ospf协议

幸运的拉苏

已于 2024-11-28 18:54:44 修改

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文章标签：智能路由器网络

于 2024-11-28 18:31:55 首次发布

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距离矢量路由协议

距离矢量路由协议（Distance-Vector Routing Protocol）是一种基于距离矢量算法的路由协议，它通过定期向邻居路由器发送路由更新信息来维护路由表。距离矢量路由协议的主要特点包括：

定期更新：路由器会定期向邻居路由器发送路由更新信息，通常是每隔30秒或60秒。
邻居关系：路由器只与直接相连的邻居路由器交换路由信息。
广播更新：路由器通过广播的方式将路由更新信息发送给所有邻居路由器。
路由表更新：路由器根据收到的路由更新信息来更新自己的路由表。
收敛速度慢：由于需要定期更新和广播，距离矢量路由协议的收敛速度相对较慢。

常见的距离矢量路由协议包括RIP（Routing Information Protocol）和IGRP（Interior Gateway Routing Protocol）。

链路状态路由协议

链路状态路由协议（Link-State Routing Protocol）是一种基于链路状态算法的路由协议，它通过收集和传播链路状态信息来构建网络拓扑图，并计算最短路径。链路状态路由协议的主要特点包括：

邻居发现：路由器通过发送Hello报文来发现邻居路由器，并建立邻居关系。
链路状态更新：路由器收集和传播链路状态信息，包括接口状态、链路开销等。
最短路径计算：路由器根据收集到的链路状态信息，使用最短路径优先（SPF）算法计算最短路径。
收敛速度快：由于链路状态路由协议能够快速检测到网络拓扑的变化，并重新计算最短路径，因此收敛速度较快。
层次化区域划分：链路状态路由协议支持将网络划分为多个区域，减少了路由信息的传播范围，提高了网络的可扩展性。

常见的链路状态路由协议包括OSPF（Open Shortest Path First）和IS-IS（Intermediate System to Intermediate System）。

对比

距离矢量路由协议和链路状态路由协议在以下方面存在对比：

特性	距离矢量路由协议	链路状态路由协议
收敛速度	慢	快
路由更新方式	定期更新	事件驱动更新
路由计算方式	基于传闻	基于最短路径优先算法
资源消耗	低	高
可扩展性	低	高
适用场景	小型网络	大型网络

根据网络的规模、复杂性和对收敛速度的要求，可以选择适合的路由协议。在小型网络中，距离矢量路由协议可能更为适用，而在大型网络中，链路状态路由协议通常能够提供更好的性能和可扩展性。

OSPF（Open Shortest Path First）是一种链路状态路由协议，广泛应用于大型企业网络和服务提供商网络中。OSPF支持多种网络类型，不同的网络类型会影响OSPF的邻居发现、链路状态信息的传播方式以及路由计算。以下是OSPF支持的主要网络类型：

1. 点到点网络（Point-to-Point, P2P）

特点：
- 适用于只有两个相邻路由器直接连接的情况，如PPP或HDLC链路。
- 不需要选举指定路由器（DR）和备份指定路由器（BDR），因为只有两个节点，它们之间可以直接形成邻接关系。
- 以组播形式（224.0.0.5）发送协议报文（Hello报文、DD报文、LSR报文、LSU报文、LSAck报文）。

2. 广播多路访问网络（Broadcast Multi-Access）

特点：
- 适用于具有多个连接的路由器，如以太网。
- 所有路由器都直接相连，并且可以互相通信。
- 需要进行OSPF的DR和BDR选举。DR负责收集来自区域内其他路由器的信息，并将这些信息扩散给其他路由器。BDR作为DR的备份，在DR失效时接管其职责。
- 通常以组播形式（224.0.0.5和224.0.0.6）发送协议报文。其中，224.0.0.5的组播地址为OSPF路由器的预留IP组播地址；224.0.0.6的组播地址为OSPF DR的预留IP组播地址。

3. 非广播多路访问网络（Non-Broadcast Multi-Access, NBMA）

特点：
- 适用于不支持广播的网络环境，如帧中继（Frame Relay）或ATM网络。
- 虽然从一个接口可以到达多个目的节点，但是网络本身不支持广播功能。
- 需要管理员手工指定邻居，不能使用组播自动发现邻居。使用Peer命令相互指定邻居的接口IP以建立邻居关系，并仅以单播的形式接收和发送报文（所有报文都是单播）。
- 同样需要选举DR和BDR。

