OSPF复习

目录

一、OSPF基础（开放式最短路径优先协议）

1、技术背景（RIP中存在的问题）

2、OSPF协议特点

3、OSPF三张表

4、OSPF数据包(可抓包)

头部数据包内容：

OSPF数据包（五种）

(1)hello包

(2)DBD（数据库描述报文）

(3)LSR：链路状态请求

(4)LSU：链路状态更新信息

(5)LSAck:对LSU的确认

5、OSPF工作过程

（1）确认可达性，建立邻居

（2）摘要同步，开始建立邻接关系

（3）完整信息同步，完全邻接关系建立

6、OSPF的状态机（七加一个）

7、LSDB的更新

8、OSPF开销计算

（1）参考带宽：         

（2）计算方法：

二、OSPF的区域划分

1、区域产生背景

2、分区好处

3、区域类型

4、OSPF的路由器类型

三、OSFP基础实验

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一、OSPF基础（开放式最短路径优先协议）

1、技术背景（RIP中存在的问题）

        1. RIP中存在最大跳数为15的限制，不能适应大规模组网

        2.周期性发送全部路由信息，占用大量的带宽资源

        3.路由收敛速度慢

        4.以跳数作为度量值

        5.存在路由环路可能性

        6.每隔30秒更新

2、OSPF协议特点

        1.没有跳数限制，适合大规模组网

        2.使用组播更新变化的路由和网络信息

        3.路由收敛快

        4.以COST作为度量值

        5.采用SPF算法（最短路由优先算法---dijstart ）有效避免环路

        6.每隔30分钟更新

        7.在互联网上大量使用，是运用最广泛的路由协

注意：OSPF传递的是拓扑信息和路由信息，RIP传递的是路由表、

以下内容若无刻意强调，则都基于该图进行讨论:

 

OSPF配置：(以R2为例)

[R2]ospf 1                   （协议号1）
[R2-ospf-1]area 0       （区域编号0）
[R2-ospf-1-area-0.0.0.0]network 192.168.1.0 0.0.0.255
[R2-ospf-1-area-0.0.0.0]network 2.2.2.2 0.0.0.0
[R2-ospf-1-area-0.0.0.0]network 192.168.2.0 0.0.0.255     

若router-id不是相要的id则可以经行手动修改，命令如下：

                [R2]ospf 1 router-id 2.2.2.2   

        修改之后在进行重置OSPF进程 ，命令如下：

                reset ospf process

        注意：重置之后之前宣告的网段依然存在；

3、OSPF三张表

邻居表：记录邻居状态和关系

        查看邻居简表：display ospf peer brief 

        查看邻居表：display ospf peer 

 拓扑表：链路状态数据库（LSDB）----存放LSA（链路状态）的信息

                （同一区域的链路状态表相同）

         查看拓扑表 ：display ospf lsdb

OSPF路由表：记录由SPF算法计算的路由，存放在OSPF路由表中

 查看路由总表：display ip routing-table 

查看OSPF路由表 ：display ospf routing （含自身直连）        

查看OSPF路由表 display ip routing-table protocol ospf 

4、OSPF数据包(可抓包)

OSPF报文直接封装在IP报文中，协议号89

头部数据包内容：

数据包内容简析：

        版本(Version):对于OSPFv2，该字段值恒为2。OSPFV3---IPV6

        类型(Type):该OSPF报文的类型。该字段的值与报文类型的对应关系是:1-Hello;2-DBD;3-LSR;4-LSU;5-LSAck。

        报文长度（Packet Length):整个OSPF 报文的长度（字节数)。

        路由器ID (Router Identification):路由器的OSPF Router-ID。

        区域ID (Area Identification):该报文所属的区域ID，这是一个32bit 的数值。

        校验和(Checksum):用于校验报文有效性的字段。保证数据的完整性

        认证类型(Authentication Type):指示该报文使用的认证类型。

        认证数据（Authentication Data):用于报文认证的内容。

        

         IGP：内部网关协议（RIP/OSPF）

         EGP：外部网关协议（BGP）

OSPF数据包（五种）

(1)hello包

hello包携带自己的router ID：用来周期保活的，发现，建立邻居关系。

        只容纳RID：“具体区分和标识不同的OSPF”路由的身份，32位二进制构成

        （具有唯一性，统一性“按照IP地址格式执行“）

        网络掩码(Network Mask)：该字段填充的是该接口的网络掩码。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，否则影响邻居关系建立。

        Hello间隔(Hello Interval):接口周期性发送Hello报文的时间间隔(单位为s)。两台直连路由器要建立OSPF邻居关 系，需确保接口的Hello Interval相同，否则邻居关系无法正常建立。

