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1.OSPF简介
OSPF：开发式最短路径优先协议
无类别链路状态型IGP协议；
由于其基于拓扑进行更新收敛，故更新量会随着拓扑的变大而成指数上升；故OSPF协议为了能在大、中型网络中运行，需要结构化的部署----合理的区域划分、良好的地址规划
正常等开销负载均衡； 跨层封装协议，协议号89；
组播更新 224.0.0.5 224.0.0.6 触发更新+周期更新（30min）
2.路由协议区别
| 距离矢量 DV 链路状态LS | |
|---|---|
| RIP EIGRP OSPF ISIS | |
| 邻居间共享路由条目 邻居间传递的是拓扑 | |
| 传闻性协议 本地计算路由 |
判断一个路由协议的好坏？
1、收敛速度快 2、选择路径佳（前提防环） 3、占用资源少
3.OSPF的数据包 ---5种
Hello包 ---- 组播收发，用于邻居、邻接关系的发现、建立、周期保活
DBD包----- 数据库描述包-- 本地LSDB（链路状态数据库）目录
LSR包----- 链路状态请求 -- 用于询问对端本地未知的LSA信息
LSU包----- 链路状态更新 -- 用于共享具体的每一条LSA信息
LSACK包-----链路状态确认 -- 确认包
LSA--链路状态通告--具体的一条一条 路由或者拓扑信息，不是一种数据包，所有的LSA是使用LSU这种包来转发的；
OSPF的数据包是跨层封装于3层报头后方 ，协议号89
4.OSPF的状态机 --8种
状态机----两台OSPF路由器间不同关系的阶段
Down: 一旦接收到对端的hello包进入下一个状态
Attempt:：该状态仅对NBMA网络上的邻居有效，表示最近没有从邻居收到信息，但仍需作出进一步的尝试，用以与邻居联系。这时按HelloInterval的间隔向邻居发送Hello包
Init:初始化 若接收到的hello包中存在本地的RID，那么进入下一个状态机
2Way:双向通讯 邻居关系建立的标志
条件：**点到点网络直接进入下一个状态机；MA网络进行DR/BDR选举**，非DR/BDR之间不能进入下一个状态机；
Exstart:预启动 使用不携带数据库目录信息的DBD包，进行主从关系的选举，RID数值大为主，优先进入下一个状态机
Exchange：准交换 使用携带数据库目录信息的DBD包，进行目录共享，需要ACK确认
Loading：加载 接收到其他邻接的目录信息后，和本地进行比对，若本地存在未知的LSA信息，将使用LSR询问对端，对端使用LSU来更新这些LSA信息，直至双方数据库一致；LSU需要ACK确认；
Full：转发 标志着邻接关系已经建立；
5.OSPF的工作过程
1.路由器上启动OSPF协议后，直连的邻居间，开始组播收发hello包，hello包中将存储本地已知邻居的RID，在双方RID均已知的情况下，建立邻居关系，生成邻居表；
2.邻居关系建立后，邻居间将进行条件匹配，匹配失败将停留为邻居关系**（2Way)，仅hello周期保活即可；匹配成功者间将进行邻接关系的建立；**
3.邻接关系间的路由器，将使用DBD/LSR/LSU/LSACK来获取本地未知的所有LSA信息；使得同一区域内所有路由器的数据库完全一致；---- 数据库表；
4.当本地数据库完成同步后，将数据库-->有向图-->树型结构图-->将本地到达所有未知网段的最短路径加载于本地路由表中；
5.收敛完成，仅hello包周期保活即可；正常每30min，邻接关系间再进行一次DBD的对比，若一致及正常；若不一致将马上进行同步；
6.结构突变：触发更新
-
断开网段 直连断开网段的设备，直接使用LSU告知邻接，需确认
-
新增网段 直连新增网段的设备，直接使用LSU告知邻接，需确认
-
无法沟通 hello time 对应的 dead time ；dead time 到时时，断开邻居关系，去除基于该邻接共享的LSA计算所得路由；
6.OSPF的基础配置
1.配置OSPF
[r1]ospf 1 router-id 1.1.1.1*启动时，定义进程号，仅具有本地意义；建议配置RID；
RID格式为ipv4地址，且需要全网唯一； 手工配置--环回接口上取最大数值的ip地址---物理接口上最大ip地址的数值
宣告：1、区域划分 2、接口激活协议 3、传递接口信息
[r1-ospf-1]area 0
