OSPF(Open Shortest Pass First)俗称开放最短路径优先协议,是众多内部网管协议中最常用的,同时他也是一个链路状态协议。OSPF的组播地址为:224.0.0.5 224.0.0.6,它是无类路由协议,支持VLSM可变长子网掩码,所以他同时支持IPV4及IPV6。OSPF的度量值一般是与链路带宽成反比的,所以带宽越大开销值就越小,同时也就一位置链路越优(接口开销=参考带宽/逻辑带宽)。
接下来我们谈一下OSPF的运行原理。OSPF组播的方式是通过OSPF的接口发送Hello包,若有OSPF邻居,则建立OSPF邻居关系、形成邻居表,通过互相发送LSA(相互通告路由)形成LSDB。最后通过SPF算法,得到cost最小的路径放入路由表。在运行过程中,必须配置好骨干区域0,同时其他区域需连接到骨干区域。这样做的好处是缩减路由表,本地拓扑变化值影响一个区域,尤其是某些LSA之子本地泛红,不泛洪到其他区域。
OSPF区域划分基于接口,可分为骨干区域(区域0)及非骨干区域(非0区域)。骨干区域必须连接所有的非骨干区域,而且骨干区域不可分割,有且只有一个,一般情况下,骨干区域内没有终端用户。非骨干区域一般根据实际情况而划分,必须连接到骨干区域(不规则区域也需通过tunnel或virtual-link连接到骨干区域)。一般情况下,非骨干区域主要连接终端用户和资源。
OSPF路由器身份可分为5类:Designated Router,即指定路由器,OSPF协议启动后开始选举而来,简称DR;备份指定路由器(Back-up Designated Router,简称BDR),同样是由OSPF启动后选举而来;其他路由器(DRothers),非DR非BDR的路由器;区域边界路由器(Area Border Routers,即ABR),连接不同OSPF区域;自治系统边界路由器(Autonomous System Boundary Router,简称ASBR),位于OSPF和非OSPF网络之间;骨干路由器,至少有一个借口连接到骨干区域(区域0)。
若发现了有OSPF邻居,则建立OSPF邻居关系,邻居有两个状态邻居Neighbors及邻接Adjacency。两者间的关系是邻居不一定是邻接,邻接一定是邻居,只有交互了LSA的OSPF邻居才成为OSPF的邻接,之交互Hello包的支撑位邻居,在点对点网络中,所有邻居都能成为邻接;MA(广播多路访问网络,比如以太网)网络类型中,DR,BDR,DRothers三者关系为:DR、BDR与所有的邻居形成邻接,DRothers之间只是邻居而不交换LSA。在建立邻居关系时,Hello与Dead Time时间不一致(改Hello的话Dead自动*4,单改Dead的话Hello不变)、区域ID必须一致、认证(password一致)、Stub标识一致(与特殊区域有关,之后介绍)、MTU-携带在DBD报文中,两端口必须一致、掩码,如12.1.1.1/30——12.1.1.2/24 这种情况是可以ping通的,但邻居关系起不来(OSPF对环回口,无论掩码多少位,都按32位处理,所以建议环回口直接/32,或者在环回口下还原真实掩码)、ACL(是否放行OSPF)这些原因会影响OSPF的邻居建立。
OSPF是一种一旦拓扑发生变化便会触发更新的机制,也有周期性更新(30分钟一次)机制,或当收到一条LSA之后,首先查看是否在LSDB中,若没有则假如LSDB,回复LSACK。继续泛洪出去,并且通过SPF算法计算最佳路径并加入路由表。若存在,则比较谁的更“新”(看序号),序号大者新,若本地不如收到的信更新本地LSDB并泛洪,且通过SPF算法计算最佳路径并加入路由表,若比收到的新,则将本地的泛洪出去。
OSPF数据包又可分为几种类型,Hello--10秒发送一次,死亡时间40s,4倍关系,可以修改;DBD--Database Description,仅仅是一个对本地数据库的概念性叙述,供路由器核对数据库是否同步;LSR--Link-State Request,请求链路状态,在数据库同步过程中使用,请求其他角色发送自己失去的LSA最新版本;LSU--Link-State Update,链路状态更新,LSU包括几种类型的LSA,LSU负责泛洪LSA,和相应LSR,LSA只会发送给之前以LSR请求的LSA的直连邻居,进行泛洪的时候,邻居路由负责把收到的LSA信息重新封装在新的LSU中;LSACK--链路状态确认,路由器必须对每个收到的LSA进行LSACK确认,但可以用一个LSACK确认多个LSA。
DR、BDR选举时,比较router-id,router-id,由工程师指定,这台设备最大的环回口ip,没有环回口的话,物理接口ip地址最大的可获得选举规则。首先,最高优先级值的路由器被选为DR(默认优先级相同:1),次高优先级的为BDR;其次,若优先级相同,则比较router-id,拥有最高router-id的成为DR,次高的成为BDR;第三,优先级被设置为0的不参与选举;第四,OSPF系统启动后,若40s内没有新设备接入就会开始选举,所以为保证DR与BDR的选举不发生意外,建议优先配置想成为DR与BDR的设备;第五,DR与BDR不可以抢占;第六,当DR小时之后,BDR直升DR,重新选BDR;第七,所有DR,BDR,DRothers说的都是接口,而不是设备;最后,不同网段间选DR,BDR,而不是以OSPF区域为单位。
OSPF还具有不同的状态,Down State,Init State(发送了Hello包却还没收到的情况下),Two-way State(收到了一个Hello包且在对方回复的Hello包中包括自己的router-id),Exstart State(First DBD确认主从关系,router-id大的为主,先发包),Exchange State(交互DBD 相互学习),Loading State(LSR与LSU的交互过程),Full State(所有交互已经完成)。上文中DBD又是什么呢?只是一个目录的性质,并且第一个DBD只是用来协商之后的DBD由谁先发送。
在此,我们对下面的拓扑图中的内容进行基本配置演示:
首先,对R1进行配置:
1 R2>en 2 R2#conf t 3 R2(config)#int lo 0 4 R2(config-if)#ip add 2.2.2.2 255.255.255.255 5 R2(config-if)#no sh 6 R2(config-if)#exi 7 R2(config)#int f0/0 8 R2(config-if)#ip add 100.1.1.2 255.255.255.0 9 R2(config-if)#no sh 10 R2(config-if)#exi 11 12 R2(config)#router os 100 13 R2(config-router)#route 14 R2(config-router)#router-id 2.2.2.2 15 R2(config-router)#net 2.2.2.2 0.0.0.0 a 0 16 R2(config-router)#net 100.1.1.0 0.0.0.255 a 0 17 R2(config-router)#ex 对R2进行配置: 1 R2>en 2 R2#conf t 3 R2(config)#int lo 0 4 R2(config-if)#ip add 2.2.2.2 255.255.255.255 5 R2(config-if)#no sh 6 R2(config-if)#exi 7 R2(config)#int f0/0 8 R2(config-if)#ip add 100.1.1.2 255.255.255.0 9 R2(config-if)#no sh 10 R2(config-if)#exi 11 12 R2(config)#router os 100 13 R2(config-router)#route 14 R2(config-router)#router-id 2.2.2.2 15 R2(config-router)#net 2.2.2.2 0.0.0.0 a 0 16 R2(config-router)#net 100.1.1.0 0.0.0.255 a 0 17 R2(config-router)#ex 对R3进行配置: 1 R3>en 2 R3#conf t 3 R3(config)#int lo 0 4 R3(config-if)#ip add 3.3.3.3 255.255.255.255 5 R3(config-if)#no sh 6 R3(config-if)#exi 7 R3(config)#int f0/0 8 R3(config-if)#ip add 100.1.1.3 255.255.255.0 9 R3(config-if)#no sh 10 R3(config-if)#exi 11 12 R3(config)#router os 100 13 R3(config-router)#router-id 3.3.3.3 14 R3(config-router)#net 3.3.3.3 0.0.0.0 a 0 15 R3(config-router)#net 100.1.1.0 0.0.0.255 a 0 16 R3(config-router)#exi 对R4进行配置: 1 R4>en 2 R4#conf t 3 R4(config)#int lo 0 4 R4(config-if)#ip add 4.4.4.4 255.255.255.255 5 R4(config-if)#no sh 6 R4(config-if)#exi 7 R4(config)#int f0/0 8 R4(config-if)#ip add 100.1.1.4 255.255.255.0 9 R4(config-if)#no sh 10 R4(config-if)#exi 11 R4(config)#int f0/1 12 R4(config-if)#ip add 45.1.1.4 255.255.255.0 13 R4(config-if)#no sh 14 R4(config-if)#exi 15 16 R4(config)#router os 100 17 R4(config-router)#router-id 4.4.4.4 18 R4(config-router)#net 4.4.4.4 0.0.0.0 a 0 19 R4(config-router)#net 100.1.1.0 0.0.0.255 a 0 20 R4(config-router)#net 45.1.1.0 0.0.0.255 a 1 21 R4(config-router)#exi 对R5进行配置: 1 2 R5>en 3 R5#conf t 4 R5(config)#int lo 0 5 R5(config-if)#ip add 5.5.5.5 255.255.255.255 6 R5(config-if)#no sh 7 R5(config-if)#exi 8 R5(config)#int f0/1 9 R5(config-if)#ip add 45.1.1.5 255.255.255.0 10 R5(config-if)#no sh 11 R5(config-if)#exi 12 13 R5(config)#router os 100 14 R5(config-router)#router-id 5.5.5.5 15 R5(config-router)#net 5.5.5.5 0.0.0.0 a 1 16 R5(config-router)#net 45.1.1.0 0.0.0.255 a 1 17 R5(config-router)#exi 以上就是全部基本配置,接下来我们来查看一下基本信息 查看邻居信息: 1 R4#show ip ospf neighbor 2 3 Neighbor ID Pri State Dead Time Address Interface 4 1.1.1.1 1 FULL/DR 00:00:38 100.1.1.1 FastEthernet0/0 5 2.2.2.2 1 FULL/BDR 00:00:34 100.1.1.2 FastEthernet0/0 6 3.3.3.3 1 2WAY/DROTHER 00:00:33 100.1.1.3 FastEthernet0/0 7 5.5.5.5 1 FULL/DR 00:00:33 45.1.1.5 FastEthernet0/1 可以看见R4这台路由器一共有四个邻居,这里临界状态,full就是代表邻接,我们可以看见区域0中R1是DR,R2是BDR,R3和R4都是DRothers,而区域1中R5是DR。