動態路由——OSPF 理論篇 (二)

OSPF路由協議

OSPF路由協議概述

內部網關協議和外部網關協議

自治系統（AS）：每一個區域就是一個自治系統
內部網關協議（IGP）：每一個區域內的協議叫內部網關協議
外部網關協議（EGP）：區域之間的網絡連接協議叫做外部網關協議

OSPF（開放式最短路徑優先）是一個內部網關協議（簡稱IGP），用於在單一自治系統（AS）內決策路由。是對鏈路狀態路由協議的一種實現，隸屬內部網關協議（IGP），故運作於自治系統內部。

OSPF工作過程

鄰居列表
鏈路狀態數據表
路由表

建立鄰接關係⟶鏈路狀態數據庫（學習鏈路狀態信息）⟶最短路徑樹（Dijkstra算法）⟶路由表

OSPF區域

爲了適應大型的網絡，OSPF在AS內劃分多個區域
每個OSPF路由只維護所在區域的完整鏈路狀態信息

區域ID

區域ID可以表示成一個十進制的數字
也可以表示成一個IP

AREA 0(骨幹區域)

Area 0 屬於核心(骨幹區域)，骨幹區域有且只有一個，每一個區域都和骨幹區域相連
負責區域間路由信息傳播

Router ID

OSPF區域內唯一識別路由器的IP地址

Router ID選取規則

選取路由器loopback接口上數值最高的IP地址
如果沒有loopback接口，在物理端口種選取IP地址最高的
也可以使用router-id命令指定Router ID

DR和BDR

DR：負責發送信息到其他所有OSPF路由器
BDR：負責監控備份DR的狀態，並在當前DR發生故障時接替其角色
DR失效BDR頂替DR
其他路由器（DRothers）只和DR及BDR形成鄰接關係

DR和BDR的選舉方法

自動選舉DR和BDR
- 網段上Router ID最大的路由器將被選舉爲DR，第二大的將被選舉爲BDR
手工選擇DR和BDR
- 優先級範圍是0~255，數值越大，優先級越高，默認爲我
- 如果優先級相同，則需要比較Router ID
- 如果路由器的優先級被設置爲0，它將不參與DR和DBR的選舉

DR和BDR的選舉過程

路由器的優先級可以影響一個選舉過程，但是它不能強制更換已經存在的DR或BDR路由器

OSPF的組播地址

224.0.0.5：負責將信息發送給下面的路由器
224.0.0.6：負責接受下面路由的信息

OSRF的度量值爲COST

COST=10的8次方/BW（百兆/帶寬）
最短路徑是基於接口指定的代價（cost）計算的

OSPF的數據報類型

OSPF數據包

承載在IP數據包內，使用協議號89

OSPF的包類型

`OSPF`的包類型	描述
`Hello`包	用於發現和維持鄰居關係，選舉`DR`和`BDR`
數據庫描述包（`DBD`）	用於向鄰居發送摘要信息以同步鏈路狀態數據庫
鏈路狀態請求包（`LSR`）	在路由器收到包含新信息的`DBD`後發送，用於請求更詳細的信息
鏈路狀態更新包（`LSU`）	收到LSR後發送鏈路狀態通告（`LAS`），一個`LSU`數據包可能包含幾個`LSA`
鏈路狀態確認包（`LSAck`）	確認已經收到`LSU`，每個`LSA`需要被分別確認

OSPF啓動的第一個階段是使用Hello報文建立雙向通信的過程

Down狀態：未激活狀態，信息交互，後激活

Init狀態：初始化狀態，發送信息進行交換

2-Way狀態：信息交互，並選出DR和BDR，單並未確認DR和BDR

啓動的第二個階段是建立完全鄰接關係

ExStart狀態：準啓動狀態，並確認DR和BDR；

Exchange狀態：交換狀態，傳輸DBD和LSAck數據包

Loading狀態：傳輸LSR、LSU(LSA)、LSAck包

Full狀態：恆定狀態，收斂

OSPF將網絡劃分爲四種類型

點到點網絡（Point-to-Point）
廣播多路訪問網絡（Broadcast Multiaccess，BMA）
非廣播多路訪問網絡（None Broadcast Multiaccess，NBMA）
點到多點網絡（Point-to-Multipoint）