[r1-ospf-1-area-0.0.0.0]network 1.1.1.1 0.0.0.0
[r1-ospf-1-area-0.0.0.0]network 12.1.1.0 0.0.0.255
2.区域划分规则：
1、星型结构 -- 区域0为骨干 大于0为非骨干 非骨干区域必须直连骨干区域
2、ABR--区域边界路由器 两个区域间必须依靠ABR连接
3.实验现象
1、启动配置完成后，邻居间使用hello包建立邻居关系，生成邻居表：
hello包 -- 组播收发 周期发送 -- hello time 10s 或30s dead time 为hello time 4倍
[r2]display ospf peer ----查看邻居表
[r2]display ospf peer brief 查看邻居关系简报
邻居间hello包中有一些参数必须完全一致，否则无法建立邻居关系；
Hello 和dead time 、区域ID、认证参数、末梢区域标记；另外在华为的设备中OSPF要求邻居间接口上配置的ip地址，其掩码长度必须一致；
2、当邻居关系建立后，邻居间进行条件匹配，匹配失败，将保持为邻居关系；匹配成功，将建立为邻接关系，邻接关系将使用DBD/LSR/LSU/LSack来获取本地未知的所有LSA信息，同步生成数据库表---LSDB 链路状态数据库
[r2]display ospf lsdb ---查看数据库表
3、数据库表同步完成后，邻接间的互动完成，仅hello包保活；之后本地基于本地的数据库表；转换为有向图，再转换为树形结构，最终将本地到达所有未知网段的最短路径，加载于本地的路由表中：
<r1>display ip routing-table protocol ospf ----查看OSPF路由表
默认ospf协议在华为设备中，优先级为10；度量为cost值
cost值=开销值=参考带宽/接口带宽 默认参考带宽为100M
OSPF协议将cost值之和最小定义为最佳路径，加载于本地路由表中
若接口带宽大于参考带宽，cost值为1，将可能导致选路不佳；可以修改默认的参考带宽
[r1]ospf 1
[r1-ospf-1]bandwidth-reference ?
INTEGER<1-2147483648> The reference bandwidth (Mbits/s)
[r1-ospf-1]bandwidth-reference 1000
切记：一旦修改，整个网络所有ospf路由器需要一致；
4、关于ospf的MTU问题：
在ospf协议的DBD包中将携带本地接口的MTU值，若两端一致可以正常建立邻居关系；若不一致将无法建立邻接关系；
默认华为设备不携带MTU；
[r1-ospf-1] int g0/0/1
[r1-GigabitEthernet0/0/1]ospf mtu-enable 两端设备均需开启
7.邻居建立成为邻接的条件
根据网络类型决定
在点到点网络中，所有的邻居关系必然成为邻接关系
在MA网络中从邻居到邻接前将利用一个周期的dead time（30S)；进行DR/BDR选举；
选举规则：
-
先比较这些参选接口的优先级，默认1，取值范围0-255；越大越好，0标识不参选；
-
DR优先级最大，BDR次大；选举非抢占，故若希望干涉选举，需要重启ospf进程，或者将非DR/BDR修改为0；
修改优先级重启进程：
-
[r2]interface GigabitEthernet 0/0/1
-
[r2-GigabitEthernet0/0/1]ospf dr-priority 3
-
<r2>reset ospf process
-
Warning: The OSPF process will be reset. Continue? [Y/N]:y
非DR/BDR间为邻居关系；
8.OSPF的接口网络类型
1.网络类型
[r1]display ospf interface GigabitEthernet 0/0/1
• OSPF Process 1 with Router ID 1.1.1.1
• Interfaces
Interface: 12.1.1.1 (GigabitEthernet0/0/1)
Cost: 1 State: DR Type: Broadcast MTU: 1500 | 网络类型 OSPF接口 网络类型 | |
|---|---|
| LoopBack P2P（LoopBack） 无hello 环回使用32位主机路由 | |
