OSPF协议

1. 协议特性

OSPF定义：

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。采用SPF算法进行路径计算，属于链路状态协议。

特征：

  1. OSI的层次——传输层协议，基于IP协议，协议号89。
  2. 运行特征——链路状态协议。
  3. 运行范围——内部网关协议（Interior Gateway Protocol）
  4. 有无类——无类路由协议。
  5. 最佳路径——管理距离（110）；度量值（cost）=100M/带宽（m）。
  6. 分层——通过骨干区域（0区域）和非骨干区域（非0区域）进行分层。可以防止路由环路。

2. 基本概述

2.1 常见的五种数据包

  1. Hello——功能：用于建立和维持邻居关系。每10s相互发送Hello包，若40s内没有发送，则邻居关系删除。
  2. DBD（Database Description）——功能：用于对OSPF的网络拓扑进行描述。
  3. LSR（Link State Request）——功能：用于请求对方的路由信息。
  4. LSU（Link State Update）——功能：用于存储和传递路由信息。
  5. LSack——功能：用于对LSU等包进行可靠确认。

建立邻居时使用的是hello包，在hello包里面有一些重要的字段：

  1. hello时间间隔和死亡时间间隔：在多路访问网络中（以太网）10s和40s
  2. 认证字段：ospf认证，要求认证的类型和认证的数据（密码）是一样的
  3. area字段：区域号（需要建立邻居的两个路由器的接口必须在同一个区域中）
  4. STUB标识（末节标识）：特殊区域的标识（区域分为：骨干区域、普通区域、特殊区域）

以上四个字段是建立邻居的四个条件。

2.2 建立邻居过程

  1. Down：两边都处于“沉默”状态；
  2. Init：一边开始发送hello分组；
  3. 2way：两边相互发送hello分组，并且处于“邻居状态”，形成邻居关系后要进行DR/BDR选举；
  4. Exstart：在执行Master/Slave选举；
  5. Exchange：交换DBD分组；
  6. Loading：相互加载对方链路状态信息；
  7. Full:表示数据库达到一致，此时处于"邻接状态".
    【邻居状态+链路状态交互==>邻接状态】

2.3 DR/BDR选举

指定路由器 （designated router，DR） ——作用：描述多路访问网络及与该网络相连的其他路由器。DR只是接口概念，每个网段都会选举DR。
备份路由器（backup designated router，BDR）——作用：当指定路由器无法正常工作时，备份路由器充当指定路由器

选举DR/BDR的作用是为了减少邻接数目，减小链路消耗。

DR/BDR的选举规则：

  1. 比较优先级，越大越优（默认为1，最大255，0表示不参加选举）；
  2. 比较Router-ID，越大越优。

DR/BDR特征：

  1. 不抢占DR，DR正常工作时，即使有新的优先级更高的路由器出现，也不能抢占成为DR；
  2. DR正常工作时，BDR只监听，转发LSA和同步LSBD的任务由DR完成；
  3. DR只是接口概念，每个网段都会选举DR；不同网段之间分别选举DR/BDR；
  4. DRother和DR建立邻接关系，和BDR建立邻居关系。

