OSPF路由协议详解----超详细
文章目录
- 前言
- 一、OSPF协议的数据包
-
- 1.数据包结构
- 2.数据包种类
- 二、状态机
- 三、OSPF的工作过程
- 四、OSPF的基础配置
- 五、OSPF协议邻居成为邻接关系的条件
- 六、OSPF接口网络类型
- 七、OSPF的不规则区域
- 八、OSPF的各种LSA---数据库表
- 九、OSPF的优化---减少LSA更新量
-
- 1.汇总---减少骨干区域的LSA数量 -- 前提要求网络存在合理的地址规划
- 2.特殊区域---减少各个非骨干区域的LSA数量
- 十、OSPF的扩展配置
-
- 1.认证---接口认证
- 2.被动接口（沉默接口）
- 3.加快收敛
- 4.缺省路由---3类的缺省、5类的缺省、7类缺省
- 总结
前言
学习OSPF动态路由协议前，让我们先对动态路由协议有一个简单的认识。
动态路由协议：在路由器上启动动态路由协议后，路由器间相互通讯，进行数据沟通，之后通过计算学习到所需路由。
目前主流的动态路由有：RIP、OSPF、EIGRP、ISIS、BGP
动态路由协议分为两大类：
基于AS进行分类：AS–自治系统
- AS之内运行—IGP协议：内部网关路由协议 ------ OSPF、RIP、ISIS、EIGRP
- AS之间运行—EGP协议：外部网关路由协议 ------ BGP、EGP
IGP协议的分类：
- 基于更新是是否携带子网掩码分为：有类别（不带子网掩码）、无类别（携带子网掩码）
- 基于工作特点进行分类
- 距离矢量–DV：RIP、EIGRP 直接共享路由表----直接学习路由条目、更新量小
- 链路状态–LS：OSPF、ISIS 共享拓扑信息----本地计算路由条目、更新量大
接下来，我们来学习OSPF动态路由协议
**OSPF：开放式最短路径优先协议----无类别链路状态型路由协议，是一个公有协议，传输内容跨层封装到IP报头，协议号：89。组播更新：224.0.0.5/224.0.0.6。更新机制有触发更新、周期更新（30min/次）。由于更新量大，在部署环境中需要结构化部署：区域划分，地址规划。
一、OSPF协议的数据包
1.数据包结构
2.数据包种类
- Hello：用于邻居/邻接关系的发现、建立、周期保活。hello time默认为10s/30s，dead time为hello time的4倍
- DBD：数据库描述包
- LSR：链路状态请求
- LSU：链路状态更新
- LSAck：链路状态确认
二、状态机
- Down：初始状态，本地发出Hello包后，进入下一状态
- Init：初始化，收到的Hello包中携带本地的Routet ID，进入下一状态，否则停留在该状态
- 2-Way：双向通讯 ，邻居关系建立的标志
- 从2-Way进入下一状态需要进行条件匹配，匹配成功，进入下一状态；匹配失败，停留在2-Way状态，仅收发hello包周期保活即可。
- Exstart：预启动，使用类似hello包的DBD包进行主从关系选举，Router ID大的为主，优先进入下一状态。
- Exchange：准交换，使用真正的DBD包进行数据库目录共享，需要LSAck确认
- Loading：加载，使用LSR/LSU/LSAck来获取未知的LSA信息
- Full：转发，邻接关系建立的标志
LSA：链路状态通告，在不同的网络条件中会产生不同类别的LSA信息来代表拓扑或路由条目
LSDB：链路状态数据库，装载和存储各种类别的LSA
三、OSPF的工作过程
启动OSPF协议后，路由器A向本地所有直连的接口组播（224.0.0.5/6）发送hello包，本地hello包中携带本地全网唯一的Routet ID。
之后路由器B运行OSPF协议后将回复hello包，本地发送的hello包中若携带路由器A的Router ID，路由器A收到后，双方将建立邻居关系。生成邻居表
邻居关系建立后，邻居间进行条件匹配，匹配失败，停留在邻居关系，仅hello包周期保活；匹配成功，双方开始建立邻接关系。
邻接间共享DBD包，将本地与邻接的DBD包进行对比，查找本地没有的LSA信息，之后使用LSR进行询问，对端使用LSU应答具体的LSA信息，本地再使用LSAck确认。该过程完成后，生成数据库表
再之后，本地基于数据库表，启用SPF选路规则，计算到达未知网段的最短路径，并加载到本地的路由表中；路由表收敛完成后，hello包周期保活，每30min收发一次DBD，判断与邻接间的数据库表是否一致。
