OSPF基础

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分类专栏：网络文章标签：网络 ospf

于 2021-02-17 23:38:28 首次发布

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OSPF

基本概念

名称

Open Shortest Path First，开放式最短路径优先协议。

版本

OSPF v2（IPV4）与OSPF v3（IPV6）。

协议类型

标准的无类别链路状态型协议。无类别（传递网络掩码），链路状态型（基于拓扑，防环）

传递的路由信息

OSPF传递的路由信息为LSA，链路状态通告（Link-State Advertisement），它是链路状态型协议使用的一个分组，包括有关邻居和通道成本的信息。LSA被路由器接收用于维护路由选择表。可简单理解为在不同环境下产生的不同拓扑或路由。

使用范围

IGP（一个AS之内）

更新方式

触发更新，当网络结构发生变化时再更新路由信息。周期更新，周期为每30min。且更新时采用组播更新（224.0.0.5、224.0.0.6）。

跨层封装

基于IP协议跨层封装，无四层（传输层），分段改为分片，无端口号，有协议号为89。

OSPF区域

OSPF支持区域划分。基于接口（链路）来划分。

作用

①限制LSA的传播范围。
②减少LSA的数量。
③同一区域传拓扑信息，不同区域传路由信息。

标识方法

十进制数与类似IP地址（X.X.X.X），其中0区域为骨干区域，非0区域为非骨干区域。

划分原则

①多区域OSPF网络中必须存在且唯一的骨干区域（Area 0或Area-0.0.0.0）。单区域时可不为Area 0。

②若存在非骨干区域，非骨干区域必须与骨干区域相连，实现区域的星型结构。

③若存在非骨干区域，必须有区域边界路由器（ABR），且ABR路由器同时连接骨干区域与非骨干区域（接口划分）。

OSPF协议中路由器的角色

骨干路由器

该路由器的所有接口都属于同一个OSPF区域内。

非骨干路由器

①ABR：区域边界路由器。连接骨干与非骨干区域。
②ASBR：自治系统边界路由器。连接OSPF与非OSPF区域，能将非OSPF协议的路由引入。

OSPF数据包类型

五种类型的报文

一、Hello

保活包，组播周期发送，用于邻居关系的发现、建立与保活。在Hello包中存在本地已知邻居的Router ID，Hello time为10s或30s，Dead time为Hello time的四倍。Hello包中的四个参数必须一致（上图带*的参数）才可建立邻居关系。华为设备还要求邻居间接口的IP地址子网掩码必须一致。

二、DBD

Datebase Description，数据库描述包，对链路拓扑的路由信息的描述。

DBD相关概念

①隐性确认：普通的DBD需要Ack确认，而假DBD包（主从选举时）不需要，此时会使用从对主的隐性确认的方式，基于序列号同步进行确认。

②MTU参数：DBD报文中存在MTU参数，要求邻居间的MTU值必须相同，否则将卡在Exstart状态。华为设备默认不检查MTU值，需要手动配置开启检查（注意两端保持相同状态），且可进行修改。

③描述字段：I位为1标识本地发出的第一个DBD包，M位为0标识本地发出的最后一个DBD包，MS位为1代表主，0代表从。

三、LSR

LS Request，链路状态请求包。

四、LSU

LS Update，链路状态更新包，携带了具体的LSA（拓扑信息）

五、LSAck

LS Acknowlegement，链路状态确认包。

OSPF状态机

前三个状态（建立邻居关系）

①Down State：停机状态，即启用OSPF协议之前的状态。在启用OSPF协议后，路由器会发送Hello包，然后进入下一个状态（初始化状态）。

②Init State：初始化状态，即等待建立邻居关系的状态。在收到包含有自己RID的Hello包后，则与对方一起进入下一个状态（双向连接状态）。

③Two-Way State：双向连接状态，即标志着邻居关系建立完成。

后四个状态（建立邻接关系）

在经过前三个状态后，会进行条件匹配，若匹配成功则继续进行下一个状态（预启动状态），否则停留在双向连接状态保持邻居关系。

①Exstart State：预启动状态，使用假DBD（效果类似Hello包，但无需Ack确认，采用隐性确认的方式）双方比较RID，进行主从关系的选举（从会使用主的序列号发包以表示选举结果），RID大者优先进入下一个状态（准交换状态）。