                Hello时间：默认每10秒发送一次                                                                             

                Dead time 死亡时间：默认等于四倍的Hello时间   40秒                                          

                        OSPF在某些特殊的网络环境下会出现每30秒发送一次Hello包的情况             

                设备获取RID方法： （路由器的身份）                                                                     

                        1.手工配置                                                                                                        

                        2.自动生成                                                                                                        

                             若路由器配置了环回地址，那么他会选择环回地址中数值最大的作为自     

                        身RID                                                                                                                

                             若路由器没有配置环回地址，那么他会选择接口IP地址中数值最大的作为 

                        自身的RID                                                                                                        

         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。（了解）

        路由器优先级(Router Priority):路由器优先级，范围：0-255，数字越大优先级越高，默认是1，也叫DR优先级， 该字段用于DR、BDR 的选举

                                修改路由器的优先级：[R1-GigabitEthernet0/0/0]ospf dr-priority 100

        路由器（邻居死亡）失效时间（Router Dead Interval)：需确保双方直连接口的Router Dead Interval相同，否则 邻居关系无法正常建立。缺省情况下，OSPF路由器接口的Router Dead Interval为该接口的Hello Interval的4倍

        修改死亡时间：

        指定路由器(Designated Router):网络中DR的接口IP地址。如果该字段值为0.0.0.0，则表示没有DR，或者DR尚 未选举出来。

        备份指定路由器（Backup Designated Router):网络中 BDR的接口IP地址。如果该字段值为0.0.0.0，则表示网络 中没有BDR，或者BDR尚未选举出来。

        邻居(Neighbor)：在直连链路上发现的有效邻居，此处填充的是邻居的Router-iD，如果发现了多个邻居，则包含 多个邻居字段。

(2)DBD（数据库描述报文）

DBD（数据库描述报文）：描述LSDB中LSA的摘要信息类似于LSA的目录）

        LSBB数据库：链路状态数据库（是用来存储LSA“拓扑信息”）

        接口最大传输单元(Interface Maximum Transmission Unit):接口的MTU。最大1500个字节

        可选项(Options):路由器支持的OSPF可选项功能。

        DBD报文置位符：

                I：init位（初始），I=1，这是第一次报文的第一个DD报文

                M:more位，M=1表示后续还有DD报文

                MS:master位，MS=1,表示本端为主

        DD序列号(DD Sequence Number): DD报文的序列号，在DD报文交互的过程中，DD序列号被逐次加1，用于确保 DD报文传输的有序和可靠性。值得注意的是，DD序列号必须是由Master路由器来决定的，而Slave路由器只能使 用Master路由器发送的DD序列号来发送自己的DD报文。

(3)LSR：链路状态请求

LSR：链路状态请求，在与DBD包（LSA目录）比对后请求我没有的LSA信息.

                                    请求自己没有的或则比自己更新的链路状态详细信息

        链路状态类型：LSA的类型

        链路状态ID：在type1LSA中填入的是路由ID，type2LSA中填入的是发出该LSA的IP地址，type3LSA 中填入的是想要传播的路由条目的相关网络号

        通告路由器：通告该LSA的路由ID        

链路状态类型，链路状态ID，通告路由器 ---- “LSA三元组” --- 通过着三个参数可以唯一的标识出一条LSA

(4)LSU：链路状态更新信息

LSU：回复LSR包，真正携带LSA信息的数据包, 链路状态更新信息 一个LSU报文可以包含多个LSA

        当路由器感知到网络发生变化时，也可以触发LSU报文的泛洪，以便将该变化通知给网络中的其他OSPF 路由器。

        在MA网络中，非 DR、BDR路由器向224.0.0.6这个组播地址发送LSU报文，而DR及 BDR会侦听这个组播地址，DR 在接收LSU报文后向224.0.0.5发送LSU报文，从而将更新信息泛洪到整个OSPF区域，所有的OSPF 路由器都会侦听224.0.0.5这个组播地址。

        224.0.0.6----DR和BDR    

        244.0.0.5---DRother        

(5)LSAck:对LSU的确认

LSAck:对LSU的确认,回复R1信息以到达. 报文中包含着路由器所确认的LSA的头部（每个LSA头部的长度为20byte)   

5、OSPF工作过程

俩种关系：

        邻居：双方通过hello报文，相互认识

        邻接：邻居关系建立好后，进行一系列报文交互，当两台路由器LSDB同步完成，开始独立计算路由时，这两台路由 器形成了邻接关系

只要第一个Hello包发出路由器就进入了init状态

（1）确认可达性，建立邻居

hello 包三次握手：

router ID :标明的是路由器身份

手工配置：IPV4地址格式

自动选举：

        环回口:IP地址大的优先（若无环回口则从物理口中选择）

                物理口：IP地址大的优先

（2）摘要同步，开始建立邻接关系

        1.向邻接路由器发送DD报文，通告本地LSDB中所有LSA的摘要信息

        2.收到DD报文后，与本地LSDB对比，向对方发送LSR报文，请求发送本地所需要的LSA的完整信息

        3.收到LSR后,把对方所需的LSA的完整信息打包为一条LSU报文，发送至对方

        4.收到LSU后，向对方回复LSAck报文，进行确认

 

