【思科】OSPF原理及配置

一、为什么会有OSPF协议？

① OSPF是什么？

Open Shortest Path First开放式最短路径优先
通过拓扑图的LSA进行Dijkstra算法计算，选择最优路由

② 相比手动配置静态路由，动态路由协议优势

比如当网段较多时候，PCA要pingPCB，需要经过五台路由器，一次就需要配十条以上的静态路由，而且还会弄混。
所以就推荐用动态路由协议，它是自动去学习每台路由器的不同信息，剩下了我们很多时间

③ 传统的动态路由协议

传统的动态路由协议有，如RIP（路由信息协议）和IGRP（内部网关路由协议）等，它们在大型网络中会出现路由环路、路由抖动、路由表过大等问题，从而影响网络的可靠性和性能。

④ 提高网络的可靠性和性能

OSPF协议通过链路状态路由协议的方式，能知道整个网络拓扑
相比较距离尺量协议（RIP），可以在网络中快速计算最短路径，并且支持多路径选择，从而提高网络的可靠性和性能
OSPF协议还支持分层设计和区域划分，可以帮助网络管理员更好地管理大型网络

二、OSPF的单区域简述

2.1 OSPF的原理

先发送Hello包，交换各自的Router-id，建立邻居关系
然后在确定主从，交换DBD包，建立邻接关系，开始交换LSA
把自己所有的LSA存在LSDB中，再进行Dijkstra算法计算，计算出一条最短路径。

2.2 OSPF的特点

1. 可支持区域划分
2. 基于IP协议号 ： 89
3. 具有快速收敛、路由更新
4. 作为一种无类路由协议，可支持VLSM和IPv4、IPv6
5. 组播地址 ：①224.0.0.5 ②224.0.0.6（DR 和 BDR专属）

2.3 OSPF的区域

1. 骨干区域（区域0）：骨干区域只能有一个，必须与非骨干区域相连接，必须连续相连
2. 非骨干区域（不是区域0）：这个也必须与骨干区域相连接，就是连续区域的意思。那如果是不连续区域（可以用虚拟链路，或者管道进行连接），里面通常连接终端设备

2.4 OSPF的路由状态

1. DR（Designated Router）指定路由器，OSPF协议启动时进行的开始选举
2. BDR（Backup Designated Router）备份指定路由器，也是在OSPF协议启动时进行的开始选举
3. DRother ：除去DR和BDR的设备
4. IR：所有接口都在同一个区域内
5. BR：有一个接口在区域0内
6. ABR：区域边界路由器，连接骨干和非骨干的路由器
7. ASBR ：自治系统区域边界路由器，连接OSPF区域和非OSPF区域的路由器

2.5 DR、BDR和DRother

DR和BDR负责维护OSPF数据库
并向网络上的其他路由器（DRother）分发路由信息
DR和BDR的选举规则：先比较优先级，后比较Router - id

为什么要有DR和BDR呢？

DR和BDR只接收同网段的路由信息LSA
然后DRother就是不相互发送LSA，而是只接受DR和BDR发来的LSA信息

如果有5台路由器在同一个网段内
没有DR和BDR的话，每一台路由器至少要产生和接收8条LSA，一共就是40条，极大降低了网络的稳定性和性能
有了DR和BDR后，可以分担网络中所有路由器的任务，减轻每个路由器的工作压力。
每台DRother，只需要产生而接收3条LSA就OK了，极大的提高网络的稳定性、性能和可靠性，还可以简化网络管理

2.5.1 Router- id

Router-id ：唯一标识一台路由器
选举规则
①手动选择
②选择最大loopback（环回口）地址
③如果没有loopback环回口，则选择最大的物理地址为Router-id

2.5.2 DR、BDR的选举规则

1. 首先比较优先级，但默认都为1，优先级越大越好
2. 当优先级为0，则失去选举资格，直接当DRother
3. 若优先级默认一样，则再比较Router - id，越大越优
4. 选举顺序是从BDR → DR，而不是直接DR
5. DR和BDR是非抢占机制，若要再次指定谁为DR，则需要重启OSPF进程