4. 点到多点网络（Point-to-Multipoint, P2MP）

特点：
- 适用于一个路由器与多个其他路由器直接相连的情况。
- 没有一种链路层协议会被缺省地认为是点到多点类型。点到多点必须是由其他网络类型强制更改而来，常用做法是将非全连通的NBMA改为点到多点的网络。
- 缺省情况下以组播方式（224.0.0.5）发送协议报文，也可以根据用户需要，以单播形式发送协议报文。
- 不需要选举DR和BDR。

在实际应用中，根据网络的物理连接类型和需求，可以选择合适的OSPF网络类型。例如，在园区网络中，如果网段只有两个OSPF节点，则使用Point-to-Point网络类型去替换需要选择DR的Broadcast网络类型，可以提高收敛速度。

DR与BDR的概念

DR（Designated Router）即指定路由器，BDR（Backup Designated Router）即备份指定路由器。在OSPF（Open Shortest Path First）协议中，当一个OSPF区域内有多个路由器时，为了减少链路状态数据库（Link State Database）的更新负担和减少网络拓扑的复杂性，会选择一个主要路由器（DR）和一个备用路由器（BDR）来充当特殊角色。

DR与BDR的作用

DR的作用：
- DR负责在MA（Multi-Access，多访问）网络建立和维护邻接关系并负责LSA（Link State Advertisement，链路状态通告）的同步。
- DR与其他所有路由器形成邻接关系并交换链路状态信息，其他路由器之间不直接交换链路状态信息。这样就大大减少了MA网络中的邻接关系数量及交换的链路状态信息数量，从而减少了网络负载，提高了网络性能。
BDR的作用：
- BDR充当DR的备份，当DR失效时，BDR将立即接替其职责，确保网络的稳定性。

DR与BDR的选举过程

选举过程启动：
- 当一个OSPF路由器启动或加入到一个多播网络时，它会发送Hello报文来宣告自己的存在。其他路由器收到Hello报文后，可以知道这个新路由器的存在。
- 路由器在收到Hello报文后，会检查报文中的OSPF优先级（Priority）字段。优先级用来确定路由器是否有资格成为DR或BDR。默认情况下，路由器的优先级为1，但可以通过手动配置来调整优先级。通常情况下，优先级越高，成为DR/BDR的机会就越大。
选举DR/BDR：
- 路由器首先检查自己的优先级，如果优先级为0，则路由器不会参与DR/BDR选举过程，也就不会成为DR或BDR。
- 如果路由器的优先级大于0，那么它将与其他路由器的优先级进行比较。优先级最高的路由器将成为DR，优先级次高的将成为BDR。
- 如果存在多个优先级相同的路由器，那么路由器ID（Router ID）将作为决定性因素。Router ID是一个32位的唯一标识符，通常是路由器的回环接口IP地址，或者在没有回环接口IP地址时，是路由器上最高活动接口的IP地址。
DR/BDR的稳定性：
- 一旦DR和BDR选举完成，它们会保持其角色，直到发生以下情况之一：
  - DR或BDR路由器发生故障或离线。
  - 有更高优先级的路由器加入多播网络并且触发了DR/BDR重新选举。

DR与BDR的配置

在OSPF中，可以手动配置路由器的优先级来影响DR/BDR的选举过程。较高的优先级会增加成为DR或BDR的机会。例如，在Cisco路由器上配置OSPF优先级的命令如下：

Router(config)# router ospf 1
Router(config-router)# interface fa0/0
Router(config-if)# ip ospf priority 200

通过将接口的OSPF优先级设置为200，可以增加该路由器成为DR或BDR的可能性。

OSPF（Open Shortest Path First）是一种内部网关协议，用于在单一自治系统（AS）内决策路由。OSPF使用链路状态路由算法来确定最短路径，并且支持多区域划分，这有助于减少链路状态数据库（LSDB）的大小，加快路由收敛速度，并提高网络的可管理性。

