OSPF路由协议详解-工业路由器-厦门爱陆通

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OSPF路由協議詳解

發布時間：2020-07-03瀏覽：1756

OSPF：開放式最短路徑優先協議
無類別鏈路狀態路由協議，組播更新224.0.0.5/6；跨層封裝到三層，協議號89；
基于拓撲工作，故更新量大-----需要結構化部署–區域劃分、地址規劃
觸發更新、每30min周期更新

OSPF的數據包：
Hello包
DBD–數據庫描述包
LSR–鏈路狀態請求
LSU–鏈路狀態更新攜帶各種LSA

LSack–鏈路狀態確認

狀態機----OSPF建立時，存在各個階段；
1、down 本地一旦發出hello包進入下一狀態
2、Init初始化本地接收到的hello包存在本地的RID進入下一狀態
3、2way雙向通信鄰居關系建立標志；
條件匹配：點到點網絡直接進入下一狀態；MA網絡將進行DR/BDR選舉（40S），非DR/BDR間不得進入下一狀態；
4、exstart 預啟動使用類似hello的DBD進行主從關系選舉，RID大為主，主優先進入下
一狀態
5、Exchange 準交換使用真實的DBD包進行數據庫目錄共享，需要ACK；
6、Loading 加載使用LSR/LSU/LSack來獲取未知的LSA信息；
7、Full轉發鄰接關系建立的標志

OSPF工作過程：
啟動配置完成后，本地使用hello包建立鄰居關系，生成鄰居表；
進行條件匹配，匹配失敗者間保持為鄰居關系，僅hello包周期保活即可；
匹配成功者間，將使用DBD/LSR/LSU/LSack來獲取未知的LSA信息，當收集其網絡中所有LSA后，生成LSDB–數據表；之后使用最短路徑算法，計算本地到達所有未知網段的最佳路由，然后將其加載路由表中，收斂完成。
結構突變—1、新增網段發送新的DBD 未知設備會使用LSR獲取
2、斷開網段發送新的DBD 未知設備會使用LSR獲取

名詞：
LSA–鏈路狀態通告 —存在多種類別，攜帶不同環境下產生的拓撲或路由信息；該信息依賴
LSU數據包傳遞；
LSDB–鏈路狀態數據庫 —各種的LSA的集合
OSPF的收斂行為------LSA洪泛 LSDB同步

配置:
r1(config)#router ospf 1 啟動OSPF協議，啟動時需要配置進程號，進行號僅具有本地意義
r1(config-router)#router-id 1.1.1.1 全網唯一，手工–環回最大數值–物理接口最大數值
宣告：1、激活 2、路由或拓撲 3、區域劃分
r1(config-router)#network 12.1.1.1 0.0.0.0 area 0
r1(config-router)#network 1.1.1.1 0.0.0.0 area 0
宣告時必須攜帶反掩碼

區域劃分規則：
1、星型結構
2、必須存在ABR-邊界路由器

【1】當啟動配置完成后，鄰居間使用hello包建立鄰居關系，生成鄰居表：
Hello包–用于鄰居的發現、關系、保活
hello time為10s或30s dead time 為hello time 的4倍；

Hello包中和鄰居必須完全一致的參數：hello time和dead time
區域ID
認證字段
末梢區域標記
r2#show ip ospf neighbor

Neighbor ID Pri State Dead Time Address Interface
1.1.1.1 0 FULL/ - 00:00:39 12.1.1.1 Serial1/0
3.3.3.3 0 FULL/ - 00:00:38 23.1.1.2 Serial1/1
狀態機
【2】鄰居關系建立后，進行條件匹配，匹配失敗保持為鄰居關系，僅hello包保活
匹配成功成為鄰接關系，將使用DBD/LSR/LSU/LSACK來獲取未知的LSA信息，生成數據庫表：
DBD：攜帶MTU值；強制鄰居間MTU值必須一致，否則卡在exstart或exchange狀態；
DBD包中的描述字段：I 為1標示該包為本地發出的第一個DBD包
M為0標示該包為本地發出的最后一個DBD包
MS為1標示本地為主；
隱性確認：從使用主的序列號來對主進行確認；

r1#show ip ospf database 查看數據庫簡表
OSPF存在各種類別的LSA，簡表內僅記錄分類的基礎信息；

【3】OSPF協議在生成好數據庫表后，將基于最短路徑規則將最佳路徑加載到本地的路由表中
O - OSPF, IA - OSPF inter area
N1 - OSPF NSSA external type 1, N2 - OSPF NSSA external type 2
E1 - OSPF external type 1, E2 - OSPF external type 2

O標示本地區域內的路由–本地基于拓撲計算所得
O IA 標示其他區域的路由通過ABR導入 --域間路由
O E1/2 標示通過其他協議或進程計算所得，之后ASBR重發布導入域外路由
ON1/2 標示通過其他協議或進程計算所得，之后ASBR重發布導入，同時本地為NSSA或完
全NSSA區域 -----域外路由