| 点到点 （PPP/HDLC/GRE） P2P 10s hello time 不选DR/BDR | |
| BMA （以太网） Broadcast 10s hello time 选DR/BDR | |
| NBMA MGRE） P2P |
在tunnel接口上，ospf的默认工作方式为P2P，这种工作方式，只能建立一个邻居关系，故在MGRE环境中将无法正常工作；
2.修改接口的默认工作方式
1. **[r1]interface Tunnel 0/0/0**
2. **[r1-Tunnel0/0/0]ospf network-type ?**
**broadcast** Specify OSPF broadcast network
**nbma** Specify OSPF NBMA network
**p2mp** Specify OSPF point-to-multipoint network
**p2p** Specify OSPF point-to-point network切记：一个网段中所有接口的ospf工作方式必须一致；否则将无法建立邻居关系，或者因为不同工作方式的hello time一样，错误建邻，无法收敛；
当MGRE环境中，使用OSPF，且所有tunnel接口修改为broadcast工作方式后，必须基于拓扑接口考虑DR位置问题
MGRE可以构建不同的拓扑结构：
1、星型--中心到站点--轴辐状 中心站点为DR，取消BDR
2、全连网状 --- 不需要再关注DR
3、部分网状 --- 基于能够全网段内正常共享LSA来考虑最佳的DR位置
9.关于OSPF的不规则区域问题
不规则区域：
1、远离骨干的非骨干
2、不连续骨干
解决方案：
1、tunnel
在骨干区域与非法ABR间建立一条隧道，之后将该隧道链路宣告到OSPF协议中
缺点：
1）周期的hello与更新，包括触发更新，将一致占用中间穿越区域；
2）选路不佳
2、OSPF的虚链路
由非法ABR设备，通过直连区域的合法ABR进行授权，来转发路由
由于没有新增链路，故不存在选路不佳问题
[r2]ospf 1
[r2-ospf-1]area 1 两台ABR间的直连区域（同时处于该区域）
[r2-ospf-1-area-0.0.0.1]vlink-peer 4.4.4.4 对端ABR的RID
[r2]display ospf vlink缺点：虚链路上的两台ABR间的周期资源占用问题；
1）在思科中，取消两台设备的周期行为，hello、更新均收发一次；--不可靠
2）在华为中，保留周期--占资源
3、多进程双向重发布
ospf多进程：一台路由器上的多个进程，每个进程拥有自己的数据库，独立计算路由条目，且计算所有不共享；最终将所有最佳路径加载于同一张路由表内；
路由器的一个接口只能工作在一个进程中；
可用于解决不规则区域，将不规则位置工作不同的进程中，实现分开，之后利用重发布技术来共享路由表； 解决了选路不佳和资源占用的问题
[r4]ospf 1
[r4-ospf-1]import-route ospf 2
[r4]ospf 2
[r4-ospf-2]import-route ospf 110.OSPF的数据库表
<r1>display ospf lsdb 查看LSDB目录
ospf协议在不同的条件环境下，将使用不同类别的LSA来传输拓扑或路由信息；
<r1>display ospf lsdb router 2.2.2.2 具体查看某条LSA信息
类别名 link-id
所有类别LSA均携带的信息
Type : Router 类别名 此处为1类
Ls id : 2.2.2.2 link-id 在目录中的页码号
Adv rtr : 2.2.2.2 通告者，该条LSA发出起源设备的RID
Ls age : 1255 老化时间，正常1800s周期归0，触发归0；最大老化3609s
Len : 48 长度
Options : ABR E
seq# : 80000016 序列号
chksum : 0x4baa 校验和码| LSA类别 传播范围 通告者 携带信息 | |||
|---|---|---|---|
| LSA1 Router 本地所在区域 单区域内所有路由器 本地直连拓扑 | |||
| LSA2 Network 单区域，本地所在区域 DR 单个MA网段的拓扑 | |||
| LSA3summary 整个OSPF域 ABR 域间路由条目 | |||