结构突变：
- 新增网段：新增网段的直连设备将直接使用LSU包来告知本地所有邻接，之后再由邻接告知全网设备，邻接需用LSAck确认。
- 断开网段：新增网段的直连设备将直接使用LSU包来告知本地所有邻接，之后再由邻接告知全网设备，邻接需用LSAck确认。
- 无法沟通：本地与邻接间由于某些原因无法收发hello包，hello包每10s一次，dead time为hello time的4倍，当dead time到时后，断开邻居关系，删除通过该邻接生成的所有路由信息。
四、OSPF的基础配置
[r1]ospf 1 router-id 1.1.1.1 启动时，需要定义进程号；进程号仅具有本地唯一性； 建议同时配置全网唯一的router-id； 生成顺序—手工---本地环回接口中最大ip地址数值---本地物理接口中最大数值的ip地址
[r1-ospf-1]
宣告：ospf协议在宣告的同时需要进行区域划分
区域划分规则：
-
星型拓扑结构，区域0为中心骨干区域，其他大于0为非骨干区域
-
必须拥有ABR—区域边界路由器
[r2-ospf-1]area 0 先进入区域，之后再该区域内宣告属于该区域的接口，宣告时必须携带反掩码 [r2-ospf-1-area-0.0.0.0]network 12.1.1.2 0.0.0.0 [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]q [r2-ospf-1]area 1 [r2-ospf-1-area-0.0.0.1]network 23.1.1.1 0.0.0.0
启动配置完成后，邻居间收发hello包，建立邻居关系；生成邻居表
[r2]display ospf peer //查看邻居表详情
[r2]display ospf peer brief //查看邻居表摘要
邻居、邻接关系的发现、建立、保活均依赖hello包进行；
Hello包中邻居间必须完全一致的参数：任意参数不同，均导致邻居关系无法建立
1、子网掩码（华为）发送hello包接口的源ip地址其掩码
2、Hello dead time -- OSPF接口网络类型相关
3、认证字段 -- 更新安全
4、区域ID -- 要求区域间存在ABR
5、末梢区域标记 --特殊区域
邻居关系建立后，邻居间进行条件匹配，匹配成功者间可以建立为邻接关系；邻接关系间将使用DBD包进行主从关系选举，之后由主优先使用DBD进行数据库目录信息的共享，从而最终基于LSR/LSU/LSAck来获取未知的LSA信息；当收集到全网的LSA信息后，装载于本地的LSDB（链路状态数据库）—数据库表：
display ospf lsdb 查看ospf数据库表
关于OSPF，DBD包的几个知识点：
1、DBD包中携带MTU值，要求邻居MTU值必须相同，否则将卡在exstart或exchange状态；
默认华为未开启MTU检测
[r1]interface GigabitEthernet 0/0/1
[r1-GigabitEthernet0/0/1]ospf mtu-enable
2、隐性确认—不使用确认包，而是从设备复制主设备的序列号来确认收到了主的DBD
3、OSPF标记位 I M MS I为1本地发出的第一个DBD包
M为0，表示本地发出的最后一个DBD； MS为1代表主，为0代表从；
数据库建立后，本地基于SPF选路规则，计算到达未知网段最短路径加载于路由表中；
1、字母
Cisco
O - OSPF
IA - OSPF inter area
N1 - OSPF NSSA external type 1, N2 - OSPF NSSA external type 2
E1 - OSPF external type 1, E2 - OSPF external type 2
O 同一区域内，本地通过拓扑计算所得
O IA 域间路由，ABR通过其他区域的拓扑计算所得路由，然后共享到另一个区域；本地区域另一区域
O E1/2 域外路由 其他协议或其他进程产生后，通过ASBR重发布进入到OSPF协议
O N1/2 NSSA域外路由 其他协议或其他进程产生后，通过ASBR重发布进入到OSPF协议，同时学习到这条路由的设备处于ospf的一种NSSA的特殊区域中
display ospf routing 华为查看
2、管理距离（华为为优先级）
Cisco设备定义管理距离为110 在华为设备上优先级为10
