CCNA--开放式最短路径优先(OSPF)

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。
二. OSPF的hello协议

　　1. Hello协议的目的:

　　1.用于发现邻居

　　2.在成为邻居以前,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.容许邻居之间的双向通讯

　　5.它在NBMA(Nonbroadcast Multi-access)网络上选举DR和BDR

　　2. Hello Packet包含如下信息:

　　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.源路由器的全部邻居的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.虚连接(virtual link)

　　1.1. 点到点网络, 好比T1线路,是链接单独的一对路由器的网络,点到点网络上的有效邻居老是能够造成邻接关系的,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,好比以太网, 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之外的OSPF包的目标地址为 224.0.0.6,这个地址叫 AllDRouters.

　　3.1. NBMA网络, 好比 X.25,Frame Relay,和 ATM,不具有广播的能力,所以邻居要人工来指定,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,能够当作是点到点链路的集合. 在这样的网络上不选举DR和BDR.

　　5.1.虚连接: OSPF包是以unicast的方式发送

　　 全部的网络也能够概括成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出现以前，每一台路由器和他的邻居之间成为彻底网状的OSPF邻接关系，这样5台路由器之间将须要造成10个邻接关系,同时将产生25条LSA.并且在多址网络中,还存在本身发出的LSA 从邻居的邻居发回来,致使网络上产生不少LSA的拷贝,因此基于这种考虑，产生了DR和BDR.

　　DR将完成以下工做

　　1. 描述这个多址网络和该网络上剩下的其余相关路由器.

　　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，做为双备份之用.

　　 DR BDR选取规则： DR BDR选取是以 接口状态机的方式触发的.

　　1. 路由器的每一个多路访问(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.优先级能够经过命令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. 在和邻居创建双向(2-Way)通讯以后,检查邻居的Hello包中 Priority,DR和BDR字段,列出全部能够参与DR/BDR选举的邻居.全部的路由器声明它们本身就是DR/BDR(Hello包中DR字段的值就是它们本身的接口地址;BDR字段的值就是它们本身的接口地址)

　　2. 从这个有参与选举DR/BDR权的列表中,建立一组没有声明本身就是DR的路由器的子集(声明本身是DR的路由器将不会被选举为BDR)

　　3. 若是在这个子集里,无论有没有宣称本身就是BDR,只要在Hello包中BDR字段就等于本身接口的地址,优先级最高的就被选举为BDR;若是优先级都同样,RID最高的选举为BDR

　　4. 若是在Hello包中DR字段就等于本身接口的地址,优先级最高的就被选举为DR;若是优先级都同样,RID最高的选举为DR;若是选出的DR不能工做,那么新选举的BDR就成为DR，再从新选举一个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是不会从新选举的

　　6. DR/BDR选举完成后,DRother只和DR/BDR造成邻接关系.全部的路由器将组播Hello包到AllSPFRouters地址224.0.0.5以便它们能跟踪其余邻居的信息,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

　　邻接关系创建的4个阶段:

　　 1.邻居发现阶段

　　 2.双向通讯阶段：Hello报文都列出了对方的RID，则BC完成.

　　 3.数据库同步阶段：

　　 4.彻底邻接阶段: full adjacency

　　邻居关系的创建和维持都是靠Hello包完成的,在通常的网络类型中,Hello包是每通过1个HelloInterval发送一次,有1个例外:在NBMA网络中,路由器每通过一个PollInterval周期发送Hello包给状态为down的邻居(其余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。邻居能够经过手工配置或者Inverse-ARP发现.

　　 OSPF路由器在彻底邻接以前,所通过的几个状态:

　　1. Down:此状态尚未与其余路由器交换信息。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)和任何其余路由器。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: 代表在DeadInterval里收到了Hello包,可是2-Way通讯仍然没有创建起来.

　　4. two-way: 双向会话创建,而 RID 彼此出如今对方的邻居列表中。(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创建Master/Slave关系,并肯定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。若是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: 彻底邻接状态,这种邻接出如今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造成邻接关系，因此更新报文将发送到224.0.0.6，相应的DR以224.0.0.5泛洪LSA而且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，而且DR以单播方式发送这些更新.

