OSPF路由原理详解与关键点

目录

一.

 OSPF简介:

二.

 OSPF原理描述:

三. 

 OSPF的核心内容:

 四.

 OSPF的邻居关系和邻接

五.

LSA在各区域中传播的支持情况

一.

 OSPF简介:

开放式最短路径优先OSPF（Open Shortest Path First）是IETF组织开发的一个基于链路状态的内部网关协议（Interior Gateway Protocol）。

目前针对IPv4协议使用的是OSPF Version 2（RFC2328）；针对IPv6协议使用OSPF Version 3（RFC2740）。

OSPF协议是因为 Internet 社区中需要为TCP/IP协议族引入具备强大功能的非专有内部网关协议 (IGP)。关于创建Internet通用互操作IGP的讨论从1988年就开始了，但直到 1991年才正式成形。当时OSPF 工作组请求为了 Internet 草案标准的发展而考虑OSPF。

OSPF 协议基于链路状态技术，不同于传统Internet 路由协议（如 RIP）中使用的基于距离矢量的算法。OSPF引入了一些新概念，如可变长度子网掩码(VLSM) 、路由汇总等。

二.

 OSPF原理描述:

Router ID

如果要运行OSPF协议，必须存在Router ID。Router ID是一个32比特无符号整数，是一台路由器在自治系统中的唯一标识。

Router ID的设定有两种方式：

• 通过命令行手动配置，在实际网络部署中，建议手工配置OSPF的Router ID，因为这关系到协议的稳定。

• 通过协议自动选取。

  如果没有手动配置Router ID，设备会从当前接口的IP地址中自动选取一个作为Router ID。其选取顺序是：

  1. 优先从Loopback地址中选择最大的IP地址作为Router ID。

  2. 如果没有配置Loopback接口，则在接口地址中选取最大的IP地址作为Router ID。

在路由器运行了OSPF并确定了Router ID后，如果该Router ID对应的接口Down或者接口消失（例如执行了undo interface loopback loopback-number）或者出现更大的IP地址，OSPF将仍然保持原Router ID。只有重新配置系统的Router ID或者OSPF的Router ID，并且重新启动OSPF进程后，才会进行Router ID的重新选取。

链路状态

OSPF是一种链路状态协议。可以将链路视为路由器的接口。链路状态是对接口及接口与相邻路由器的关系的描述。例如接口的信息包括接口的IP地址、掩码、所连接的网络的类型、连接的邻居等。所有这些链路状态的集合形成链路状态数据库。

COST

• OSPF使用cost“开销”作为路由度量值。

• 每一个激活OSPF的接口都有一个cost值。OSPF接口cost=100M/接口带宽，其中100M为OSPF的参考带宽（reference-bandwidth）。

• 一条OSPF路由的cost由该路由从路由的起源一路到达本地的所有入接口cost值的总和。

三. 

 OSPF的核心内容:

二种认证方式:       

视图	作用
OSPF区域	整个区域的在加入此区域时都需要进行认证
接口	仅仅相邻的需要进行认证

 三张表:       

路由表	含义
OSPF路由表	记录OSPF可达路由
OSPF邻居表	记录OSPF的邻居关系等
OSPF LSDB表	记录了OSPF相关的各类LSA

 四种网络类型  

网络类型	含义
广播类型（Broadcast）	当链路层协议是Ethernet、FDDI时，缺省情况下，OSPF认为网络类型是Broadcast。 在该类型的网络中： 通常以组播形式发送Hello报文、LSU报文和LSAck报文。其中，224.0.0.5的组播地址为OSPF设备的预留IP组播地址；224.0.0.6的组播地址为OSPF DR/BDR（ Backup Designated Router）的预留IP组播地址。 以单播形式发送DD报文和LSR报文。
NBMA类型（Non-Broadcast Multi-Access）	当链路层协议是帧中继、X.25时，缺省情况下，OSPF认为网络类型是NBMA。 在该类型的网络中，以单播形式发送协议报文（Hello报文、DD报文、LSR报文、LSU报文、LSAck报文）。
点到多点P2MP类型（Point-to-Multipoint）	没有一种链路层协议会被缺省的认为是Point-to-Multipoint类型。点到多点必须是由其他的网络类型强制更改的。常用做法是将非全连通的NBMA改为点到多点的网络。 在该类型的网络中： 以组播形式（224.0.0.5）发送Hello报文。 以单播形式发送其他协议报文（DD报文、LSR报文、LSU报文、LSAck报文）。
点到点P2P类型（point-to-point）	当链路层协议是PPP、HDLC和LAPB时，缺省情况下，OSPF认为网络类型是P2P。 在该类型的网络中，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）。

五种报文

报文类型	报文作用
Hello报文	周期性发送，用来发现和维持OSPF邻居关系。
DD报文（Database Description packet）	描述本地LSDB（Link State Database）的摘要信息，用于两台设备进行数据库同步。
LSR报文（Link State Request packet）	用于向对方请求所需的LSA。 设备只有在OSPF邻居双方成功交换DD报文后才会向对方发出LSR报文。
LSU报文（Link State Update packet）	用于向对方发送其所需要的LSA。
LSAck报文（Link State Acknowledgment packet）	用来对收到的LSA进行确认。

