动态路由协议OSPF学习①

2023-12-23 12:18:28

动态路由协议RIP和OSPF比较:

动态路由(IGP)的三个评判标准:是否选路佳，收敛速度快，占用链路资源少

动态路由协议	选路	收敛	占用资源
RIP	选路以跳数为开销值	收敛速度以计时器为标准	单个数据包占用少
OSPF	选路以带宽为标准	收敛快	单个数据包占用大

路由比较：

RIP[距离矢量协议]：

RIP路由选路是以跳数为开销值（存在选路不够智能，还有出环的问题）
收敛速度以计时器为标准(相比之下较慢，30+180+120)
单个数据包占用少，但是有一个30s的周期更新保活包（占用大）

OSPF[链路状态协议]：

选路以带宽为标准(SPF算法-树形结构不会出现环路问题)
收敛快(使用算法计算的链路信息)
单个数据包占用大，但是10s周期更新的hello包占用少

版本比较：

RIP存在三个版本：RIPV1,RIPV2适应于IPV4，RIPNG适用于IPV6
OSPF的三个版本：OSPFV1(已淘汰),OSPFV2适用于IPV4,OSPFV3适用于IPV6

RIPV2和OSPFV2区别:

相同点:

RIPV2和OSPFV2都是无类别的路由协议{传递路由信息时携带子网掩码}且都支持子网划分和子网聚合
OSPFV2使用的组播包地址为224.0.0.5和224.0.0.6，而RIPV2的组播包为224.0.0.9
OSPFV2和RIPV2都支持等开销负载均衡

不同点：

OSPF协议和RIP协议不同在于适用范围，RIP协议仅适用于中小型网络环境中（15跳限制），而OSPF协议则可以适用于中大型的网络环境中（OSPF为了适应中大型网络环境，需要进行结构化部署，即：区域划分）

OSPF：开放式最短路径优先协议

OSPF区域划分：

当网络规模不大时，我们也可以将OSPF网络划分在一个区域内，而主要的OSPF网络：单区域网络。而如果一个OSPF网络中包含有多个OSPF区域：多区域OSPF网络

区域划分的主要目的：OSPF区域内部传递拓扑信息，而区域之间传递路由信息

OSPF又称链路状态路由协议，而链路状态路由协议的距离矢量特征:区域间传递路由

区域边界路由器ABR：

要求：同时处于多个OSPF区域边界，且ABR的一个接口对应一个区域，并至少有一个接口属于骨干区域（中心区域），区域与区域之间可以存着多个ABR，一个ABR可以对应多个区域

区域划分的要求:

区域之间必须存在ABR
区域划分必须按照星型拓扑结构划分，即所有区域需要连接在中心区域上(中心称之为骨干区域)

为了方便对各个区域进行区分和管理，我们给每个区域设计一个编号：区域ID。区域ID由32位二进制表示，也可以用点分十进制表示，或者直接用十进制来表示，但是骨干区域的区域号必须为0

OSPF的数据包（文字简述）：

hello包:

周期发现，建立和保活邻居关系(周期为10s/30s)

携带死亡时间:dead time(4倍hello时间--40s/120s)

hello包会中携带RID

OSPF传递的是拓扑信息，需要将所有的路由器的位置关系表示清楚，所以需要有一个参数对所有的路由器进行区分表定：引入RID来完成

RID要求:

唯一性(OSPF网络区域内部唯一)

格式统一(由32位二进制构成，采用IP地址的格式，X.X.X.X格式)

RID的获取方式:

手工配置(需满足上面的两个要求)

自动获取(如果是自动获取，设备将在自己的环回接口IP段中选择，并将最大的IP作为自己的RID)

DBD包:

数据库描述报文，携带的是数据库目录信息(而LSDB则是真正存放LSA信息的数据库)

LSR包（request）：

链路状态请求报文，基于收到的DBD包的目录信息，请求未知的LSA信息(本地所没有的LSA信息)

LSU包（update）：

链路状态更新包，真正携带LSA信息的包(真正的有链路信息的包)

LACK包:

链路状态确认报文(确认包)

OSPF因为有hello包和LACK包的存在，所以有保活和确认机制，不需要进行频繁的周期更新。但是OSPF存在每30Min一次的周期更新(再次确保更新可靠)