（3）完整信息同步，完全邻接关系建立

        完全邻接关系建立，LSDB表与OSPF路由表形成

6、OSPF的状态机（七加一个）

(1)down：关闭状态（稳定状态），这种情况处于手动指定邻居的情况下，发送hello包之后进入下一个状态

(2)INIT：初始化状态，收到对方的hello报文，但没有收到对方的hello确认报文

(3)Attempt：一般不会出现，只出现在NBMA网络中，发出hello，但收不到对方的hello包、

(4)2-way（稳定状态）：双方互相发现，邻居状态稳定，并确认了DR/BDR的角色；

        2-way前，确认DR/BDR

        选举原因：广播网络中使路由信息交换更加高速有序，可以降低需要维护的邻接关系数量

选举范围：每个网段都需要选出一个DR和BDR（0-255）

选举规则：1.优先级大的优先，默认优先级是1；

                  2.router-id大的优先

注：DR/BDR的选举没有抢占性

关系状态：DRother与DR建立邻接关系；

DRother与BDR建立邻接关系；

DR /BDR建立邻接关系；

DRother之间保持邻居关系 当选举完毕后，就算出现一台优先级更高的路由器，也不会替换成新的DR\BDR；需要原DR\BDR失效，或重置OSPF进程才会成为新的DR\BDR；

2-way的前提：

        Router-id无冲突，修改router-id需要重置ospf进程使生效；

        掩码长度一致（MA网络中）；

        区域ID一致；

        验证密码一致；

         hello-time一致；

        dead-time一致；

        特殊区域类型一致；

(5)Exstart：交换开始状态；发送第一个DD报文，但不发送LSA摘要，仅用于确定LSDB协商的主从，ROUTER-ID大 的成为master

(6)Exchange：交换状态；发送后续DD报文，用于通告LSDB中的LSA摘要

(7)Loading：读取状态，进行LSA的请求、加入和确认

(8)Full：邻接状态（稳定状态），两端同步LSDB；

        FULL的前提：两端MTU一致，否则可能卡在EXSTART\Exchange状态

        能够计算路由的前提：两端网络类型一致，否则邻居状态full,但无法学习路由

7、LSDB的更新

注：广播网络中的更新：只由DR发起

8、OSPF开销计算

（1）参考带宽：         

        默认是100M

        计算开销的基准带宽值

        参考带宽仅本地有效

        建议把网络中最高的链路带宽设置为参考带宽（不然 千兆链路和百兆链路的开销值都是1，无法判断哪条线路最 优）

（2）cost 计算方法：

        链路带宽大于等于参考带宽 cost=1

        反之，cost=参考带宽/链路带宽（Mb）

注：在路由器上。千兆以太网、百兆以太网、十兆以太网的缺省OSPF链路开销值分别是：1、1、10

二、OSPF的区域划分

1、区域产生背景

        OSPF路由器在同一个区域中泛洪LSA。为了确保每台路由器都拥有对网络拓扑的一致认知，LSDB需要在区域内 进行同步。不同区域的LSDB是不一样的

        如果OSPF域仅有一个区域，随着网络规模越来越大，OSPF路由器的数量越来越多，这将导致诸多问题。

2、分区好处

        减少LSA泛洪范围；

        减小路由表规模；

        提高网络扩展性，有利于组建大规模的网络；

3、区域类型

        骨干区域：area 0

        非骨干区域：

        特殊区域：减少邻居关系，减小OSPF路由表的规模

邻居关系过多缺点：

        （1）大量产生hello包，消耗CPU性能

        （2）产生重复路由通告，消耗CPU性能

        （3）任何一台路由器的路由变化都会导致多次传递,浪费了带宽资源

多区互连原则：

        非骨干区域与非骨干区域不能直接相连；

        所有非骨干区域必须与骨干区域相连；

                                        此设计是为防止区域间环路；

4、OSPF的路由器类型        

区域内路由器（IR）：所有接口在同一区域

骨干路由器（BR）：有接口在骨干区域

区域边界路由器（ABR）：连接骨干区域和非骨干区域

自治系统边界路由器（ASBR）：连接外部自治系统并引入外部路由

三、OSFP基础实验

         OSPF基础实验并尝试抓取OSPF的数据包

实验具体步骤请看博客“OSFP基础实验”