OSPF

 

 【OSPF】

OSPF开放式路径最短优先[距离矢量]协议 基于链路状态的内部网关协议
通过同步LSDB 运用SPF算法计算最优路由。OSPF是一个完全的链路状态路由协议吗？
不是，只区域内，区域内无环。
【BGP是增强的距离矢量协议】

IPv4是Version 2 IPv6是Version3

在OSPF之前是RIP作为内部网关协议 存在收敛慢，环路路由，可扩展性差
优点：采用组播形式收发报文减少对不运行OSPF路由器的影响
OSPF支持无类型域间路由选路
OSPF支持对等价路由进行负载均衡
OSPF支持报文加密

【快速收敛机制】

1：OSPF快速收敛是为了提高路由的收敛速度而做的拓展特性：包括PRC（部分路由计算）和智能定时器
2：同时，OSPF支持故障恢复快速收敛，例如通过OSPF IP PRC（fast rerouter快速重路由）实现备份链路的快速切换
也可以与BFD联动快速感知故障

【RouterID】
必须存在Router ID 32比特无符号整数 是一台自治系统的唯一标识
手工配置
协议自动选取：优先从Loopback地址中选择最大的IP地址作为Router ID
如果没有配置Loopback接口 则选取最大的IP地址为Router ID
在路由器运行了OSPF并确定了Router ID后，如果该Router ID对应的接口Down或者
接口消失 或者出现更大IP 重新启动OSPF进程后 才会进行Router ID重新选取

【链路状态】

包括接口的IP地址 掩码 网络类型 链接的邻居 所有这些链路状态的集成
形成链路状态数据库

【COST】
OSPF使用cost“开销”作为路由度量值
每一个激活OSPF的接口都有一个COST值 cost=100M/接口带宽
其中100M为OSPF的参考带宽
一条OSPF路由的COST由该路由从路由的起源一路到达本地如接口的COST总和

OSPF特性
（1）支持接口验证和区域验证
（2）采用触发更新，可以使用路由标记tag对外部路由进行跟踪
（3）为确保链路状态数据库更新，每30分钟进行更新。
（4） OSPF默认优先级为10.外部路由为150。
（5） OSPF需要维护链路状态数据库，邻居表和路由表。
（6） 区域area 以接口为单位划分区域，在同一个区域内的路由器拥有相同的链路状态数据库，每一个区域维护一个单独LSDB
（7）area0是骨干区域，其他区域必须与骨干区域相连。

Hello报文 ：周期性发送 维持OSPF邻居关系
DD报文： 描述本地LSDB的摘要信息 用于两台设备进行数据库同步
LSR报文：向对方请求所需LSA
LSU报文：发送对方所需的LSA
LSAck报文：对接收的LSA进行确认

Router-LASA(type1)每个都会产生 描述了设备的链路状态和开销 在所属区域传播
Network-LSA（type2）由DR产生，描述本网段的链路状态 在所属区域传播
Network-summary-LSA（type3）由ABR产生，描述区域内某个网段的路由，并通告
给发布或接收此LSA的非Totally STUB或NSSA区域
ASBR-summary-LSA（type4）由ABR产生，描述到ASBR的路由，通告给除ASBR
所在区域的其他相关区域
AS-external-LSA（type5）由ASBR产生，描述到AS外部的路由，通告到所有区域
NSSA LSA（type7）由ASBR产生，描述到AS外部路由 仅在NSSA区域内传播
Opaque LSA（type9/10/11）提供扩展的通用机制

区域内路由：所有接口都在同一个area
区域边界路由器ABR：同属两个以上区域 但是其中一个必须是骨干区域。
连接骨干和非骨干既可以是物理也可以是逻辑
骨干路由器：至少一个接口属于骨干区域。所有的ABR位于Area0的内部设备都是骨干路由器
AS边界路由器：与其他AS交换信息称为ASBR，不一定位于AS边界，只要引入外部路由信息就是

路由类型：AS区域内和区域间描述的是AS内部的网络结构，AS外部路由则描述了应该
应该如何选择到AS以外木的地址的路由，OSPF将引入的AS外部路由分为
Type1 和Type2
Intra Area 区域内路由
Inter Area 区域间路由
Tpye1 外部路由：这类路由的可信程度高一些，所有计算出外部路由的开销和自治
系统内部的路由开销是相当的，并且和OSPF自身路由的开销具有可比性
Type2 外部路由：可信度比较低 OSPF协议认为从ASBR到AS之外的开销远远大于在AS内的ASBR开销

 