DR/BDR地址：

  1. DR/BDR对外发送路由条目，以224.0.0.5发送；
  2. DRother对外发送路由条目，以224.0.0.6发送。

2.4 六种LSA类型

OSPF的6种LSA：

LSA种类

传播范围

ADV router

内容

1型（Router-LSA）

本区域内

区域内每台路由器

包含本路由器的直连的邻居，以及直连接口的信息

2型（network LSA）

本区域内

DR

标识出本MA网中有哪些路由器以及本网的掩码信息

3型（summary LSA）

整个OSPF区域

由ABR发出，每穿越一个ABR，其ADV Router就会变成此ABR的Router-id

包含本区域中的路由信息，包括网络号和掩码

4型（Summary ASBR LSA）

整个OSPF区域

由ABR产生并发出，穿越一个ABR，其ADV Router就会变成此ABR的Router-id

把ASBR的Router-id传播到其他区域，让其他区域的ABR路由器得知ASBR的位置

5型（Type-5 AS External Link States）

整个OSPF区域

ASBR产生，泛洪到整个AS。不会改变ADV Router

域外路由条目，包括网络号和掩码，不属于某个区域

7型（Type-7 AS External LSA）

只存在于NSSA网络中

ASBR

域外路由

注：①2型LSA只在MA网络中存在；

②5型LSA由重分发产生；

③7型LSA只在NSSA网络中存在。

可以使用命令dispaly ospf lsdb来查看OSPF的链路状态数据库信息。

2.5 区域划分

OSPF中的常规区域：

  • 骨干区域——通常以area 0。
  • 非骨干区域——除area 0以外的区域，非骨干区域之间交换数据需要通过骨干区域进行。

OSPF中的特殊区域：

  • 脱节区域（不连续区域）——指某一非骨干区域并未与骨干区域相连，因此无法与其他区域进行数据交换。
  • Stub区域——STUB区域是一个末梢区域，当一个OSPF区域处于整个自治系统边界时，而又不含其他路由协议，这时就可以配置为Stub区域。禁止4，5，7类型的LSA。
  • totally stub区域——完全末梢区域，不但具有末梢区域的功能且一个完全末梢区域的ABR(边界路由)将不仅阻塞外部的LSA，而是阻塞所有的汇总LSA，除了通告默认路由的那一条类型3的LSA。
  • NSSA（not-so-stub area）——允许外部路由通告到ospf自治系统内部，而同时保留自治系统其余部分的末梢区域部分。NSSA区域的边界ABR会将LSA7转成LSA5，传播到其他区域。
  • Totally NSSA——cisco私有特性，能阻止LSA3/4/5，并且由ABR产生LSA3默认路由传播到NSSA其他路由器。

解决脱节区域的办法：

  1. 设置虚链路（virtual-link）：虚连接是指在两台ABR之间，穿过一个非骨干区域（转换区域——Transit Area），建立的一条逻辑上的连接通道，可以理解为两台ABR之间存在一个点对点的连接。配置如下。
  2. 隧道（tunnel）
  3. 单点双向重发布

模拟脱节区域案例：

ospf是哪一层的协议 89 ospf是什么层的协议_OSPF


ospf是哪一层的协议 89 ospf是什么层的协议_网络_02


从上图中，R1的路由信息可知，R1只学习到了23.1.1.0网段，并未学习到34.1.1.0网段，因为area0和area2存在脱节。

  1. 使用虚链路解决区域0和区域2脱节问题：通过在转换区域的ospf配置模式下，使用命令Area 穿越的区域 virtual-link 对方RID即可。

在R2中配置如下。

R2(config-router)#area 1 virtual-link 3.3.3.3

在R3中配置如下。

R3(config-router)#area 1 virtual-link 2.2.2.2

等待若干秒后，再次查看路由信息，发现新增了34.1.1.0网段。

ospf是哪一层的协议 89 ospf是什么层的协议_网络_03


如果骨干区域做了区域认证，又使用了虚链路，那就必须部署虚链路认证。方法是在设置虚链路时在后面加上认证命令：area 穿越的区域 virtual-link 对方RIP authentication message-digest、area 穿越的区域 virtual-link 对方RIP message-digest-key 1md5 123。设置完后可以使用命令clear ip ospf process清空ospf进程。

两台设置了虚链路的路由器都要做配置，下面只演示R2。

R2(config-router)#area 1 virtual-link 3.3.3.3 authentication message-digest
R2(config-router)#area 1 virtual-link 3.3.3.3 message-digest-key 1 md5 123
  1. 使用隧道技术：
    通用路由封装（GRE: Generic Routing Encapsulation）是通用路由封装协议，可以对某些网络层协议的数据报进行封装，使这些被封装的数据报能够在IPv4网络中传输。
    在R2进行配置如下。
R2(config)#int tunnel 0  //开启进入tunnel0接口
R2(config-if)#tunnel source 23.1.1.2  //设置源接口IP地址
R2(config-if)#tunnel destination 23.1.1.3  //设置目的接口IP地址
R2(config-if)#ip add 192.168.1.1 255.255.255.0  //为tunnel0接口设置IP地址
R2(config)#route os 1  //进入ospf进程1
R2(config-router)#net 192.168.1.0 0.0.0.255 area 0  //通告新建的tunnel0接口的IP地址