從以下幾方面考慮OSPF的使用

網絡規模
網絡拓撲
其他特殊要求
路由器自身要求

OSPF的特點

可適應大規模網絡
路由變化收斂速度塊
無路由環
支持變長子網掩碼VLSM
支持區域劃分
支持以組播地址發送協議報

OSPF與RIP的比較

`OSPF`	`RIP v1`	`RIP v2`
鏈路狀態路由協議	距離矢量路由協議	距離矢量路由協議
沒有跳數的限制	`RIP`的`15`跳限制，超過`15`跳	的路由被認爲不可達
支持可變長子網掩碼`(VLSM)`	不支持可變長子網掩碼`(VLSM)`	支持可變長子網掩碼`(VLSM)`
收斂速度塊	收斂速度慢	收斂速度慢
使用組播發送鏈路狀態更新	週期性廣播更新整個路由表	週期性廣播更新整個路由表

OSPF配置命令

啓動OSPF路由進程

router ospf process-id

指定OSPF協議運行的接口和所在的區域

network address inverse-mask area area-id (反碼)

修改接口的優先級

ip ospf priority priority

修改接口的Cost值

ip ospf cost cpst

查看路由表

show ip route

查看鄰居列表及其狀態

show ip ospf neighbor

查看OSPF的配置

show ip ospf

查看OSPF接口的數據結構

show ip ospf interface type number

現實場景中哪個做DR哪個先啓動

OSPF多區域原理與配置

生成OSPF多區域的原因

改善網絡的可擴展性
快速收斂

OSPF的三種通信量

區域通信量

單個區域的路由之間交換數據包構成的通信量

域間通信量（ABR路由）

不同區域的路由器之間交換數據包構成的通信量

外部通信量（ASBR路由）

OSPF域內的路由器與OSPF區域外或另一個自治系統內的路由器之間交換數據包構成的通信量

OSPF路由類型

區域邊界路由器 ABR
自治系統邊界路由器 ASBR

OSPF區域類型

骨幹區域Area 0
非骨幹區域——根據能夠學習的路由種類來區分
- 標準區域
- 末梢區域（stub）
- 完全末梢（Totally stubby）區域
- 非純末梢區域（NSSA）
不同的末梢區域中跑的是不同的是LSA

OSPF鏈路狀態數據庫的組成

每個路由器都創建了由每個接口、對應的相鄰節點和接口速度組成的數據庫
鏈路狀態數據庫中沒個條目稱爲LSA（鏈路狀態通告），常見的有六種LSA類型

鏈路狀態通告（LSA）類型

類型代碼	描述	用途
`Type 1`	路由器`LSA`	由區域內的路由器發出的（所有路由器都會發出）（交互鏈路狀態）
`Type 2`	網絡`LSA`	由區域內的DR發出的（宣告網絡狀態信息）（1和2每個區域都有）
`Type 3`	網絡彙總`LSA`	`ABR`發出的，其他區域的彙總鏈路通告（區域間路由信息彙總，跨區域傳輸）
`Type 4`	`ASBR`彙總`LSA`	`ABR`發出的，用於通告ASBR信息（告訴其他路由`ASBR`位置）
`Type 5`	`AS`外部`LSA`	`ASBR`發出的，用於通告外部路由（通告外部路由網段信息，收集外部網段信息）
`Type 7`	`NSSA`外部`LSA`	`NSSA`區域內的`ASBR`發出的，用於通告本區域連接的外部路由（只在`NSSA`區域內存在）

每一種區域種允許泛洪的LSA

區域類型	`1&2`	`3`	`4&5`	`7`
骨幹區域（區域`0`）	允許	允許	允許	不允許
非骨幹區域，非末梢區域	允許	允許	允許	不允許
末梢區域	允許	允許	不允許	不允許
完全末梢區域	允許	不允許`*`	不允許	不允許
`NSSA`	允許	允許	不允許	允許

