CCNA--开放式最短路径优先(OSPF)
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一.概诉：
OSPF(Open Shortest Path First开放式最短路径优先)是一个内部网关协议(Interior Gateway Protocol,简称IGP)，用于在单一自治系统(autonomous system,AS)内决策路由。与RIP相对，OSPF是链路状态路由协议，而RIP是距离矢量路由协议。
1.Hello协议的目的:二.OSPF的hello协议 1.用于发现邻居 2.在成为邻居之前,必须对Hello包里的一些参数协商成功 3.Hello包在邻居之间扮演着keepalive的角色 4.允许邻居之间的双向通信 5.它在NBMA(Nonbroadcast Multi-access)网络上选举DR和BDR 2.Hello Packet包含以下信息: 1.源路由器的RID 2.源路由器的Area ID 3.源路由器接口的掩码 4.源路由器接口的认证类型和认证信息 5.源路由器接口的Hello包发送的时间间隔 6.源路由器接口的无效时间间隔 7.优先级 8.DR/BDR 9.五个标记位(flag bit) 10.源路由器的所有邻居的RID 三.OSPF的网络类型 OSPF定义的5种网络类型: 1.点到点网络 2.广播型网络 3.非广播型(NBMA)网络 4.点到多点网络 5.虚链接(virtual link) 1.1.点到点网络, 比如T1线路,是连接单独的一对路由器的网络,点到点网络上的有效邻居总是可以形成邻接关系的,在这种网络上,OSPF包的目标地址使用的是224.0.0.5,这个组播地址称为AllSPFRouters. 2.1.广播型网络,比如以太网,Token Ring和FDDI,这样的网络上会选举一个DR和BDR,DR/BDR的发送的OSPF包的目标地址为224.0.0.5,运载这些OSPF包的帧的目标MAC地址为0100.5E00.0005;而除了DR/BDR以外的OSPF包的目标地址为224.0.0.6,这个地址叫AllDRouters. 3.1.NBMA网络, 比如X.25,Frame Relay,和ATM,不具备广播的能力,因此邻居要人工来指定,在这样的网络上要选举DR和BDR,OSPF包采用unicast的方式 4.1.点到多点网络 是NBMA网络的一个特殊配置,可以看成是点到点链路的集合. 在这样的网络上不选举DR和BDR. 5.1.虚链接: OSPF包是以unicast的方式发送 所有的网络也可以归纳成2种网络类型: 1.传输网络(Transit Network) 2.末梢网络(Stub Network ) 四.OSPF的DR及BDR 在DR和BDR出现之前，每一台路由器和他的邻居之间成为完全网状的OSPF邻接关系，这样5台路由器之间将需要形成10个邻接关系,同时将产生25条LSA.而且在多址网络中,还存在自己发出的LSA 从邻居的邻居发回来,导致网络上产生很多LSA的拷贝,所以基于这种考虑，产生了DR和BDR. DR将完成如下工作 1. 描述这个多址网络和该网络上剩下的其他相关路由器. 2. 管理这个多址网络上的flooding过程. 3. 同时为了冗余性，还会选取一个BDR，作为双备份之用. DR BDR选取规则： DR BDR选取是以接口状态机的方式触发的. 1. 路由器的每个多路访问(multi-access)接口都有个路由器优先级(Router Priority),8位长的一个整数,范围是0到255,Cisco路由器默认的优先级是1优先级为0的话将不能选举为DR/BDR.优先级可以通过命令ip ospf priority进行修改. 2. Hello包里包含了优先级的字段,还包括了可能成为DR/BDR的相关接口的IP地址. 3. 当接口在多路访问网络上初次启动的时候,它把DR/BDR地址设置为0.0.0.0,同时设置等待计时器(wait timer)的值等于路由器无效间隔(Router Dead Interval). DR BDR选取过程： 1. 在和邻居建立双向(2-Way)通信之后,检查邻居的Hello包中Priority,DR和BDR字段,列出所有可以参与DR/BDR选举的邻居.