OSPF为什么划分区域

1、减小路由表大小

2、限制lsa的扩散

3、加快收敛

4、增强稳定性 

普通区域：缺省情况下，OSPF区域定位为普通区域，普通区域包括标准区域和骨干区域
标准区域是最通用的区域 传输域内路由 区域间和外路由

骨干区域：连接所有其他OPF区域的中央区域 骨干区域通常用Area0表示，所有区域经过骨干，避免环路的产生
STUB（末端）区域：不允许发布AS外部路由 只允许发布区域内路由和区域间
在STUB中路由的规模和传递数量都会大大减少，只传递1类，2类，3类
为了保证到自治系统外的路由可达，由该区域的ABR发布Type3缺省路由传播到区域内
所有到S外部的路由必须通告ABR才能发布
NSSA区域：可以引入AS外部路由，但是不会自动引入由ASBR发布type7（专门）通告给本区域，

这些type7在ABR上转换成type5并且泛洪到整个OSPF域中

NSSA区域同时保留AS内的STUB区域的特征，该区域的ABR发布Type7所有通过ABR才能发布
Totally NSSA区域：Totally区域允许引入AS外部路由 由ASBR发布Type7通告给本区域
这些Type7 LSA在ABR上转换成Type5 LSA 并且泛洪到整个域   减少3类LSA
Totally NSSA：区域同时保持自治系统的Totally STUB Area区域的特征
该区域的ABR发布Type3 和Type7必须通过ABR，进一步减少3类减少LSA

特殊区域：
         （1）OSPF路由器需要同时维护区域间，区域内，外部路由，信息库。当网络规模不断扩大时，
LSDB也会不断扩大，如果某个区域不需要其他区域的流量
         （2）OSPF通过划分区域可以减少LSA的数量

1 STUB区域
          （1）STUB区域的ABR不向STUB区域内传播它接受到的自治系统外部路由
          （2）STUB区域内路由，LSDB规模都会大幅度减少
          （3）STUB区域内的ABR生成一条缺省路由（对应三类LSA），并发布给STUB区域的其他路由器
          （4）骨干区域不可以配置STUB区域
          （5）STUB区域所有路由器都要配置成STUB路由器
          （6）STUB区域内不能存在ASBR
          （7）虚连接不能穿过STUB区域创建。

2 tolly STUB区域
          （1）
     

网络类型
 （1）P2P网络：仅两台设备直连，支持广播组播，掩码不同，不同网段可以建立邻居。
 （2）广播型网络：多台设备通过共享介质连接的网络，支持广播组播
 （3）帧中继网络：两台或者两台以上设备通过虚链路连接，每台设备全互通，不支持广播和组播。
 （4）点到多点网络：多个点到点网络的合集，支持组播和广播。

DR和BDR
在广播网和NBMA网络中，任意两台路由器之间都要传递路由信息。网络中有
N台路由器 则需要建立n*（n-1）/2个邻接关系，这使得任何一台路由器都会多次
传递，浪费带宽资源，为解决这一问题，OSPF定义了指定路由器DR和备份指定路由BDR
所有路由器都只将信息给DR，由DR将LSA广播出去，除DR和BDR之外的路由器
之间将不再建立邻接关系，也不再交换任何路由信息，

 如果DR失效，则网咯中的路由器必须重新选举DR，并且同步，这需要很长的时间
BDR是对DR的一个备份，在选举DR的同时也选举出BDR，BDR也建立邻接关系交换路由信息
当DR失效后，BDR会立即成为DR
DR和BDR不是认为指定的，而是由本网段中所有的路由器共同选举出来的。
 路由器接口的DR优先级决定了该接口在选举DR，BDR所具有的资格。本网段
内DR优先级大于0的路由器都作为“候选人”。选举中使用的“选票”就是Hello报文
每台路由器将自己选出的DR写入Hello报文中，每台路由器将自己选出的DR写入Hello报文中
发给网段上的其他路由器。当处于同一网段的两台路由器同时宣布自己是DR时，DR优先级高者胜出
如果优先级相等对比RouterID

邻居状态机
在OSPF网络中，为了交换路由信息，邻居设备之间首先要建立邻接关系，
邻居关系：交换HELLO报文，报文中定义的参数双方一直形成邻居关系
邻接关系：形成邻居关系后，如果两端设备成功交换DD报文和LSA，才建立邻接

状态机：Down-Attempt-init-2way-Exstart-Exchange-loding-full
Down:邻居会话的初始阶段，表明没有邻居失效时间间隔内收到来自邻居路由器
的hello数据包
Attempt：该状态仅发生在NBMA网络中，表明对端在邻居失效时间间隔，超时前
任然没有回复Hello报文。此时路由器依然发送轮询Hello报文的时间间隔
init：收到Hello报文后
2way：收到hello报文中包含自己的RouterID，则2way；如果不需要形成邻接关系
关系则邻居状态机就停留在此状态， 否则进入Exstart
Exstart：开始协商主从关系，并确定DD的序列号，此时状态为Exstart
Exchange：主从协商完毕后开始交换DD报文，此时状态为Exchange
Loading：DD报文交换完成即Exchange done，此时状态为Loading
Full：LSR重传列表为空，此时状态为Full

