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OSPF 协议

5089人阅读 2022/9/23 15:40 总访问：3568533 评论：0 收藏：0 手机

分类: 网络

![](https://img.tnblog.net/arcimg/hb/66f4e673a2bb45ab88ebaa95a5f0d11d.png)
>#OSPF 协议
[TOC]

## OSPF 协议简介

tn2>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。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）。如无特殊说明，本文中所指的OSPF均为OSPF Version 2。


## OSPF 出现的目的

tn2>在OSPF出现前，网络上广泛使用RIP（Routing Information Protocol）作为内部网关协议。
由于RIP是基于距离矢量算法的路由协议，存在着收敛慢、路由环路、可扩展性差等问题，所以逐渐被OSPF取代。
OSPF作为基于链路状态的协议，能够解决RIP所面临的诸多问题。此外，OSPF还有以下优点： 
1.OSPF采用组播形式收发报文，这样可以减少对其它不运行OSPF路由器的影响。
2.OSPF支持无类型域间选路（CIDR）。
3.OSPF支持对等价路由进行负载分担。
4.OSPF支持报文加密。
由于OSPF具有以上优势，使得OSPF作为优秀的内部网关协议被快速接收并广泛使用。

## OSPF协议特点

tn2>**+** OSPF把自治系统AS（Autonomous System）划分成逻辑意义上的一个或多个区域
**+** OSPF通过LSA（Link State Advertisement）的形式发布路由；
**+** OSPF依靠在OSPF区域内各设备间交互OSPF报文来达到路由信息的统一；
**+** OSPF报文封装在IP报文内，可以采用单播或组播的形式发送。

## 报文字段与LSA类型

| 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。 |

| 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。 |
| Opaque LSA（Type9/Type10/Type11） | Opaque LSA提供用于OSPF的扩展的通用机制。其中： Type9 LSA仅在接口所在网段范围内传播。用于支持GR的Grace LSA就是Type9 LSA的一种。 Type10 LSA在区域内传播。用于支持TE的LSA就是Type10 LSA的一种。 Type11 LSA在自治域内传播，目前还没有实际应用的例子。 |

## 邻居状态机

tn2>在OSPF网络中，为了交换路由信息，邻居设备之间首先要建立邻接关系，邻居（Neighbors）关系和邻接（Adjacencies）关系是两个不同的概念。 
邻居关系：OSPF设备启动后，会通过OSPF接口向外发送Hello报文，收到Hello报文的OSPF设备会检查报文中所定义的参数，如果双方一致就会形成邻居关系，两端设备互为邻居。 
邻接关系：形成邻居关系后，如果两端设备成功交换DD报文和LSA，才建立邻接关系。 
OSPF共有8种状态机，分别是：Down、Attempt、Init、2-way、Exstart、Exchange、Loading、Full。 

| 状态 | 描述 |
| ------------ | ------------ |
| 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。 |
| Attempt | 该状态仅发生在NBMA网络中，表明对端在邻居失效时间间隔（dead interval）超时前仍然没有回复Hello报文。此时路由器依然每发送轮询Hello报文的时间间隔（poll interval）向对端发送Hello报文。 |
| Init | 收到Hello报文后状态为Init。 |
| 2-way | 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交换DD报文，此时状态为Exchange。 |
| Loading | DD报文交换完成即Exchange done，此时状态为Loading。 |
| Full | LSR重传列表为空，此时状态为Full。 |

## OSPF 简单 Demo

tn2>我们创建两个AR路由器，然后设置它们的`g0/0/0`接口的IP网段为`10.1.12.x`，设置的L0网卡分别为`1.1.1.1`和`2.2.2.2`。

![](https://img.tnblog.net/arcimg/hb/78939fedab7c4e58903ef787ec3aa3f8.png)

tn2>配置AR1路由器。

```bash
# 创建名称
system-view
sysname AR1
# 创建l0网段
int l0
ip a 1.1.1.1 32
dis this
q
# 为g0/0/0接口附上ip
int g0/0/0
ip a 10.1.12.1 24
dis this
q
```

![](https://img.tnblog.net/arcimg/hb/77b7e7bd31e54b709f2fe62c4a23fe1f.png)

tn2>配置AR2路由器。

```bash
# 创建名称
system-view
sysname AR2
# 创建lo0网段
int l0
ip a 2.2.2.2 32
dis this
q
# 为g0/0/0接口附上ip
int g0/0/0
ip a 10.1.12.2 24
dis this
q
ping 1.1.1.1
```

