OSPF-D

OSPF——开放式最短路径优先协议

是一种LS链路状态路由协议，无类别路由协议，协议号：89，OSPF不是封装在TCP和UDP中，所以没有端口号，适用于中大型网络 --- 因为有结构化部署(区域划分)

算法——SPF算法 -- 最短路径优先算法，SPF算法以每个路由器为根（ROOT）计算到每个目的地路由器的距离，每个路由器根据统一的数据库计算出路由域的拓扑结构图，类似于一棵树SPF算法被称为最短路径树

OSPF的三个版本

OSPFv1(实验室死亡)

OSPFv2 --- IP v4

OSPFv3 --- IP v6

周期更新：30min

触发更新

选路规则——cost = metric值 = 参考带宽 / 接口带宽 参考带宽：20000

默认为100M

整段路径的cost最小最佳路径之和

优先级为10

修改参考带宽

[r1]ospf 1

[r1]bamwidth-reference 1000

OSPF区域划分、地址划分必须结构化部署

区域划分的主要目的：路由信息在区域之间传递，拓扑在区域内传递

ABR --- 边界路由器属于多个区域，一个接口属于一个区域，有些接口属于区域0.

多个区域间可以存在ABR，一个ABR多个区域也可以存在

区域划分的要求

1.必须满足星形topo结构，也就是说必须存在骨干0区域——中心站点

为了方便对每个区域进行管理，我们给OSPF的每个区域设定一个区域ID，称为area id --- 由32位二进制组成 --- 骨干区域的区域ID必须是0

2.必须存在ABR（区域边界路由器）

如果一个网络规模较小，不需要进行区域划分，这样的OSPF网络我们称为单区域OSPF网络，（在华为官方文档中要求，如果是单区域OSPF网络，则必须设置为区域0）；如果一个网络存在多个OSPF区域，则将被称为多区域OSPF网络

OSPF的版本 V2 V3

组播更新：224.0.0.5/6 --- 0.6是相当于给DR发

 

五个数据包

Hello包——发现 建立 保活邻居/邻接关系 hello time默认是10s/30s -- 在BMA中默认10s

hello包发送周期10s（30s），死亡时间是hello时间的4倍，为了区分OSPF中的每一台路由器，我们引入了RID

1、全网（OSPF）唯一

2、格式统一，RID要求按照IP地址的格式来进行标定（由32位二进制组成，用点分十进制组成）

RID的生成方法：

1、手工配置 --- 仅满足以上两点就好

2、自动生成 --- 如果路由器中存在环回接口，则将取环回接口的IP地址中最大的作为RID；如果，路由器上不存在环回接口，则将在路由器的物理接口中取最大的IP地址作为RID（不考虑接口的UP/DOWN状态）

DBD包——数据库描述包 --- 携带是路径信息的摘要 --- 相当于是本地存放LSA数据库（LSDB -- 链路状态数据库）的目录

因为OSPF的更新量太大，两个路由器刚开始发送hello建立邻居后，不是直接发送自身拓扑（拓扑保存在数据库里），太大（有可能有重复），而是将拓扑做成一个目录给对方，让对方先看看，哪些你有，哪些你没有）

LSR包——链路状态请求包 --- 根据DBD包和本地LSA的比对的比对请求未知的LSA信息

LSU包——链路状态更新包，携带各种LSA

LSack包——链路状态确认包

 

OSPF的DBD包的知识盲点

1、DBD包中携带MTU值（最大传输单元），要求MTU值必须相同，否则将卡在exstart或exchange状态；

默认华为未开启MTU检测,开着就是1500B

开启MTU检测的配置：

[R]interface g 0/0/1

[R-g0/0/1]ospf mtu-enable

2、隐形确认 - - 不使用确认包，而是从设备复制主设备的序列号来确认收到了主设备的DBD

3、OSPF标识位 I   M   MS

I  为1本地发出的第一个DBD包

M  为0，表示本地发出的最后一个DBD包；

MS 为1代表主，0代表从；

 