管理距離為110；度量為cost=開銷值=參考帶寬/接口實際帶寬
Ospf選路，就是選擇cost值之和最小路徑；默認參考帶寬為100M；若接口帶寬大于參考帶寬，將可能導致選路不佳，可以修改參考帶寬
r1(config)#router ospf 1
r1(config-router)#default auto-cost reference-bandwidth ?

r1(config-router)#default auto-cost reference-bandwidth 1000
注：所有設備均需修改；

【4】OSPF建立鄰接關系的條件
網絡類型：點到點網絡類型 ----必然成為鄰接關系
MA----進行DR/BDR選舉，所有非DR/BDR僅與DR/BDR建立鄰接關系；非DR/BDR間正常保持為鄰居關系；
選擇規則：1、比較接口優先級，默認為1，大優；
2、若優先級相同，比較RID，數值大優；

干涉選舉：
1、DR優選級最大，BDR次大；DR選擇為非搶占，故修改優先級后，正常需要重啟OSPF進程
r1(config)#interface fastEthernet 0/0
r1(config-if)#ip ospf priority 3
r1#clear ip ospf process
Reset ALL OSPF processes? [no]: yes
2、DR優選級最大，BDR次大；其他設備優先級修改為0，標示不參選；
切記：不能將所有參選接口優先級修改為0；

【5】OSPF接口網絡類型
設備接口網絡類型：環回點到點 BMA NBMA
所謂的OSPF接口網絡類型，是指OSPF協議在設備不同網絡類型下的不同工作方式；

設備接口網絡類型 OSPF 接口網絡類型（工作方式）
環回接口 LOOPBACK LOOPBACK 無hello包，發送32位主機路由
串口（HDLC/PPP）點到點 POINT_TO_POINT hello time 10s；不選DR；
以太網接口 BMA BROADCAST hello time 10s；選DR；

MGRE NBMA
注：在tunnel接口上，OSPF默認的工作方式為點到點；這種工作方式在MGRE環境下，將無法正常建立鄰居關系—因為點到點工作方式只能和一個鄰居建鄰；
可以將接口工作方式修改為BROADCAST；切記BROADCAST和POINT_TO_POINT工作方式均為10s的hello time，故能夠建立鄰居關系，但由于一個選DR，另一個不選，不能正常收斂路由；
r2(config)#interface tunnel 0
r2(config-if)#ip ospf network broadcast
注：若ROADCAST的工作環境為星型或部分網狀結構都可能出現DR位置錯誤問題；
必須修改DR的位置到最合適的地方；

建議：
1、在星型結構中可以定義為broadcast 類型，但注意DR位置；或修改為點到多點工作方式；
2、在部分網狀結構中直接定義為點到多點
3、在全連網狀建議broadcast ；
r1(config)#interface tunnel 0
r1(config-if)#ip ospf network point-to-multipoint

點到多點工作方式：hello time 為30s；不選DR；
2、不連續骨干

解決方法：
1、tunnel --在兩臺ABR上建立tunnel，然后將其宣告到OSPF協議中；
缺點：選路不佳，對中間區域周期、觸發占用；

2、OSPF虛鏈路—相當于OSPF關閉了區域限制；
在兩臺ABR上配置，然后骨干區域的ABR為非骨干區域間的ABR授權；
R2(config)#router ospf 1
R2(config-router)#area 1 virtual-link 4.4.4.4
優點：選路正常，為減少對中間區域的資源占用，取消所有周期信息–hello、更新
缺點：不可靠

3、多進程雙向重發布 --在一臺設備啟動多個進程時，每個進程為獨立協議，用于自己的RID，自己的數據庫和鄰居關系，這些數據庫不共享，僅將所以計算所得路徑加載到同一張路由表中；若多個進程工作于同一接口上，僅最先啟動進程生效；
R4(config)#router ospf 1
R4(config-router)#redistribute ospf 2 subnets
R4(config-router)#exit
R4(config)#router ospf 2
R4(config-router)#redistribute ospf 1 subnets

二、OSPF的數據庫表 -----該表格由各種類別的LSA組成；
所有類別LSA均存在以下參數：
LS age: 119 老化時間，周期1800s歸0，觸發更新歸0；最大老化3609；
Options: (No TOS-capability, DC)
LS Type: Router Links 類別名，此處為1類；
Link State ID: 1.1.1.1 link-id—目錄中番號
Advertising Router: 1.1.1.1 通告者的RID；
LS Seq Number: 80000003
Checksum: 0x67F8
Length: 60
Number of Links: 3

傳播范圍通告者攜帶信息
1
LSA1 Router 單區域（本區域）本區域內所有設備本地直連拓撲
LSA2network 本區域 DR MA部分的拓撲
LSA3Summary 整個OSPF區域 ABR O IA 域間路由
LSA4 asbr-summary 除ASBR所在區域 ABR ASBR的位置
外的整個OSPF區域
和ASBR同區域的設備是通過1類來獲取ASBR位置；
LSA5 external 整個OSPF區域 ASBR O E 域外路由
LSA7 nssa-external NSSA區域 ASBR O N 域外路由

