4.3、链路状态路由协议-OSPF

前言
- 开放式最短路径优先OSPF（Open Shortest Path First）协议是IETF定义的一种基于链路状态的内部网关路由协议
- RIP是一种基于距离矢量算法的路由协议，存在着收敛慢、易产生路由环路、可扩展性差等问题，目前已经逐渐被OSPF取代
- 路由协议
  - 内部网关路由协议
    - OSPF
    - RIP
    - ISIS
    - 静态路由协议
  - 外部路由协议
    - BGP
开放式最短路径优先（OSPF）
- 无环路
  - 基于链路状态的路由协议，从设计上就保证了无环路
- 收敛快
  - OSPF能够快速检测并通告自身拓扑变化
- 扩展性好
  - 现在网络上路由器数量越来越多，可以将每个自治系统划分成多个区域，限制每个区域的范围
  - 使得OSPF特别适合于大中型网络，和企业网这种特殊的多场景
- 支持认证
  - OSPF本身提供认证功能，可以设置报文必须经过认证才能进行交换
OSPF原理介绍
- OSPF要求每一台运行OSPF的路由器都要了解整个网络的链路状态信息，这样才能计算出自身到达目的地的最优路径
  - 1、首先，每一台运行OSPF的路由器都向周围通告自己的链路状态信息
  - 2、当每一条路由器的链路状态信息通告LSA的泛洪汇聚成一个LSDB的数据库
    - 相当于把每一部分都进行了解，把该区域所有的信息汇聚出来，最终汇聚成这个区域的地图
  - 拥有一张平面的地图后，想要确定两点之间的最短路径就比较容易了
    - 只需要经过算法进行计算即可
  - 3、LSDB通过SPF的算法算出来它的最短路径树
  - 4、然后通过路由计算汇聚成一个路由表项，将最短路径树得出的到达目的网络最优路由加入到OSPF的路由表中
- 想要传输数据时，通过检测路由表确定最短路径即可
OSPF报文
- OSPF报文封装在IP报文中，协议号为89
- OSPF报文类型有5种：
  - Hello报文
    - 最常用的报文
    - 用于发现、维护邻居关系
  - DD（Database Description）报文
    - 两台路由器进行LSDB数据库同步的时候，用DD报文来描述自己的LSDB
      - 描述的信息属于摘要的信息
  - LSR（Link State Request）报文
    - 当两台路由器交换过DD报文以后，知道对端的路由器有哪些LSA是缺少的
      - 两个路由器交互过以后，有一端缺少一些内容
    - 即可通过LSR报文进行请求
  - LSU（Link State Update）报文
    - 向对端路由器发送所需要的LSA
  - LSACK（Link State Acknowledgment）报文
    - 对接收到的LSU报文进行确认
邻居状态机
- OSPF设备之间分为邻居和邻接关系
  - 邻居
    - Eg
      - 本房间和隔壁房间
  - 邻接
    - Eg
      - 不只知道对方是邻居，而且彼此非常熟悉，建立了一个建交关系
- 状态变迁
  - 一开始先进入邻居状态
  - 邻居状态
    - Down
      - 邻居的初始状态
    - Init
      - 此时路由器从邻居收到Hello报文，只是自己并不在收到的Hello报文邻居列表当中
    - 2-Way
      - 双方通信已经建立，收到Hello报文的邻居列表也有我的Route ID状态
      - 2-Way状态即邻居状态
  - 接下来进入邻接状态，开始同步数据库
  - 邻接状态
    - ExStart
      - 形成邻接关系的第一个步骤，开始发送DD报文
        