| LSA4 asbr 除ASBR所在区域外的 与ASBR在一个区域 ASBR所在位置 | |||
| 整个ospf域 直连区域0的ABR | |||
| ASBR所在区域基于1类获取ASBR位置 | |||
| LSA5 ase 整个OSPF域 ASBR 域外路由条目 | |||
| LSA7 nssa 单个NSSA区域 ASBR 域外路由条目 |
| LSA类别 LINK-ID 通告者 | |||
|---|---|---|---|
| LSA1 Router 通告者的RID 单区域内的所有路由器 | |||
| LSA2 Network DR接口的ip地址 每个MA网段内的DR | |||
| LSA3summary 域间路由的目标网络 ABR经过下一台ABR时，修改 | |||
| LSA4 asbr ASBR的RID ABR 在经过下一台ABR时，修改 | |||
| LSA5 ase 域外路由的目标网络号 ASBR | |||
| LSA7 nssa 域外路由的目标网络号 ASBR |
11. OSPF优化--减少LSA的更新量
1、汇总
作用--- 减少骨干区域的路由条目数量
汇总--OSPF协议不支持接口汇总，在一个区域内，邻接间传递的是拓扑信息，不能进行汇总；故只能在交互路由的边界设备进行汇总
1）域间路由汇总--在区域间的ABR上，交互区域间路由条目时进行汇总配置
[r2]ospf 1
[r2-ospf-1]area 1 本地通过该区域1/2类LSA计算所得路由，可以汇总后传递给其他区域
[r2-ospf-1-area-0.0.0.1]abr-summary 3.3.0.0 255.255.252.0
2）域外路由汇总---ASBR在将外部的路由条目通过重发布协议，共享到OSPF协议中时；可以进行汇总
[r4]ospf 1
[r4-ospf-1]asbr-summary 99.1.0.0 255.255.252.0
2、特殊区域
作用-- 减少非骨干区域的路由条目数量
条件：**不能为骨干区域，不能配置虚链路**
[1] 同时不能存在ASBR
1）末梢区域--拒绝4/5类的LSA；由该区域连接骨干区域的ABR向该区域发布一条3类的缺省
[r2]ospf 1
[r2-ospf-1]area 1
[r2-ospf-1-area-0.0.0.1]stub
注：该区域内的所有路由器均需配置该命令
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
先将整个区域所有路由器配置为末梢区域；然后仅再在连接骨干区域的ABR上配置完全即可
[r2]ospf 1
[r2-ospf-1]area 1
[r2-ospf-1-area-0.0.0.1]stub no-summary
[2] 存在ASBR
1)NSSA 非完全末梢区域 -- 该区域将拒绝4/5类LSA，由该区域连接骨干区域的ABR向该区域发布一条7类的缺省路由；该区域内的ASBR导入域外路由时，基于7类导入，之后通过该区域连接骨干的ABR传递到骨干区域时，转换为5类进入骨干区域；
NSSA设计的重点，不是减少该区域内ASBR产生的域外路由，而是网络中其他部分的ASBR产生的域外路由；
[r2]ospf 1
[r2-ospf-1]area 1
[r2-ospf-1-area-0.0.0.1]nssa 本区域内部所有设备均需配置
2）完全NSSA --- 在NSSA的基础上，进一步拒绝3类LSA的进入，由该区域连接骨干区域的ABR向该区域发布一条3类的缺省
先将该区域配置为NSSA区域，之后仅在该区域连接骨干的ABR上配置完全即可
[r2]ospf 1
[r2-ospf-1]area 1
[r2-ospf-1-area-0.0.0.1]nssa no-summary
切记：NSSA和完全NSSA的工作环境，需要考虑ISP（运营商）所在位置，否则可能导致环路出现
12.OSPF 扩展配置
1、认证
在直连的邻居或邻接之间，配置身份核实秘钥来保障邻居、邻接间数据沟通的安全性
1）接口认证
在直连连接的接口上配置
[r6-GigabitEthernet0/0/1]ospf authentication-mode md5 1 cipher 123456
两端的模式、编号、秘钥必须完全一次
2）区域认证
[r1]ospf 1
[r1-ospf-1]area 1
