【网络学习笔记】之【链路状态路由协议——OSPF（开放式最短路径优先协议）】

2024-04-04 20:21:17

4 链路状态路由协议-OSPF（开放式最短路径优先协议）

4.1 优点

无环路
收敛快
扩展性好
支持认证

4.2 原理

OSPF的收敛过程由链路状态公告LSA（Link State Advertisement）泛洪开始，LSA中包含了路由器已知的接口IP地址、掩码、开销和网络类型等信息。收到LSA的路由器都可以根据LSA提供的信息建立自己的链路状态数据库LSDB（Link State Database），并在LSDB的基础上使用SPF算法进行运算，建立起到达每个网络的最短路径树。最后，通过最短路径树得出到达目的网络的最优路由，并将其加入到IP路由表中。

4.3 RouterID

Router ID是一个32位的值，它唯一标识了一个自治系统（AS）内的路由器，管理员可以为每台运行OSPF的路由器手动配置一个Router ID。如果未手动指定，设备会按照以下规则自动选举Router ID：如果设备存在多个逻辑接口地址，则路由器使用逻辑接口中最大的IP地址作为Router ID；如果没有配置逻辑接口，则路由器使用物理接口的最大IP地址作为Router ID。

Router ID可以是任意的IP地址。

注意：重新配置Router ID后，需要重置OSPF进程来更新Router ID。如果RouterID重复了，不能建立邻居关系。

建议：手动配置Router ID，以防止Router ID因为接口地址的变化而改变。

4.4 DR&BDR

DR可以减少广播型网络中的邻接关系的数量。
DR&BDR可监听以224.0.0.6为目的地址的OSPF报文。
Drother只监听以224.0.0.5为目的地址的OSPF报文。

每一个含有至少两个路由器的广播型网络和NBMA网络都有一个DR和BDR。BDR在DR发生故障时接管业务，一个广播网络上所有路由器都必须同BDR建立邻接关系。

注意：BR&BDR是接口

4.4.1 DR&BDR 选举

DR/BDR选举不强占，即当网络中已经有DR角色了，优先级再高也不会马上强占，除非重启进程重新选举
DR是基于端口的DR优先级的值进行选举的，默认都为1，最大为255，如果优先级为0表示不参加选举，可以手动修改优先级：[R1-GigabitEthernet0/0/0]ospf dr-priority X
优先级一致的情况下，通过比较Router ID较大的为DR。

4.5 邻居状态机与OSPF报文

4.5.1 OSPF报文

OSPF报文封装在IP报文中，协议号为89。
OSPF报文类型有5种：
- Hello 报文（发现邻居，选取DR）
- DD（Database Description）数据库描述报文（首先比较（Seq）主从关系，比较后DR先发送LSDB摘要）
- LSR（Link State Request）链路状态请求报文（如果发现自己没有的，就发送LSR请求报文）
- LSU（Link State Update）链路状态更新报文
- LSACK（Link State Acknowledgment）链路状态回复报文

4.5.2 OSPF 状态

邻居和邻接关系建立的过程如下：

Down：这是邻居的初始状态，表示没有在邻居失效时间间隔内收到来自邻居路由器的Hello数据包。
Attempt：此状态只在NBMA网络上存在，表示没有收到邻居的任何信息，但是已经周期性的向邻居发送报文，发送间隔为HelloInterval。如果RouterDeadInterval间隔内未收到邻居的Hello报文，则转为Down状态。
Init：在此状态下，路由器已经从邻居收到了Hello报文，但是自己不在所收到的Hello报文的邻居列表中，尚未与邻居建立双向通信关系。
2-Way：在此状态下，双向通信已经建立，已经建立邻居关系，但是没有与邻居建立邻接关系。这是建立邻接关系以前的*状态。
ExStart：这是形成邻接关系的第一个步骤，邻居状态变成此状态以后，路由器开始向邻居发送DD报文。主从关系是在此状态下形成的，初始DD序列号也是在此状态下决定的。在此状态下发送的DD报文不包含链路状态描述。
Exchange：此状态下路由器相互发送包含链路状态信息摘要的DD报文，描述本地LSDB的内容。
Loading：相互发送LSR报文请求LSA，发送LSU报文通告LSA。
Full：路由器的LSDB已经同步。

4.5.3 邻居与邻接

邻居（Neighbor）：
- OSPF路由器启动后，便会通过OSPF接口向外发送Hello报文用于发现邻居。状态到达2-way 即可称为建立了邻居关系。
邻接（Adjacency）：
- 只有当双方成功交换DD报文，并同步LSDB后，达到Full状态，才形成真正意义上的邻接关系。
运行OSPF的路由器之间需要交换链路状态信息和路由信息，在交换这些信息之前路由器之间首先需要建立邻接关系。

4.6 OSPF支持网络类型

缺省情况下，OSPF认为以太网的网络类型是广播类型，PPP、HDLC的网络类型是点到点类型。
缺省情况下，P2P、Broadcast类型接口发送Hello报文的时间间隔的值为10秒；P2MP、NBMA类型接口发送Hello报文的时间间隔的值为30秒。

4.7 OSPF 区域类型

划分OSPF区域可以缩小路由器的LSDB规模，减少网络流量。

ABR：RTA，只有一个接口在骨干区域

ASBR：RTE，只要一个接口引入了外部路由。（ABR也可以是ASBR。）

4.8 OSPF 开销

OSPF的接口开销=带宽参考值/带宽 （参考值缺省为100Mbit/s）
可以通过bandwidth-reference命令来设置带宽参考值。还可以通过ospf cost命令来手动为一个接口调整开销（流量出口调整）。
1M=1000K=1000000b，如一个64kbit/s串口的开销为1562，一个E1接口（2.048 Mbit/s）的开销为48。

配置

[RTA]ospf router-id 1.1.1.1
[RTA-ospf-1]area 0
[RTA-ospf-1-area-0.0.0.0]network 192.168.1.0 0.0.0.255
# 配置骨干路由
[RTA]display ospf peer 
# 查看邻居相关的属性，包括区域、邻居的状态、邻接协商的主从状态以及DR和BDR情况。
RTA]interface GigabitEthernet0/0/0
[RTA-GigabitEthernet0/0/0]ospf authentication-mode md5 1 goktech
# OSPF认证，参数1表示接口加密认证中的认证密钥ID，它必须与对端上的key-id一致。
# ospf authentication-mode simple | cipher 
[R1-GigabitEthernet0/0/0]ospf dr-priority 255
# 优先级取值范围为0-255，值越高越优先。缺省情况下，接口优先级为1。
[Huawei-GigabitEthernet1/0/0] ospf timer hello 15
# 使此接口发送Hello包时间为15秒（默认10）
[Huawei-GigabitEthernet1/0/0] ospf timer dead 60
# 使此接口邻居失效时间为60s（默认40）

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