OSPF常用查看命令

命令	功能
`show ip route`	查看路由表信息(直連/學習)
`show ip route ospf`	只查看`OSPF`學習到的路由
`show ip protocol`	查看`OSPF`協議配置信息
`show ip ospf`	查看`OSPF`是如何配置的以及`ABR`的信息
`show ip ospf database`	查看`LSDB`內的所有`LSA`數據信息
`show ip ospf interface`	查看接口上`OSPF`配置的信息
`show ip ospf neighbor`	查看`OSPF`鄰居和鄰接的狀態
`show ip ospf neighbor detail`	查看`OSPF`鄰居的詳細信息(包括`DR/BDR`)
`debug ip ospf adj`	查看路由器”鄰接”的整個過程
`debug ip ospf packet`	查看每個`OSPF`數據包的信息
`clear ip route`	清空路由表

路由器對路由條目的選擇

路由器只把最優的路由條目添加到路由表
選擇路由條目的依據
- 管理距離
- 度量值
負載均衡的路由條目

末梢區域和完全末梢區域

滿足以下條件的區域
- 只有一個默認路由作爲其區域的出口
- 區域不能作爲虛鏈路的穿越區域
- Stub區域裏無自治系統邊界路由器ASBR
- 不是骨幹區域Area 0
末梢區域
- 沒有LSA4、5、7通告
完全末梢區域
- 除一條LSA3的默認路由通告外，沒有LSA3、4、5、7通告

OSPF高級配置

理解路由重分發

一個單一IP路由協議是管理網絡中IP路由的首選方案
Cisco IOS能執行多個路由協議，每一個路由協議和該路由協議所服務的網絡屬於同一個自治系統
Cisco IOS使用路由重分發特性以交換由不同協議創建的路由信息

路由重分發的考慮

度量值（帶寬）
管理距離

重分發到OSPF域中路由的路徑類型

類型1的外部路徑 (Type 1 external path, E1)
類型2的外部路徑 (Type 2 external path, E2)

路由器A有兩條到達外部目的網絡10.1.2.0的路徑

E1類型
- 路徑A-B-D的代價是25(20+5) （優先）
- 路徑A-C-D代價爲48(18+30)
E2類型
- 路徑A-B-D的代價是20
- 路徑A-C-D的代價爲18 （優先）

路由重分發配置命令

redistribute protocol [metric metric-value] [metric-type type-value] [subnets]

NSSA區域

NSSA區域是OSPF RFC的補遺

定義了特殊的LSA類型7
提供類似stub area和totally stubby area的優點
可以包含ASBR

OSPF鏈路狀態通告

LSA(NSSA EXternal LSA,NSSA外部LSA)

NSSA區域重分發路由類型

N1、N2
經過NSSA區域ABR後轉換爲E1、E2(7變成5)

配置NSSA區域命令

area area-id nssa [no-summary]

OSPF的路徑類型

區域內路徑
區域外路徑
類型1的外部路徑
類型2的外部路徑

OSPF的路徑類型的優先級

區域內路徑：優先級1
區域間路徑：優先級2
E1外部路徑：優先級3
E2外部路徑：優先級4
1表示最高的優先級，4表示最低的優先級

OSPF虛鏈路

虛鏈路
- 值一條通過一個非骨幹區域連接到骨幹區域的鏈路
虛鏈路的目的
- 通過一個非骨幹區域連接一個區域到骨幹區域
- 通過一個非骨幹區域連接一個分段的骨幹區域
配置虛鏈路的規則及特點
- 虛鏈路必須配置在兩臺ABR路由器之間
- 傳送區域不能是一個末梢區域
- 虛鏈路的穩定性取決於其經過的區域的穩定性
- 虛鏈路有助於提供邏輯冗餘
虛鏈路的配置命令
- area area-id vrtual-link router-id

總結：

OSPF域中路由的路徑類型

E1（N1）
E2（N2）

OSPF的四種路由類型

DR
BDR
ABR
ASBR

OSPF的五大區域

骨幹區域
標準區域
末梢區域
存末梢區域
非存末梢區域

OSPF的五大數據包類型

hello
DBD
LSR
LSU(LSA)
LSACK

OSPF的六種LSA

路由器LSA
網絡LSA
網絡彙總LSA
ASBR彙總LSA
AS外部LSA
NSSA外部LSA

OSPF的七種狀態

Down
init
2-Way
Exstart
Exchange
loading
ful