3、度量（cost）
开销值 参考带宽/接口带宽 华为设备，环回接口不计算为一段路径；默认的参考带宽为100M；
优选cost值之和最小路径；
五、OSPF协议邻居成为邻接关系的条件
在点到点网络中，所有的OSPF邻居将直接建立为邻接关系；
在MA网络中，为了避免大量的重复的LSA更新—因为OSPF需要邻接间进行DBD对比，故没有接口水平分割机制；所以必须进行DR/BDR选举，非DR/BDR间仅建立邻居关系；------在每一个MA网络中均需要进行一次选举；
选举规则：
1、优先级 数值大优，默认为1； 若为0为放弃选举；
2、优先级一致，比较参选接口所有设备的router-id，数值大优；
[r1-GigabitEthernet0/0/1]ospf dr-priority 2 修改参选接口的优先级
切记：DR选举非抢占 ，故在修改优先级后，必须重启参选设备ospf进程来重新选举
reset ospf process 重启ospf进程
Warning: The OSPF process will be reset. Continue? [Y/N]:y
六、OSPF接口网络类型
OSPF协议在不同网路类型的接口下，其不同的工作方式
| 接口网络类型 | OSPF接口网络类型（ospf工作方式） |
|---|---|
| LoopBack 0 | Cisco – LoopBack 没有hello包 以32位主机路由发送 华为—显示为p2p类型 实际为LoopBack工作方式 |
| 点到点（串线HDLC/PPP/GRE） | p2p. hello time10s 自动建邻 不选DR/BDR |
| BMA（以太网 ） | Broadcast hello time 10s 自动建邻 选DR/BDR |
| NBMA（帧中继 ） | nbma hello time 30s 手工建立邻居 选DR/BDR |
| MGRE | p2p. hello time10s 自动建邻 不选DR/BDR –在一个网段中只能存在一个邻居；华为设备在一个MGRE网段，接口为点到点工作方式时，仅和最先收到hello的设备建立邻居关系；Cisco在这种情况将出现邻居的翻滚； |
注：在MGRE环境中，接口默认的ospf工作方式为点到点，这种方式无法实现该NBMA网段的邻居全连；故只能去修改接口的工作方式
修改MGRE网段所有接口为Broadcast工作方式，切记若一部分接口修改为Broadcast，另一部分接口依然保持为点到点，由于hello time相同可以建立邻居关系，但工作机制在DR/BDR选举处不同，故最终该网段无法正常收敛；
【1】同时，必须关注网络拓扑结构；若该网段为全连网状结构，那么DR选举将正常进行；但若为部分网状或中心到站点拓扑，将可能出现DR位置错误问题；
【2】若网络拓扑只能为部分网状或中心到站点，需要人为手工干预DR位置，或者将所有接口的工作方式修改为点到多点工作方式；
Ospf的点到多点工作方式：只能手工配置，适用于部分网状结构拓扑；Hello time30s，不选DR/BDR，自动建立邻居关系；
七、OSPF的不规则区域
一台ABR设备若没有连接到骨干区域0，那么默认不得区域间路由的共享
-
远离了骨干的非骨干区域
-
不连续骨干
解决方案： 1）在合法与非法ABR上建立tunnel，然后将其宣告到ospf协议中 缺点：1、周期更新、保活、触发更新对中间穿越区域产生资源占用 2、选路不佳---当ospf同时学习到两条相同目标，但区域不同时，优选骨干区域； 2）虚链路 --- 在合法与非法ABR上建立虚链路，由合法ABR为非法ABR进行授权；使得非法ABR可以进行区域间路由的共享； 因为并没有增添新的路径，故不存在选路不佳的问题；但同样会对中间穿越区域产生资源占用 [r2-ospf-1]area 1 两台ABR共同所在的区域 [r2-ospf-1-area-0.0.0.1]vlink-peer 4.4.4.4 对端ABR的RID Cisco为了避免周期信息对中间区域的占用，取消虚链路上的所有周期行为；---不可靠 华为在虚链路上依然保持周期的保活、更新---对中间区域的资源占用 3）多进程双向重发布（推荐） 多进程--- 同一台设备上，不同的进程可以工作在不同的接口上，建立各自的邻居关系，生成各自的数据库（不共享）； 仅将各自计算所得路由加载于同一张路由表内；一个接口只能被一个进程来宣告； 双向重发布，ASBR（自治系统边界路由器、协议边界路由器），将不同进程或不同协议产生的路由进行双向共享； [r2]ospf 1 [r2-ospf-1]import-route ospf 2 [r2-ospf-1]q [r2]ospf 2 [r2-ospf-2]import-route ospf 1
