OSPF理論+實驗，OSPF路由協議概述，工作過程，基本概念，和數據包以及建立完全鄰接關係過程

前言：

●開放式最短路徑優先OSPF ( Open Shortest Path First )協議是IETF定義的一種基於鏈路狀態的內部網關路由協議。
●RIP是一種基於距離矢量算法的路由協議，存在着收斂慢、易產生路由環路、可擴展性差等問題,目前已逐漸被OSPF取代。

一：OSPF的基本概念和工作過程

1.1：OSPF路由協議概述

OSPF路由協議是用於網際協議（IP）網絡的鏈路狀態路由協議。該協議使用鏈路狀態路由算法的內部網關協議（IGP），在單一自治系統（AS）內部工作。適用於IPv4的OSPFv2協議定義於RFC 2328，RFC 5340定義了適用於IPv6的OSPFv3。

開放式最短路徑優先（Open Shortest Path First，OSPF）是目前廣泛使用的一種動態路由協議，它屬於鏈路狀態路由協議，具有路由變化收斂速度快、無路由環路、支持變長子網掩碼（VLSM）和彙總、層次區域劃分等優點。在網絡中使用OSPF協議後，大部分路由將由OSPF協議自行計算和生成，無須網絡管理員人工配置，當網絡拓撲發生變化時，協議可以自動計算、更正路由，極大地方便了網絡管理。但如果使用時不結合具體網絡應用環境，不做好細緻的規劃，OSPF協議的使用效果會大打折扣，甚至引發故障。

OSPF協議是一種鏈路狀態協議。每個路由器負責發現、維護與鄰居的關係，並將已知的鄰居列表和鏈路費用LSU(Link State Update)報文描述，通過可靠的泛洪與自治系統AS(Autonomous System)內的其他路由器週期性交互，學習到整個自治系統的網絡拓撲結構;並通過自治系統邊界的路由器注入其他AS的路由信息，從而得到整個Internet的路由信息。每隔一個特定時間或當鏈路狀態發生變化時，重新生成LSA，路由器通過泛洪機制將新LSA通告出去，以便實現路由的實時更新。

1.1.1：自治系統（AS）

多個路由跑相同路由進程協議的區域成爲AS區域系統。
$[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-Ai0DQdzJ-1591085685138)(C:\Users\kevin\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200602142401530.png)]$

1.1.2：內部網關協議（IGP）

在區域內部跑的進程協議

如：RIP，OSPF，ISIS等

1.1.3：外部網關協議（EGP）

在區域外跑的進程協議

1.1.4：OSPF是鏈路狀態路由協議

1.2：OSPF原理與工作過程

1.2.1：OSPF原理介紹

●OSPF要求每臺運行OSPF的路由器都瞭解整個網絡的鏈路狀態信息,這樣才能計算出到達目的地的最優路徑。OSPF的收斂過程由鏈路狀態公告LSA ( Link State Advertisement )泛洪開始, LSA中包含了路由器已知的接口IP地址、掩碼、開銷和網絡類型等信息。收到LSA的路由器都可以根據LSA提供的信息建立自己的鏈路狀態數據庫LSDB ( Link State Database ) , 並在LSDB的基礎上使用SPF算法進行運算,建立起到達每個網絡的最短路徑樹。最後，通過最短路徑樹得出到達目的網絡的最優路由,並將其加入到IP路由表中。

1.2.2：建立鄰居列表

如圖，A通過建立鄰接關係，學習到所有的鏈路狀態信息，即所有的網段信息。

1.2.3：鏈路狀態數據庫

A將學習到的鏈路狀態信息存儲在自己的鏈路狀態數據庫中

1.2.4：形成路由表

A的鏈路狀態數據庫通過 Dijkstra算法算出A到達每一個地點的最短路徑，形成最短路徑樹。最終生成路由表

1.3：OSPF的基本概念

1.3.1：OSPF區域

爲了適應大型的網絡，OSPF在AS內劃分多個區域，其中必須有個骨幹區域，且骨幹區域有且僅有一個。

每個OSPF路由器只維護所在區域的完整鏈路狀態信息

1.3.2：區域ID

區域ID可以表示層一個十進制的數字。即area 0（0-9）

也可以表示成一個IP

1.3.3：骨幹區域

骨幹區域負責區域間路由信息傳播。

1.3.4：非骨幹區域

另，其他區域必須經過骨幹區域轉發，所有區域必須和骨幹區域直接連接！

其他稱作標準區域或非主幹區域。

1.3.5：Router ID

OSPF區域內唯一標識路由器的IP地址。(公網，32位，可以節省IP地址)

1.3.6：Router ID選取規則

1.選取路由器loopback接口，上數值最高的IP地址
2.如果沒有loopback接口，在物理端口中選取IP地址最高的
3.也可以使用router-id命令指定Router ID

1.3.7：DR（指定路由器）和BDR（備份指定路由器）

DR ，BDR 和其他路由中

1 DR：區域當中的主路由，有且僅有一個

2 BDR:區域當中的備份路由，有且僅有一個

3 除了DR 和 BDR 都是其他路由

其他路由器只和 DR 和 BDR 形成鄰接關係。主路由負責通告信息，備份路由負責準備頂替 DR

其他路由器發送信息只能到達DR 和BDR（一個組播），DR再發送通告信息（第二個組播）。其中存在兩個組播信息。

DR 和 BDR 負責監控其他路由發來的信息。

1.3.8：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1
●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

路由優先級也被稱爲路由的“管理距離”，是一個正整數，範圍0~255，它用於指定路由協議的優先級。

常見的OSPF路由優先級爲110。

1.3.9：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，但是他不能強制更換已經存在的DR或BDR路由器。

