OSPF：Open Shortest Path First,开放式的最短路径优先协议

 ospf的概述：

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。是对链路状态路由协议的一种实现，隶属内部网关协议（IGP），故运作于自治系统内部。著名的迪克斯加算法被用来计算最短路径树。OSPF支持负载均衡和基于服务类型的选路，也支持多种路由形式，如特定主机路由和子网路由等

OSPF最大缺点：更新量大-->为了能在大型网络生存--进行结构化的部署--区域划分、地址规划

区域之内传协议

区域之间传路由

OSPF:开放式最短路径优先协议

无类别（携带掩码）链路状态（基于拓扑）型IGP（AS内部）协议     

更新量大—》为了能在中大型网络生存—进行结构化的部署—区域划分、地址规划

触发更新，每30min周期更新；组播更新—224.0.0.5—all ospf   224.0.0.6—DR/BDR

存在V1-V3   目前通用V2；  V3是IPV6使用；

 协议基于IP封装，跨层封装3层报头，协议号89；支持等开销负载均衡；

 

使用范围：IGP

     协议算法特点：链路状态路由协议,(SPF算法)

     协议是无类别的网络协议、传播网络掩码

一、OSPF特点：
1.OSPF是一种典型的链路状态型路由协议
2.传递信息称作 LSA，LSA链路状态通告，包含路由信息和拓扑信息
路由LSA：描述本路由器上接口的路由信息
拓扑LSA：描述路由器之间的链路状态
3.更新方式：触发更新+30分钟的链路状态刷新
4.更新地址：组播和单播跟新，组播地址：224.0.0.5（ALL SPF router） 224.0.0.6（ALL DR router）
5.支持路由认证
6.支持手工汇总
7.支持区域划分
8.OSPF比较消耗设备资源，一个路由器上最多支持31个OSPF进程

二、OSPF区域：
基于接口（链路）的划分
区域划分意义：1.减少LSA的数量 2.减少LSA的传播范围
区域的标记：使用了32个二进制1.十进制 2.类似于IP地址（AB类）
区域的分类：
1.骨干区域：区域标记位0或0.0.0.0
2.非骨干区域：区域标记不等于0或0.0.0.0
区域设计原则：向日葵型网络结构
1.OSPF网络中必须存在唯一的骨干区域
2.若存在非骨干区域，非骨干区域必须与骨干区域直接相连
OSPF中路由器的角色：
骨干路由器：一个路由器的所有接口都属于Area0的区域中
非骨干路由器：一个路由器的所有接口都是属于非骨干区域中
ABR：区域边界路由器，处于Area0和非Area0之间的区域的路由器，能产生3类LSA的路由器
ASBR：自治系统边界路由器，一个路由器处于OSPF网络和非OSPF的网络的边界，将非OSPF网络引入到OSPF网络中，能 够产生5类或7类

三、OSPF的数据包类型

OSPF数据包的头部结构

ospf过载位 ospf filter policy import_OSPF

跨层封装到IP报头，协议号89

存在5个类型的数据包：

1.Hello包

组播周期发送，用于邻居、邻接关系的发现、建立、周期保活；

  在hello包中存在本地已知邻居的RID，用于保活这些邻居；  hello time 10s或者 30s

Dead time 为hello time 的4倍；

2.DBD包

数据库描述包  

3.LSR包
链路状态请求，按照DBD中报文的未知LSA头部进行请求。
4.LSU包
链路状态更新，携带LSA信息

Number of LSAs：该报文包含LSA 的数量
5.LSACK包
链路状态确认

LSA header ：该报文包含LSA 的头部

四、OSPF工作过程

启动配置完成后，邻居间组播收发hello包，建立邻居关系；生成邻居表：

之后进行条件的匹配，匹配失败的邻居将保持为邻居关系，仅hello包周期保活即可；

匹配成功的邻居间，将进行邻接关系的建立；过程中先使用DBD进行目录交互，在使用LSR/LSU/LSack来获取本地未知的LSA信息；最终完成邻接关系间的LSDB同步；生成数据库表；再然后，本地基于LSDB，生成有向图—>树型结构—>最短选路   SPF算法

基于树形结构计算本地到达所有未知网段的最短路径，然后将其加载到路由表中；

收敛完成，hello包周期保活；每30min邻居间再周期比对DBD包；

结构突变：

  1. 新增网段 –直连新增网段的设备，直接使用更新包告知本地的所有的邻接
  2. 断开网段 -直连断开网段的设备，直接使用更新包告知本地的所有的邻接
  3. 无法沟通 -dead time倒计时结束后，邻居间断开关系，删除信息；

 