七个状态机

down——协议刚启动，一旦本地发出hello包将进入下一个状态

init——两边都发出hello包进入init状态，若收到的hello包中存在自己的router-id将进入下一个状态

2-way——双向通讯状态 --- 邻居关系建立的标志之后将进行条件匹配，匹配成功将进入下一个状态，匹配不成功继续保持邻居关系

exstart——预启动状态，使用类似hello的DBD进行主从关系的选举，再选举DR/BDR，非DR/BDR将无法进入下一个状态

exchange——准交换状态，使用真正的DBD包进行数据库目录的共享，需要ACK的确认

loading——加载状态，使用LSR/LSU/LSack来获取未知的LSA信息

full——转发，邻接状态建立的标志

 

工作过程

启动协议后，本地基于224.0.0.5组播发送hello包，若收到邻居的hello包有自己的RID信息，则建立邻居关系，生成邻居表，邻居关系建立起后，用DBD包进行条件匹配——（建立起邻接关系的条件），条件匹配失败，则停留于邻居关系，仅hello包周期保活即可；若匹配成功，则建立邻接关系，首先用类似HELLO包的DBD包进行主从关系选举，邻接关系将使用DBD、LSR、LSU、LSack来获取未知的LSA，当收集齐所有的LSA后，本地生成LSDB——链路状态数据库表，再本地基于LSDB计算到达所有未知网段的最佳路径。生成路由表、收敛完成，之后每隔10s/30s发生hello包进行周期保活，每隔30min

主从关系选举

通过比较RID，RID大的优先进入下一个状态，减少链路压力

条件匹配

条件匹配：点到点网络将会直接匹配成功，MA网络将进行DR/BDR的选举，非DR/BDR间将无法进入下一个状态（exstart）

 

指定路由器 -- DR -- 和MA网络中其他所有设备建立邻接关系

备份指定路由器 -- BDR --- 和MA网络中其他所有设备建立邻接关系

 

在DR和BDR都存在的情况下一个MA网络至少需要四台设备才能看到邻居关系。

DR和BDR虽然都叫做指定路由器（备份指定路由器），但其工作范围在一个MA网络之中，所以，其实质是接口的概念。

 

条件匹配 -- 在MA网络中，若所有设备均为邻接关系，则将出现大量的重复更新，所以，需要进行DR/BDR的选举，所有DRother之间仅维持邻居关系即可。

 

DR/BDR选举

DR/BDR选举的目的：消除重复更新量，

点到点网络中直接建立邻接关系

在MA网络中，为了避免大量的重复LSA更新——因为OSPF需要邻接间进行DBD对比，故没有接口水平分割机制；故必须进行DR/BDR选举，非DR/BDR间仅建立邻居关系，选举需要40秒，而且在每一个MA网络中均需要进行一次选举；

除DRother间建立邻居关系，其他均为邻接关系

选举规则：

1.比较接口优先级，接口的优先级默认为1；若优先级为0，将放弃选举

2.优先级相同，比较router-id,数字大者为主

选举特点——非抢占性选举

选举时间 == 死亡时间

查看谁是DR

[r]display ospf peer

修改参选接口的优先级

[r-g0/0/1]ospf dr - priority 2

切记：DR选举非抢占，故在修改优先级后，必须重启参选设备ospf进程来重新选举

reset ospf 1 process

 

OSPF的报文

OSPF的报文头部

Autype -- 认证类型

Null -- 空认证 -- 0

Simple -- 明文认证 -- 1

Md5 -- 比对摘要值认证 -- 2

OSPF在认证时，需要先比对认证类型，认证类型相同才对比认证数据

Hello报文

 

Network -- 子网掩码 -- 华为设备设定邻居建立双方要求子网掩码必须相同，否则将无法建立邻居关系（对P2P网络不生效）

hello时间和死亡时间 -- 邻居双方hello时间和死亡时间必须相同，否则将导致邻居关系建立失败

路由器优先级 -- 发出该数据包的接口其DR/BDR选举时的优先级。

指定路由器和备份指定路由 -- 携带的是DR/BDR接口的IP地址；在DR/BDR没有选出来之前，使用0.0.0.0来进行填充。邻居 --- 本地已知的邻居的RID。

通过查看Hello报文option字段中E的置位，判断该区域是否支持外部LSA，可以判断该区域是否为stub区域

 

Hello包中限制邻居关系建立的参数

 

OPTION 字段

option可选字段出现在每一个hello数据吧，DD和每个LSA中

option字段允许路由器和其他路由器进行一些可选性能的通信。

 