OSPF的状态机：

①Down State(关闭状态)：启动OSPF后，发送hello包，包中含有RID，发送完hello包后，进入下一个状态

②Init State(初始化状态)：在收到对端hello包，且包中含有RID，此时进入下一个状态

③Two-Way State(双向通讯状态):标志邻居关系建立，此时会进行条件匹配

#条件匹配：匹配成功则进入下一个状态，否则只能停留在邻居关系。而邻居关系只能通过hello包进行周期包活

④Exstart State(预启动状态)：使用未携带数据的DBD包进行主从关系选举

#主从关系选举：通过比较未携带数据的DBD包中的RID大小进行主从关系选举，RID大的为主，优先进入下一个状态。而使用未携带数据的DBD包原因：和邻居状态进行区分

        #RID比较只是单纯的比较数值大小,与子网掩码无关（2.0.0.0比1.255.255.255大）

        #注意此时只是通过互相比较RID信息,而没有通过ACK包来进行确认 --- 隐形确认

⑤Exchange State(准交换状态)：使用携带数据的DBD包进行数据库目录信息进行共享

        #而选举主从关系的原因：错峰发送链路信息，降低带宽阻塞

⑥Loading State(加载状态)：加载对端的DBD包中的目录信息，然后和本地的LSDB数据库目录信息进行对比（然后决定发送LSA/LSR/LSU包）

        #通过查阅本地的数据库条目查看到本地未知的链路信息LSA，然后通过LSR包要求获取未知链路的LSA信息，此时对端回复携带未知链路信息LSA的LSU包，最后本地发送一个LACK包对获取的未知链路LSA信息进行确认

⑦FULL State：标志着邻接关系确认

        #领接关系主要是为了和之前的邻居关系进行区分

OSPF工作过程：

①在配置启动OSPF完成后，本地OSPF会向本地所有正在运行OSPF协议的路由器接口以224.0.0.5的组播地址发送hello包。这个hello包中会携带本地的路由OSPF的RID以及本地已知邻居的RID。在之后再将收集到的邻居关系记录到本地OSPF的邻居表上{邻居表}

②邻居表建立之后，则会进行条件匹配。匹配失败则停留在邻居关系(仅能使用hello包进行周期保活)/成功则开始建立邻接关系。{条件匹配决定邻居关系还是领接关系}

③邻接关系建立后，OSPF建立领接关系的双方会使用未携带数据的DBD包进行主从关系选举。在选举完成并决定了主从关系后，主导方会先使用携带LSA链路目录数据的DBD包进行数据库目录的共享。并通过发送LSR/LSU/LACK包来请求/获取/确认未知本地未知的链路LSA信息，最后完成本地数据库建立LSDB(链路状态数据库) {数据库表}

④本地OSPF路由协议通过基于本地的链路状态数据库，来生成路由拓扑的有向图。再通过SPF算法将有向图转化为生成树，并计算本地到达未知网段的路由的最佳选路，最后将最佳选路信息生成并添加到OSPF路由表中{OSPF路由表}

⑤完成OSPF收敛后，各路由之间仍通过周期（10s/30s）互相发送hello包来进行保活和并每30分钟进行一次周期更新

OSFP排错思路：

通过OSPF状态机和路由关系进行判断，此时会通过遍历查询OSPF邻居表，数据库表，路由表来查看OSPF的连接状态并针对排错。
#查看ospf邻居表
    display ospf peer

#查看ospf邻居简表
    display ospf peer brief

#查看ospf数据库表 --- 只显示路由条目信息
    display ospf lsdb

#展开一条LSA信息 --- 在LSBD中通过OSPF对RID的表示进行查询
    display ospf lsdb router X.X.X.X

#查看ospf路由表
    display ip routing-table  protocol  ospf 

OSPF产生网络结构突变：

网络中突然新增一个网段：OSPF会触发更新，并直接通过发送LSU包将变更信息发送，此时需要等待对端的发送LACK包来进行确认

网络中突然断开一个网段：OSPF会触发更新，并直接通过发送LSU包将变更信息发送，此时需要等待对端的发送LACK包来进行确认

无法沟通：通过hello包+死亡倒计时(10s+40s/30s+120s)后，如果仍然无法恢复，会主动删除该网段信息

OSPF的基本配置

1.启动OSPF进程

[R1]ospf 1 router-id X.X.X.X   #X.X.X.X 进程号，仅有本地意义(手工配置RID)

2.版本选择(V1淘汰，默认为V2)

[R1]ospf    #IPV4中默认为v2

3.创建区域(在版本选择后)

[R1] area X   #选择OSPF区域,如果为0代表骨干区域

4.宣告

目的：

①激活接口:只有激活的接口才能收发OSPF数据

②发布路由:只有激活接口对应网段信息才能发送

[R11-ospf-1-area-X.X.X.X] network X.X.X.X  x.x.x.x   
#宣告该路由的OSPF配置信息,而其对应的配置符为反掩码