所有的路由器声明它们自己就是DR/BDR(Hello包中DR字段的值就是它们自己的接口地址;BDR字段的值就是它们自己的接口地址) 2. 从这个有参与选举DR/BDR权的列表中,创建一组没有声明自己就是DR的路由器的子集(声明自己是DR的路由器将不会被选举为BDR) 3. 如果在这个子集里,不管有没有宣称自己就是BDR,只要在Hello包中BDR字段就等于自己接口的地址,优先级最高的就被选举为BDR;如果优先级都一样,RID最高的选举为BDR 4. 如果在Hello包中DR字段就等于自己接口的地址,优先级最高的就被选举为DR;如果优先级都一样,RID最高的选举为DR;如果选出的DR不能工作,那么新选举的BDR就成为DR，再重新选举一个BDR。 5. 要注意的是,当网络中已经选举了DR/BDR后,又出现了1台新的优先级更高的路由器,DR/BDR是不会重新选举的 6. DR/BDR选举完成后,DRother只和DR/BDR形成邻接关系.所有的路由器将组播Hello包到AllSPFRouters地址224.0.0.5以便它们能跟踪其他邻居的信息,即DR将泛洪update packet到224.0.0.5;DRother只组播update packet到AllDRouter地址224.0.0.6,只有DR/BDR监听这个地址. 简洁的说：DR的筛选过程 1.优先级为0的不参与选举 2.优先级高的路由器为DR 3.优先级相同时，以router ID 大为DR。 router ID 以回环接口中最大ip为准。 若无回环接口，以真实接口最大ip为准。 4.缺省条件下，优先级为1 五.OSPF邻居关系 邻接关系建立的4个阶段: 1.邻居发现阶段 2.双向通信阶段：Hello报文都列出了对方的RID，则BC完成. 3.数据库同步阶段： 4.完全邻接阶段: full adjacency 邻居关系的建立和维持都是靠Hello包完成的,在一般的网络类型中,Hello包是每经过1个HelloInterval发送一次,有1个例外:在NBMA网络中,路由器每经过一个PollInterval周期发送Hello包给状态为down的邻居(其他类型的网络是不会把Hello包发送给状态为down的路由器的).Cisco路由器上PollInterval默认60s Hello Packet以组播的方式发送给224.0.0.5，在NBMA类型，点到多点和虚链路类型网络，以单播发送给邻居路由器。邻居可以通过手工配置或者Inverse-ARP发现. OSPF路由器在完全邻接之前,所经过的几个状态: 1.Down:此状态还没有与其他路由器交换信息。首先从其ospf接口向外发送hello分组，还并不知道DR(若为广播网络)和任何其他路由器。发送hello分组是，使用组播地址224.0.0.5。 2.Attempt: 只适于NBMA网络,在NBMA网络中邻居是手动指定的,在该状态下,路由器将使用HelloInterval取代PollInterval来发 送Hello包. 3.Init: 表明在DeadInterval里收到了Hello包,但是2-Way通信仍然没有建立起来. 4.two-way: 双向会话建立,而 RID 彼此出现在对方的邻居列表中。(若为广播网络：例如：以太网。在这个时候应该选举DR,BDR。) 5.ExStart: 信息交换初始状态,在这个状态下,本地路由器和邻居将建立Master/Slave关系,并确定DD Sequence Number,路由器ID大的的成为Master. 6.Exchange: 信息交换状态：本地路由器和邻居交换一个或多个DBD分组（也叫DDP) 。DBD包含有关LSDB中LSA条目的摘要信息)。 7.Loading: 信息加载状态：收到DBD后,使用LSACK分组确认已收到DBD.将收到的信息同LSDB中的信息进行比较。如果DBD中有更新的链路状态条目，则想对方发送一个LSR，用于请求新的LSA 。 8.Full: 完全邻接状态,这种邻接出现在Router LSA和Network LSA中. 