OSPF区域类型

骨干区域（Backbone Area, Area 0）：
- 骨干区域是所有其他区域的中心，所有的非骨干区域必须直接或间接与骨干区域相连。
- 骨干区域的LSDB包含了所有区域的汇总信息，是整个OSPF网络的枢纽。
- 配置示例：router ospf 1 network 192.168.1.0 0.0.0.255 area 0。
标准区域（Standard Area）：
- 标准区域是最普通的区域类型，可以包含任何类型的LSA。
- 标准区域内的路由器通过LSA交换来维护完整的拓扑信息，并计算到达网络中其他节点的最优路径。
- 配置示例：router ospf 1 network 192.168.2.0 0.0.0.255 area 1。
末梢区域（Stub Area）：
- 末梢区域不允许接收外部路由（Type 5 LSA）。
- 末梢区域内的ABR（区域边界路由器）会生成一条默认路由（Type 3 LSA），指向骨干区域，用于访问外部网络。
- 配置示例：router ospf 1 area 1 stub。
完全末梢区域（Totally Stubby Area）：
- 完全末梢区域不允许接收任何类型的汇总LSA（Type 3 LSA）和外部LSA（Type 5 LSA）。
- 完全末梢区域内的ABR会生成一条默认路由（Type 3 LSA），指向骨干区域，用于访问所有外部网络。
- 配置示例：router ospf 1 area 1 stub no-summary。
不完全末梢区域（Not-So-Stubby Area, NSSA）：
- NSSA允许引入外部路由（Type 7 LSA），但不允许接收其他区域的外部LSA（Type 5 LSA）。
- NSSA内的ABR会将Type 7 LSA转换为Type 5 LSA，传播到其他区域。
- 配置示例：router ospf 1 area 1 nssa。
完全NSSA（Totally NSSA）：
- 完全NSSA不允许接收任何类型的汇总LSA（Type 3 LSA）和外部LSA（Type 5 LSA），但允许接收Type 7 LSA。
- 完全NSSA内的ABR会生成一条默认路由（Type 3 LSA），指向骨干区域，用于访问所有外部网络。
- 配置示例：router ospf 1 area 1 nssa no-summary。

区域划分的配置方法

定义区域：在OSPF进程中使用area命令定义区域。例如：

router ospf 1
network 192.168.1.0 0.0.0.255 area 0
network 192.168.2.0 0.0.0.255 area 1

配置末梢区域：使用area <area-id> stub命令将区域配置为末梢区域。例如：
```
router ospf 1
area 1 stub
```
配置完全末梢区域：使用area <area-id> stub no-summary命令将区域配置为完全末梢区域。例如：
```
router ospf 1
area 1 stub no-summary
```
配置NSSA：使用area <area-id> nssa命令将区域配置为NSSA。例如：
```
router ospf 1
area 1 nssa
```
配置完全NSSA：使用area <area-id> nssa no-summary命令将区域配置为完全NSSA。例如：
```
router ospf 1
area 1 nssa no-summary
```

注意事项

骨干区域（Area 0）是必须存在的，所有其他区域必须直接或间接与骨干区域相连。
ABR需要配置正确的区域边界，确保LSA的正确传播。
在末梢区域和完全末梢区域中，ABR会自动生成默认路由（Type 3 LSA），确保内部路由器可以访问外部网络。
在NSSA和完全NSSA中，ABR需要将Type 7 LSA转换为Type 5 LSA，以便在其他区域中传播外部路由。

在OSPF（Open Shortest Path First）网络中，路由器可以扮演以下几种角色：

内部路由器（Internal Router）：所有接口都位于同一个区域中的路由器，同一个区域中所有内部路由器的链路状态数据库（LSDB）都相同。
骨干路由器（Backbone Router）：位于骨干区域0边缘的路由器，至少有一个接口与区域0相连。骨干路由器在维护OSPF路由信息时采用的步骤和算法与内部路由器相同。
区域边界路由器（Area Border Router, ABR）：连接多个区域的路由器，为其连接的每个区域维护一个LSDB，并路由前往/来自其他区域的数据流。ABR将区域0连接到非骨干区域，因此是区域的出口，这意味着前往其他区域的路由信息必须经过当前区域的ABR。ABR将这些路由选择信息通告给骨干，骨干路由器再将其转发给其他的ABR。只能在ABR对其连接的区域的地址进行汇总（对其连接的区域的LSDB中的路由选择信息进行汇总）。ABR分离LSA泛洪区，还可能提供默认路由。一个区域可能有一台或多台ABR。
自治系统边界路由器（Autonomous System Boundary Router, ASBR）：至少有一个接口与其他域（如另一个OSPF自治区域系统或使用其他网络协议的域）相连。OSPF自治系统由所有OSPF区域及其中的路由器组成。ASBR可将外部路由重分发到OSPF域中，反之亦然。