六个区域:

区域类型	作用
普通区域	缺省情况下，OSPF区域被定义为普通区域。普通区域包括标准区域和骨干区域。 标准区域是最通用的区域，它传输区域内路由，区域间路由和外部路由。 骨干区域是连接所有其他OSPF区域的中央区域。骨干区域通常用Area 0表示。
STUB区域	不允许发布自治系统外部路由，只允许发布区域内路由和区域间的路由。 在STUB区域中，路由器的路由表规模和路由信息传递的数量都会大大减少。 为了保证到自治系统外的路由可达，由该区域的ABR发布Type3缺省路由传播到区域内，所有到自治系统外部的路由都必须通过ABR才能发布。
Totally STUB区域	不允许发布自治系统外部路由和区域间的路由，只允许发布区域内路由。 在Totally STUB区域中，路由器的路由表规模和路由信息传递的数量都会大大减少。 为了保证到自治系统外和其他区域的路由可达，由该区域的ABR发布Type3缺省路由传播到区域内，所有到自治系统外部和其他区域的路由都必须通过ABR才能发布。
NSSA区域	NSSA区域允许引入自治系统外部路由，由ASBR发布Type7 LSA通告给本区域，这些Type7 LSA在ABR上转换成Type5 LSA，并且泛洪到整个OSPF域中。 NSSA区域同时保留自治系统内的STUB区域的特征。 该区域的ABR发布Type7缺省路由传播到区域内，所有域间路由都必须通过ABR才能发布。
Totally NSSA区域	Totally NSSA区域允许引入自治系统外部路由，由ASBR发布Type7 LSA通告给本区域，这些Type7 LSA在ABR上转换成Type5 LSA，并且泛洪到整个OSPF域中。 Totally NSSA区域同时保留自治系统内的Totally STUB Area区域的特征。 该区域的ABR发布Type3和Type7缺省路由传播到区域内，所有域间路由都必须通过ABR才能发布。

七类LSA(OSPFV2)

LSA类型	LSA作用
Router-LSA（Type1）	每个设备都会产生，描述了设备的链路状态和开销，在所属的区域内传播。
Network-LSA（Type2）	由DR（Designated Router）产生，描述本网段的链路状态，在所属的区域内传播。
Network-summary-LSA（Type3）	由ABR产生，描述区域内某个网段的路由，并通告给发布或接收此LSA的非Totally STUB或NSSA区域。例如：ABR同时属于Area0和Area1，Area0内存在网段10.1.1.0，Area1内存在网段11.1.1.0，ABR为Area0生成到网段11.1.1.0的Type3 LSA；ABR为Area1生成到网段10.1.1.0的Type3 LSA，并通告给发布或接收此LSA的非Totally Stub或NSSA区域。
ASBR-summary-LSA（Type4）	由ABR产生，描述到ASBR的路由，通告给除ASBR所在区域的其他相关区域。
AS-external-LSA（Type5）	由ASBR产生，描述到AS外部的路由，通告到所有的区域（除了STUB区域和NSSA区域）。
NSSA LSA（Type7）	由ASBR产生，描述到AS外部的路由，仅在NSSA区域内传播。

 四.

 OSPF的邻居关系和邻接

    在广播网和NBMA网络中，任意两台路由器之间都要传递路由信息。网络中有n台路由器，则需要建立n*(n-1)/2个邻接关系。这使得任何一台路由器的路由变化都会导致多次传递，浪费了带宽资源。为解决这一问题，OSPF定义了指定路由器DR和备份指定路由器BDR。通过选举产生DR（Designated Router）后，所有路由器都只将信息发送给DR，由DR将网络链路状态LSA广播出去。除DR和BDR之外的路由器（称为DR Other）之间将不再建立邻接关系，也不再交换任何路由信息，这样就减少了广播网和NBMA网络上各路由器之间邻接关系的数量。

简单来说就是OSPF中邻居关系是运行OSPF的路由器与被选出的DR和BDR建立邻接关系最后状态变为FULL,而非DR和BDR的邻居是只能停止在2-way关系

七种邻居关系的状态

当前状态	作用
Down	邻居会话的初始阶段，表明没有在邻居失效时间间隔内收到来自邻居路由器的Hello数据包
Init	从邻居收到了hello报文，但自己的router-id不在所收到的hello报文中。
2-way	从邻居收到的Hello报文中包含有自己的Router ID，则状态为2-way；如果不 需要形成邻接关系则邻居状态机就停留在此状态，否则进入Exstart状态。
Exstart	开始协商主从关系，并确定DD的序列 号，此时状态为Exstart。
Exchange	主从关系协商完毕后开始发送包含摘要消息的DD报文，此时状态为Exchange
Loading	相互发送LSR、LSU、LSAck报文
Full	路由器已经完成了邻居的LSDB的同步

五.

LSA在各区域中传播的支持情况

有想更深入了解的小伙伴可以在华为官网上进行学习

OSPF - 华为 (huawei.com)