HCIP-OSPF

IGP内部网关协议（RIP，OSPF，ISIS）EGP 外部网关协议（BGP）

距离矢量路由协议（RIP），链路状态协议（OSPF，ISIS）

BGP使用一种基于距离矢量算法修改后的算法，该算法被称为路径矢量（Path Vector）算

法。因此在某些场合下，BGP也被称为路径矢量路由协议。

• IGP（内部网关协议）在同一个自治系统内交换路由信息，IGP的主要目的是发现和计算自

治域内的路由信息。

• EGP（外部网关协议）主要用于AS（自治系统）之间的互联。

距离矢量路由协议：路由器定期泛洪自己的路由表，通过路由交换，路由器学习到相邻路由器的路由信息，并加载在自己的路由表中，然后通告给其他相邻路由器。

（路由器并不清楚网络的拓扑，只知道去往某个目的网段在哪里，开销多大。

链路状态路由协议：通告的是链路状态而不是路由信息，首先建立邻居路由关系，然后彼此交互LSA（链路状态通告）描述链路状态信息。

链路状态通告，可以简单的理解为每台路由器都产生一个描述自己直连接口状态（包括接

口的开销、与邻居路由器之间的关系等）的通告。

LSDB：链路状态数据库：存放链路状态通告LSA

步骤：①：建立邻居关系②邻居之间交互链路状态信息和同步LSDB③SPF（最短路径优先算法）计算最优路径④根据最短路径生成路由表

IPV4：OSPF　version2；IPV6：OSPF　version　3

OSPF优点：基于SPF，以”累计链路开销“作为选路参考、采用组播收发部分报文、支持区域划分、支持等价路由进行负载分担、支持报文认证

• 接入层：接入层利用光纤、双绞线、同轴电缆、无线接入技术等传输介质，实现与用户连

接，并进行业务和带宽的分配。接入层目的是允许终端用户连接到网络，因此接入层交换

机具有低成本和高端口密度特性。

• 汇聚层：汇聚层为接入层提供基于策略的连接，如地址合并，协议过滤,路由服务，认证管

理等。通过网段划分实现与网络隔离，可以防止网络故障蔓延和影响到核心层。汇聚层同

时也可以提供接入层虚拟网之间的互连，控制和限制接入层对核心层的访问，保证核心层

的安全和稳定。

• 核心层：核心层的功能主要是实现骨干网络之间的优化传输，核心层任务的重点通常是冗

余能力、可靠性和高速的传输。

Ｒｏｕｔｅｒ－ＩＤ　唯一标识一台OSPF路由器

（①手动配置②无手动配置，ｌｏｏｋｂａｃｋ接口中最大的IP地址③无look back接口，使用物理接口最大的IP地址）

• Router ID一旦选定，之后如果要更改的话就需要重启OSPF进程。

• 在实际工程中，推荐手工指定OSPF路由设备的Router ID。首先规划出一个私有网段用于

OSPF的Router ID选择，例如：192.168.1.0/24。在启用OSPF进程前在每个OSPF路由器上

建立一个Loopback接口，使用一个32位掩码的私有地址作为其IP地址，这个32位的私有地

址即作为该路由设备的Router ID。如果没有特殊要求，这个Loopback接口地址可以不发布

在OSPF网络中。

OSPF　Area用于标识一个OSPF区域

Area0.0.0.1等同于Area1，Area0.0.0.255等同于Area255，Area0.0.1.0等同于

Area256。

缺省条件下：接口COST=100Mbit/s/接口带宽，

在实际应用中，推荐根据接口带宽大小手动配置Cost值，而不是修改OSPF参考带宽

邻居表：邻居关系通过交互HELLO报文建立。查看命令:display ospf peer

LSDB表：保存自己产生的及从邻居收到的LSA信息、Tｙｐｅ　标识LSA的类型，ＡｄｖＲｏｕｔｅｒ标识发送LSA的路由器，查看命令：display　ｏｓｐｆ　ｌｓｄｂ

ＯＳＰＦ路由表　：OSPF路由表和路由器路由表是两张不同的表，包含Destination、Cost、和ＮｅｘｔＨｏｐ　等指导转发信息，查看命令：ｄｉｓｐｌａｙ　ｏｓｐｆ　ｒｏｕｔｉｎｇ

路由器路由表通常称为全局路由表，并非所有OSPF路由都可以放到路由器路由表

OSP报文类型：hello：发现和维护邻居关系；database description：交互链路状态数据库摘要；link state request:请求特定的链路状态信息；link state update:发送详细的链路状态信息；link state ack ：确认ack

OSPF 协议号89；

Auth Type：为0时表示不认证；为1时表示简单的明文密码认证；为2时表示加密

（MD5）认证。

OSPF工作过程：①通过hello 报文发现直连链路上的邻居（建立的是邻居关系）②协商主从③相互描述各自的LSDB（摘要信息）④更新LSA，同步双方LSDB（建立的是邻接关系）⑤计算路由

