图解OSPF路由协议,OSPF路由协议

('I.图解OSPF路由协议1、基本概念随着网络规模日益扩大，当一个大型网络中的路由器都运行OSPF路由协议时，路由器数量的增多会导致LSDB非常庞大，占用大量的存储空间，并使得运行SPF算法的复杂度增加，导致CPU负担很重。在网络规模增大之后，拓扑结构发生变化的概率也增大，网络会经常处于不稳定的状态之中，造成网络中有大量的OSPF协报文在传递，降低了网络带宽的利用率。更为严重的是，每一次变化都会导致网络中所有的路由器重新进行路由计算。OSPF协议通过将自治系统划分为不同的区域（Area）来解决上述问题，区域是从逻辑上将路由器划分为不同的组，每个组用区域号（AreaID）来标识。区域的边界是路由器而不是链路，一个网段只能属于一个区域。其中，区域号为0的称为骨干区域，非骨干区域之间的路由信息必须通过骨干区域来转发。OSPF有两个规定：\uf0d8所有非骨干区域必须与骨干区域保持连通；\uf0d8骨干区域本身也必须保持连通。根据路由器在AS中的不同位置，OSPF路由器可以分为以下四类：\uf0d8区域内路由器（InternalRouter）：该类路由器的所有接口都属于同一个OSPF区域。\uf0d8区域边界路由器（ABR，AreaBorderRouter）：该类路由器可以同时属于两个以上的区域，但其中一个必须是骨干区域。ABR用来连接骨干区域和非骨干区域，它与骨干区域之间既可以是物理连接，也可以是逻辑上的连接。\uf0d8骨干路由器（BR，BackboneRouter）：该类路由器至少有一个接口属于骨干区域。因此，所有的ABR和位于Area0的内部路由器都是骨干路由器。\uf0d8自治系统边界路由器（ASBR，AutonomousSystemBorderRouter）：与其他AS交换路由信息的路由器称为ASBR。ASBR并不一定位于AS的边界，它有可能是区域内路由器，也有可能是ABR。只要一台OSPF路由器引入了外部路由的信息，它就是ASBR。每台运行OSPF协议的路由器都必须存在RouterID。RID是一个32比特无符号整数，可以在一个自治系统中唯一地标识一台路由器。RID可以手工配置，也可以自动生成。如1/12果没有通过命令指定RID，则优先选取所有Loopback接口上数值最大的IP地址作为RID；如果当前设备没有配置Loopback接口，将选取它所有已经配置IP地址且链路有效的接口上数值最大的IP地址作为RID。一般情况下，建议配置Loopback接口，并将Loopback接口的IP地址配置为路由器的RouterID，以便于统一管理和区分其他路由器。OSPF根据链路层协议类型将网络分为下列四种类型：\uf0d8Broadcast：当链路层协议是Ethernet、FDDI时，OSPF缺省认为网络类型是Broadcast。在该类型的网络中，通常以组播形式（224.0.0.5和224.0.0.6）发送协议报文。\uf0d8NBMA（Non-BroadcastMulti-Access，非广播多点可达网络）：当链路层协议是帧中继、ATM或X.25时，OSPF缺省认为网络类型是NBMA。在该类型的网络中，以单播形式发送协议报文。\uf0d8P2MP（Point-to-MultiPoint，点到多点）：没有一种链路层协议会被缺省认为是P2MP类型，点到多点必须是由其他网络类型强制更改的。常用的做法是将NBMA改为点到多点网络。在该类网络中，以组播形式（224.0.0.5）发送协议报文。\uf0d8P2P（Point-to-Point，点到点）：当链路层是PPP、HDLC时，OSPF缺省认为网络类型是P2P。在该类型的网络中，以组播形式（224.0.0.5）发送协议报文。2、OSPF报文类型OSPF报文类型作用Hello建立并维护邻居关系DatabaseDescription（DD）数据库内容的汇总（仅包含LSA摘要）LinkStateRequest（LSR）请求自己没有的或者比自己更新的链路状态详细信息LinkStateUpdate（LSU）链路状态更新信息LinkStateAcknowledge（LSAck）对LSU的确认OSPF报文直接封装在IP报文中，协议号为89链路层帧头IPHeaderOSPFPacket链路层帧尾3、OSPF邻接关系建立过程第1步：初始情况下，邻居关系处于DOWN状态。之后RTA开始发送Hello报文。由于当2/12前没有发现任何邻居，因此它的邻居表项是空的，并且DR字段设置为0.0.0.0。第2步：RTB接收到RTA的Hello报文之后，将RTA添加到自己的邻居表中，同时将RTA的邻居状态设置为init。与RTA比较RouterID，由于RTB的RouterID较大，所以在发送的Hello报文中，将DR字段设置为自己的RouterID。第3步：RTA收到RTB发来的Hello报文，在邻居列表中发现了自己的RouterID，因而将邻居表中RTB的状态修改为2-way。RTA发送Hello报文，其中邻居列表添加RTB的RouterID，将DD字段设置为RTB的RouterID。第4步：RTB检查RTA的Hello报文，发现了自己的RouterID，从而将邻居表中的RTA状态也修改为2-way。