OSPF报文认证
OSPF支持报文验证功能，只能通过验证的OSPF报文才能接收，否则将不能
正常建立邻居
路由器支持两种验证方式
区域验证方式 接口验证方式（优先）

OSPF路由聚合
    路由聚合是指ABR可以将具有相同前缀的路由信息聚合在一起，只发布一条路由到其他区域
区域间通过路由聚合，可以减少路由信息，从而减小路由表的规模，提高设备性能
OSPF有两种路由聚合方式：
ABR聚合：ABR向其他区域发送路由信息时，以网段为单位生成Type3 LSA，如果该网域
中存在一些连续的网段，则可以通过命令将这些连续的网段聚合成一个网段。这样ABR只发送一条聚合后的LSA
所有属于命令指定的聚合网段范围的LSA将不会再被单独发送出去
ASBR聚合：配置路由聚合后，如果本地设备是自治系统边界路由器ASBR，将对引入的聚合
地址范围内的Type5 LSA进行聚合。当配置了NSSA区域时，还要对引入的聚合地址
范围内的Type7 LSA进行聚合
如果本地设备即是ASBR又是ABR，则对由Type7 LSA转化成Type5 LSA进行聚合处理

OSPF缺省路由
缺省路由是指目的地址和掩码都是0的路由，当设备无精准匹配的路由时，就
可以通过缺省路由进行报文转发。由于OSPF路由的分级管理，Type3缺省路由
的优先级高于Type5和Type7
OSPF缺省路由通常应用于下面两种情况
1：由区域边界路由器（ABR）发布Type3 缺省SummaryLSA，用来指导区域
内设备进行报文的抓发
2由自治系统边界路由器（ASBR）发布Type5外部缺省ASE LSA，或者Type7外部

缺省NSSA LSA,用来指导AS内设备进行自治系统外报文的转发

OSPF反掩码

   OSPF中宣告网段为 network+ip+反掩码

通配符掩码中，0表示要检查的位，1表示不需要检查的位。而在IP子网掩码中，数字1、0用来决定网络、子网，还是相应的主机的IP地址。例如：172.16.0.0/16这个网段，使用的子网掩码为：255.255.0.0。

在反掩码中，相应位为1的地址会被忽略，为0的必须被检查。

OSPF缺省路由的发布原则如下
1 OSPF路由器只有具有对区域外的出口时，才能够发布缺省路由LSA
2 如果OSPF路由器已经发布了缺省路由LSA，那么不再学习其他路由器发布
相同类型缺省路由。即路由计算时不再计算其他路由器发布的相同类型的缺省类型LSA
但数据库中存由对应的LSA
3外部缺省路由的发布如果要依赖于其他路由，那么被依赖的路由不能是本OSPF路由域内的路由
即不是本进程OSPF学习到的路由。因为外部缺省路由的作用用于指导报文的域外转发
而本OSPF路由域的路由的吓一跳都指向了域内，不能满足指导报文域外转发的要求

路由计算-域内路由
1，一类LSA router-lsa 在MA或NBMA中的作用
   

 

    （1）display ospf lsdb router self-originate  查看链路状态数据库
    （2）Link type   网络类型 广播型网络
    （3）metric 开销值
    （4）一类LSA 只包含拓扑信息 不包含路由信息。

2.一类LSA在P2P网络的作用

 

   （1）一类LSA在P2P网络中既包含拓扑信息又包含路由信息，

 

 

 

   一类和二类合并之后变为三类在区域间进行传播。

 

 此拓扑违背了OSPF区域规则，及普通区域必须和骨干区域连接，RTC不是ABR无法传递3类LSA。解决方案虚连接如上。但是虚连接容易造成环路。

 

 5类LSA

 4类LSA

路由聚合
      1，在大规模部署路由表时候可能会出现路由表过大，导致查询速度降低，可以配置路由聚合，减少路由表的国模。
      2，路由聚合是指将多条IP地址前缀一样的地址聚合称为一个路由前缀，同时减少网络震荡，提高网络的稳定性。某一条链路频繁的UP/DOWN不会通告给IP地址范围外的路由。

 

 

             （1）ABR          abr-summay 192.168.0.0 255.255.248.0      三类在区域间传递，在ABR上配置
             （2）ASBR       asbr-summay 192.168.0.0 255.255.248.0     五类在区域间传递，在ASBR上配置  外部import导入
             （3）ABR需要进去ospf1  area1 配置 ASBR只需要进入ospf1 配置就可以不需要进去area