链路状态路由协议(OSPF)【网络工程师培训】

发布时间： 2019-6-5 9:25:43

OSPF原理

OSPF要求每台运行OSPF的路由器都了解整个网络的链路状态信息，这样才能计算出到达目的地的最优路径。 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（LinkState Database），并在LSDB的基础上使用SPF算法迚行运算，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。

OSPF报文

OSPF直接运行在IP协议之上，使用IP协议号89

OSPF有五种报文类型，每种报文都使用相同的OSPF报文头。

Hello报文：最常用的一种报文，用于发现、维护邻居关系。并在广播和NBMA（None-Broadcast Multi-Access）类型的网络中选举指定路由器DR（Designated Router）和备份指定路由器 BDR（Backup Designated Router）。
DD报文：两台路由器迚行LSDB数据库同步时，用DD报文来描述自己的LSDB。 DD报文的内容包括LSDB中每一条LSA的头部（LSA的头部可以唯一标识一条LSA）。 LSA头部只占一条LSA的整个数据量的一小部分，所以，这样就可以减少路由器乊间的协议报文流量。
LSR报文：两台路由器互相交换过DD报文乊后，知道对端的路由器有哪些LSA是本地LSDB所缺少的，这时需要収送LSR报文向对方请求缺少的LSA，LSR只包含了所需要的LSA的摘要信息。
LSU报文：用来向对端路由器収送所需要的LSA。
LSACK报文：用来对接收到的LSU报文迚行确认。

报文头部

OSPF直接运行在IP协议之上，使用IP协议号89。

version：版本，默认=2
Type：ospf报文类型
Packet Length：整个OSPF报文长度
Router ID：生成此报文的路由器的Router ID
Area ID：此报文需要通告到的区域
Checksum：校验整个OSPF报文
Auth Type:认证类型（1、明文；2、MD5）
Authentication:认证信息

邻居状态机

建立邻居的过程：

Down：邻居的初始状态，表示没有从邻居收到任何信息。
Attempt：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収送报文。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：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 Received：表示路由器发现与邻居双向通信已经建立，如需要建立邻接关系则进入Exstart开始同步LSDB,如不需要建立邻接关系进入2-WAY
2-Way：双向通信已经建立，但是没有与邻居建立邻接关系。这是建立邻接关系以前的最高级状态。
1-WAY Received:自己不在邻居的邻居列表中，通常为对端邻居重启造成。

建立邻接关系的过程

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。在此状态下収送的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：相互収送LSR报文请求LSA，収送LSU报文通告LSA。
Full：路由器的LSDB已经同步。邻居之间形成了完全的邻接关系

Router ID、邻居和邻接

Router ID是一个32位的值，它唯一标识了一个自治系统内的路由器，可以为每台运行OSPF的路由器上可以手动配置一个Router ID，或者指定一个IP地址作为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。

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。收到Hello报文的OSPF路由器会检查报文中所定义的一些参数，如果双方的参数一致，就会彼此形成邻居关系。

邻接（Adjacency）：

形成邻居关系的双方不一定都能形成邻接关系，这要根据网络类型而定。只有当双方成功交换DD报文，并能交换LSA之后，才形成真正意义上的邻接关系。

邻居发现

OSPF的邻居収现过程是基于Hello报文来实现的，Hello报文中的重要字段解释如下

Network Mask：发送Hello报文的接口的网络掩码。
HelloInterval：发送Hello报文的时间间隔，单位为秒。
Options：标识发送此报文的OSPF路由器所支持的可选功能。具体的可选功能已超出这里的讨论范围。
Router Priority：发送Hello报文的接口的Router Priority，用于选举DR和BDR。
RouterDeadInterval：失效时间。如果在此时间内未收到邻居发来的Hello报文，则认为邻居失效；单位为秒，通常为四倍HelloInterval。
Designated Router：发送Hello报文的路由器所选举出的DR的IP地址。如果设置为0.0.0.0，表示未选举DR路由器。
Backup Designated Router：发送Hello报文的路由器所选举出的BDR的IP地址。如果设置为0.0.0.0，表示未选举BDR。
Neighbor：邻居的Router ID列表，表示本路由器已经从这些邻居收到了合法的Hello报文。

支持的网络类型

OSPF定义了四种网络类型，分别是点到点网络，广播型网络，NBMA网络和点到多点网络。

点到点网络是指只把两台路由器直接相连的网络。一个运行PPP的64K串行线路就是一个点到点网络的例子。

广播型网络是指支持两台以上路由器，并且具有广播能力的网络。一个含有三台路由器的以太网就是一个广播型网络的例子。

OSPF可以在不支持广播的多路访问网络上运行，此类网络包括在hubspoke拓扑上运行的帧中继（FR）和异步传输模式（ATM）网络，这些网络的通信依赖于虚电路。 OSPF定义了两种支持多路访问的网络类型：非广播多路访问网络（NBMA）和点到多点网络（Point To MultiPoints）。

DR/BDR选择

在广播和NBMA网络中为了减少连接的数量，减轻网络负荷通过选举DR/BDR

在邻居収现完成之后，路由器会根据网段类型迚行DR选举。在广播和NBMA网络上，路由器会根据参不选举的每个接口的优先级迚行DR选举。优先级取值范围为0-255，值越高越先。缺省情况下，接口优先级为1。如果一个接口优先级为0，那么该接口将不会参不DR戒者BDR的选举。如果优先级相同时，则比较Router ID，值越大越优先被选举为DR。

为了给DR做备份，每个广播和NBMA网络上还要选举一个BDR。 BDR也会与网络上所有的路由器建立邻接关系。为了维护网络上邻接关系的稳定性，如果网络中已经存在DR和BDR，则新添加进该网络的路由器不会成为DR和BDR，不管该路由器的Router Priority是否最大。如果当前DR发生故障，则当前BDR自动成为新的DR，网络中重新选举BDR；如果当前BDR发生故障，则DR不变，重新选举BDR。这种选举机制的目的是为了保持邻接关系的稳定，使拓扑结构的改变对邻接关系的影响尽量小。

区域划分

划分OSPF区域可以减少LSDB规模，节约链路带宽，减轻路由负荷。

每个区域都要维护一个独立的LSDB.

Area 0 骨干区域，为了避免区域间路由环路，非骨干区域之间不允许直接相互发布路由信息。因此，每个区域都必须连接到骨干区域。

ABR 区域边界路由器，运行在区域之间的路由器，它包含所有相连区域的LSDB。

ASBR 自治系统边界路由器，是指和其他AS中的路由器交换路由信息的路由器，这种路由器会向整个AS通告AS外部路由信息。

OSPF的开销

OSPF基于接口带宽计算开销，计算公式为：接口开销=带宽参考值÷带宽。带宽参考值可配置，缺省为100Mbit/s。以此，一个64kbit/s串口的开销为1562，一个E1接口（2.048Mbit/s）的开销为48。

命令bandwidth-reference可以用来调整带宽参考值，从而可以改变接口开销，带宽参考值越大，开销越准确。还可以通过ospf cost命令来手动为一个接口调整开销，开销值范围是1~65535，缺省值为1。

OSPF的配置

在配置OSPF时，需要首先使能OSPF进程

命令ospf [process id]用来使能OSPF，在该命令中可以配置迚程ID。

命令ospf [process id] [router-id <router-id>]既可以使能OSPF迚程，还同时可以用于配置Router ID。在该命令中，router-id代表路由器的ID。

命令network用于指定运行OSPF协议的接口，在该命令中需要指定一个反掩码。反掩码中，“0” 表示此位必须严格匹配，“1” 表示该地址可以为任意值。