如果当前链路上，RTA和RTB都是DRother路由器，它们之间的邻接状态就停留在2-way状态。如果RTA、RTB有一个是DR/BDR，它们还需要进一步建立邻接关系。第5步：RTA将邻居表中RTB的状态设置为ExStart状态，并且发送一个不包含LSA摘要的DD报文，开始主从关系的协商。这个DD报文的序列号由RTA决定，设置为X；I位被设置为1，表明这是RTA发起的初始化报文；M位被设置为1，表明这不是最后一个DD报文；MS位被设置为1，表明RTA首先判断自己是Master路由器。这里的Master路由器的作用主要是在交换DD报文的时候，主动发送DD报文，并且控制修改报文序列号，对应的Slave路由器只能接受Master路由器使用的序列号，被动地发送DD报文。第6步：RTB收到RTA的DD报文后，将邻居表中RTA的状态也设置为ExStart。由于RTB的RouterID值要大于RTA，因此RTB主为自己应该是Master路由器，所以它发送的DD报文中同样将MS位设置为1，用来表明自己Master路由器的身份。RTB使用的序列号为Y，同时将I位与M位也设置为1，分别表明这是初始化报文以及后续还有更多的DD报文。第7步：RTA同意RTB作为Master路由器，因此将MS设置为0，表明自己的Slave身份，并且采用RTB设置的序列号Y开始发送DD报文。这时的DD报文中包含LSA摘要。RTA将邻居中的RTB的状态修改为Exchange。3/12第8步：RTB接收到RTA发送来的DD报文，将邻居表中的RTA的状态也修改为Exchange，接下来采用Y+1的序列号和RTA交换LSA摘要信息。RTA和RTB对于DD报文中包含的LSA摘要信息与自己的LSDB作比较。RTB发现所有的LSA信息在LSDB中都存在，因此直接进入FULL状态。第9步：RTA发现LSDB中缺少部分LSA，需要向RTB请求这些LSA。RTA将邻居表中的RTB的状态设置为Loading，同时向RTB发送LSR报文，请求自己缺少的LSA。LSR报文中也仅仅包含LSA摘要。第10步：RTB收到LSR报文，将请求的LSA全部内容以一条或多条LSU报文发送给RTA。第11步：RTA将收到的LSA更新到自己的LSDB，直到所有请求的LSA都获得之后，它将邻居表中的RTB的状态设置为FULL。这个时候，完整的邻接关系才算是建立完成了。4、OSPF拓扑改变，即LSDB更新为了节省网络带宽与降低路由资源消耗，在广播和NBMA网络中，链路状态发生变化时，主要是通过DR路由器发送更新报文，以便其他路由器更新自己的LSDB。4/125、OSPF虚连接虚连接是指在两台ABR之间通过一个非骨干区域而建立一条逻辑通道。它的两端必须是ABR，而且两端同时配置方可生效。[RTB-ospf-1-area-0.0.0.0]vlinkpeer3.3.3.36、OSPF配置案例RTA配置信息[RTA]interfaceloopback0[RTA-loopback-0]ipaddress1.1.1.1255.255.255.255#开启Loopback接口，并配置掩码为32位的IP地址[RTA]interfaceGigaEthernet0/0[RTA-GigaEthernet0/0]ipaddress10.0.0.1255.255.255.0[RTA-GigaEthernet0/1]ipaddress172.16.1.1255.255.255.252[RTA]iproute0.0.0.00.0.0.0172.16.1.2[RTA]ospf1router-id1.1.1.1#开启OSPF进程，其中进程号可省略，默认为进程1；Router-ID也可省略，如果省略则优先使用loopback接口中IP地址最大者，如果没有配置Loopback地址则优先使用所有已启用IP进程的接口中IP最大者作为RouterID。[RTA-ospf-1]area0[RTA-ospf-1-area-0.0.0.0]network10.0.0.00.0.0.255#配置OSPF区域，并配置在相应的接口上启用OSPF[RTA-ospf-1]default-route-advertise[always]#在OSPF中，使用import-route命令不能引入缺省路由，如果要引入缺省路由，必须使用default-route-adverise指令。当不使用always参数时，只有路由器上存在缺省路由的配置时，ASBR才会向区域内发布默认路由信息。当使用always参数时，不管存在不存在缺省路由配置，ASBR都会向区域内发布默认路由信息。[RTA-GigaEthernet0/0]ospfnetwork-type{broadcastnmbap2mpp2p}#缺省情况下，OSPF根据链路层协议来确定接口网络类型。在不同的网络类型下，OSPF工5/12作机制会有所不同，可以根据链路层协议和网络拓扑来配置相应的网络类型。[RTA-GigaEthernet0/0]ospfdr-prioritypriority#在广播网络或NBMA网络接口上配置DR优先级以此来影响网络中DR/BDR的选举。一般情况下，应该选择性能和可靠性较高的路由器作为DR和BDR。