口、G口链路组成的网络）中
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Exstart状态：选举主从关系，决定谁先发送OSPF报文（由主先进行发送，选举的依据是Router-id，一条链路上Router-ID大的为主，先进行发送。
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Exchange状态：双方依据Exstart状态选举的主从关系相互传递DBD报文。
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Loading状态：双方交换链路状态信息，此过程涉及LSR、LSU和LSAck三部分报文。
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Full状态：邻居建立成功。OSPF网络逐渐趋于稳定。
为什么要判断一下是否发展邻居关系？
防止在广播网络出现重复传递同一份LSA的情况。在此状态下发生的事件为DR/BDR的选举。
DR/BDR的选举
DR（Designated router）：指定路由器 BDR（backup designated router）：备份指定路由器
选举规则：
(1)比较优先级
优先级最高的路由器成为DR，次高的成为BDR
优先级值是基于接口的概念，且默认为1，可做修改:
Router(config)#interface eX/y Router(config-if)#ip ospf priority z # 其中z为可修改的优先级值，范围为0。0代表不参与选举，255则为最大
(2)比较Router-ID
Router-ID最高的成为DR，次高的成为BDR。
Router-ID：就是对路由器的一个标识，表现形式为点分十进制，类似于IP地址
Router-ID的选举规则：
a.看有无经过手工指定，如果有手工指定的Router-id，则**优先选择手工指定的Router-ID** b.如果没有手工指定，则看路由器是否配备环回口IP地址，如果有，则将**环回口IP地址作为Router-ID**。如果一台路由器具备**多个环回口地址**，则选举**环回口地址最大的作为OSPF的Router-ID** c.如果该路由器也未能配备环回口，则优选双up物理接口中的最大的IP地址作为OSPF的Router-ID
需要值得注意的是：
DR/BDR的选举一旦完成，决定好了DR和BDR的归属，再去调整优先级想让新的设备成为DR，则不会生效，因为OSPF是一个较为稳定的协议，如果想要让设备之间进行DR/BDR的重新选举，则需要敲入命令：
Router#clear ip ospf process
Reset ALL OSPF processes? [no]:yes # 一定要敲yes或者简写为y，默认行为为no。
DR、BDR、DRothers 之间的通信过程：
DR、BDR监听224.0.0.6，DRothers向224.0.0.6发送。
发送LSA
DRothers监听224.0.0.5，DR、BDR向224.0.0.5发送，
发送LSA
4.OSPF的区域及设计理念
OSPF的设计是为了大型网络及超大型网络来使用的，因此为了节约设备的资源，OSPF将网络划分成了一个又一个的区域，每个区域内的设备只需要掌握本区域内的详细的链路状态信息即可。
区域分为两大区域：骨干区域和非骨干区域
骨干区域：有且仅有一个，area 0 非骨干区域：除area 0以外的其它区域，范围1-4294967295
OSPF的区域是基于接口的概念，所以一台路由器可能接口会属于不同的路由器
第二节 OSPF的基础配置
OSPF的基本配置：
Router(config)#router ospf Process-ID # 进程号范围1-65535，需要注意的是进程号本地可以存在多个，也就是说OSPF支持多进程。 Router(config-router)#router-id x.x.x.x # 强烈推荐手工指定Router-ID的配置，方便观察邻居关系和排错等；
接下来进入OSPF的宣告环节， 来理解一下宣告的意思：宣告，就是想不想让某个接口参与OSPF进程，若参与，则该接口就会运行OSPF路由协议，定期发送hello包，建立邻居等；不宣告就不参与，就不会与对端形成OSPF邻居了。
OSPF的宣告：
OSPF的宣告方式支持三种方式
1.不精确宣告(网段宣告，不太推荐)
Router(config)#router ospf Process-ID Router(config-router)#network 192.168.1.0 0.0.0.255 area x
2.精确宣告(较为推荐)
Router(config)#router ospf Process-ID Router(config-router)#network 192.168.1.1 0.0.0.0 area x
3.接口宣告(强烈推荐)
Router(config)#interface eX/y Router(config-if)#ip ospf Process-ID area x
OSPF邻居建立的条件：
1.链路两端Hello/Dead Time必须保持一致 2.建立邻居的两个接口必须要处于同一区域中（一条链路上的两个接口必须同属于一个区域） 3.接口的掩码必须要相同 4.Router-ID必须唯一 5.接口两端的优先级不能都为0（只在广播网络中） 6.认证通过
OSPF的路由器角色：
1.DR/BDR、DRothers 2.ABR：区域边界路由器，一台OSPF路由器拥有多个区域时，称为ABR。 3.ASBR：自治系统边界路由器，一台路由器既运行了OSPF，又运行了其它路由协议。
OE1和OE2的区别：
它们代表的是外部路由1和外部路由2，它们的区别就在于是否加内部路由（度量花销）。默认是OE2就是不加内部路由，假设我的网络只有一个出口，那么使用OE1和OE2都一样；
A、如果有多个ASBR宣告一条到达同一外部AS的外部路由时候用只需要比较域外部开销，只需考虑外部开销更小就可以了，不需要考虑内部开销。所以优先选择OE2。