2.5.3 注意

1. 在同一个网段内进行DR和BDR的选举
2. 当确定好后DR， 而要再次选择谁是DR的话，则需要重新启动OSPF的进程
3. DR、BDR、DRother说的都是接口的概念，采用物理接口来标识路由的状态信息
4. 在串行网络中，并不存在DR和BDR的选举，这个是存在于广播网络及NBMA
5. OSPF协议启动后，在40s内没有新设备接入就会开始选举，若想按照自己的想法来配置DR和BDR，建议可以先配置优先级

2.6 OSPF的三张表

1. 邻居表
   存放了与本地路由器直接相连的邻居路由器的信息

里面包括邻居路由器的ID、IP地址、接口类型等。

2. 拓扑表
   存放了整个网络的拓扑结构信息（LSA），包括所有路由器和链路的状态信息。

LSA里面包含路由器或网络中的链路状态信息，包括链路的ID、类型、状态、带宽、延迟、可靠性等信息。

3. 路由表
   OSPF中的路由表中存放了路由器计算出的最优路径信息及直连路由信息

包括目的网络的IP地址、下一跳路由器的IP地址、出接口、路径的度量值等信息。
路由表中的信息是根据拓扑表中的信息计算出来的，通过Dijkstra算法计算出最短路径，并且及时更新路由信息。

2.7 OSPF的五种数据包类型

1. Hello ：用于邻居路由器之间发现和建立邻居关系的一种协议包
   里面含有本地路由的路由ID、下一个Hello包的时间间隔、路由状态、网络类型等。
2. DBD（DD）：用来建立主、从关系的一种关系包
   里面存有LSA的摘要（就是不完整LSA信息）
3. LSR ：向对方请求本地数据库所缺少的LSA完整信息
4. LSU ：根据对方发给我的LSA完整信息，进行本地数据库的更新
5. LSACK ：向对方回应我已经接受到你的LSA并且更新完毕

2.8 OSPF的七种状态

1. Down ：刚开启OSPF协议，还没有收到Hello包的时候

2. Init ：收到Hello包，但Hello报文里面没有活跃的邻居字段

3. 2 - way ：收到Hello包，该Hello报文里有活跃的邻居字段
   进行DR和BDR的选举，以及建立邻居关系

4. Exstart ：使用空DBD进行“主”、“从”关系的选举，RID大的为主

5. Exchange ：交互DBD、LSR、LSU、LSACK

6. Loading ：加载数据库，进行SPF算法

7. Full ：完全邻接状态，在这个状态下是可以交换LSA的

为什么要在exstart状态下，选举“主，从”关系

​在交换DD包时，需要保证双方的LSDB（Link State Database）是一致的
​如果双方一起发各自的DD包，会导致数据出现冲突
​所以，“主”是负责专门发送DD消息，而**“从”就是来接受并回复**

三、配置

3.1 实验拓扑

3.2 路由器配置

R1的配置

R1>en                                        ##进入特权模式
R1#conf t                                    ##进入全局配置模式

##   配置该接口的Ip地址   ##
R1(config)#int s1/0                          ##进入接口
R1(config-if)#no shut                        ##打开接口
R1(config-if)#ip add 172.16.10.1 255.255.255.0
R1(config-if)#ex

R1(config)#int e0/0 
R1(config-if)#no shut
R1(config-if)#ip add 192.168.10.1 255.255.255.0
R1(config-if)#ex

R1(config)#int loopback 0
R1(config-if)#ip add 1.1.1.1 255.255.255.0
R1(config-if)#ex

##   配置OSPF   ##
R1(config)#router ospf ?                   ##需要在后面输入该OSPF的进程号
  <1-65535>  Process ID

R1(config)#router ospf 1                   ##进入该进程1下的OSPF
R1(config-router)#router-id 1.1.1.1        ##事先配置好自己想要的router - id

R1(config-router)#network 172.16.10.0 ?    ##宣告该路由的网段，并在后面加上反掩码（通配符）
  A.B.C.D  OSPF wild card bits