[RTA-GigaEthernet0/0]ospfcostcost#缺省情况下，接口按照当前的波特率自动计算开销，计算工式：接口开销=带宽参考值÷接口带宽缺省情况下，带宽参考值为100M，可以通过bandwidth-reference改变带宽参考值。7、OSPFLSA类型这一类描述区域内部与路由器直连的链路的信息（包括链路类型，开销等），仅在区域内传播。Type2LSA由DR生成，描述其在该网络上连接的所有路由器及网段掩码信息，只在区域内传播。6/12Type3LSA由ABR生成，将所连接区域内部的链路信息以子网的形式传播到相邻区域。ABR收到来自同区域其他ABR传来的SummaryLSA后，重新生成新的SummaryLSA（将AdvertisingRouter改为自己）后继续在整个OSPF系统内传播。由于第3类LSA是直接传递路由条目而不是链路状态描述，因此路由器在处理第3类LSA的时候，并不是运用SPF算法进行计算而是直接作为路由条目加入到路由表中。沿途的路由器也仅仅是修改链路开销，这就导致在某些设计不合理的情况下，可能导致路由环路。这也是OSPF协议要求非骨干区域必须通过骨干区域才能转发的原因。补充：OSPF关于骨干区域的规定：1.所有非骨干区域的路由转发必须通过骨干区域进行，即所有非骨干区域与骨干区域必须逻辑相连2.ABR从骨干区域学到的路由不能再向骨干区域传播，即骨干区域必须连续第4类LSA，即ASBRSummaryLSA，是由ABR产生的，格式与第3类LSA相同，描述的目标网络是一个ASBR的RouterID。它不会主动产生，触发条件为ABR收到一个第5类LSA，意义在于让区域内部路由器知道如何到达ASBR。第5类LSA，即ASExternalLSA，是由ASBR产生，描述到AS外部的路由信息。它一旦生成，将在整个OSPF系统内扩散，除非个别特殊区域做了相关配置。8、OSPF特殊区域7/12在Stub区域中，ABR不允许注入第5类LSA，区域路由器的路由表规模以及路由信息传递的数量都会大大减少。因为没有第5类LSA，因此第4类LSA也没有必要存在，所以同样不允许注入。在配置某区域成为Stub区域后，为保证自治系统外的路由依旧可达，ABR会产生一条0.0.0.0/0的第3类LSA发布给区域内的其他路由器，通知它们如果要访问外部网络，可以通过ABR。骨干区域不能配置为Stub区域、虚连接不能穿越Stub区域、Stub区域内不能存在ASBR、由于不知道外部路由信息，因此区域内如果有多个ABR，可能会产生次优路由。在TotallyStub（完全Stub）区域中，不仅不允许第4类和第5类LSA的注入，为了进一步降低链路状态数据库的大小，还不允许第3类LSA注入。同样地，ABR会产生一条0.0.0.0/0的第3类LSA，以保证自治系统外的路由依旧可达。将一个区域配置为TotallyStub区域，需要在区域内所有路由器的OSPF区域配置中使用：stubno-summary8/12NSSA（Not-So-StubbyArea）产生的背景：\uf0d8该区域存在一个ASBR，其产生的外部路由需要在整个OSPF域内扩散；\uf0d8该区域不希望接收其他ASBR产生的外部路由要满足第一个条件，标准区域即可，但此时第二个条件不满足；要满足第二个条件，区域必须为Stub，但此时第一个条件又不满足；为了同时满足二个条件，OSPF设计了NSSA这种区域。NSSA区域Stub区域的变形，与Stub区域有许多相似的地方。NSSA区域也不允许第5类LSA注入，但可以允许第7类LSA注入。来源于外部路由的第7类LSA由NSSA区域的ASBR产生，在NSSA区域内传播。当第7类LSA到达NSSA的ABR时，由NSSA区域的ABR将第7类LSA转换成第5类LSA，传播到其他区域。同时，ABR会产生一条0.0.0.0/0的第7类LSA，在NSSA区域内传播。在OSPF区域视图下，配置NSSA区域的命令如下：nssa[default-route-advertiseno-import-routeno-summary]default-route-advertise参数只用于NSSA区域的ASBR或ABR，对于ABR，不论本地是否存在缺省路由，都将产生一条Type7LSA向区域内发布缺省路由；对于ASBR，只有当本地存在缺省路由时，才产生Type7LSA向区域内发布缺省路由。no-import-route参数用于禁止将AS外部路由以Type7LSA的形式引入到NSSA区域中，这个参数通常只用于既是NSSA区域的ABR，也是OSPF自治系统的ASBR的路由器上，以保证所有外部路由信息能正确地进入OSPF路由域。no-summary参数只用于NSSA区域的ABR，配置后，NSSAABR只通过Type3的SummaryLSA向区域内发布一条缺省路由，不再向区域内发布任何其他Summary-LSA。9、OSPF路由聚合9/12abr-summary指令还可以使用not-advertise参数对路由进行抑制，不发布给Area0中的其他路由器。同样，asbr-summary指令也可以使用not-advertise参数对路由进行抑制10、OSPF验证配置10/12配置OSPF验证主要有以下两步：第1步：配置区域中路由器的验证模式；第2步：配置接口验证模式11、OSPF路由过滤11/1212/12',)