路由协议---ospf

一、背景

虽然出现了静态路由可以解决ip报文转发的问题，但是随着网络拓扑越来越大越来越复杂，静态路由不能适应动态网络拓扑的变化，每条路由都需要人工操作，故而出现了动态路由，而ospf则是动态路由中最为常见的一种。

二、什么是ospf

ospf全称open shortest path first，开放式最短路径优先协议，是一种基于链路状态算法的路由协议，IS-IS也是此类协议。扩展：rip为距离矢量，bgp为路径矢量路由协议，其中bgp为最常用的外部网关EGP协议的一种，rip、ospf、is-is则为内部网关igp协议。

三、ospf基础

1、进程：ospf进程是本地标识符，不同路由器可以配置不同的进程号，不影响不同设备之间的ospf邻居建立，单个路由器也可以设置多进程，常用于vpn，每个进程各自独立，同一接口只能属于一个进程。

2、区域：

1）、ospf的区域是从逻辑上把不同的路由器接口分成不同的组，每个接口必须明确所属的区域，单个网段只能属于一个区域。

2）、其中area 0是核心区域，负责非骨干区域间路由转发，非骨干区域必须物理连接到骨干区域，否则需配置虚连接。大型企业中，一般在核心层和汇聚层部署骨干区域0（配置area 0=area 0.0.0.0，area 256=area 0.0.1.0），接入层和汇聚层则部署非骨干区域。

3）、特殊区域：

末梢区域stub：stub区域的abr不向stub区域内传播它接收的as外部路由，abr生成一条缺省3类lsa

totally stub：域间域外路由都不允许在stub区域内传播，abr生成一条缺省3类lsa通向域间域外

nssa区域：为了解决ospf规定stub区域不能引入外部路由而成，引入后在nssa区域以7类lsa通告，其他区域则由abr通过7转5向其他区域通告。

totally nssa：与上类似

4）：区域间防环：1、所有非骨干区域均直接与骨干区域直连，且骨干区域只有一个（不建议虚链接，容易出现环路问题）；2、非骨干区域之间通信通过骨干区域中转；3、从骨干区域传来的三类lsa不再传回骨干区域

3、router-id

1）、在ospf 中唯一标识一台路由器（全网唯一性），32位标识符，类似而非IPv4地址，如1.1.1.1

2）、优先级顺序：手动配置（推荐）>环回口中最大ip地址>物理接口中最大的活动ip地址（如果先开启ospf后则会默认使用第一个配置的ip地址作为初始的id），如需修改id则需重启ospf进程。

4、ospf度量值cost

1）、主要用于计算最优路径，数值越小越优，其中计算默认参考带宽为100Mbps，当接口带宽大于100M时则为1（现网中普遍存在千兆万兆网络故需要调整参考带宽，但实际上配置则是直接根据接口带宽大小手动进行配置cost）

2）、ospf路由开销值计算：从目的网段到达本路由器沿途所有入接口的cost值相加（即本路由器到目的网络沿途路径中所有出接口cost值相加）

5、ospf报文（5种）

1）、hello邻居建立，dd数据库摘要交换，lsr请求缺失lsa，lsu发送完整lsa，lsack确认接收

6、ospf 三张表（邻居表，lsdb表，ospf路由表）

1）通过hello报文建立邻居表，通过其余报文同步lsdb实现拓扑信息一致，基于lsdb表计算ospf路由表，优选路由表注入全局路由表指导转发

四、ospf工作原理（邻居-邻接）

1、通过hello报文建立邻居关系，通过dd报文确认master/slave，再通过dd报文描述自己的lsdb摘要信息，通过lsr，lsu，lsack同步lsdb，确认邻接。

2、一般的ospf通过双方共三个hello报文确认邻居（2-way），然后再发送hello报文确认dr/bdr,确认邻居后发送dd报文通过三个dd报文协商主从关系，再通过2个dd报文发送lsdb报文摘要。之后再发送其余报文建立邻接关系。

五、ospf网络类型（4种）

1、ospf有4种网络类型：broadcast(bma)，p2p,p2mp（需手动配置）,nbma(帧中继网络，过时)

2、为优化ma网络（包括bma，nbma）的邻接关系，所以指定了dr和bdr路由器，只允许dr和bdr和其他路由器建立邻接关系。

3、dr/bdr的选举：dr的选择首比优先级（0-255），其中为0时放弃选举（所以网段中所有路由器优先级全被设置为0时，网络就不能正常工作），越大越优先，当优先级一样时则比较router id，也是越大越优先。在2-way完成后进行选举，选举完后再通过hello报文同步全网段。且dr为非抢占性，但bdr会实时监控dr，实现br故障快速切换。（需要按需设置网络类型，简单互联的点对点网络就可以直接设置为p2p类型，加快网络收敛）

六、ospf路由器类型（4种）

1、区域内路由IR，区域边界路由器ABR，骨干路由BR，自治系统边界路由器ASBR

七、LSA

1、lsa：link-state advertisement链路状态通告，是链路状态协议中用于交换网络拓扑信息的数据包。

2、标识一个lsa：lsa type，link state id，advertising router

     判断lsa新旧：lsa age（初始为0，0-3600s），ls sequence numbe（0x80000001-0x7fffffff，初始01每次加1）r，ls checksum

3、常见lsa（6种1-5,7）：1类router lsa 、2类network lsa、3类network summary lsa、4类asbr summary lsa、5类as external lsa、7类nssa lsa，9类lsa（用于GR，暂时不管它）