名词：

LSA    链路状态通告，在不同环境下产生不同的拓扑或路由，一条信息为一个LSA

LSDB   链路状态数据库   整个网络LSA的集合

LSDB同步   OSPF的收敛行为，整个网络LSDB需要一致

LSA洪泛    OSPF的收敛行为，需要整个网络接收到同一条LSA

五、OSPF邻居状态机制：

1.Down：未收到邻居发来的hello包
2.Init：初始化状态，一旦开始发送hello包，进入初始化状态
3.attempt：尝试状态
4.two-way：双向通信状态（邻居状态）
5.Extart：预启动状态，一旦开始发送主存DBD，则进入预启动状态
6.exchange：预交换，主存选举完成，则发送携带LSA头部消息的DBD，进入预交换状态，会发送LSR数据包
7.Loading：加载状态，一旦发送了LSU数据包，进入了加载状态，进行大量LSA的学习
8.Full：邻接状态（双方LSA全部学习）

六、OSPF的基础配置

[r1]ospf 1 router-id 1.1.1.1  启动时需要定义进程号，仅具有本地意义

  建议配置RID—全网唯一—手工配置—本地环回接口最大数值---物理接口最大数值

[r1-ospf-1]
[r1-ospf-1]area  0   进入对应的区域进行宣告
[r1-ospf-1-area-0.0.0.0]network 1.1.1.1 0.0.0.0
[r1-ospf-1-area-0.0.0.0]network 12.1.1.1 0.0.0.0

OSPF的区域划分规则：

  1. 星型拓扑—非骨干区域需要连接骨干区域
  2. 必须存在ABR—区域边界路由器—区域间必须存在一个边界设备
[r2]display  ospf peer  查看邻居表
[r2]display  ospf peer brief 查看邻居表的简表
         OSPF Process 1 with Router ID 2.2.2.2
                  Peer Statistic Information
 ----------------------------------------------------------------------------
 Area Id          Interface                        Neighbor id      State   
 0.0.0.0          GigabitEthernet0/0/0               1.1.1.1          Full       
 0.0.0.1          GigabitEthernet0/0/1               3.3.3.3          Full

  

邻居关系建立后，进行条件的匹配；匹配失败将保持为邻居关系，仅hello包周期保活；

匹配成功将可以建立为邻接关系：

首先使用DBD进行主从关系选举，在使用DBD进行数据库目录的交互：

关于DBD包的几个参数：

  1. MTU  OSPF协议会在DBD包中携带与邻居直连接口的MTU值；要求邻居的MTU值必须完全一致，否则将卡在exstart状态机；默认华为设备间不检测这个MTU值；
[r1]interface GigabitEthernet 0/0/1

[r1-GigabitEthernet0/0/1]ospf mtu-enable  在于邻居间直连的接口上开启MTU检测；若一端开启，另一端也必须开启；

  1. 隐性确认  一台设备使用和另一台设备一样的序列号来确认对端的数据  OSPF中从来对主进行隐性确认；
  2. 描述字段    I为1标识本地发出的第一个DBD     M为0本地发出的最后一个DBD      MS  为1代表主   S为0代表从

 

在使用DBD相互交互完数据库目录后，再使用LSR/LSU/LSack来获取未知的LSA信息；

最终实现所有设备的LSDB一致；生成数据库表：

<r1>display ospf lsdb  查看数据库表

 

当数据库同步完成后，OSPF将基于本地的LSDB，计算为有向图—>树型结构—>最短路径加载于路由表中：

华为设备优先级默认10；

<r1>display  ospf routing   查看本地所有与OSPF相关路由，发出+接收的

度量为cost值=开销值=参考带宽/接口带宽

OSPF选择整段路径cost值之和最小为最短路径；默认参考带宽100M

若接口带宽大于参考带宽，cost值为1；可能导致选路不佳

可以修改设备的参考带宽：

[r1]ospf 1
[r1-ospf-1]bandwidth-reference ?
Mbits/s)
[r1-ospf-1]bandwidth-reference 1000

切记：若进行修改，整个网络中所有设备需要修改为一致；

七、OSPF从邻居关系建立为邻接关系的条件

关注网络类型

  1. 点到点网络  邻居正常必然成为邻接关系
  2. MA网络中  由于OSPF不支持接口的水平分割；故若两两设备间均为邻接关系，将导致大量的重复更新；因此必须进行DR/BDR选举，DR/BDR使用组播224.0.0.6；

在该网段内的非DR/BDR设备间只能建立为邻居关系；

选举规则：先比较参选接口的优先级0-255 数值大优，为0标识不参选

默认为1；若优先级相同，比较参选设备的RID值，数值大优；

修改接口优先级可以干涉选举：
[r1]interface GigabitEthernet 0/0/1
[r1-GigabitEthernet0/0/1]ospf dr-priority 2  参选接口修改优先级
注：DR选举为非抢占行为；故修改优先级需要重启的OSPF进程
<r1>reset ospf process
Warning: The OSPF process will be reset. Continue? [Y/N]:y