![](https://img.tnblog.net/arcimg/hb/4196d664437242e28c5b82d81eb636ed.png)

tn2>我们发现它们并不能ping通，因为没有设置静态路由。

```bash
dis ip routing-table
```

![](https://img.tnblog.net/arcimg/hb/e7cfbab50e324016a75fe787886675f6.png)

tn2>配置ospf

tn>在配置ospf网络的时候，需要配置区域；区域相当于在相同区域下的设备可以通过ospf进行连接。

```bash
# AR1 配置ospf
ospf router-id 1.1.1.1
# 配置为0区域
area 0
# 宣告1.1.1.1网络
network 1.1.1.1 0.0.0.0
# 宣告 10.1.12.0
network 10.1.12.0 0.0.0.255
```

![](https://img.tnblog.net/arcimg/hb/e352edd9327848bcbe318ac01c6e1c08.png)

```bash
# AR2 配置ospf
ospf router-id 2.2.2.2
# 配置为0区域
area 0
# 宣告1.1.1.1网络
network 2.2.2.2 0.0.0.0
# 宣告 10.1.12.0
network 10.1.12.0 0.0.0.255
ping 1.1.1.1
```

![](https://img.tnblog.net/arcimg/hb/33465f4b89c94dd0b57bb3951e7b9273.png)

tn2>我们可以看到一些刚刚表中的状态信息。
我们还可以通过下面的命令来查询邻居。

```bash
dis ospf peer b
```

![](https://img.tnblog.net/arcimg/hb/6768e1e3d19f4165b4d979c899944532.png)

tn2>当我们一端停止`g0/0/0`接口时，邻居信息将会移除，AR1设备举例。

```bash
int GigabitEthernet 0/0/0
shutdown
dis ospf peer b
```

![](https://img.tnblog.net/arcimg/hb/84f000e630d145f7b0e08887a641041c.png)

tn2>然后我们再次激活，会看见一些启动起来的包，并且通过查看routing的方式我们发现已经学习到了对端地址，并且是通过OSPF的方式。

```bash
undo shutdown
# 等30秒再次查看
dis this
q
dis ospf peer b
# 查看ospf routing
dis ospf routing
dis ospf routing-table
```

![](https://img.tnblog.net/arcimg/hb/b4fcf35fbdf34e94af90327f0416f73d.png)

tn2>当然我们要退出一条网络可以通过下面的命令进行实现

```bash
undo network 2.2.2.2 0.0.0.0
undo network 10.1.12.0 0.0.0.255
```

![](https://img.tnblog.net/arcimg/hb/d32973a0235e4a77a7e8e5215f2ea3df.png)

tn2>如果我们在一台设备上添加一条ip地址希望其他端学习到，我们可以添加一条`0.0.0.0 255.255.255.255`的网络(两个设备都添加)。

```bash
network 0.0.0.0 255.255.255.255
# 然后我们查看状态到full为止
dis ospf peer brief
q
```

![](https://img.tnblog.net/arcimg/hb/0ad182656aab410abe91b4edc9494f56.png)

tn2>然后添加一条ip `3.3.3.3` 到我们的AR1上，AR2可以学习到。

```bash
# 在AR1添加ip 3.3.3.3
int l0
ip a 3.3.3.3 32
# 在AR2查询路由
dis ip routing-table
# ping
ping 3.3.3.3
```

![](https://img.tnblog.net/arcimg/hb/9760859034fb4cf4b6bc1152d71e126d.png)

![](https://img.tnblog.net/arcimg/hb/c6b3d30f4f7644828eea022d5a6d1637.png)

tn>OSPF Router-ID用于在OSPF domain中唯一地表示一台OSPF路由器，从OSPF网络设计的角度，我们要求全OSPF域内，禁止出现两台罗尤其拥有相同的Router-ID。
OSPF Router-ID的设定可以通过手工配置的方式，或者通过协议自动选取的方式。当然，在实际网络部署中，强烈将以手工配置OSPF的Router-ID，因为这关系到协议的稳定。

## 广播多路访问网络

tn2>在广播多路访问网络（Multi Access）中，所有的路由器的接口都是相同网段，这些接口两两建立OSPF邻居关系，这就意味着，网络中共有：n(n-1)/2。维护如此多的邻居关系不仅额外消耗资源，更增加了网络中LSA的泛洪数量。
———为减小多路访问网络中的 OSPF 流量，OSPF 会在每一个MA网络（多路访问网络）选举一个指定路由器 (DR)和一个备用指定路由器 (BDR)。
——DR选举规则：最高OSPF接口优先级拥有者被选作DR，如果优先级相等（默认为1），具有最高的OSPF Router-ID的路由器被选举成DR，并且DR具有非抢占性。
——指定路由器 (DR)：DR 负责使用该变化信息更新其它所有 OSPF 路由器（DR Rother）。
——备用指定路由器 (BDR)：BDR 会监控 DR 的状态，并在当前 DR 发生故障时接替其角色。
——注意OSPF为“接口敏感型协议”，DR及BDR的身份状态是基于OSPF接口的。
——MA网络中，所有的DRother路由器均只与DR和BDR建立邻接关系，DRother间不建立全毗邻邻接关系。
——如此一来，该多路访问网络中设备需要维护的OSPF邻居关系大幅减小：M= (n-2)×2+1，LSA的泛洪问题也可以得到一定的缓解。