建立邻居关系：以太网链路，缺省时默认采用组播形式发送ｈｅｌｌｏ报文，目的地址是224.0.0.5，包含路由器的ｒｏｕｔｅｒ　Ｉｄ　、邻居列表等信息

DOWN：邻居初始状态，表示没有从邻居收到任何信息；Ｉｎｉｔ：路由器已经从邻居收到了ｈｅｌｌｏ　报文但是自己的ｒｏｕｔｅｒ　ＩＤ　不在ｈｅｌｌｏ报文的邻居列表里；2－ｗａｙ；路由器发现自己的ｒｏｕｔｅｒID存在于收到的ｈｅｌｌｏ报文的邻居列表里面

R1和R2路由器相互发送Hello报文，第一个Hello报文包含的邻居列表为空。

• R2收到R1发送的Hello报文后，如果各项参数匹配，再次发送Hello报文时，将R1加入自己

的邻居列表。

• 在以太网链路上，通常以组播形式发送Hello报文：

▫ 224.0.0.5的组播地址为OSPF设备的预留IP组播地址。

▫ 224.0.0.6的组播地址为OSPF DR/BDR的预留IP组播地址。

• 对于不支持组播的链路，OSPF支持采用单播的方式发送Hello报文。

ｈｅｌｌｏ报文的作用：邻居发现（自动发现路由器）、邻居建立（完成ｈｅｌｌｏ报文的参数协商，建立邻居关系）、邻居保持（通告周期发送和接收，检测邻居运行状态）

邻接关系的建立：ExStart:邻居状态变成此状态以后，路由器开始向邻居发送DD报文，此时DD报文不包含链路状态描述；Exchange:在此状态下路由器和邻居之间相互发送包含链路状态信息摘要的DD报文，Loading：相互发送LSP报文、LSU报文、LSACK报文。Full：路由器完成了和邻居的LSDB同步

DD报文字段：I：连续发送多个报文时，置1表示这是第一个报文，否则置0；M：连续多个报文时，置0这是最后一个报文，否则置0；MS：置1，为主路由器
具体步骤：

R1和R2的Router ID分别为10.0.1.1和10.0.2.2并且二者已建立了邻居关系。当R1的邻居状态

变为ExStart后，R1会发送第一个DD报文。此报文中，M-bit设置为1，表示后续还有DD报

文要发送，MS-bit设置为1，表示R1宣告自己为Master。DD序列号被随机设置为X，I-bit

设置为1，表示这是第一个DD报文。

• 同样当R2的邻居状态变为ExStart后，R2也会发送第一个DD报文。此报文中，DD序列号被

随机设置为Y（

I-bit=1，M-bit=1，MS-bit=1，含义同上）。由于R2的Router ID较大，所

以R2将成为真正的Master。收到此报文后，R1会产生一个Negotiation-Done事件，并将邻

居状态从ExStart变为Exchange。

• 当R1的邻居状态变为Exchange后，R1会发送一个新的DD报文，此报文中包含了LSDB的摘

要信息，序列号设置为R2在步骤2中使用的序列号Y，I-bit=0，表示这不是第一个DD报文，

M-bit=0，表示这是最后一个包含LSDB摘要信息的DD报文，MS-bit=0，表示R1宣告自己为

Slave。收到此报文后，R2将邻居状态从ExStart变为Exchange。

• 当R2的邻居状态变为Exchange后，R2会发送一个新的DD报文，此报文包含了LSDB的摘要

信息。DD序列号设置为Y+1, MS-bit=1，表示R2宣告自己为Master。

• 虽然R1不需要发送新的包含LSDB摘要信息的DD报文，但是作为Slave，R1需要对Master发

送的每一个DD报文进行确认。所以，R1向R2发送一个新的DD报文，序列号为Y+1，该报

文内容为空。发送完此报文后，RTA产生一个Exchange-Done事件，将邻居状态变为

Loading。R2收到此报文后，会将邻居状态变为Full（假设R2的LSDB是最新最全的，不需

要向R1请求更新）

为什么要选举DR？MA网络n*(n-1)/2个邻接关系，管理复杂，重复的LSA泛洪，造成资源浪费。

DR的作用：负责建立和维护邻接关系和LSA的同步；DR和其他的路由器形成邻接关系并交换路由信息，其他路由器之间不直接交换链路状态信息

BDR的作用：避免单点故障，在DR失效时接替DR

• MA（ Multiple Access，多路访问）分为BMA（ Broadcast Multi-Access，广播多路访问）

和NBMA（Non-Broadcast Multiple Access，非广播多路访问）。以太网链路组成的网络

是典型的BMA网络。帧中继链路通过逻辑上的划分组成典型的NBMA网络（注：帧中继相

关知识不再介绍）。

• DRother：既不是DR也不是BDR的路由器就是DRother路由器。

DR和BDR的选举规则：①　非抢占式的（新加入的设备不能直接称为DR或者BDR，只可以式DRouter）②基于接口的（接口优先级越大，越优先；接口优先级一样，Router ID越大越优先）