八、OSPF的各种LSA—数据库表
display ospf lsdb
display ospf lsdb router 1.1.1.1 查看具体的信息
类别名 link-id（在目录中的编号）
所有类别的LSA，均携带以下信息
Type : Router 类别名 此处为1类
Ls id : 1.1.1.1 link-id 在目录中的编号
Adv rtr : 1.1.1.1 通告者 --- 该LSA的更新源设备的RID
Ls age : 1359 老化时间 1800s周期刷新为0 触发更新归0 最大3609s
Len : 48
Options : E
seq# : 8000000c 序列号
chksum : 0x818c 校验码
OSPF的LSA是1800s会更新一次，更新一次序列号会+1
LSA的新旧比较
1、会先比较序列号，序列号越大越优，
2、如果序列号相同，会比较校验值（checksum)越大越优
3、如果校验值也相同，会比较LSA Age时间，是否等于MAX-age时间（3600）
4、如果age时间不等于max-age时间，会比较他们的差值，如果差值大15分钟（900秒），小的优
5、如果age时间不等于max-age时间，会比较他们的差值，如果差值小于15分钟，说明是同一条LSA，忽略其中一条
什么情况下LSA会更新：
1、1800到期会周期更新
2、触发更新（接口地址变化（增加，或删除），修改接口开销值，删除接口，或者删除通告）
| 类别名 | 传播范围 | 通告者 | 携带的信息 | link-id |
|---|---|---|---|---|
| 1类LSA-router | 本区域内 | 本区域内的每台路由器 | 该区域每台设备的直连拓扑 | 通告者的RID |
| 2类LSA-Network | 本区域内 | 每个MA网段中的DR | 该网段的拓扑 | DR接口的ip地址 |
| 3类LSA-summary | 整个OSPF域 | ABR，在经过下一台ABR时，修改为新的ABR | O IA 域间路由 | 域间路由的目标网络号 |
| 4类LSA-asbr | 除ASBR所在区域外的整个ospf域；ASBR所在区域使用1类标记位置 | ABR，在经过下一台ABR时，修改为新的ABR | ASBR的位置 | ASBR的RID |
| 5类LSA-ase | 整个OSPF域 | ASBR 在ospf内部传递时不变 | O E 域外路由 | 域外路由的目标网络号 |
| 七类LSA-nssa | ASBR所在区域 | ASBR | O E 域外路由 | 域外路由的目标网络号 |
注：七类LSA是OSPF特殊区域中完全NSSA产生的，实际上为五类LSA以七类的名义从ASBR上发送出去，在经过ABR进入骨干区域时被转换回五类LSA
九、OSPF的优化—减少LSA更新量
1.汇总—减少骨干区域的LSA数量 – 前提要求网络存在合理的地址规划
【1】汇总
1）域间路由汇总—ABR将本地直连的A区域1/2类LSA计算所得路由，再通过3类LSA共享到其它本地所直连的B区域时；
[r1]ospf 1
[r1-ospf-1]area 1 明细路由所在区域
[r1-ospf-1-area-0.0.0.1]abr-summary 3.3.2.0 255.255.254.0
2）域外路由汇总—在ASBR上操作，将5类/7类LSA向OSPF发布时进行汇总；
[r2]ospf 1
[r2-ospf-1]asbr-summary 99.1.0.0 255.255.252.0
注：切记华为设备默认不会在进行汇总配置的设备上，自动生成空接口防环路由；
2.特殊区域—减少各个非骨干区域的LSA数量
【1】特殊区域 不能是骨干区域，不能存在虚链路；
「1」同时不存在ASBR
1）末梢区域—该区域拒绝4/5的LSA进入；由该区域连接骨干区域的ABR设备，向区域内发送一条3类的缺省路由；
[r1]ospf 1
[r1-ospf-1]area 1
[r1-ospf-1-area-0.0.0.1]stub
注：该区域内所有设备均需要定义，否则无法建立邻居关系；