②Exchange State：准交换状态，使用真正的DBD包进行拓扑目录的共享（需要使用Ack包进行确认）。

③Loading State：加载状态，根据对比拓扑目录信息找出本地缺少的信息，然后使用LSR、LSU与LSAck包来进行具体拓扑信息的共享，实现OSPF收敛。

④Full State：最终状态，共享完成，标志着邻接关系建立完成。

OSPF工作过程

第一步：启动配置完成后，邻居间组播收发Hello包，建立邻居关系，生成邻居表。

第二步：邻居间进行条件匹配，匹配失败则保持邻居关系，周期性保活即可；匹配成功的，将进行邻接关系的建立，该过程中将先使用DBD进行拓扑目录共享，再使用LSR、LSU与LSAck来获取本地未知的LSA信息，最终完成邻接关系间的LSDB同步，生成数据库表。

第三步：本地基于LSDB，利用SPF算法（最短路径优先算法，由有向图到树状结构图），计算到达所有未知网段的最短路径，然后将计算结果加载到路由表中，整个收敛过程就此完成。之后，进行Hello包周期保活，且每30min邻接关系间周期比对DBD。

OSPF的收敛

①LSA的洪泛，使整个OSPF网络收到同一条LSA。

②LSDB（链路状态数据库，即所有LSA的集合）的同步，整个OSPF网络的LSDB需要一致。

OSPF应对网络结构突变

新增或断开

直连新增或断开网段的设备，基于触发更新，直接使用更新数据包（LSU）来告知本地所有的邻接，然后邻接也会将此消息发送给整个OSPF网络中的其他设备。

无法通信

Dead time倒计时结束后还未收到邻居的Hello包，则断开邻居关系，并删除有关信息。

邻居到邻接关系的匹配条件

（1）在P2P网络中，所有的OSPF邻居关系必然需要建立成为邻接关系。

（2）在MA网络中，由于OSPF不支持接口的水平分割，若两两间均为邻接关系，会导致大量的重复更新，所以必须进行DR/BDR的选举（使用组播224.0.0.6），在该网段的非DR/BDR设备间只能建立为邻居关系。当DR出故障后，BDR会临时充当DR的角色来与其他设备建立邻接关系。

注： DR/BDR是基于接口的，且DR/BDR在同一MA网络中只能各一个，且必须有DR，可以没有BDR。

DR/BDR的选举规则

（1）先比较接口优先级，范围为0-255，默认为1，越大越优，0代表不参选；

（2）再比较RID，越大越优。

相关配置

①修改接口的优先级：

②由于DR/BDR选举是非抢占的，只会在选举时间（40s）内选出DR/BDR，逾期不候，所以在修改完接口优先级后，需要手动重启OSPF进程，手动干涉才会生效：

OSPF的优先级与开销值

优先级（AD值）

华为设备OSPF默认内部路由优先级为10，外部路由为150。

开销值（cost值）

计算方法为 100Mbps / 带宽，由每一段链路的cost值累加所得。

注：若接口带宽大于参考带宽（100M），则cost会取为1。由此可能导致选路不佳的情况，可以通过修改参考带宽来避免该情况的出现，修改时注意整个OSPF网络内的参考带宽需要保持一致。配置命令为 bandwidth-reference ？（单位默认为Mbits/s）

OSPF在不同网络类型接口下的工作方式

接口网络类型	工作方式
LoopBack	P2P类型，无Hello包，使用32位主机路由传递
P2P	P2P类型，宣告后自动建邻，不选举DR/BDR
BMA	Broadcast类型，宣告后自动建邻，选举DR/BDR
NBMA	P2P类型，宣告后自动建邻，不选举DR/BDR，会出现问题

查看某接口的OSPF工作方式：