[r1-ospf-1-area-0.0.0.1]authentication-mode md5 1 cipher 123456
将该路由器R1，所有属于区域1的接口全部进行认证
3）虚链路认证
[r10-ospf-1-area-0.0.0.4]vlink-peer 9.9.9.9 md5 1 cipher 123456
2、沉默接口
用于路由器连接PC终端设备的接口，这些接口为全网可达，会在路由协议中被宣告；故这些接口也会周期向下方的终端发送路由协议信息，造成资源占用，及安全问题；故这些接口需要关闭发送RIP/OSPF等协议数据包行为--沉默接口（被动接口）
切记：不要配置到路由器与路由器相连的骨干接口，将导致邻居间无法收发路由信息，无法建立邻居关系
[r2]ospf 1
[r2-ospf-1]silent-interface GigabitEthernet 0/0/2
3、加快收敛
通过修改邻居间hello 和dead time，可以实现加快收敛，但频率过高后也会占用更多硬件资源；故hello time为10s时，不太建议再加快； hello time 为30s时可以酌情修改；
邻居间的hello time和dead time 必须完成一致，否则无法建立邻居关系；
修改本端的hello time，本端的dead time自动4倍关系匹配；对端时间不变，需要手工将两端配置完全一致；
[r2-GigabitEthernet0/0/0]ospf timer hello 10
4、缺省路由
1）3类缺省 特殊区域自动产生；末梢、完全末梢、NSSA、完全NSSA
末梢、完全末梢、完全NSSA这3种特殊区域，会在配置完成后，由该区域连接骨干区域的ABR向该区域内部发送；
在华为设备中，NSSA和完全NSSA，会在配置完成后，由该区域连接骨干区域的ABR向内部发布7类的缺省路由；
因此完全NSSA将拥有3类和7类两种缺省，内部优于外部，故信任3类；
2）5类缺省-- 外部路由，重发布产生的； 本地路由器的路由表中，存在任意方式产生的缺省路由后，通过专门的指令，将其重发布到OSPF协议中；
[r9]ospf 1
[r9-ospf-1]default-route-advertise 将本地路由表中通过其他方式获取的缺省路由，重发布到内部的OSPF协议中 默认导入类型2路由
[r9-ospf-1]default-route-advertise always 强制重发布缺省路由--即便本地路由表中没有缺省路由，也强制向内部发布一条缺省路由 默认导入类型2路由
[r9-ospf-2]default-route-advertise type 1 修改为类型1；
3）7类缺省 --- NSSA或完全NSSA，自动由该区域连接骨干的ABR发出，但在完全**NSSA中还会产生3类缺省**，故完全NSSA中7类缺省无意义；
默认5类一样也是类型2;
[r6-ospf-1-area-0.0.0.3]nssa default-route-advertise
手工产生7类缺省，前提在NSSA区域中
若一台设备同时学习到的多条不同类别的缺省路由：
内部优于外部 故 3类优于5/7
若均为5类 或均为7类 类型1优于类型2
类型相同，比较优先级
优先级相同比较cost值，完全一致负载均衡；
若5、7类相遇，类型1优于类型2；类型相同，比较优先级，优先级相同比较cost值，完全一致5类优于7类；
13.OSPF拓展知识
1.关于OSPF状态机的问题
1）在MA网络中（进行DR/BDR选举）存在7种状态机
init是路由器A收到邻居B的hello包，但该hello包中没有A的RID；
2）在点到点网络init状态机在判断可以建立邻居后，直接进入exstart状态机；没有2way状态机----6种状态机
在点到点网络实际仅存在邻接关系；在MA网络（选举DR/BDR）网络中存在邻居和邻接关系；
3）若邻接间的数据库默认一致，将不需要进入loading状态机；
4）在hello时间较大时，比如p2mp和nbma工作方式，默认hello time为30s；
hello包收发的间隔较大，从down状态到init需要很长时间的等待，故在两种状态机，存在一个尝试状态机Attempt；
5）华为设备中ospf存在加速建邻机制--- 在两台路由器进行过一次邻接关系建立后，双方存在对端的缓存信息后；二次建邻时将快速完成状态机的切换；--前提是缓存未删除---认证或拥塞
2.关于OSPF的DBD包--- 排序问题（隐性确认问题）
