OSPF介绍及基础配置

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。