LINK ID（目錄中的番號）通告者
1
LSA1 通告者的RID 本地區域內所有設備
LSA2 DR接口IP地址 DR
LSA3 IA 路由目標 ABR，在經過下一個ABR時修改為本地
LSA4 ASBR的RID ABR，在經過下一個ABR時修改為本地
LAS5 E 路由目標 ASBR
LSA7 N 路由目標 ASBR

三、優化，減少OSPF的LSA的更新量
【1】匯總 --減少骨干區域的LSA量
（1）域間匯總–只能在ABR上操作
r1(config)#router ospf 1
r1(config-router)#area 2 range 5.5.4.0 255.255.254.0
通過本區域內1/2類LSA計算所得
（2）域外匯總–在ASBR上操作
r4(config)#router ospf 1
r4(config-router)#summary-address 99.1.0.0 255.255.252.0

【2】特殊區域—減少非骨干區域
不得為骨干區域，不能存在虛鏈路；

（1）不存在ASBR
{1}末梢區域----拒絕4/5的LSA，自動產生一條3類的缺省路由指向骨干
r5(config)#router ospf 1
r5(config-router)#area 2 stub 本區域內所有設備均需配置

{2}完全末梢區域----在末梢區域的基礎上進一步拒絕3類的LSA，僅保留一條3類缺省
先將整個區域配置為末梢區域，然后僅在ABR上定義完全即可
r1(config-router)#area 2 stub no-summary

（2）存在ASBR
{1}NSSA ----非完全末梢區域
拒絕4/5的LSA，本區域ASBR產生的5類使用7類傳輸；7類LSA在離開本區域時被ABR修改為5類；不會自動產生缺省；
作用：拒絕網絡中其他區域的ASBR產生的4/5的信息；但為了避免環路產生，故不自動產生缺省，在管理員確定無環的前提下可以手工添加缺省路由；
r3(config)#router ospf 1
r3(config-router)#area 1 nssa

{2}完全NSSA
在NSSA的基礎上進一步拒絕3類LSA；自動產生3類的缺省指向區域0；
先將該區域配置為NSSA，然后僅在ABR上定義完全即可
r3(config-router)#area 1 nssa no-summary

四、OSPF的擴展配置
1、認證
【1】接口認證
1）接口明文
r1(config)#interface ethernet 0/0
r1(config-if)#ip ospf authentication 開啟明文認證需求，開啟后本地所有ospf數據包中認證類型字段被修改，鄰居間若不一致將不能建立鄰居關系
r1(config-if)#ip ospf authentication-key cisco123 配置明文密碼

2）接口密文
r6(config)#int s0/1
r6(config-if)#ip ospf authentication message-digest 開啟秘文認證需求，開啟后本地所有ospf數據包中認證類型字段被修改，鄰居間若不一致將不能建立鄰居關系
r6(config-if)#ip ospf message-digest-key 1 md5 cisco123

【2】區域認證
例：在R1上開啟關于區域0的明文或密文認證；然后僅僅只是將R1上所有屬于區域0的接口，認證類型字段修改，相當于在R1上所有區域0接口配置明文或密文認證需求；但每個接口的秘鑰還是需要逐一配置；
r12(config)#router ospf 1
r12(config-router)#area 2 authentication 明文
r12(config-router)#area 2 authentication message-digest 密文

【3】虛鏈路認證
r1(config)#router ospf 1
r1(config-router)#area 1 virtual-link 4.4.4.4 authentication
r1(config-router)#area 1 virtual-link 4.4.4.4 authentication-key cisco
r1(config-router)#area 1 virtual-link 4.4.4.4 authentication message-digest
r1(config-router)#area 1 virtual-link 4.4.4.4 message-digest-key 1 md5 cisco123

2、被動接口
r1(config)#router ospf 1
r1(config-router)#passive-interface ethernet 0/1

3、加快收斂—鄰居間直連接口hello和dead 必須完全一致
r7(config)#interface s0/1
r7(config-if)#ip ospf hello-interval 5
r7(config-if)#ip ospf dead-interval 20
注：修改本端的hello time本端的dead time自動4倍關系匹配；

4、缺省
3類缺省—通過特殊區域自動產生；
末梢、完全末梢、完全NSSA自動產生；

5類缺省—本地路由表中必須已經存在缺省路由，通過什么方式產生的無所謂；
之后，可以使用專用指令將其重發布到OSPF協議中
r9(config)#router ospf 2
r9(config-router)#default-information originate
默認進入路由為類型2，OE2；度量為1；
類型1：在內部傳遞時不疊加內部度量；
類型2：在內部疊加度量；默認
若網絡中存在多臺邊界路由器，均進行重發布行為，建議修改為類型1；
r9(config-router)#default-information originate metric-type 1

r9(config-router)#default-information originate always 強制向內網發布缺省路由信息；

7類缺省–ASBR上通過其他協議學習到的缺省導入OSPF，同時所導入區域為NSSA區域；
r12(config)#router ospf 1
r12(config-router)#area 2 nssa default-information-originate

注：若一臺設備同時學習多種缺省；內部優于外部 3類優于5/7類；
若5類和7類相遇，先比度量，小優；若度量一致那么5類優于7類；