#通配符和反掩码区别：
#反掩码使用连续的0和连续1组成:0不可变，1可变
#通配符使用不连续的0和1组成:0可变，1不可变

#通配符0.255.0.255 --- 代表的网段信息为:可变.不可变.可变.不可变
#反掩码0.0.0.255 --- 代表的网段信息为:不可变.不可变.不可变.可变

//配置一个area0的ospf协议:
//R1
[R1]interface g0/0/0
[R1-GigabitEthernet0/0/0]ip address 1.0.0.1 30	
[R1-GigabitEthernet0/0/0]int l 0
[R1-LoopBack0]ip address 192.168.1.1 24
[R1-LoopBack0]q
[R1]ospf 1 router-id  1.1.1.1
[R1-ospf-1]area 0
[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]network  192.168.1.0  0.0.0.255
[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]network  1.0.0.1 0.0.0.0

//R2
[R2]interface g0/0/0
[R2-GigabitEthernet0/0/0]ip address  1.0.0.2  30
[R2-GigabitEthernet0/0/0]int  l 0
[R2-LoopBack0]ip address  192.168.2.1 24
[R2-LoopBack0]interface g0/0/1
[R2-GigabitEthernet0/0/1]ip address 2.0.0.1 30
[R2]ospf 1 router-id  2.2.2.2 	
[R2-ospf-1]area 0
[R2-ospf-1-area-0.0.0.0]network  192.168.2.0 0.0.0.255
[R2-ospf-1-area-0.0.0.0]network 1.0.0.2 0.0.0.0
[R2-ospf-1-area-0.0.0.0]network  2.0.0.1 0.0.0.0

//R3
[R3]interface g0/0/0	
[R3-GigabitEthernet0/0/0]ip address  2.0.0.2 30
[R3-GigabitEthernet0/0/0]int l 0
[R3-LoopBack0]ip address  192.168.3.1 24
[R3-LoopBack0]q
[R3]ospf 1 router-id  3.3.3.3	
[R3-ospf-1]area 0
[R3-ospf-1-area-0.0.0.0]network  192.168.3.0 0.0.0.255
[R3-ospf-1-area-0.0.0.0]network  2.0.0.2 0.0.0.0

//此时R1-R2-R3已经完成OSPF配置

//以R2为例子，查看R2的OSPF的相关表格：

#查看ospf邻居表:display ospf peer
<R2>display ospf peer

	 OSPF Process 1 with Router ID 2.2.2.2
		 Neighbors 

 Area 0.0.0.0 interface 1.0.0.2(GigabitEthernet0/0/0)'s neighbors
 Router ID: 1.1.1.1          Address: 1.0.0.1         
   State: Full  Mode:Nbr is  Slave  Priority: 1
   DR: 1.0.0.1  BDR: 1.0.0.2  MTU: 0    
   Dead timer due in 40  sec 
   Retrans timer interval: 5 
   Neighbor is up for 00:27:27     
   Authentication Sequence: [ 0 ] 

		 Neighbors 

 Area 0.0.0.0 interface 2.0.0.1(GigabitEthernet0/0/1)'s neighbors
 Router ID: 3.3.3.3          Address: 2.0.0.2         
   State: Full  Mode:Nbr is  Master  Priority: 1
   DR: 2.0.0.2  BDR: 2.0.0.1  MTU: 0    
   Dead timer due in 37  sec 
   Retrans timer interval: 5 
   Neighbor is up for 00:26:13     
   Authentication Sequence: [ 0 ] 

#查看ospf邻居简表:display ospf peer brief
<R2>display ospf peer brief

	 OSPF Process 1 with Router ID 2.2.2.2
		  Peer Statistic Information
 ----------------------------------------------------------------------------
 Area Id          Interface                        Neighbor id      State    
 0.0.0.0          GigabitEthernet0/0/0             1.1.1.1          Full        
 0.0.0.0          GigabitEthernet0/0/1             3.3.3.3          Full        
 ----------------------------------------------------------------------------

#查看ospf数据库表[目录]:display ospf lsdb
<R2>display ospf lsdb

	 OSPF Process 1 with Router ID 2.2.2.2
		 Link State Database 

		         Area: 0.0.0.0
 Type      LinkState ID    AdvRouter          Age  Len   Sequence   Metric
 Router    2.2.2.2         2.2.2.2           1610  60    80000007       1
 Router    1.1.1.1         1.1.1.1           1682  48    80000006       1
 Router    3.3.3.3         3.3.3.3           1611  48    80000005       1
 Network   2.0.0.2         3.3.3.3           1611  32    80000001       0
 Network   1.0.0.1         1.1.1.1           1684  32    80000002       0
 