拓扑结构：

中心到站点（轴辐状-星型结构）  DR必须定在中心站点，没有BDR

部分网状结构  基于实际环境关注是否固定DR；

全连网状结构   --- DR/BDR选举正常

八、OSPF的不规则区域

  1. 远离了骨干的非骨干区域
  2. 不连续骨干区域—本地学习到来自区域x的路由后，不得共享到X区域

解决方案：

  1. 普通GRE，tunnel 隧道

在合法与非法ABR间使用tunnel建立一条新的逻辑链路；之后将该链路宣告到OSPF协议中

缺点：

  1. 周期的OSPF进行需要实际通过中间区域进行传递，大大增加中间区域的资源占用
  2. 选路不佳---ospf设备接收到两条去往同一网段的路由时，先关注两条路由获取的区域ID；骨干区域优于非骨干

九、LSA
1.1类LSA（router）
产生原因：需要知道同一个区域内的拓扑信息
功能：用于在本地设备所在区域内传递路由和拓扑信息
传播范围：在本地所在区域内，终止于ABR（连接相同协议的不同区域的边界路由器，即产生3类LSA信息）
特点：
（1）在MA网络中，1类LSA仅仅包含MA的接口（transmit conn）以及metric 值，掩码和拓扑信息在2类LSA出现
（2）link ID=ADV router = 产生1类LSA的路由器的 RID
（3） link count ：标识包含了几条信息

2.2类LSA （network）
产生原因：
（1）一类LSA中如果出现了MA网络，并不知道MA网络中的设备的数量和连接的情况
（2）MA网络中 只有DR路由器才会产生2类LSA
功能：描述MA网络中所存在的所有路由器，该MA网络的网络掩码是多少
传播范围：在本区域内传输，终止于ABR（无论是否存在MA接口）
特点：
（1）Link-id：MA网络中DR 接口地址 ADV：DR接口所属路由器的router-id
（2）描述了MA的掩码信息与拓扑信息（此MA网段连接了哪些路由器）

3.3类LSA （summary）
产生原因：各个域间需要传递路由，为了全网可达
功能：用于在不同区域之内传递路由（只有路由信息）
传播范围：在区域间传递（默认仅仅在某个区域中传输，进入其他区域时必须由新的ABR重新产生）、整个OSPF 域 （不属于任何一个路由器）
特点：
（1）Link-id：路由网络号（将某一个区域传输给其他区域的路由器的接口IP，物理接口）
（2）ADV：默认为本区域ABR的router-ID 在穿越不同区域时发生改变 （若传输给某一个区域时，其区域含有区域边界路由器ABR，则改变ADV）

4.4类LSA： summary ASBR LSA
功能：除了产生5类LSA所在区域，用于通告ASBR位置
Link id：ASBR的router-id
ADV router： 默认ASBR所在区域的ABR的 router-id
特点：在穿越不同区域时，有新的ABR重新产生。（与3类LSA一致）

5.5类LSA （external） 外部LSA
产生原因：不同的协议存在同一个网路中，为了全网可达
功能：将外部路由引入OSPF域中
特点：
（1）Link-id：外部路由网络号 （外部区域的路由器的接口IP） ADV：ASBR router-ID
（2）种子度量值：将其他的协议重发布到OSPF中时会有一个默认的度量值 20（类型 2 传递metric值是不变的）而类型1是改变的
（3）转发地址：Forward address

广域网技术
数据链路层面： 针对不同的物理链路定义不同的封装
局域网封装：Ethernet 2 ， IEEE802.3
广域网封装：PPP HDLC FR ATM
HDLC： 高级数据链路控制协议，默认思科的串行链路封装为HDLC，分为工业 标准的HDLC和思科私有的HDLC ，两者不同通用，思科私有的HDLC中加入一些 控制字符，识别上层协议，已经三层的传输方式
PPP： 点对点封装协议，华为串行链路默认封装为PPP， PPP链路需要建立一 条端到端的链路，PPP会话建立分为：
1.LCP
2.PPP认证
3.NCP
LCP：链路控制协议，通过发送LCP数据进行物理链路和封装的确认
PPP认证： 增加PPP会话的安全性，PAP CHAP
NCP：网络控制协议，通过发送NCP 针对上层协议进行封装，IPCP 协商，在 NCP协商过程中，会自动将自己本端IP地址以路由方式发送给对方，当PPP会 话建立之后，会产生到达对方接口IP地址的32位主机路由
PAP ： 密码认证协议，是一种一次性的简单的明文认证