B、单出口(ASBR),计不计算域内开销已经没有意义,所以默认OE2。
C、如果我们只有一个出口那么OE2就能帮我们解决所有问题，如果我们有多个出口这时我们可以使用OE1，它能够让我们在做路由决策的时候变得更加精确。因此多出口,建议用OE1。
OSPF的重分发
在重分发进OSPF的时候，需要加入关键词subnets，才可同时发布子网，否则只会发布主类网络。
Router(config)#router ospf 1 Router(config-router)#redistribute eigrp 1/rip subnets
重分发进OSPF的路由默认类型均为OE2，且Metric值固定为20，无论后续传递多少台路由器，Metric值都保持不变。
如果想要改变重分发进OSPF的路由类型，可在重分发时加入关键字“metric-type 1”，即可变为OE1形式
Router(config)#router ospf 1 Router(config-router)#redistribute eigrp 1/rip subnets metric-type 1
如果重分发进OSPF的路由类型为OE1，则代表Metric值初始为20，后续可能会发生变化。
第三节 OSPF的LSA
OSPF的LSA
OSPF路由器之间相互传递的信息是链路状态信息(Link-State)
每台路由器都将链路状态信息存储在链路状态信息库里(Link-State-Database,LSDB)，可以通过命令 #show ip ospf databse 查看。
OSPF对这些LS划分了很多种类。
一类LSA
Router Link Stats:
用于描述产生该LSA的路由器的链路状态信息。运行在同一区域内的每台OSPF路由器都会产生一条一类的LSA。所以一类LSA由多少条就可以表明当前区域内存在多少条设备。
Router#show ip ospf database router # 查看一类LSA详细信息
Link-State-ID：用于区分不同的链路状态信息
Advertising Router：表明本LS是哪台OSPF路由器通告的。
Number of Links：表明该LS下的详细链路数目信息
Link Connected to：链路连接的类型
链路链接类型
一共可以有4种类型：
(1)Transit Network(传输网络)：拥有OSPF邻居的网络
Link ID：DR的IP地址
Link Data：始发该LSA的路由器的接口地址
(2)Point-to-Point(点到点网络)：串口组成的链路
Link ID：邻居路由器的Router-ID
Link Data：始发该LSA的路由器的接口地址
P2P类型的链路必须要两个类型来描述，必须要Stub Network补充描述。(3)Stub network link(末节网络)：在OSPF进程中，但是没有OSPF邻居的链路
Link ID：网络号
Link Data：掩码
注意：环回口默认情况下掩码始终为32位。同时环回口网络类型始终为Stub Network(4)Virtual-Link（虚链路）：为了解决孤立区域的解决方案
Link ID：邻居路由器的Router-ID
Link Data：从哪个接口与该邻居路由器建立虚链路
二类LSA
Net Link States:网络LSA
只出现于MA(多路访问)网络中，用于对一类LSA补充说明，描述当前网络中存在多少台OSPF路由器，可以根据二类LSA来确定该MA网络中路由器的数量，从而完整的绘制出整个网络的拓扑图。
Router#show ip ospf database network # 查看二类LSA详细信息
Link State ID：表明DR的IP地址
Advertising Router：通告的路由器的Router-ID
Attached Router：本MA网络内路由器的Router-ID
三类LSA
Summary Net Link States：汇总LSA
三类LSA不传递LS，传递的而是其他区域的路由条目。
Router#show ip ospf database summary # 查看三类LSA
Link State ID：网络号
Network Mask：网络号的掩码
Advertising Router：下一跳路由器的Router-ID
通过三类LSA收到的路由代码点都是OIA域间路由
四类LSA
Summary ASB Link States:
用于通告OSPF网络中ASBR的位置，此LSA由ABR产生。
由于五类LSA在传递重分发进OSPF的路由的时候字ADv Router字段值不变，同时非ASBR区域不知道ASBR的具体位置在哪，因此四类LSA需要作为五类LSA的一个补充说明。
Router#show ip ospf database asbr-summary
Link State ID：ASBR路由器的Router-ID
Advertising Router：通告该LSA的路由器的Router-ID
五类LSA
Type-5 AS External Link States:
用于传递重分发进OSPF的路由，由ASBR产生。
七类LSA
NSSA区域专用的LSA，与五类LSA相同。
第四节 OSPF的Metric值
OSPF的Metric值
的值所有路由入接口值的累加
开销当前链路的带宽
其中，分母100M是可以进行修改的
Router(config)#router ospf 1 Router(config-router)# auto-cost reference-bandwidth x # 单位Mbps
常见的链路类型由E口链路(以太网链路)，F口链路(快速以太网链路)，G口链路(吉比特以太网链路)，其链路带宽值及OSPF接口cost值计算如下表
| 接口名称 | SERIAL | ETHERNET | FASTETHERNET | GIGABITETHERNET |
|---|---|---|---|---|
| Bandwidth | 1.544M(S) | 10M(E) | 100M(F) | 1000M(G) |