        发送之前要确认主从关系，来看使用是谁，发送是谁的***
      - 确定是谁的***后，开始发送DD报文，描述本地LSDB内容
    - Exchange
      - 如果在此情况下两者之间的信息不同步，有一部分的内容对方缺少，这时就需要通过LSR报文进行请求，状态就会变成Loading状态
      - 请求对方回应，通过LSU报文来进行回应，并且彼此之间进行确认后，状态就从Loading状态变为FULL
  - 这时两个路由器之间的LSDB数据库进行了同步
Router ID、邻居和邻接
- Router ID
  - OSPF路由器身份的标识
  - 32位的值
    - 类似于IP地址格式，但是并不是IP地址
- 邻居
  - 通过OSPF接口向外发送Hello报文，用于发现邻居
  - 当对方的参数一致，协商成功以后就会形成邻居关系
    - 状态达到2-Way
- 邻接
  - 形成邻居关系以后，双方并不一定能成为邻接关系，需要根据网络类型来定
  - 只有当双方成功交换DD报文，同步了LSDB以后，才真正意义上形成邻接关系
    - 状态达到FULL状态
邻居发现
- Hello报文用来发现和维持OSPF邻居关系
- Hello报文参数
  - Network Mask
    - 网络掩码
  - Hello Interval
    - Hello报文的时间间隔
    - 单位秒（s）
  - Options
    - 可选项
    - OSPF路由器支持可选的功能
  - Router Priority
    - 路由的优先级
    - 用于选举DR和BDR
  - Router Dead Interval
    - 路由器失效/死亡的时间
    - 通常为四倍Hello Interval
  - Designated Router
    - 指定路由器
    - 选举DR后，DR路由器的Router ID
  - Backup Designated Router
    - BDR路由器的Router ID
  - Neighbor
    - 邻居Router ID
- 如果路由器发现接收的Hello报文邻居列表中有自己的Router ID，则认为和邻居建立了双向链接，表示邻居关系已经建立
  - 如果要验证Hello报文是否合法，要注意以下几点
    - 网络类型
      - 子网掩码的字段在接收的Hello报文中
        
        如果是广播型、点到多点、NBMA类型，网络掩码必须和接收端口掩码一致
        
        如果是点到点类型或者虚链路，网络掩码则不检查
    - Hello Interval字段
      - Hello报文的Hello Interval字段必须和接收端口是一致的
    - Router Dead Interval
      - 死亡时间要和接收端口是一致的
    - Options
      - 可选项中E-bit必须和相关区域配置一致
  - 只有满足这四个条件才能说明Hello报文是合法的
数据库同步

数据库同步是连接关系确立以后进行的
- 连接状态开始变成ExStart，RTA和RTB分别去发送第一个DD报文，都宣告自己为主路由器
  - RTA和RTB分别发送一个DD报文后，通过Router ID对比选择自己为主路由器
    - Router ID越大越优先
      - RTB为主路由器
      - RTA为非主路由器
  - RTA向主路由器回复一个DD报文，来确认它是主路由器，使用的***是Y***
  - 接下来开始发送DD报文，状态从Exstart变成Exchange
    - DD报文主要包含LSDB当中摘要的信息，使用的***是RTB的***
  - 如果RTB和RTA之间的数据库是同步的，状态会之间转为FULL
  - 如果两者状态是不同步的
    - EG
      - RTB数据库中有RTA缺少的，RTA则会发送一个LSR报文进行请求获得缺少的信息，状态转位Loading
      - RTB通过LSU报文回复它详细缺少的内容
      - 最终RTA会回复一个确认收到的报文，状态由Loading状态转位Full状态
  - 最后建立了连接关系，数据库完成同步
路由器使用DD报文来进行主从路由器的选举和数据库摘要信息的交互
- DD报文包含LSA的头部信息，用来描述LSDB的摘要信息
LSR用于向对方请求所需的LSA
LSU用于向对方发送其所需要的LSA
LSACK用于向对方发送收到LSA的确认

