OSPF的原理及应用

1.要求：

选路佳，收敛快，占用资源少

1，OSPF本身是链路状态型协议，所以，计算出的路径不会存在环路；并且使用带宽作为选路依据，所以，在选路的角度上优于RIP；

2，OSPF的计时器时间也短于RIP，所以，收敛速度会快于RIP；

3，因为OSPF协议传递的是LSA信息（拓扑信息），所以，单个数据包的资源占用远大于RIP；但是，因为RIP存在30S一次的周期更新，而OSPF并没有如此高频率的周期更新(依然有更新），

并且，OSPF协议存在许多针对资源占用的优化措施（划分区域，DBD包，主从关系选举），所以，从整体的角度看，OSPF资源占用上应该小优于RIP。

OSPF

--- 开放式最短路径优先协议

RIP存在3个版本：

--- RIPV1，RIPV2 --- IPV4

RIPNG --- IPV6

OSPF也存在3个版本 ：

--- OSPFV1（实验室阶段就夭折了），OSPFV2 --- IPV4

OSPFV3 --- IPV6

RIPV2和OSPFV2 相同点：

1，都是无类别的路由协议，都支持VLSM和CIDR；

2，都是使用组播发送数据

RIPV2 --- 224.0.0.9

OSPFV2 --- 224.0.0.5和224.0.0.6 

3，都支持等开销负载均衡

不同点：

RIP协议只能适用于小型网络环境中，而OSPF协议可以应用在中大型网络环境中 --- OSPF协议可以实现结构化部署 --- 划分区域 

2.OSPF的结构化部署

--- 区域划分

区域划分 

--- 区域内部传递拓扑信息，区域之间传递路由信息。 --- 链路状态型协议的距离矢量特征

主要作用:

减少资源占用

如果一个OSPF网络只存在一个区域，这个网络称为单区域OSPF网络；

如果一个OSPF网络存在多个区域，这样的网络称为多区域OSPF网络。

区域边界路由器

--- ABR --- 同时属于多个区域，一个接口对应一个区域，

必须有一个接口在区域0（骨干区域）中，将区域内的拓扑信息收集计算成路由信息，之后进行传递。

区域之间可以存在多个ABR设备，一个ABR设备可以处于多个区域。

区域划分的要求：

1，区域之间必须存在ABR设备；

2，区域划分必须按照星型拓扑结构进行划分。 --- 星型拓扑的中间区域 --- 骨干区域。

为了方便区分和标识不同的区域，我们给每一个区域都定义一个区域ID --- area id --- 32位二进制构成的 ---两种表示方法  ：

1，直接使用十进制进行表示；

2，使用点分十进制进行表示。

            ---- 骨干区域的区域ID定义为区域0。

3.工作原理

1，OSPF的数据包

hello包

--- 周期性的发包，建立和保活邻居关系。

hello包的发送周期（hello时间 ）--- 10S（以太网）/30S

死亡时间 --- dead time --- 4倍的hello时间

RID

--- 区分和标识不同的路由器

--- 本质由32位二进制构成 ---

1，格式统一；

2，全网d

RID的生成方式：

1，手工配置

2，自动生成 --- 首先，设备将优先选择环回接口的IP地址作为RID，如果存在多个环回接口，则将选择所有环回接口中IP地址最大的作为RID；如果没有配置环回接口，则将使用设备的物理接口的IP地址作为RID，如果物理接口存在多个，则选择IP地址最大的作为RID；

DBD包

--- 数据库描述报文 --- LSDB --- 链路状态数据库 --- LSA ---- “菜单” 

LSR包 --- 链路状态请求报文----基于DBD包，请求未知的LSA信息。 --- “点菜”

LSU包 --- 链路状态更新报文 --- 真正携带LSA的数据包 --- “上菜”

LSACK包 --- 链路状态确认报文 --- 确认包

OSPF协议具有周期更新机制，每隔30MIN发送一次。

2，OSPF的状态机

 

Two - Way --- 双向通信状态 ---- 标志着邻居关系的建立。

（条件匹配）条件匹配成功则可以进入到下一个状态，如果条件匹配失败。则将停留在邻居关系，则仅周期性的发送hello包进行保活

主从关系选举（减少资源占用）

--- 通过发送没有携带数据的DBD包来进行主从关系选举，比较RID来进行选举，RID大的为主，为主可以优先进入后面的状态

之所以使用DBD包主要是为了和之前的邻居关系进行区分。

 FULL --- 标志着邻接关系的建立。

---- 主要目的是为了和之前的邻居关系进行区分，邻居只能通过hello包进行保活，而邻接之间，可以交换LSA信息。

4.状态机

down状态 --- 启动ospf之后，发出hello包进入下一个状态

init（初始化）状态 --- 收到对方的hello包中包含自己本地的RID，则进入到下一个状态

Two-way（双向通信） --- 标志着邻居关系的建立

（条件匹配）

匹配成功，则进入到下一个状态；

失败则停留在邻居状态，仅使用hello包进行周期保活

exstart（预启动）状态（减少数据占用） --- 通过发送没有携带数据的DBD包来进主从关系选举，

比较RID来进行选举，RID大的为主，为主可以优先进入后面的状态

exchange（准交换）状态 --- 交换携带数据（摘要信息）的DBD包进行LSDB数据库目录共享

loading（加载）状态 --- 基于对端发送的DBD包，使用LSR/LSU/LSACK交换未知的LSA信息

FULL状态 --- 标志着邻接关系的建立。

5，OSPF关系建立

启动配置完成，ospf协议向本地所有运行协议的接口以组播的形式（224.0.0.5）发送 hello包；

hello包中携带自己本地RID，以及本地已知的邻居的RID。

之后，将收集到的邻居关系记录在一张表中 --- 邻居表；

邻居关系建立完成后，进行条件匹配。

失败则停留在邻居关系，仅hello包进行保活。

匹配成功，则开始建立邻接关系。

邻接关系建立过程:

首先，使用未携带数据的DBD包进行主从关系选举。

之后，使用携带数据的DBD包共享目录信息，

之后，基于DBD包，通过LSR/LSU/LSACK（请求信息；发送信息；确认信息）获取未知的LSA信息。将所有的LSA信息保存本地的LSDB数据库 --- 数据库表；

最后，基于LSDB，使用SPF算法进行计算，得到未知网段的路由信息，将其加载到路由表。

收敛完成后，周期性的发送hello包进行保活，每30min一次周期更新（远小于RIP的频率）。

结构突变

1，突然新增一个网段：触发更新，第一时间将变更信息通过LSU包传递出去，需要ACK 确认

2，突然断开一个网段：触发更新，第一时间将变更信息通过LSU包传递出去，需要ACK 确认

3，无法联系 --- dead time --- 40s

6，OSPF的基本配置

1，启动OSPF进程

[r1]ospf 1 router-id 1.1.1.1 --- 手工配置RID需要在进程启动时配置

[r1-ospf-1]

2，创建区域

[r1-ospf-1]area 0

[r1-ospf-1-area-0.0.0.0]

3，宣告

宣告的作用：

1，激活接口 --- 只有宣告的网段包含的接口会被激活，只有激活的接口可以收发OSPF 的数据。

2，发布路由 --- 只有激活的接口所对应的直连网段的路由才能被发布

[r1-ospf-1-area-0.0.0.0]network 1.1.1.1 0.0.0.0 --- 反掩码 --- 由连续的0和连续的1组成，0 对应位不可变，1对应位可变。

[r1]display ospf peer --- 查看邻居表

[r1]display ospf peer brief --- 查看邻居关系简表

[r1]display ospf lsdb --- 查看数据库表

[r1]display ospf lsdb router 2.2.2.2 --- 展开一条LSA的方法

[r1]display ip routing-table protocol ospf --- 查看路由表

 华为设备，OSPF协议的默认优先级为 -- 10

COST = 参考带宽 / 真实带宽 --- 华为设备默认的参考带宽为100Mbps

如果计算出来是一个小于1的小数，则直接按照1来算。

如果是一个大于1的小数，只取 整数部分。

[r1-ospf-1]bandwidth-reference 1000 --- 修改参考带宽

7.条件匹配

DR（大哥）：

--- 指定路由器 --- 和广播域内其他设备建立邻接关系

BDR（二弟）：

--- 备份指定路由器 --- 和广播域内其他设备建立邻接关系，称为DR设备的备份。

一个广播域内部，至少需要4台设备才能看到邻居关系。

DR和BDR其实是接口的概念

条件匹配

--- 在一个广播域中，若所有设备均为邻接关系，将出现大量的重复更新；

故需要进行DR/BDR的选举，所有DRother之间，仅维持邻居关系即可。

DR/BDR的选举规则

 1，先比较优先级，优先级最大的为DR，次大的为BDR；

优先级默认为1 --- 主要目的让人为修改

[r1-GigabitEthernet0/0/0]ospf dr-priority ?

INTEGER<0-255> Router priority value

注意：如果将一个接口的优先级设置为0，则代表这个接口将放弃DR/BDR的选举。

2，如果优先级相同，则比较RID。

RID大的路由器所对应的接口为DR，次大的为BDR。

DR/BDR的选举是非抢占模式的

---- 一旦角色选举出来，则将无法抢占。

---- 选举时 间：40s（等同于死亡时间）

reset ospf 1 process --- 重启OSPF进程

OSPF的拓展配置

1，OSPF的手工认证

[r1-GigabitEthernet0/0/0]ospf authentication-mode md5 1 cipher 123456

2，手工汇总

--- 区域汇总 在ABR设备上进行配置

[r2-ospf-1-area-0.0.0.0]abr-summary 192.168.0.0 255.255.254.0(子网掩码不可简写）

3，沉默接口

---配置了沉默接口的接口，将只接受不发送路由信息

[r2-ospf-1]silent-interface GigabitEthernet 0/0/2

4，加快收敛

--- 减少计时器的时间

[r1-GigabitEthernet0/0/0]ospf timer hello 120  --- 修改hello时间的方法

[r2-GigabitEthernet0/0/0]ospf timer dead ?

INTEGER <1-235926000>Second(s)

注意：邻居双方的hello时间和死亡时间必须相同，否则将断开邻居关系

5，缺省路由

[r3-ospf-1]default-route-advertise

注意：这个命令要求边界设备自身得具有缺省路由才行

[r3-ospf-1]default-route-advertise always --- 在没有缺省的情况下，强制下发缺省