DD报文：

1、使用未携带数据的DBD包进行主从关系选举

2、使用携带数据的DBD包进行目录信息共享

1、DBD包中携带MTU值（最大传输单元），要求MTU值必须相同，否则将卡在exstart或exchange状态；

默认华为未开启MTU检测,开着就是1500B

开启MTU检测的配置：

[R]interface g 0/0/1

[R-g0/0/1]ospf mtu-enable

2、隐形确认 - - 不使用确认包，而是从设备复制主设备的序列号来确认收到了主设备的DBD

3、OSPF标识位 I   M   MS

I  为1本地发出的第一个DBD包

M  为0，表示本地发出的最后一个DBD包；

MS 为1代表主，0代表从；

4、序列号 -- 在DBD报文收发工程中，会逐次加1，用于确保DBD报文传输的有序性以及可靠性。

 

LSR包 --- 链路状态请求报文 --- 基于DBD包请求本地未知LSA信息

链路状态类型，链路状态ID，通告路由器 --- “LSA三元组” --- 通过三个参数可以唯一的标识出一条LSA。

LSU包 --- 链路状态更新报文 --- 真正携带LSA信息的数据包

LSACK --- 链路状态确认报文

OSPF的收敛过程

OSPF的收敛被称为LSA洪泛，也称为LSDB同步；

 

OSPF接口网络类型，OSPF协议在不同的网络类型接口下，其不同的工作方式

查看ospf的接口网络类型

[R1]display ospf interface GigabitEthernet 0/0/0

 注：在MGRE环境中，接口默认的ospf工作方式为点到点，这种方式无法实现该NBMA网段的邻居

全连；故只能去修改接口的工作方式：

     修改MGRE网段所有接口为Broadcast工作方式，切记若一部分接口修改为Broadcast，另一部分接口依然保持为点到点，由于hello time相同可以建立邻居关系，但工作机制在DR/BDR选举处不同，故最终该网段无法正常收敛；

[R1]int t0/0/0

   [R1-Tunnel0/0/0]ospf network-type broadcast

    【1】 同时，必须关注网络拓扑结构；若该网段为全连网状结构，那么DR选举将正常进行；但若为部分网状或中心到站点拓扑，将可能出现DR位置错误问题；

    【2】 若网络拓扑只能为部分网状或中心到站点，需要人为手工干预DR位置

                或者将所有接口的工作方式修改为点到多点工作方式；

在MGRE的环境中，还有一种全连网状拓扑 --- mesh，就是所有边界设备即当中心，也做分支，这样搭建出来的MGRE环境是一种类似BMA的网络环境。

[r1-ospf-1]peer 12.0.0.2 --- 单播邻居，在NBMA环境下可以手工指定邻居关系。

Attmpt --- 尝试状态 --- 过渡状态 --- 本端手工指定邻居后将从down到达尝试状态，之后，等对端手工指定后将进入下一个状态。

down到达尝试状态，之后，等对端手工指定后将进入下一个状态。

    Ospf的点到多点工作方式：只能手工配置，适用于部分网状结构拓扑；

    Hello time30s，不选DR/BDR，自动建立邻居关系；

华为设备将tunnel接口的传输速率定义为64kbps --- 华为设备这样设计主要目的是为了让隧道接口的开销值变大，使数据尽可能的避免从隧道接口发出，因为走隧道接口的数据，真实还是从物理接口发出，但是会增加复杂的封装和解封装的过程，加大资源的浪费。

OSPF的不规则区域

一台ABR设备若没有连接到骨干区域0，那么默认不能进行区域间路由的共享

1、远离了骨干的非骨干区域

2、不连续骨干

解决方案：

1）在合法与非法ABR上建立tunnel，然后将其宣告到ospf协议中

缺点：

1、周期更新、保活、触发更新对中间穿越区域产生资源占用

2、选路不佳 -- 当ospf学习到两条相同目标，但不同区域同时过来时，优选骨干区域；

 

2）虚链路 -- 在合法与非法ABR上建立虚链路，由合法ABR为非法ABR进行授权；使得非法ABR可以进行区域间路由的共享；因为并没有增添新的路径，故不存在选路不佳的问题 -- 双向配置