需要注意的是，同一台路由器可以属于多种类型。例如，如果路由器同时连接区域0、区域1和一个非OSPF网络，则它既是ABR又是ASBR。

OSPF（Open Shortest Path First）是一种内部网关协议，用于在单一自治系统（AS）内决策路由。OSPF通过链路状态路由算法来确定最短路径，并且支持可变长子网掩码（VLSM）和无类别域间路由（CIDR）。OSPF使用五种不同类型的报文来实现其功能：

Hello报文：用于发现邻居和建立邻接关系。Hello报文包含了一些关键信息，如Hello间隔、失效时间等，这些参数必须在邻居间保持一致才能成功建立邻接关系。
DD（Database Description）报文：在邻接关系建立后发挥作用，用于描述发送方的链路状态数据库（LSDB）内容。DD报文包含LSA（Link State Advertisement）的头部信息，接收方可以通过这些信息判断是否需要请求完整的LSA细节。
LSR（Link State Request）报文：用于请求所需的LSA信息。当路由器发现LSDB不完整或需要更新时，会发送LSR报文向邻居请求缺失或更新的LSA。
LSU（Link State Update）报文：用于响应LSR报文或主动更新LSDB。LSU报文携带完整的LSA信息，可以是一个或多个LSA。它是OSPF进行LSDB同步和更新的主要手段。
LSAck（Link State Acknowledgment）报文：用于确认收到的LSU报文。LSAck报文确保了LSA更新的可靠性，接收方通过LSAck确认收到LSU报文，发送方可以根据LSAck决定是否需要重新发送LSU。

这些报文类型的设计充分体现了OSPF协议的特点和优势，包括可靠性、效率和灵活性。通过这些精心设计的报文类型，OSPF能够在复杂的网络环境中高效、可靠地完成路由信息的交换和更新，为网络的稳定运行提供了坚实的基础。

在OSPF（Open Shortest Path First）网络中，邻居（Neighbor）和邻接（Adjacency）是两个不同的概念。

邻居（Neighbor）

邻居关系是指在两台路由器之间进行完两次Hello报文交互之后建立起来的关系。在OSPF状态机中，邻居关系显示为2-way状态。邻居关系的建立是通过Hello报文来发现对方的存在。当两台路由器的Hello报文中定义的参数一致时，它们就形成了邻居关系。

邻接（Adjacency）

邻接关系是指在两台路由器之间进行完链路状态数据库（LSDB）同步之后建立起来的关系。在OSPF状态机中，邻接关系显示为Full状态。形成邻居关系的双方不一定都能形成邻接关系，这取决于网络类型。不同网络类型下的情况如下：

点到点网络（P2P）和点到多点网络（P2MP）：具有邻居关系的路由器之间会进一步建立邻接关系。
广播型网络和非广播型多点网络（NBMA）：非DR/BDR路由器之间只能建立邻居关系，不能建立邻接关系。非DR/BDR路由器与DR/BDR路由器之间会建立邻接关系，DR与BDR之间也会建立邻接关系。

总结

邻居关系是邻接关系的前提，而邻接关系的建立完成意味着链路状态数据库已经同步。接下来，OSPF路由器将基于LSDB使用SPF算法计算路由。

OSPF（Open Shortest Path First）邻接关系的建立过程是一个复杂但有序的过程，涉及到多个状态的转换和多种报文的交互。以下是邻接关系建立的详细步骤：

1. 邻居发现

OSPF路由器通过发送Hello报文来发现邻居。Hello报文包含了路由器的ID、优先级、Hello间隔、死亡时间间隔等信息。当两台路由器的Hello报文中的参数匹配时，它们就会进入邻居关系状态。

2. 双向通信确认

一旦路由器收到对方的Hello报文，并在报文中发现自己的ID，就会确认双向通信已经建立。这标志着邻居关系的初步形成，但此时还不足以进行LSA（Link State Advertisement）的交换。

3. DR和BDR选举（仅在广播型和非广播多路访问网络中）

在广播型和非广播多路访问（NBMA）类型的网络中，为了减少链路状态信息的交换量，OSPF会选举出指定路由器（Designated Router，DR）和备份指定路由器（Backup Designated Router，BDR）。选举过程基于Hello报文中的优先级字段，优先级最高者成为DR，次高者成为BDR；如果优先级相同，则比较Router ID，值较大者当选。