　　LSA经过序列号,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字段之外的全部字段,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通过1台路由器之后,Age就会增长1个LSA保存在LSDB中的时候,老化时间也会增长.

　　当收到相同的LSA的多个实例的时候,将经过下面的方法来肯定哪一个LSA是最新的:

　　1. 比较LSA实例的序列号,越大的越新.

　　2. 若是序列号相同,就比较校验和,越大越新.

　　3. 若是校验和也相同,就比较老化时间,若是只有1个LSA拥有MaxAge(3600秒)的老化时间,它就是最新的.

　　4. 若是LSA老化时间相差15分钟以上,(叫作MaxAgeDiff),老化时间越小的越新.

　　5. 若是上述都没法区分,则认为这2个LSA是相同的.

　　 六.OSPF区域

　　区域长度32位，能够用10进制，也能够相似于IP地址的点分十进制分3种通讯量

　　 1. Intra-Area Traffic:域内间通讯量

　　2. Inter-Area Traffic:域间通讯量

　　3. External Traffic:外部通讯量

　　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)

　　如下2中状况须要使用到虚链路:

　　1. 经过一个非骨干区域链接到一个骨干区域.

　　2. 经过一个非骨干区域链接一个分段的骨干区域两边的部分区域.

　　虚连接是一个逻辑的隧道（Tunnel）,配置虚连接的一些规则:

　　1. 虚连接必须配置在2个ABR之间.

　　2. 虚连接所通过的区域叫 Transit Area,它必须拥有完整的路由信息.

　　3. Transit Area不能是Stub Area.

　　4. 尽量的避免使用虚连接,它增长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 路由在设计时要求须要一个层次性的网络结构.

　　OSPF网络分为如下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,能够有多个非骨干区域,骨干区域的区域号为0。

　　各非骨干区域间是不能够交换信息的，他们只有与骨干区域相连，经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记载了各区域的全部路由表。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，只能经过本区域的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，大大下降了区域内工做路由的负担。

　　 七.LSA类型

　　 1.类型1:Router LSA:每一个路由器都将产生Router LSA,这种LSA只在本区域内传播，描述了路由器全部的链路和接口，状态和开销.

　　 2.类型2:Network LSA:在每一个多路访问网络中，DR都会产生这种Network LSA，它只在产生这条Network LSA的区域泛洪描述了全部和它相连的路由器（包括DR自己）.

　　 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.当其余的路由器收到来自ABR的Network Summary LSA之后,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,经过ABR,到达目标地址的路由和开销一块儿被加进路由表里,这种依赖中间路由器来肯定到达目标地址的彻底路由(full route)其实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，其余同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:来自非彻底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

　　因为并非每一个路由器都须要外部网络的信息,为了减小LSA泛洪量和路由表条目,就建立了末节区域,位于Stub边界的ABR将宣告一条默认路由到全部的Stub区域内的内部路由器.

　　 Stub区域限制：

　　a) 全部位于stub area的路由器必须保持LSDB信息同步, 而且它们会在它的Hello包中设置一个值为0的E位(E-bit),所以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余配置成stub router的路由器创建邻接关系.

　　b) 不能在stub area中配置虚连接(virtual link),而且虚连接不能穿越stub area.

　　c) stub area里的路由器不能够是ASBR.

　　d) stub area能够有多个ABR,可是因为默认路由的缘故,内部路由器没法断定哪一个ABR才是到达ASBR的最佳选择.

　　e)NSSA容许外部路由被宣告OSPF域中来,同时保留Stub Area的特征,所以NSSA里能够有ASBR,ASBR将使用type7-LSA来宣告外部路由,但通过ABR,Type7被转换为Type5.7类LSA经过OSPF报头的一个P-bit做Tag,若是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.并把它洪泛到其余区域中;若是收到的是P位设置为0的NSSAExternal LSA,它将不会转换成类型5的LSA,而且这个类型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彻底的stub区域，连类型3的LSA也不接收。

　　OSPF的包类型：

　　类型号包做用可靠性

　　1 HELLO 一、用于发现邻居二、创建邻接关系三、维持邻接关系四、确保双向通讯五、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。地区一般链接到其余地区，使用路由器建立一个自治系统。

文章源于：TCP IP路由技术第一卷