六.OSPF泛洪 Flooding采用2种报文 LSU Type 4---链路状态更新报文 LSA Type 5---链路状态确认报文 (补充下) { Hello Type 1 ---Hello协议报文 DD(Data Description) Type 2----链路数据描述报文 LSR Type 3----链路状态请求报文 } 在P-P网络，路由器是以组播方式将更新报文发送到组播地址224.0.0.5. 在P-MP和虚链路网络，路由器以单播方式将更新报文发送至邻接邻居的接口地址. 在广播型网络，DRother路由器只能和DR&BDR形成邻接关系，所以更新报文将发送到224.0.0.6，相应的DR以224.0.0.5泛洪LSA并且BDR只接收LSA，不会确认和泛洪这些更新，除非DR失效 在NBMA型网络，LSA以单播方式发送到DR BDR，并且DR以单播方式发送这些更新. LSA通过序列号,校验和,和老化时间保证LSDB中的LSA是最新的, Seq: 序列号(Seq)的范围是0x80000001到0x7fffffff. Checksum: 校验和(Checksum)计算除了Age字段以外的所有字段,每5分钟校验1次. Age: 范围是0到3600秒,16位长.当路由器发出1个LSA后,就把Age设置为0,当这个LSA经过1台路由器以后,Age就会增加1个LSA保存在LSDB中的时候,老化时间也会增加. 当收到相同的LSA的多个实例的时候,将通过下面的方法来确定哪个LSA是最新的: 1. 比较LSA实例的序列号,越大的越新. 2. 如果序列号相同,就比较校验和,越大越新. 3. 如果校验和也相同,就比较老化时间,如果只有1个LSA拥有MaxAge(3600秒)的老化时间,它就是最新的. 4. 如果LSA老化时间相差15分钟以上,(叫做MaxAgeDiff),老化时间越小的越新. 5. 如果上述都无法区分,则认为这2个LSA是相同的. 六.OSPF区域 区域长度32位，可以用10进制，也可以类似于IP地址的点分十进制分3种通信量 1. Intra-Area Traffic:域内间通信量 2. Inter-Area Traffic:域间通信量 3. External Traffic:外部通信量 路由器类型 1. Internal Router:内部路由器 2. ABR(Area Border Router):区域边界路由器 3. Backbone Router(BR):骨干路由器 4. ASBR(Autonomous System Boundary Router):自治系统边界路由器. 虚链路(Virtual Link) 以下2中情况需要使用到虚链路: 1. 通过一个非骨干区域连接到一个骨干区域. 2. 通过一个非骨干区域连接一个分段的骨干区域两边的部分区域. 虚链接是一个逻辑的隧道（Tunnel）,配置虚链接的一些规则: 1. 虚链接必须配置在2个ABR之间. 2. 虚链接所经过的区域叫Transit Area,它必须拥有完整的路由信息. 3. Transit Area不能是Stub Area. 4. 尽可能的避免使用虚链接,它增加了网络的复杂程度和加大了排错的难度. OSPF区域—OSPF的精华 Link-state 路由在设计时要求需要一个层次性的网络结构. OSPF网络分为以下2个级别的层次: 骨干区域 (backbone or area 0) 非骨干区域 (nonbackbone areas) 在一个OSPF区域中只能有一个骨干区域,可以有多个非骨干区域,骨干区域的区域号为0。 各非骨干区域间是不可以交换信息的，他们只有与骨干区域相连，通过骨干区域相互交换信息。 非骨干区域和骨干区域之间相连的路由叫边界路由（ABRs-Area Border Routers）,只有ABRs记载了各区域的所有路由表。各非骨干区域内的非ABRs只记载了本区域内的路由表，若要与外部区域中的路由相连，只能通过本区域的ABRs，由ABRs连到骨干区域的BR，再由骨干区域的BR连到要到达的区域。 骨干区域和非骨干区域的划分，大大降低了区域内工作路由的负担。 七.LSA类型 1.类型1:Router LSA:每个路由器都将产生Router LSA,这种LSA只在本区域内传播，描述了路由器所有的链路和接口，状态和开销. 2.