4. 邻接状态机

OSPF使用一个有限状态机来描述邻接关系的发展过程。从初始的DOWN状态开始，经过Init、Two-way、ExStart、Exchange、Loading等多个阶段，最终达到Full状态，表示邻接关系完全建立。在这个过程中，路由器通过交换DD（Database Description）报文、LSR（Link State Request）、LSU（Link State Update）和LSAck（Link State Acknowledgment）等报文，逐步同步各自的链路状态数据库。

5. 邻接关系维护

一旦邻接关系建立，路由器就需要定期发送Hello报文以维持这种关系。如果在Hello间隔的四倍时间内没有收到邻居的Hello报文，OSPF会认为该邻居不可达，并重新进入邻接关系建立的过程。

以上就是OSPF邻接关系建立的全过程，每一步都至关重要，确保了网络中路由器之间的信息交换和路由计算的准确性。

OSPF（Open Shortest Path First）是一种内部网关协议，用于在单一自治系统（AS）内决策路由。OSPF使用Cost作为路由度量值，Cost值越小，路径越优。

Cost的计算方式

OSPF的Cost是根据链路带宽计算的，基本上与链路带宽成反比。也就是说，带宽越大，开销值越小，链路越优。计算公式为： [ \text{接口开销} = \frac{\text{参考带宽}}{\text{逻辑带宽}} ]

其中，逻辑带宽通常配置和物理接口带宽相同。OSPF先将链路每段的开销分别计算，然后计算从当前节点到达任意目标地址的网络开销，即多段链路累加。选出到达目标网络开销最小的路径，为最佳路径。

不同接口类型的默认Cost值

56kbit/s串口：开销的缺省值是1785。
64kbit/s串口：开销的缺省值是1562。
E1(2.048Mbit/s)：开销的缺省值是48。
Ethernet(100Mbit/s)：开销的缺省值是1。

修改Cost值的方法

修改参考带宽：可以通过命令auto-cost reference-bandwidth修改OSPF的参考带宽。例如，如果将参考带宽修改为10000Mbit（即10Gbit），那么对于10Mbit的接口，其Cost值将变为1000。
直接修改接口带宽：可以通过接口命令bandwidth修改接口的带宽值。例如，将接口带宽从10Mbit修改为100Mbit，那么根据Cost计算公式，其Cost值将变为100（假设参考带宽为10000Mbit）。
使用ip ospf cost命令：可以直接更改某个特定接口的OSPF开销。例如，ip ospf cost 500将把指定接口的Cost值设置为500。

引入外部路由时的Cost值

当OSPF引入外部路由时，缺省情况下引入的外部路由不继承原有路由的Cost值，而是设置缺省Cost值为1。如果不希望引入的外部路由采用缺省的Cost值，可以使用命令default {cost {cost | inherit-metric}}改变引入的外部路由的Cost值。其中，配置参数cost可以指定引入的外部路由的缺省Cost值，取值范围为0～16777214；配置参数inherit-metric可以使引入的外部路由的Cost值为路由自带的Cost值。

OSPF（Open Shortest Path First）是一种链路状态路由协议，用于在IP网络中寻找最短路径。OSPF维护三张表来实现其功能：

1. 邻居表（Neighbor Table）

邻居表记录了OSPF路由器与其直接相邻的其他OSPF路由器之间的邻居关系信息。每个条目包含了邻居路由器的ID、IP地址、状态等信息。通过邻居表，路由器可以了解自己直接连接的邻居路由器，进行邻居关系的建立和维护。可以使用命令display ospf peer来查看邻居表。

2. 链路状态数据库（Link State Database, LSDB）

链路状态数据库存储了整个OSPF域中所有路由器收集到的LSA（Link State Advertisement）信息。每个LSA包含了一段网络拓扑信息，描述了网络中所有路由器的连接、邻居关系以及链路状态。链路状态数据库用于构建网络的拓扑图，并支持OSPF路由器计算最短路径，更新路由表中的路由信息。可以使用命令display ospf lsdb来查看链路状态数据库。

3. 路由表（Routing Table）

路由表包含了根据链路状态数据库计算出的最短路径信息，用于实际的数据转发和路由选择。路由表记录了目的网络地址及下一跳路由器的信息，以便将数据包转发到目标地址。OSPF路由器通过不断更新、计算路由表中的路由信息来保证网络中的数据转发始终是最优的。可以使用命令display ospf routing来查看路由表。

这三张表在OSPF的运行过程中相互关联，邻居表的信息用于构建链路状态数据库，而链路状态数据库则是计算路由表的基础。