| COST | 64 | 10 | 1 | 1 |
第五节 OSPF的孤立区域的解决方法
OSPF在设计时因为设计缺陷或将来引入更多新的设备，导致非骨干区域的ABR没有直接连接到骨干区域中，而是连接到了其它的非骨干区域，这个区域就叫做孤立区域。
1.虚链路
虚链路是OSPF自带的解决孤立区域的方法，创建好的虚链路自动属于区域0，从而可以将之前被孤立的区域扩展到骨干区域中去。
虚链路的部署：
第一步，确认部署位置，如上图所示，Area 2 被 Area 1孤立。
在该区域的两台ABR上(R2和R3，其中必须是一台设备可以连接到骨干区域，另一台设备连接到孤立区域)
第二步，部署虚链路
R2(config)#router ospf 1 R2(config-router)#area 1 virtual-link 3.3.3.3 # 对端路由器的Router-id R2建立虚链路的邻居是R3 R3(config)#router ospf 1 R3(config-router)#area 1 virtual-link 2.2.2.2 # 对端路由器的Router-id R3建立虚链路的邻居是R2
2.隧道
思路一致，在R2和R3之间建立隧道，在这个隧道中传递OSPF的信息。
R2: R2(config)#int tun 0 R2(config-if)#ip add 172.16.0.1 255.255.255.0 R2(config-if)#tunnel source 23.1.1.2 R2(config-if)#tunnel destination 23.1.1.3 R2(config-if)#ip ospf 1 area 0 # 要将隧道接口宣告进区域0 R3: R3(config)#int tun 0 R3(config)#ip add 172.16.0.2 255.255.255.0 R3(config)#tunnel source 23.1.1.3 R3(config)#tunnel destination 23.1.1.2 R3(config)#ip ospf 1 area 0
3.重分发
可以不必执着与同一进程的OSPF，不如换一种路由协议？或者OSPF换一个进程号？
R3上做双向重分发，将OSPF进程1的路由重分发进OSPF进程2中，OSPF进程2的路由重分发进OSPF进程1中
R3: R3(config)#router ospf 1 R3(config-router)#redisribute ospf 2 subnets (metric-type 1/2) R3: R3(config)#router ospf 2 R3(config-router)#redisribute ospf 1 subnets (metric-type 1/2)
OSPF的认证
OSPF既支持明文认证，也支持密文认证。
分为接口认证、区域认证和基于钥匙串的认证
接口认证：
1.明文认证
Router(config)#int e0/0 Router(config-if)# ip ospf authentication # 启用链路接口明文认证 Router(config-if)# ip ospf authentication-key cisco # 定义明文密钥
2.密文认证
Router(config)#int e0/0 Router(config-if)# ip ospf authentication message-digest # 启用链路接口密文认证 Router(config-if)# ip ospf message-digest-key 1 md5 cisco # 定义密文密钥
基于key-chain的认证:
Router(config)#key chain A Router(config-keychain)#key 1 Router(config-keychain-key)#key-string cisco # 定义密钥 Router(config-keychain-key)#cryptographic-algorithm md5 #定义加密算法，如md5，或hmac384等 Router(config)#int e0/0 Router(config-if)#ip ospf authentication key-chain A # 接口下调用该钥匙串
区域认证：
需要注意的是，区域认证需要结合链路认证来使用的，同时，如果对一个区域内的某台设备启用了密文认证，则该区域内的所有设备都需要启动区域认证。区域认证又分为明文认证和密文认证。
1.区域明文认证的配置：
Router(config)# router ospf 1 Router(config-router)# area x authentication # 对区域x开启明文认证 Router(config)#interface eX/y Router(config-if)# ip ospf authentication-key cisco # 区域认证需要结合链路认证使用
2.区域密文认证的配置：
Router(config)# router ospf 1 Router(config-router)# area x authentication message-digest # 对区域x开启密文认证 Router(config)#interface eX/y Router(config-if)# ip ospf message-digest-key 1 md5 cisco # 区域认证需要结合链路认证使用。
虚链路认证：
虚链路也是可以启用认证的，同样分为明文认证和密文认证
明文配置：
Router(config)#router ospf 1 Router(config-router)#area 1 virtual-link 3.3.3.3 authentication # 启用虚链路的明文认证 Router(config-router)#area 1 virtual-link 3.3.3.3 authentication-key cisco # 配置明文密钥