即，我們第一個啓動的OSPF路由器就會變成DR。第二個啓動的OSPF的路由器會變成BDR。而第三個和以後開啓的路由器即使路徑再短，也無法更改現有的DR 和 BDR。

1.3.10：OSPF的組播地址

224.0.0.5 DR/BDR發出的

224.0.0.6 其他路由發出的

1.3.11：OSPF的度量值爲COST

COST=10^8/BW BW(帶寬) COST 數制越小越好，說明帶寬越高

COST越低，帶寬越高，路徑越短。

最短路徑是基於接口指定的代價cost計算的

二：OSPF的數據包類型

2.1：OSPF數據包

●OSPF直接運行在IP協議之上,使用IP協議號89.
●OSPF有五種報文類型,每種報文都使用相同的OSPF報文頭。
1.Hello報文:最常用的一種報文,用於發現、維護鄰居關係。並在廣播和NBMA ( None-
Broadcast Multi- Access )類型的網絡中選舉指定路由器DR ( Designated Router )和
備份指定路由器BDR ( Backup Designated Router )。

2.DD報文:兩臺路由器進行LSDB數據庫同步時,用DD報文來描述自己的LSDB。DD報文
的內容包括LSDB中每一條LSA的頭部 ( LSA的頭部可以唯一標識一條LSA)。 LSA頭部只
佔-條LSA的整個數據量的一小部分,所以,這樣就可以減少路由器之間的協議報文流量。

3.LSR報文:兩臺路由器互相交換過DD報文之後,知道對端的路由器有哪些LSA是本地
LSDB所缺少的,這時需要發送L SR報文向對方請求缺少的LSA , LSR只包含了所需要的
LSA的摘要信息。

4.LSU報文:用來向對端路由器發送所需要的LSA。

5.LSACK報文:用來對接收到的LSU報文進行確認。

2.2：OSPF的五種報文類型

三：OSPF鄰居關係（重點）

3.1：SPF鄰接關係的建立（7個狀態）

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3.2：OSPF的網絡類型

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3.3：從以下幾個方面考慮OSPF的適用環境

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3.4：OSPF的特點

$[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-4LPdRhbF-1591085685153)(C:\Users\kevin\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200602150527824.png)]$

3.5：OSPF與RIP的比較

四：OSPF的實驗配置

4.1：實驗目的

DR和BDR的選舉的改變

4.2：實驗環境

ENSP軟件
三臺路由器
一臺交換機

4.3：實驗結構拓撲圖

$[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-uBM93Qlo-1591085685154)(C:\Users\kevin\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200602151002198.png)]$

4.4：實驗步驟

4.4.1：大致實驗步驟

R1：配置IP地址，使能OSPF進程，同時可以用於配置Router ID。宣告網絡。

R2：配置IP地址，使能OSPF進程，同時可以用於配置Router ID。宣告網絡。

R3：配置IP地址，使能OSPF進程，同時可以用於配置Router ID。宣告網絡。

4.4.2：具體實驗步驟

R1：
[Huawei]sysn R1
[R1]int loo 0
[R1-LoopBack0]ip add 1.1.1.1 32   
[R1-LoopBack0]int g0/0/0
[R1-GigabitEthernet0/0/0]ip add 13.0.0.1 24
[R1-GigabitEthernet0/0/0]q
[R1]ospf 1 router-id 1.1.1.1
[R1-ospf-1]area 0
[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]net 13.0.0.0 0.0.0.255
[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]net 1.1.1.1 0.0.0.0

R2
[Huawei]sysn R2
[R2]int loo 0 
[R2-LoopBack0]ip add 2.2.2.2 32
[R2-LoopBack0]int g0/0/0
[R2-GigabitEthernet0/0/0]ip add 13.0.0.2 24
[R2-GigabitEthernet0/0/0]q
[R2]ospf 1 router-id 2.2.2.2
[R2-ospf-1]area 0
[R2-ospf-1-area-0.0.0.0]net 13.0.0.0 0.0.0.255
[R2-ospf-1-area-0.0.0.0]net 2.2.2.2 0.0.0.0

R3
[Huawei]sysn R3
[R3]int loo 0
[R3-LoopBack0]ip add 3.3.3.3 32
[R3-LoopBack0]int g0/0/0
[R3-GigabitEthernet0/0/0]ip add 13.0.0.3 24
[R3-GigabitEthernet0/0/0]q
[R3]ospf 1 router-id 3.3.3.3
[R3-ospf-1]ar 0
[R3-ospf-1-area-0.0.0.0]net 13.0.0.0 0.0.0.255
[R3-ospf-1-area-0.0.0.0]net 3.3.3.3 0.0.0.0

4.5：實驗總結

1.注意IP地址不要搞錯
2.配置Router ID 命令：
OSPF 1 router-id 1.1.1.1
3.配置OSPF命令
area 0.0.0.0 （區域）
network 13.0.0.0 0.0.0.255 （宣告直連網段，反掩碼）
network 1.1.1.1 0.0.0.0
4.
●在配置OSPF時,需要首先使能OSPF進程。
●命令ospf [process id]用來使能OSPF ,在該命令中可以配置進程ID。如果沒有配置進程ID ,則使用1作爲缺省進程ID.
●命令ospf [process id] [router-id ]既可以使能OSPF進程,還同時可以用於配置Router ID。在該命令中, router-id代表路由器的ID。
●命令network用於指定運行OSPF協議的接口,在該命令中需要指定一個反掩碼。反掩碼中，”0”表示此位必須嚴格匹配，"1” 表示該地址可以爲任意值。