1）在exstart状态机，邻接设备间会使用不携带LSA头部信息的DBD包进行主从关系的选举，该选举的作用决定了那台设备优先进入exchange状态机的顺序；
2）在exchange状态时，邻接间将收发携带LSA头部信息的DBD包；可能由于LSA头部信息较多，将多次收发DBD，也需要进行排序；
所以主优先进入exchange，主在exchange优先发送DBD，在发送一个DBD后，需要接收到对端的DBD后，才能发出下一个DBD；目的在于避免两端同时发送携带LSA的DBD报头，导致链路拥塞； 故为了顺序正常，DBD需要进行隐性确认；
隐性确认：
从在收到主的DBD包后，复制该DBD包的序列号回复DBD；
在主或从未完成所有LSA头部信息的共享前，对端设备需要使用空包（不携带LSA信息，但复制了对端序列号的DBD）来完成确认；
隐性确认可以让ospf协议在exchange状态机取消ACK的确认；
DBD报头中存在标记位来告知邻接，是不是本地第一个DBD和最后一个DBD，同时标记主从关系；
I ：为1 标识本地第一个DBD
M ：为1标识不是本地最后一个DBD
MS ：为1标识主，为0标识从； 第一次收发的DBD两端均认为是主；
DBD包中将携带接口的MTU值，两端MTU不一致将卡在exstart或exchange状态机；
默认华为不检测接口的MTU；
[r7]interface GigabitEthernet 0/0/1
[r7-GigabitEthernet0/0/1]ospf mtu-enable 开启接口mtu检测
3.附录E --- link-id相同的问题
若一台ABR将两条3类LSA导入其他区域；同时这两条LSA的link-id会相同；
假设：短掩码网段先进入，link-id正常显示；长掩码进入时link-id加反掩码
20.1.0.0/16--link-id 20.1.0.0
20.1.0.0/24--link-id 20.1.0.255
若长掩码先进入，再短掩码进入时，长掩码的信息被刷新为反掩码；
4.OSPF选路规则
E为5类 N 为7类 默认所有重发布进入路由条目均为类型2，类型2在路由表中cost值不会显示沿途的累加，仅显示起始度量；
拓扑优于路由 1/2LSA计算所得路由优于3/4/5/7类计算所得
内部优于外部 3类优于4/5/7类
类型1优于类型2 E1优于E2，N1优于N2，E1优于N2，N1优于E2；
E1与N1相遇，或E2与N2相遇，先比总度量（起始+沿途）小优；度量一致5类优于7类
同一路由本地基于骨干区域和非骨干均学习到，不比较度量，直接优选骨干--非骨干传递的路由无效
OSPF的区域水平分割：区域标号为A的3类LSA，不能回到区域A；避免环路产生
5.FA-转发地址
1、针对存在FA的5/7类路由，4类LSA无意义，仅递归到FA地址；若FA地址被策略过滤导致不可达；
2、路由表中的度量是到FA地址的度量，不是到ASBR的度量；
正常OSPF区域收到的5类LSA不存在FA值
产生FA的条件：
1.5类LSA ---- 假设R2为ASBR，g0/0口工作的OSPF中，g0/1口工作在非ospf协议或不同ospf进程中；若g0/1也同时宣告在和g0/0相同的OSPF进程中，同时该接口的工作方式为广播型；将在5类LSA中出现FA地址，地址为R2连接R3网段中R3的接口ip；
2、7类LSA---必然出现FA地址
6.SFP算法 –OSPF防环机制
1、在同一个区域每台路由具有一致的LSDB
2、每台路由器以自己为根计算到达每个目标的最短路径（最小cost值）
3、必须区域划分--
优势：
1）域间汇总减少路由条目数量
2）汇总路由是在所有明细路由均消失后才删除，网络更稳定
3）区域划分后不同类别的LSA传播范围不同，控制更新量
过程：
基于本地LSDB(1/2类LSA)---生成有向图--基于有向图来生成最短路径树，关注本地LINK-ID的LSA开始-- -基于该LSA内提及到点到点或传输网络信息再查看link-id递归到下一条信息；基于所有点到点和传输网络信息生成最短路径树主干；然后用树中每台设备的末梢网络信息补充路由表，**完成收敛；
有向图的端点类型
点到点网段：
Stub网段：表示该网段只有数据入口，例如一个Loopback接口
Transit网段：有至少两台路由器的广播型网段或NBMA网段
从Transit网段到连接到这个网段的路由器的开销为0（称为伪节点）