密文配置：
Router(config)#router ospf 1
Router(config-router)#area 1 virtual-link 3.3.3.3 authentication message-digest # 启用虚链路的密文认证
Router(config-router)#area 1 virtual-link 3.3.3.3 message-digest-key 1 md5 cisco # 配置密文密钥
OSPF的网络类型
Broadcast：广播，以太网。支持广播和组播。需要DR Hello包间隔时间10s，通过组播发现邻居 Point-to-Point：点到点，串行链路，支持广播和组播。不需要DR，Hello包间隔时间10s，通过组播发现邻居 NBMA：非广播多路访问，帧中继。不支持广播和组播。需要DR Hello包间隔时间30s，能依靠单播发现邻居 Point-to-multi-point：点到多点，帧中继。支持广播和组播。不需要DR Hello包间隔时间30s，通过组播发现邻居
网络类型:
| 广播和组播 | 邻居发现 | DR/BDR | HELLO时间 | |
|---|---|---|---|---|
| Broadcast | 支持 | 组播 | 需要 | 10 |
| Point-To-Point | 支持 | 组播 | 不需要 | 10 |
| NBMA | 不支持 | 单播 | 需要 | 30 |
| P2MP | 支持 | 组播 | 不需要 | 30 |
不同网络类型是否可以建立邻居和传递路由:
| 建立邻居 | 传递路由 | |
|---|---|---|
| Broadcast — P2P | √ | × |
| Broadcast - NBMA | × | × |
| Broadcast - P2MP | × | × |
| P2P — NBMA | × | × |
| P2P — P2MP | × | × |
| NBMA -P2MP | × | × |
第六节 OSPF的末节区域
OSPF将末节区域分为4种类型：
（1）stub：末节区域
当一个区域被配置为末节区域后，域外路由会消失，取而代之的是一条默认路由。
连接到末节区域的ABR会将四五类LSA过滤，同时，自动生成一条默认路由下发给该末节区域。
需要注意的是，如果将某一个区域内的一台设备置为Stub路由器，则需要将该区域内的其它设备同时置为Stub路由器，否则OSPF的邻居状态机会卡在Down状态，无法正常建立邻居关系。同时，有两个禁忌：
a.Area 0不能被配置为末节区域 b.存在ASBR的区域不能被配置为末节区域
配置语法：
Router(config)# router ospf process-id Router(config-router)# area x stub # 将区域x置为末节区域
（2）Totally Sutb：完全末节区域
在该区域中，ABR除了会将四五类LSA（域外路由）过滤之外，还会将三类LSA（域间路由）也过滤掉。
配置语法：
Router(config)# router ospf process-id Router(config-router)# area x stub no-summary # 将区域x置为完全末节区域
（3）NSSA：Not-So-Stubby-Area：非纯末节区域
由于传统的末节区域会将四五类LSA进行过滤，因此在重分发路由时，可以选用第二种解决方案：就是NSSA区域，NSSA区域依旧会过滤掉四五类LSA，只不过属于NSSA区域的ASBR会将域外路由（重分发进OSPF）的路由放入Type7-LSA中在NSSA区域中传递。
当ABR收到了七类LSA后，同时ABR需要将该七类LSA发向正常区域时，会将该七类LSA重新变回五类LSA，在正常区域中传递。
配置语法：
Router(config)# router ospf process-id
Router(config-router)# area x nssa # 将区域x置为非纯末节区域
但会带来一个问题，NSSA区域的路由器会断网，原因是连接到NSSA区域的ABR不会自动下发默认，下发默认需要手动配置：
Router(config)# router ospf process-id Router(config-router)# area 1 nssa default-information-originate # 加上下发默认参数
（4）Totally NSSA：完全非纯末节区域
Totally NSSA区域会将三四五类LSA都进行过滤，同时由ABR自动下放默认路由
配置语法：
Router(config)# router ospf process-id Router(config-router)# area 1 nssa no-summary # 将区域x置为完全非纯末节区域
第七节 OSPF的被动接口
在OSPF中，如果某个接口被置为被动接口，则不会从该被动接口接收或者发送Hello报文。也就意味着邻居起不来，路由也就无法传递。
配置语法：
Router(config)# router ospf process-id Router(config-router)# passive-interface e x/y # 将某一个接口设置为被动接口 Router(config-router)# passive-interface default # 将所有运行OSPF的接口都设置为被动接口
OSPF的下发默认
OSPF只支持自带的下放默认:
Router(config)# router ospf process-id Router(config-router)# default-information orginate # 将本地拥有的默认路由下发至OSPF网络中（前提是本地一定得有默认路由） Router(config-router)#default-information originate always # 无论本地有没有默认路由，都会下放
OSPF的重分发只支持和别的动态路由协议之间重分发，不支持重分发静态。