tn>简单来讲：在一个小组里面，学习路由找人，你直接找组长或副组长就可以了。
成为组长（DR）或副组长(BDR)通过`router-id`进行选举，数值越大越优先。
如果组长出事了或者请假了、挂了由职务又由副组长代替。


>### Demo案例

tn>抱歉诸位，关于下面的命令需要大家自己去尝试了，我本地交换机不知道为什么跑不起来。

![](https://img.tnblog.net/arcimg/hb/d6d91d9c870e4aa784d875342bea5772.png)

tn2>配置AR4设备。

```bash
sysname AR4
interface Ethernet 0/0/0
# 由于该设备是交换机的口，所以先关闭交换机的接口
undo portswitch
# 添加IP
ip a 1.1.1.4 24
int l 0
ip a 100.100.100.100 32
dis ip int b
```

tn2>配置AR6设备。

```bash
sysname AR6
int Ethernet 0/0/0
undo portswitch
ip a 1.1.1.6 24
int l 0
ip a 20.20.20.20 32
dis ip int b
```

tn2>配置AR5设备。

```bash
system-view
sysname AR5
int Ethernet 0/0/0
undo portswitch
ip a 1.1.1.5 24
int l0
ip a 5.5.5.5 32
dis ip int b
```

tn2>配置AR8设备。

```bash
system-view
sysname AR8
int Ethernet 0/0/0
undo portswitch
ip a 1.1.1.8 24
int l0
ip a 8.8.8.8 32
dis ip int b
```

tn2>配置AR7设备。

```bash
system-view
sysname AR7
int Ethernet 0/0/0
undo portswitch
ip a 1.1.1.7 24
int l0
ip a 7.7.7.7 32
dis ip int b
```

tn2>配置AR4设备的OSPF。

```bash
ospf router-id 100.100.100.100
area 0
network 0.0.0.0 255.255.255
dis this
```

tn2>配置AR6设备的OSPF。

```bash
ospf router-id 20.20.20.20
area 0
network 0.0.0.0 255.255.255
```

tn2>配置AR5设备的OSPF。

```bash
ospf router-id 5.5.5.5
area 0
network 0.0.0.0 255.255.255
```

tn2>配置AR8设备的OSPF。

```bash
ospf router-id 8.8.8.8
area 0
network 0.0.0.0 255.255.255
```

tn2>配置AR7设备的OSPF。

```bash
ospf router-id 7.7.7.7
area 0
network 0.0.0.0 255.255.255
dis ospf peer brief
```

## 多区域

tn2>通过不同区域的交换机连接进行通信。

![](https://img.tnblog.net/arcimg/hb/224f237d87e94d038a4895593f9714fd.png)

```bash
system-view
sysname AR4
int g0/0/0
ip a 10.1.45.4 24
int l0
ip a 4.4.4.4 32
dis this
dis ip int b
q
```

```bash
system-view
sysname AR5
int g0/0/0
ip a 10.1.45.5 24
int l0
ip a 5.5.5.5 32
q
dis ip int b
int g0/0/1
ip a 10.1.56.5 24
q
```

```bash
system-view
sysname AR6
int g0/0/0
ip a 10.1.56.6 24
int l0
ip a 6.6.6.6 32
dis ip int b
# 测试直连情况
ping 10.1.56.5
```

tn2>AR4

```bash
ospf router-id 4.4.4.4
area 0
network 0.0.0.0 255.255.255.255
dis this
q
```
tn2>AR5

```bash
int g0/0/0
ospf router-id 5.5.5.5
area 0
network 10.1.45.0 0.0.0.255
dis ospf peer b
network 5.5.5.5 0.0.0.0
dis this
q
int g0/0/1
network 10.1.56.0 0.0.0.255
dis ospf peer b
```

tn2>AR6

```bash
ospf router-id 6.6.6.6
area 1
network 0.0.0.0 255.255.255.255
dis ospf peer b
q
```

tn2>AR4

```bash
ping 6.6.6.6
```

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