1）、router lsa：每台ospf路由器都会产生，它描述了该路由器直连接口的信息

type：router，ls id为router id，advrtr也为router id

p2p：

第一个link：link type为p2p（从一个本地路由器到邻居路由器点到点链路），link id为邻居路由器的router id，link data为宣告该router lsa的路由器接口ip地址（属于拓扑信息）

第二个link：link type为subnet（本路由器到一个stub网段的连接），link id为宣告该router lsa所在路由器的网络ip地址，data为该网络掩码

ma：

link type为transnet（从一个本路由器到一个transit网段），link id为DR接口ip ，link data为宣告该router lsa的路由器接口ip

2）、network lsa：由DR产生，描述本网段的链路状态，记录网段与dr建立邻接关系的ospf路由器

link state id：dr的接口ip地址，network mask，ma网络的子网掩码，attached router：邻接路由器

3）、network summary lsa：由abr产生，用于向一个区域通告到另外一个区域的路由

4）、as external lsa：由asbr产生，用于描述到达as外部的路由。引入外部路由由type1，type1表示与外部路由与ospf路由相当，type2表示外部路由远大于ospf，只算外部路由（设备缺省）。

5）、asbr summary  lsa：由abr产生，描述前往asbr的路由

7）、nssa lsa：7类lsa由nssa区域内的asbr产生，在nssa区域通告；由abr向区域外进行通告（7转5）

八、路由聚合（又称路由汇总，2种，域间汇总，域外汇总）

1、含义：路由聚合即是将一组前缀相同的路由汇聚成一条路由，汇聚之前的叫明细路由或者精细路由，聚合后的则叫聚合路由，一般由ABR或ASBR执行。

九、ospf特性

1、silent interface：不会接收和发送ospf报文，不能建立邻居关系。

2、路由宣告：network：区域级宣告路由，ospf enable area area-id接口级宣告（常用边缘端口）

十、ospf报文认证（2种）

1、区域认证：区域内所有路由器认证模式口令一致

2、接口认证（优先级高）：直连接口认证模式口令一致

十一、ospf快速收敛（2种，PRC和智能定时器）

1、prc：prc只对网络上发生的路由进行重新计算，不计节点路径，而是根据spf算法算出来的最短路径树来更新路由。在路由计算中，节点代表路由器，叶子代表路由，prc只处理叶子信息。

2、智能定时器：在相对稳定的网络中，可以通过智能定时器指定lsa的更新时间为0来实现网络拓扑变化后快速收敛。

3、ospf ip frr快速重路由：利用lfa算法预先算出备份路由保存在转发表中，以备故障时将流量切换到备份链路上，保证流量不中断，该功能可以将故障恢复降低在50ms内。

4、bfd与ospf ip frr联动，可以快速感应故障

问题：ensp实验中，R1到R3的双路径转发，期间把最优路径R1到R3这一条down掉(无论配置还是不配置ospf ip frr和bfd，设备都能正常转发，不丢包时延一样)（与常理不合，个人觉得一个可能是转发表的问题，一个可能是新的路由控制平面更新路由特别快，无需等待dead时间，或者ensp本身存在的问题）

十二、ospf路由控制 

1、ospf负载分担，一般可以设置1-8条链路进行分担，链路的开销值一样，也称为等价路由。

2、缺省路由，由ospf中的abr和asbr产生，命令为default-route-advertise always （如本路由原无缺省路由则需要配置always参数）

3、ospf路由过滤

接口配置：ospf filter-lsa-out

区域配置（常与acl结合）：filter  acl number import/export

4、ospf database overflow：设置路由器上非缺省外部路由数量的上限。

5、应用ospf内部开销确定ospf次优路金，常用引入外部路由的type 2类型开销可以控制外部路由次优路径。

十三、ospf与bgp的联动

1、由于ospf的收敛速度比bgp的收敛速度快，那么就可能导致故障恢复或者重启时，ospf已经收敛完成而bgp还未收敛成功的情况，即可能走新收敛成功的ospf路由，但由于bgp未收敛，路由器没有去到bgp路由的路径导致数据缺失，因此可以配置路由器为stub-router on-starup 时间，使得路由器短时间内不被优选为最佳路径。

十四、ospf的FA

1、含义：ospf的转发地址，在5类7类lsa中，到达目的地址的数据包应该被转发的地址，如全0，则把数据往始发的asbr转发，目的避免次优路径产生。

2、FA非0条件：

1）、asbr其连接外部网络的接口激活了ospf；

2）、该接口没有被配置为静默接口；

3）、该接口类型为MA或NBMA网络；

4）、该接口的ip地址在ospf配置的network命令指定的网段内

十六、ospf中的GR与NSR

1、含义：GR（graceful restart，平滑重启）是一种高可靠性计算，用于协议重启或主备切换时保持数据转发不中断，避免路由震荡。restarter：执行重启的设备，helper：协助邻居设备

                 NSR：（non-stopping-routing，不间断路由），通过协议备份机制，实现主备倒换时控制平面和转发平面都不中断。

2、实现原理：GR通过grace-lsa（type 9 lsa）通告重启状态和参数，控制平面重启期间，转发平面继续使用原有路由表

                    NSR:单独即可，无需邻居，先批量备份（不可主备倒换），再实时备份，主备倒换。

3、NSR对比GR来说，就跟堆叠对vrrp+mstp，除了贵点，协议私有化之外没啥坏处。