OSPF支持的网络类型
- 广播类型
  - 缺省情况下，OSPF认为以太网络的网络类型是广播类型
- 点到点类型
  - PPP、HDLC的网络类型是点到点类型
- 非广播多路访问（NBMA）
  - 缺省情况下，OSPF认为帧中继、ATM的网络类型是NBMA
- 点到多点
DR&BDR
- 每一个含有至少两个路由器的广播型网络和NBMA网络，都有一个DR和BDR
  - DR可以减少广播型网络中的邻接关系的数量
    - Eg
      - 图中一共有6个邻接关系
  - DR
    - 如果指定一个DR，其他路由器都由DR去建立邻接关系，DR就可成为该广播网络的中心点
  - BDR
    - DR的备份
    - DR和BDR也是邻接关系
  - 其他路由器只于DR和BDR建立邻接关系，DR和BDR也是邻接关系，所以只有5个邻接关系，从6减少到5
DR&BDR选举
- DR
  - DR是基于端口的DR优先级的值进行选举的
    - 优先级的取值范围是0~255,值越高越优先
      - 如果接口优先级为0，表示该接口不会参与DR和BDR选举
    - 如果优先级相同，则比较Router ID，值越大，越优先
- BDR
  - 为了给DR做备份，广播网络中还会选举一个BDR
- 选举机制
  - 选举机制过程中，选举是抢占形式
    - 如果DR消失了，BDR变为DR，并且重新选举一个BDR
    - 如果原先DR消失后再次出现，则不能再次成为DR
- 数据链路层
  - 越小越优先
- 网络层协议
  - 越大越优先
OSPF区域
- OSPF区域
  - 多区域
    - 如果设置多区域，一定要有区域0，因为区域0是骨干区域。
      - 其他区域如果想通信，必须与骨干区域相连，通过骨干区域来传递报文，然后进行通信
  - 单区域
    - 如果设置单区域，则设置该区域为骨干区域，为区域0
- 每个区域都维护一个独立的LSDB
- Area 0
  - Area 0是骨干区域，其他区域都必须与此区域相连
- ABR
  - 处于两个区域交界处的设备
    - Eg
      - 既属于区域1，也属于区域0
  - ABR同时拥有两个LSDB，因为它既属于区域1，又属于区域2，只不过彼此区域之间的LSDB是互相独立的
- ASBR
  - 一边属于区域内的，另外一边是处于区域外的路由器
OSPF开销
- OSPF基于接口带宽计算开销
- OSPF的开销公式为带宽参考值/带宽
  - 带宽参考值默认为100M
    - 我们现在接口带宽已经变得很大了，有很多大于100M，所以计算开销时，带宽参考值已经不足以去进行精确的计算
    - 要想改变OSPF开销，有两种方法
      - 改变带宽参考值
        
        使带宽参考值变大
        
        可以通过bandwidth-reference命令来设置带宽参考值
      - 直接改变开销
        
        配置命令：Ospf cost 20
OSPF配置
- OSPF配置
  - 1、配置设备Router ID
    - Router ID可以自行配置
    - 没有配置Router ID，则会自行选取环回口的地址来设置
      - 如果有设置了多个环回口，则选择最大的环回口进行设置
      - 如果没有环回口地址，则选择接口地址来进行设置
  - 2、划分区域
  - 3、宣告地址
    - 网段
    - 反掩码
      - 和掩码状态相反
        
        将1变为0，将0变为1
配置验证
OSPF认证
- 华为ARG3系列路由器运行OSPF时，支持两种认证方式
  - 区域认证
  - 接口认证
    - 接口认证优先级高于区域认证
    - 配置命令
      - Ospf authentication-mode 认证模式用户名密码
- 配置OSPF认证时，一定要两端都启用认证功能
  - 如果两端都不匹配，那么邻居关系无法建立成功，因为彼此之间数据是不通过认证的
配置验证
总结
- OSPF Hello报文中Router Dead Interval字段的作用是什么？
  - Hello报文中的死亡间隔时间是Hello间隔的四倍，在广播型网络中缺省是40s
  - 如果在此时间没有收到邻居发来的Hello报文，则认为邻居失效
- 在广播网络中，DR和BDR用来接收链路状态更新报文的目的是什么？
  - 链路状态更新报文
    - 接收组播地址
      - 224.0.0.6
    - 发送组播地址
      - 224.0.0.5

4.3、链路状态路由协议-OSPF

4.3、链路状态路由协议-OSPF

相关推荐