#展开一条LSA信息:display ospf lsdb router X.X.X.X
<R2>display ospf lsdb router 1.1.1.1

	 OSPF Process 1 with Router ID 2.2.2.2
		         Area: 0.0.0.0
		 Link State Database 


  Type      : Router
  Ls id     : 1.1.1.1
  Adv rtr   : 1.1.1.1  
  Ls age    : 1712 
  Len       : 48 
  Options   :  E  
  seq#      : 80000006 
  chksum    : 0xb70f
  Link count: 2
   * Link ID: 1.0.0.1      
     Data   : 1.0.0.1      
     Link Type: TransNet     
     Metric : 1
   * Link ID: 192.168.1.1  
     Data   : 255.255.255.255 
     Link Type: StubNet      
     Metric : 0 
     Priority : Medium
 
#查看ospf路由表:display ip routing-table  protocol  ospf 
<R2>display ip routing-table  protocol  ospf 
Route Flags: R - relay, D - download to fib
------------------------------------------------------------------------------
Public routing table : OSPF
         Destinations : 2        Routes : 2        

OSPF routing table status : <Active>
         Destinations : 2        Routes : 2

Destination/Mask    Proto   Pre  Cost      Flags NextHop         Interface

    192.168.1.1/32  OSPF    10   1           D   1.0.0.1         GigabitEthernet
0/0/0
    192.168.3.1/32  OSPF    10   1           D   2.0.0.2         GigabitEthernet
0/0/1

OSPF routing table status : <Inactive>
         Destinations : 0        Routes : 0

OSPF的带宽（华为ENSP）：

华为设备给OSPF定义的默认优先级为10,华为设备OSPF的默认参考带宽为100Mbps

OSPF是以带宽作为开销值:COST = 参考带宽/真实带宽

若OSPF开销值为小数时：

当该数为大于1的小数，则直接舍弃小数部分取整（向下取整）

若是小于1的小数，则直接设置为1（向上取整）

修改华为设备的OSFP带宽：
[R2-ospf-1]bandwidth-reference  ?
  INTEGER<1-2147483648>  The reference bandwidth (Mbits/s)
如果要修改OSPF的参考带宽，则需要在所有设备上都要进行OSFP带宽的修改！！！

OSPF的DR/BDR：

在条件匹配中进行：

在MA网络中，若所有设备均保持邻接关系，将出现大量的重复更新（互相之间不断发送重复的路由信息），为了防止这个行为，OSFP提出来使用DR/BDR来决定信息发送的主导（相当于所有的数据先发送到DR，然后再通过DR来转发信息到区域内其他的路由），此时我们需要进行DR/BDR的选举。

DR（指定路由器）：DR和MA网络中和其他设备之间建立邻接关系

BDR（备份指定路由器）：BDR也和MA网络中其他设备之间建立邻接关系

DR other（剩余的路由）：除了和DR/BDR建立领接关系，相互之间只建立邻居关系

BDR作用：BDR能在DR出现故障时第一时间顶替DR的位置，起到备份的效果

而在一个MA网络中，在DR和BDR都存在的情况下，则至少需要4台设备才能看到DR-Other之间的邻居关系（只有DR-Other之间会建立邻居关系）

DR/BDR虽然名字叫做指定路由器/备份指定路由器，但它们其实只是一个接口的概念，因为DR/BDR都是在一个MA网络中选取确定的。

DR/BDR的选举规则（非MA网络）：

//通过查看R2的邻居表可以看到R2在和R1的邻居关系中，BD为R1，BDR为R2
//而和R3的邻居关系中，BD为R2,BDR为R3

<R2>display  ospf peer 

	 OSPF Process 1 with Router ID 2.2.2.2
		 Neighbors 

 Area 0.0.0.0 interface 1.0.0.2(GigabitEthernet0/0/0)'s neighbors
 Router ID: 1.1.1.1          Address: 1.0.0.1         
   State: Full  Mode:Nbr is  Slave  Priority: 1
   DR: 1.0.0.1  BDR: 1.0.0.2  MTU: 0    
   Dead timer due in 38  sec 
   Retrans timer interval: 5 
   Neighbor is up for 01:38:37     
   Authentication Sequence: [ 0 ] 