类型2:Network LSA:在每个多路访问网络中，DR都会产生这种Network LSA，它只在产生这条Network LSA的区域泛洪描述了所有和它相连的路由器（包括DR本身）. 3.类型3:Network Summary LSA :由ABR路由器始发,用于通告该区域外部的目的地址.当其他的路由器收到来自ABR的Network Summary LSA以后,它不会运行SPF算法,它只简单的加上到达那个ABR的开销和Network Summary LSA中包含的开销,通过ABR,到达目标地址的路由和开销一起被加进路由表里,这种依赖中间路由器来确定到达目标地址的完全路由(full route)实际上是距离矢量路由协议的行为 4.类型4:ASBR Summary LSA:由ABR发出，ASBR汇总LSA除了所通告的目的地是一个ASBR而不是一个网络外，其他同NetworkSummary LSA. 5.类型5:AS External LSA:发自ASBR路由器,用来通告到达OSPF自主系统外部的目的地,或者OSPF自主系统那个外部的缺省路由的LSA.这种LSA将在全AS内泛洪 6.类型6:Group Membership LSA 7.类型7:NSSA External LSA:来自非完全Stub区域（not-so-stubby area）内ASBR路由器始发的LSA通告它只在NSSA区域内泛洪，这是与LSA-Type5的区别. 8.类型8:External Attributes LSA 9.类型9:Opaque LSA(link-local scope,) 10.类型10:Opaque LSA(area-local scope) 11.类型11:Opaque LSA(AS scope) 八.OSPF末梢区域 由于并不是每个路由器都需要外部网络的信息,为了减少LSA泛洪量和路由表条目,就创建了末节区域,位于Stub边界的ABR将宣告一条默认路由到所有的Stub区域内的内部路由器. Stub区域限制： a) 所有位于stub area的路由器必须保持LSDB信息同步, 并且它们会在它的Hello包中设置一个值为0的E位(E-bit),因此这些路由器是不会接收E位为1的Hello包,也就是说在stub area里没有配置成stub router的路由器将不能和其他配置成stub router的路由器建立邻接关系. b) 不能在stub area中配置虚链接(virtual link),并且虚链接不能穿越stub area. c) stub area里的路由器不可以是ASBR. d) stub area可以有多个ABR,但是由于默认路由的缘故,内部路由器无法判定哪个ABR才是到达ASBR的最佳选择. e)NSSA允许外部路由被宣告OSPF域中来,同时保留Stub Area的特征,因此NSSA里可以有ASBR,ASBR将使用type7-LSA来宣告外部路由,但经过ABR,Type7被转换为Type5.7类LSA通过OSPF报头的一个P-bit作Tag,如果NSSA里的ABR收到P位设置为1的NSSA External LSA,它将把LSA类型7转换为LSA类型5.并把它洪泛到其他区域中;如果收到的是P位设置为0的NSSAExternal LSA,它将不会转换成类型5的LSA,并且这个类型7的LSA里的目标地址也不会被宣告到NSSA的外部NSSA在IOS11.2后支持. f)totally stub area完全的stub区域，连类型3的LSA也不接收。 OSPF的包类型： 类型号 包 作用 可靠性 1 HELLO 1、用于发现邻居2、建立邻接关系3、维持邻接关系4、确保双向通信 5、选举DR和BDR 2 Database Description 数据库的描述 DBD 可靠 3 Link-state Request 链路状态请求包 LSR 可靠 4 Link-state Update 链路状态更新包 LSU 可靠 5 Link-state Acknowledment 链路状态确认包 LSACK AS 自治系统（autonomous system）：一组相互管理下的网络，它们共享同一个路由选择方法，自治系统由地区再划分并必须由IANA分配一个单独的16位数字。地区通常连接到其他地区，使用路由器创建一个自治系统。
文章源于：TCP IP路由技术第一卷 |