R1(config-router)#network 172.16.10.0 0.0.0.255 area 0   ##宣告该路由信息到区域0中
R1(config-router)#network 192.168.10.0 0.0.0.255 area 0
R1(config-router)#network 1.1.1.0 0.0.0.255 area 0

R2的配置

R2>en
R2#conf t

R2(config)#int e0/0
R2(config-if)#no shut
R2(config-if)#ip add 192.168.10.2 255.255.255.0  
R2(config-if)#ex

R2(config)#int loopback 0
R2(config-if)#ip add 2.2.2.2 255.255.255.0
R2(config-if)#ex

R2(config)#router ospf 1
R2(config-router)#router-id 2.2.2.2
R2(config-router)#network 192.168.10.0 0.0.0.255 area 0 
R2(config-router)#network 2.2.2.0 0.0.0.255 area 0

R3的配置

Router>en
Router#conf t
Router(config)#hostname R3

R3(config)#int e0/0 
R3(config-if)#no shutdown 
R3(config-if)#ip address 192.168.10.3 255.255.255.0
R3(config-if)#ex

R3(config)#int loopback 0
R3(config-if)#ip add 3.3.3.3 255.255.255.0
R3(config-if)#ex

R3(config)#router ospf 1
R3(config-router)#router-id 3.3.3.3
R3(config-router)#network 192.168.10.0 0.0.0.255 area 0
R3(config-router)#network 3.3.3.0 0.0.0.255 area 0

R4的配置

R4>en
R4#conf t

R4(config)#int e0/0
R4(config-if)#no shut
R4(config-if)#ip address 192.168.10.4 255.255.255.0
R4(config-if)#ex

R4(config)#int l0
R4(config-if)#ip address 4.4.4.4 255.255.255.0
R4(config-if)#ex

R4(config)#router ospf 1
R4(config-router)#router-id 192.168.10.4
R4(config-router)#netw 192.168.10.0 0.0.0.255 area 0
R4(config-router)#network 4.4.4.0 0.0.0.255 area 0

R5的配置

R5>en
R5#conf t

R5(config)#int s1/0
R5(config-if)#no shut
R5(config-if)#ip address 172.16.10.5 255.255.255.0
R5(config-if)#ex

R5(config)#int l0
R5(config-if)#ip add 5.5.5.5 255.255.255.0
R5(config-if)#ex

R5(config)#router ospf 1
R5(config-router)#router-id 5.5.5.5
R5(config-router)#netw 172.16.10.0 0.0.0.255 area 0
R5(config-router)#netw 5.5.5.0 0.0.0.255 area 0

3.2.1查看邻居表

命令 ：show ip ospf neighbor

R2与R4分别和R3建立Full状态（DR、BDR、DRother的状态是Full状态）
分别作为该网段192.168.10.0 /24 的DR和BDR，可以去交换各自的LSA信息

可以看到R1与R3建立的状态是2-way（DRother 和 DRother 的状态是2 - way状态）
处于2 - way状态的话，只能是发送LSA，而不能接受到对方的LSA信息。统一接受DR和BDR的LSA，提高网络的稳定性、性能和可靠性，也简化网络管理

注意的一点：
这个是在广播网络类型，它是有DR 和BDR的
而点对点的网络类型中，是没有DR和BDR的，如下图，R1和R5的邻居表

大家可以看到，他们是处在FULL状态，而并没有DR和BDR的选举
等以后再讲原因，先知道这个东西先

3.2.2 查看拓扑表

命令 : show ip ospf database

3.2.3 查看路由表

命令 ：show ip route

这边可以看到，路由表是由目的网络的IP地址、下一跳路由器的IP地址、出接口、路径的度量值等组成。
前面有O的，就是说是通过OSPF获得的路由条目
而前面是C的，就是直连路由

3.3 测试

用ping指令去测试就好啦

我为什么会去选择写这些，就是因为我自己在上面找了很多配置，大多数都是配上去而实行不了，导致我花了大量的时间在上面，却面临的时间的浪费，所以我就想写出，2023年能用的命令配置

以上，就是OSPF的简述和单区域的配置，希望这些对大家有帮助。