2)完全末梢区域，在末梢区域的基础上进一步拒绝3类的LSA；仅保留一条3类的缺省路由； 先将该区域配置为末梢区域，然后仅在ABR上定义完全末梢即可；
[r1]ospf 1
[r1-ospf-1]area 1
[r1-ospf-1-area-0.0.0.1]stub no-summary
「2」同时存在ASBR
1)NSSA 非完全末梢区域—拒绝非本区域内部产生4/5LSA，本区域ASBR产生的5类将通过7类LSA传输，到达ABR处进入骨干区域时，由7类转换回5类；
在cisco设备中为了避免环路的出现，OSPF协议在NSSA区域配置完成后，不会自动产生缺省路由；而是由管理员在缺省网络无环的前提下，手工添加；
在华为的设备中让由该区域连接骨干0的ABR自动下发一下7类缺省；
[r1]ospf 1
[r1-ospf-1]area 1
[r1-ospf-1-area-0.0.0.1]nssa
注：该区域内所有设备均需要定义，否则无法建立邻居关系；
2)完全NSSA – 完全的非完全末梢区域；在普通NSSA的基础上，近一步拒绝3类的LSA，由ABR产生一条3类缺省
先将该区域配置为普通的NSSA，然后仅在ABR上定义完全NSSA即可
[r1]ospf 1
[r1-ospf-1]area 1
[r1-ospf-1-area-0.0.0.1]nssa no-summary
特别注意事项：
由于特殊区域将自动产生缺省路由，指向骨干；故ISP所连接的位置很关键，否则将可能与特殊区域产生的缺省路由互为环路；要求ISP所在位置的OSPF区域不要做任何特殊区域配置；
十、OSPF的扩展配置
1.认证—接口认证
[r3]interface GigabitEthernet 0/0/1 在直连邻居的接口上配置即可
[r3-GigabitEthernet0/0/1]ospf authentication-mode md5 1 cisco123 密文认证，key编号1，密码为cisco123，密码直接以MD5值传递；
2.被动接口（沉默接口）
被动接口 – 只接受不发送路由协议的信息，其他信息正常通过；华为称为沉默接口
只能配置于连接用户的接口，不得用于连接OSPF邻居的接口；
[r3]ospf 1
[r3-ospf-1]silent-interface GigabitEthernet 0/0/0
3.加快收敛
修改计时器—OSPF的hello time 为10或30s；dead time为hello 的4倍；
改小计时器可以加快收敛速度，但将增加对网络资源占用；故修改时不宜修改过小，维持原有的倍数关系；
[r3]interface GigabitEthernet 0/0/1
[r3-GigabitEthernet0/0/1]ospf timer hello 5 修改本端的hello time，本端的dead time自动4倍关系匹配；直连邻居间hello 和dead time必须完全一致，否则无法建立邻居关系；
4.缺省路由—3类的缺省、5类的缺省、7类缺省
3类缺省-->配置特殊区域后自动生成---末梢、完全末梢、完全NSSA
5类缺省-->本地路由表中通过其他协议或OSPF的其他进程生成了缺省路由条目—前提
之后使用重发布机制将改条目重发布到ospf的协议中来；
[r4]ospf 1
[r4-ospf-1]default-route-advertise
默认导入路由起始度量为0,类型2；
[r4-ospf-1]default-route-advertise type 1 cost 10 修改类型和起始度量
若本地路由表中没有缺省条目，也可以让设备强制向内网发送一条5类缺省
[r4-ospf-1]default-route-advertise always 默认为类型2，cost值为0；
[r4-ospf-1]default-route-advertise always type 1 cost 10 修改类型和起始cost；
7类缺省：普通的NSSA区域将自动产生7类的LSA；也可在NSSA区域内手动生成出7类缺省
[r4]ospf 1
[r4-ospf-1]area 1
[r4-ospf-1-area-0.0.0.1]nssa default-route-advertise 默认为类型2 ，起始cost为0；
优选顺序：内部优于外部，类型1优于类型2；
总结
以上就是关于动态路由协议OSPF的一个详细介绍，希望对大家学习OSPF有所帮助。