那么我们可以推测,R4是区域1的BDR,我们在R5上查看: 1 R5#show ip ospf neighbor 2 3 Neighbor ID Pri State Dead Time Address Interface 4 4.4.4.4 1 FULL/BDR 00:00:36 45.1.1.4 FastEthernet0/1 推测不假,下面查看一下开启OSPF的接口信息: 1 R1#show ip ospf interface 2 FastEthernet0/0 is up, line protocol is up 3 Internet Address 100.1.1.1/24, Area 0 4 Process ID 100, Router ID 1.1.1.1, Network Type BROADCAST, Cost: 10 5 Transmit Delay is 1 sec, State DR, Priority 1 6 Designated Router (ID) 1.1.1.1, Interface address 100.1.1.1 7 Backup Designated router (ID) 2.2.2.2, Interface address 100.1.1.2 8 Timer intervals configured, Hello 10, Dead 40, Wait 40, Retransmit 5 9 oob-resync timeout 40 10 Hello due in 00:00:00 11 Supports Link-local Signaling (LLS) 12 Cisco NSF helper support enabled 13 IETF NSF helper support enabled 14 Index 2/2, flood queue length 0 15 Next 0x0(0)/0x0(0) 16 Last flood scan length is 1, maximum is 1 17 Last flood scan time is 4 msec, maximum is 4 msec 18 Neighbor Count is 3, Adjacent neighbor count is 3 19 Adjacent with neighbor 2.2.2.2 (Backup Designated Router) 20 Adjacent with neighbor 3.3.3.3 21 Adjacent with neighbor 4.4.4.4 22 Suppress hello for 0 neighbor(s) 23 Loopback0 is up, line protocol is up 24 Internet Address 1.1.1.1/32, Area 0 25 Process ID 100, Router ID 1.1.1.1, Network Type LOOPBACK, Cost: 1 26 Loopback interface is treated as a stub Host 可以看见,开启了OSPF的接口的详细信息,比如Router-id,区域id,进程id,以及接口是如何加入进入OSPF的(network) 查看OSPF的路由: 1 R5#show ip route ospf 2 1.0.0.0/32 is subnetted, 1 subnets 3 O IA 1.1.1.1 [110/21] via 45.1.1.4, 00:26:31, FastEthernet0/1 4 2.0.0.0/32 is subnetted, 1 subnets 5 O IA 2.2.2.2 [110/21] via 45.1.1.4, 00:26:31, FastEthernet0/1 6 100.0.0.0/24 is subnetted, 1 subnets 7 O IA 100.1.1.0 [110/20] via 45.1.1.4, 00:26:31, FastEthernet0/1 8 3.0.0.0/32 is subnetted, 1 subnets 9 O IA 3.3.3.3 [110/21] via 45.1.1.4, 00:26:31, FastEthernet0/1 10 4.0.0.0/32 is subnetted, 1 subnets 11 O IA 4.4.4.4 [110/11] via 45.1.1.4, 00:26:31, FastEthernet0/1
在R5中查看OSPF的路由,发现全部都是O IA标记,这里O 标识来自OSPF,而IA代表是OSPF其他区域传来的路由(关于标记在后面讲解LSA中还会提到),我们再在R1上查看一下OSPF的路由:
1 R1#show ip route os 2 2.0.0.0/32 is subnetted, 1 subnets 3 O 2.2.2.2 [110/11] via 100.1.1.2, 00:29:28, FastEthernet0/0 4 3.0.0.0/32 is subnetted, 1 subnets 5 O 3.3.3.3 [110/11] via 100.1.1.3, 00:29:28, FastEthernet0/0 6 4.0.0.0/32 is subnetted, 1 subnets 7 O 4.4.4.4 [110/11] via 100.1.1.4, 00:29:28, FastEthernet0/0 8 5.0.0.0/32 is subnetted, 1 subnets 9 O IA 5.5.5.5 [110/21] via 100.1.1.4, 00:28:17, FastEthernet0/0 10 45.0.0.0/24 is subnetted, 1 subnets 11 O IA 45.1.1.0 [110/20] via 100.1.1.4, 00:29:28, FastEthernet0/0 可见,区域1的被标识为O IA,而区域0的则只是O。 以上就是基本的OSPF系统的配置。