		 Neighbors 

 Area 0.0.0.0 interface 2.0.0.1(GigabitEthernet0/0/1)'s neighbors
 Router ID: 3.3.3.3          Address: 2.0.0.2         
   State: Full  Mode:Nbr is  Master  Priority: 1
   DR: 2.0.0.2  BDR: 2.0.0.1  MTU: 0    
   Dead timer due in 31  sec 
   Retrans timer interval: 5 
   Neighbor is up for 01:37:23     
   Authentication Sequence: [ 0 ]

一，先比较优先级，优先级最大的为DR，次大的为BDR ，一般优先级都默认为1

//此时在R1上修改接口的OSPF的DR优先级
[R1]interface g0/0/0

//默认的DR的优先级取值从0-255，0代表放弃参加DR的优先级争取
[R1-GigabitEthernet0/0/0]ospf dr-priority ?
  INTEGER<0-255>  Router priority value
[R1-GigabitEthernet0/0/0]ospf dr-priority 0

//此时会重新进行OSPF选路
//再次去R2上查看OSPF邻居表
[R2]display ospf peer

	 OSPF Process 1 with Router ID 2.2.2.2
		 Neighbors 

 Area 0.0.0.0 interface 1.0.0.2(GigabitEthernet0/0/0)'s neighbors
 Router ID: 1.1.1.1          Address: 1.0.0.1         
   State: Full  Mode:Nbr is  Slave  Priority: 0
   DR: 1.0.0.2  BDR: None   MTU: 0    #此时很明显的看到DR变成了R2，而R1因为弃权，所以没有BDR
   Dead timer due in 38  sec 
   Retrans timer interval: 5 
   Neighbor is up for 00:00:12     
   Authentication Sequence: [ 0 ] 

		 Neighbors 

 Area 0.0.0.0 interface 2.0.0.1(GigabitEthernet0/0/1)'s neighbors
 Router ID: 3.3.3.3          Address: 2.0.0.2         
   State: Full  Mode:Nbr is  Master  Priority: 1
   DR: 2.0.0.2  BDR: 2.0.0.1  MTU: 0    #DR为R3,BDR为R2
   Dead timer due in 32  sec 
   Retrans timer interval: 5 
   Neighbor is up for 01:52:07     
   Authentication Sequence: [ 0 ] 


//此时再将R2的对应接口的DR优先级设置为255
[R2]interface g0/0/1
[R2-GigabitEthernet0/0/1]ospf dr-priority 255

//此时需要手动shutdown该接口，然后在undo再能更新DR和BDR
[R2-GigabitEthernet0/0/1]shutdown 
[R2-GigabitEthernet0/0/1]undo shutdown 

//此时在R2上查看邻居表
[R2]display ospf peer

	 OSPF Process 1 with Router ID 2.2.2.2
		 Neighbors 

 Area 0.0.0.0 interface 1.0.0.2(GigabitEthernet0/0/0)'s neighbors
 Router ID: 1.1.1.1          Address: 1.0.0.1         
   State: Full  Mode:Nbr is  Slave  Priority: 0
   DR: 1.0.0.2  BDR: None   MTU: 0    
   Dead timer due in 40  sec 
   Retrans timer interval: 5 
   Neighbor is up for 00:09:03     
   Authentication Sequence: [ 0 ] 

		 Neighbors 

 Area 0.0.0.0 interface 2.0.0.1(GigabitEthernet0/0/1)'s neighbors
 Router ID: 3.3.3.3          Address: 2.0.0.2         
   State: Full  Mode:Nbr is  Master  Priority: 1
   DR: 2.0.0.1  BDR: 2.0.0.2  MTU: 0    #此时可以明显看到R2为DR，R3变为BDR
   Dead timer due in 39  sec 
   Retrans timer interval: 5 
   Neighbor is up for 00:00:04     
   Authentication Sequence: [ 0 ]

二，当优先级相同时，则比较RID。RID大的路由器对应接口为DR，次大的为BDR。

DR/BDR的选举是非抢占模式的，一旦DR和BDR选定，则将无法被替换。选举时间为死亡时间（40s）只是时间相同，并不是由同一个计时器计时，这个时间仅是选举的一个上限时间（在这个时间内添加的设备都可以参加抢占），但是选举一般在短时间内完成，只要完成后则将不能抢占（无论你RID有多大，在DR/BDR选举完成后都无法去抢占修改DR与BDR）。

而想要重新修改DR和BDR则需要在对应的接口shutdown然后重启（局部）。

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