在R3进行配置如下。

R3(config)#int tunnel 0  //开启进入tunnel0接口
R3(config-if)#tunnel source 23.1.1.3  //设置源接口IP地址
R3(config-if)#tunnel destination 23.1.1.2  //设置目的接口IP地址
R3(config-if)#ip add 192.168.1.2 255.255.255.0  //为tunnel0接口设置IP地址
R3(config)#route os 1  //进入ospf进程1
R3(config-router)#net 192.168.1.0 0.0.0.255 area 0  //通告新建的tunnel0接口的IP地址
  1. 使用单点双向重发布技术：
    在R3上起不同的OSPF进程，然后进行OSPF的双向重发布。
R3(config-router)#router os 1  //进入ospf进程1
R3(config-router)#no net 34.1.1.3 0.0.0.255 area 2  //删除f1/0接口的通告
R3(config-router)#router os 2  //新建ospf进程2并进入
R3(config-router)#network 34.1.1.3 0.0.0.255 area 2  //通告f1/0接口
R3(config-router)#redistribute ospf 1 subnets  //重发布进程1
R3(config-router)#router os 1  //进入ospf进程1
R3(config-router)#redistribute ospf 2 subnets   //重发布进程2

3. 防环机制

OSPF通过以下两种方式防止环路：

  1. 分层设计：分为骨干区域和非骨干区域。
  2. SPF算法：算法计算出来的路由100%无环。

4. 配置方法

  • 创建OSPF进程，并进入OSPF进程进行配置：
router(config)#router ospf 100  //进程号的范围为1-65535，用于标识或者区分不同的OSPF进程。同一台路由器的不同ospf进程会影响路由的传递
  • 标识当前路由器的身份，以便其他路由器识别：
Router(config-router)#router-id 1.1.1.1  //路由器标识符，相当于路由器的身份证
  • 通告指定直连接口的网络地址并划分进指定区域：
Router(config-router)#network 1.1.1.1 0.0.0.0 area 0  //指定接口与路由器直接连接的网络并划分进区域0，不同区域是不会互发LSA的；0.0.0.0是反掩码
  • 查看邻居信息：
router#show ip ospf neighbor
  • 查看OSPF数据库信息：
router#show ip ospf database
  • 修改接口优先级：
Int f0/0
Router(config-if)#Ip ospf priority  0   //默认值为1，值为0-255，值越大越有可能成为DR
  • 修改计算cost的参考值（默认参考值为100M）：
Router(config-router)#auto-cost reference-bandwidth 1000  //进入OSPF配置模式，将默认参考值从100M修改为1000M
  • 向OSPF网络中注入默认路由：
Router(config-router)#default-information originate

5.路由认证

5.1 链路明文认证

R1(config)#int f0/0  //进入f0/0接口
R1(config-if)#ip address 12.1.1.1 255.255.255.0  //为接口设置ip地址
R1(config-if)#ip ospf authentication  //开启接口的明文认证
R1(config-if)#ip ospf authentication-key 0 123  //设置加密类型为0，认证的密码为123

5.2 链路密文认证

R2(config)#int f0/0   //进入f0/0接口
R2(config-if)#ip add 12.1.1.1 255.255.255.0   //为接口设置ip地址
R2(config-if)#ip ospf authentication message-digest   //开启接口的密文认证
R2(config-if)#ip ospf message-digest-key 1 md5 123   //密钥id为1，采用md5加密方式，密码为123

5.3 区域认证

注：区域认证需在该区域所有的路由上都做

R2(config)#router ospf 1  //进入ospf进程1
R2(config-router)#area 0 authentication message-digest   //为区域0开启区域认证
//接着需要进入每一个区域0的接口开启密文认证，以下以f0/0实例
R2(config-router)#int f0/0  //进入f0/0接口
R2(config-if)#ip ospf message-digest-key 1 md5 123  //密钥id为1，采用md5加密方式，密码为123