广播链路或者NBMA链路上DR和BDR的选举过程如下：

▫ 接口UP后，发送Hello报文，同时进入到Waiting状态。在Waiting状态下会有一个

WaitingTimer，该计时器的长度与DeadTimer是一样的。默认值为40秒，用户不可

自行调整。

▫ 在WaitingTimer触发前，发送的Hello报文是没有DR和BDR字段的。在Waiting阶段，

如果收到Hello报文中有DR和BDR，那么直接承认网络中的DR和BDR，而不会触发选

举。直接离开Waiting状态，开始邻居同步。

▫ 假设网络中已经存在一个DR和一个BDR，这时新加入网络中的路由器，不论它的

Router ID或者DR优先级有多大，都会承认现网中已有的DR和BDR。

▫ 当DR因为故障Down掉之后，BDR会继承DR的位置，剩下的优先级大于0的路由器会

竞争成为新的BDR。

▫ 只有当不同Router ID，或者配置不同DR优先级的路由器同时起来，在同一时刻进行

DR选举才会应用DR选举规则产生DR

• P2MP：point-to-multipoint，点到多点。

链路状态类型（LS　TYpe），链路状态ID（Link　State　ID），通告路由器（Advertising　Router，产生该LSA的路由器ID）三元组唯一标识了一个LSA

链路状态老化时间（LS Age）、链路状态序列号（LS Sequence Number）、校验和（LS checksum）用于判断LSA新旧

一类LSA（路由器LSA/router LSA）：每个设备都会产生，描述了设备的链路状态和开销，描述了该路由器直连接口的信息，该LSA只能在接口所属的区域泛洪

二类LSA（网络LSA/NETworkLSA）：DR（根路由器）产生，描述了DR所接入的MA网络中所有与之形成邻接关系的路由器，以及DR自己，该LSA只能在接口所属区域泛洪，同时携带该网段的网络掩码

Link ID：DR接口地址，Network MAsk：MA网络的子网掩码

三类LSA（网络汇总LSA/NETwork summary LSA）：由ABR（区域边界路由器）产生，描述区域内某个网段的路由，该类LSA主要用于区域间路由的传递

ID：路由的目的网络地址（宣告出去的） MASk：路由的网络掩码

四类LSA（ASBR汇总LSA/ASBR　summary　LSA）：由ABR产生，描述到ASBR（自治系统边界路由器）的路由，通告给除ASBR所在区域的其他相关区域

ID：ASBR的RouterID metric：到达目的地址的开销

五类LSA（AS外部LSA，AS　External　LSA）：由ASBR（自治系统边界路由器）产生，用于描述到达OSPF域外路由

ID：外部路由的目的网络地址 MASK：网络掩码

七类LSA（非完全末梢区域LSA/NSSA LSA ):由ASBR产生，用于描述到达OSPF域外的路由，与五类LSA相比，泛洪范围不同，只能在自己始发的NSSA内泛洪，并且不能直接进入area0，NSSA的ABR会将七类LSA转换成五类LSA注入到area0

Router LSAs使用Link 来承载路由器直连接口信息，每条Link 均包含“链路类型”，“链路ID”以及：度量值“。路由器可能会采用一个或者多个Link来描述一个接口。

ospf的链路类型分类，ospf 链路的transnet和stub net有什么区别 - 网络工程师培训、思科认证、华为认证培训-onelab网络实验室 (xacisco.net)

点对点链路P2P：Link ID 是邻居路由器的routerID，LinkData是宣告该Router　LSA 的路由器接口地址

TransNet（描述一个从本地路由器到一个Transit（传输链路）网段（例如MA（多路访问）或者NBMA（非广播型多路访问）网段）的连接属于拓扑信息：Link　ID是DR接口IP地址，LinkData是宣告该ROuter　LSA的路由器接口地址

StubNet（描述一个从本地路由器到一个stub网段的连接，属于网段信息）：LinkID：宣告该RouterLSA的路由器接口的网络IP地址，LinkData该Stub网络的网络掩码

一类LSA

二类LSA：

SPF算法：1、构建SPF树：路由器把自己作为树根，根据Router-LSA和Network-LSA里面的拓扑信息，依次把Cost值最小的路由器加入到SPF树中，路由器以Router ID或者DR标识（注意广播链路中DR与其直连的路由器Cost=0，SPF只有单向的最短路径，保证了OSPF区域内路由计算不会出现环路），2、计算最短路由：将Router-LSA和Network-LSA 中的路由信息以叶子节点的形式附加在对应的OSPF路由器上，计算最短路由（注意已经出现的路由信息不会再添加到OSPF树干上）

OSPF区域间路由信息的传递时通过ABR产生的3类LSA（network　summary　LSA）实现的

三类LSA：Link　ID就是通告的那个网段