[r2-ospf-1]area 1 两台ABR共同所在的区域

[r2-ospf-1-area-0.0.0.1]vlink-peer 4.4.4.4 对端ABR的RID

Cisco为了避免周期信息对中间区域的占用，取消虚链路上的所有周期行为； --- 不可靠

华为在虚链路上依旧保持周期的保活、更新 ---- 对中间资源的占用 -- 以单播的形式

虚链路只能穿越一个区域，虚链路永远属于区域零

Display ospf v link -- 查看虚链路的邻居关系

3）多进程双向重发布（推荐）

多进程 --- 同一台设备上，不同的进程可以工作在不同的接口上，建立各自的邻居关系，生成各自的数据库（不共享）；仅将各自计算所得的路由加载于同一张路由表内；一个接口只能被一个进程来宣告；双向重发布，ASBR（自治系统边界路由器、协议边界路由器），讲不同进程或不同协议产生的路由进行双向共享；

[r2]ospf 1

[r2-ospf-1]import-route ospf 2

[r2-ospf-1]q

[r2]ospf 2

[r2-ospf-2]import-route ospf 1

 

OSPF的各种LSA --- 数据库表

LSA——链路状态通告——包含了拓扑和路由的信息

 

LSA格式：

除了hello报文外，其他的ospf报文都携带LSA信息

 

类别名 Link-id（在目录中的编号）

所有的类别的LSA，均携带以下信息

 

OSPF的LSA是1800会更新一次，每更新一次序列号会加一

什么情况下LSA会更新

1、1800s到期会周期更新

2、触发更新（接口地址变化（增加、删除），修改接口开销值，删除接口或者删除通告）

LSA的空间

在链路状态路由协议中，为了保证每个LSA都能够被网络中所有的路由器收到，LSA需要被泛洪至各个角落。出于节约网络资源和保证网络稳定的目的，LSA中需要有序列号字段，以实现路由器只接收拥有更高序列号的LSA而丢弃其他LSA。

那么序列号的值到达了上限，该怎么办呢？这个问题有以下几种解决办法：

线性序列号空间

一个简单粗暴的解决办法就是让序列号的上限变得非常非常大，以至于几乎不可能被用完，例如IS-IS使用的就是32位现行序列号空间。

循环序列号空间

顾名思义，在循环序列号空间中，数字是被循环使用的，即当序列号到达最大值后，紧接着的序列号是0。

可是假如在一个网络中，序列号已经超过了最大值的二分之一后，某台路由器重启后，它的序列号当然是最小的，却有可能被邻居认为是最大的（已经完成了一个循环）。因此，当且仅当序列号A和B满足以下任意条件时，A＞B（n为序列号空间）：

A大于B且(A-B)≤n/2

A小于B且(B-A)＞n/2

例如，在一个6位的循环序列号空间中，n=64。两个序列号分别为35和1，由于35＞1,35-1=34,64/2=32。因为34大于32，所以认为1比35新。

可是循环序列号空间也不是完美的。如果在一个6位循环序列号空间中，出现了三种不同的序列号：8、40和44。根据上面的条件，判断结果是8比44新，44比40新，而40又比8新，这就会导致网络因LSA数据库不断更新，CPU超载而崩溃。当然在32位的循环序列号空间中可以极大地避免这种情况。

棒棒糖形序列号空间

棒棒糖形序列号空间是线性以及循环序列号空间的合体版，使用有符号数，即-k＜0＜k它由一个圆形和一条直线组成，因为示意图看起来酷似棒棒糖而得名。

在该序列号空间中，某台路由器重启后，它的序列号会从最小的那个负数开始，并依次增大，直到邻居将自己保留的序列号告诉它为止。在收到邻居发来的LSA后，该路由器会进入循环部分。也就是说，在路由器重启后、收到邻居LSA前，使用的是构成棒棒糖棒棒部分的负数序列号；当它清醒（作出序列号调整）之后，进入构成棒棒糖的糖部分，即由0和正数构成的循环序列号空间（清醒的路由器也都在这个空间内）。

当且仅当序列号A和B满足以下任意条件时，B比A新（n为序列号空间）：

A＜0且A＜B

A＞0，A＜B且(B-A)＜n/2

A＞0，B＞0，A＞B且(A-B)＞n/2

OSPFv2使用的棒棒糖形序列号空间更为成熟。

查看LSA信息

[r1]display ospf lsdb router

类别名         传播范围                        产生者                携带的信息