OSPF理论+实验，OSPF路由协议概述，工作过程，基本概念，和数据包以及建立完全邻接关系过程

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,目前已逐渐被OSPF取代。

一：OSPF的基本概念和工作过程

1.1：OSPF路由协议概述

OSPF路由协议是用于网际协议（IP）网络的链路状态路由协议。该协议使用链路状态路由算法的内部网关协议（IGP），在单一自治系统（AS）内部工作。适用于IPv4的OSPFv2协议定义于RFC 2328，RFC 5340定义了适用于IPv6的OSPFv3。

开放式最短路径优先（Open Shortest Path First，OSPF）是目前广泛使用的一种动态路由协议，它属于链路状态路由协议，具有路由变化收敛速度快、无路由环路、支持变长子网掩码（VLSM）和汇总、层次区域划分等优点。在网络中使用OSPF协议后，大部分路由将由OSPF协议自行计算和生成，无须网络管理员人工配置，当网络拓扑发生变化时，协议可以自动计算、更正路由，极大地方便了网络管理。但如果使用时不结合具体网络应用环境，不做好细致的规划，OSPF协议的使用效果会大打折扣，甚至引发故障。

OSPF协议是一种链路状态协议。每个路由器负责发现、维护与邻居的关系，并将已知的邻居列表和链路费用LSU(Link State Update)报文描述，通过可靠的泛洪与自治系统AS(Autonomous System)内的其他路由器周期性交互，学习到整个自治系统的网络拓扑结构;并通过自治系统边界的路由器注入其他AS的路由信息，从而得到整个Internet的路由信息。每隔一个特定时间或当链路状态发生变化时，重新生成LSA，路由器通过泛洪机制将新LSA通告出去，以便实现路由的实时更新。

1.1.1：自治系统（AS）

多个路由跑相同路由进程协议的区域成为AS区域系统。
$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Ai0DQdzJ-1591085685138)(C:\Users\kevin\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200602142401530.png)]$

1.1.2：内部网关协议（IGP）

在区域内部跑的进程协议

如：RIP，OSPF，ISIS等

1.1.3：外部网关协议（EGP）

在区域外跑的进程协议

1.1.4：OSPF是链路状态路由协议

1.2：OSPF原理与工作过程

1.2.1：OSPF原理介绍

●OSPF要求每台运行OSPF的路由器都了解整个网络的链路状态信息,这样才能计算出到达目的地的最优路径。OSPF的收敛过程由链路状态公告LSA ( Link State Advertisement )泛洪开始, LSA中包含了路由器已知的接口IP地址、掩码、开销和网络类型等信息。收到LSA的路由器都可以根据LSA提供的信息建立自己的链路状态数据库LSDB ( Link State Database ) , 并在LSDB的基础上使用SPF算法进行运算,建立起到达每个网络的最短路径树。最后，通过最短路径树得出到达目的网络的最优路由,并将其加入到IP路由表中。

1.2.2：建立邻居列表

如图，A通过建立邻接关系，学习到所有的链路状态信息，即所有的网段信息。

1.2.3：链路状态数据库

A将学习到的链路状态信息存储在自己的链路状态数据库中

1.2.4：形成路由表

A的链路状态数据库通过 Dijkstra算法算出A到达每一个地点的最短路径，形成最短路径树。最终生成路由表

1.3：OSPF的基本概念

1.3.1：OSPF区域

为了适应大型的网络，OSPF在AS内划分多个区域，其中必须有个骨干区域，且骨干区域有且仅有一个。

每个OSPF路由器只维护所在区域的完整链路状态信息

1.3.2：区域ID

区域ID可以表示层一个十进制的数字。即area 0（0-9）

也可以表示成一个IP

1.3.3：骨干区域

骨干区域负责区域间路由信息传播。

1.3.4：非骨干区域

另，其他区域必须经过骨干区域转发，所有区域必须和骨干区域直接连接！

其他称作标准区域或非主干区域。

1.3.5：Router ID

OSPF区域内唯一标识路由器的IP地址。(公网，32位，可以节省IP地址)

1.3.6：Router ID选取规则

1.选取路由器loopback接口，上数值最高的IP地址
2.如果没有loopback接口，在物理端口中选取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（备份指定路由器）

DR ，BDR 和其他路由中

1 DR：区域当中的主路由，有且仅有一个

2 BDR:区域当中的备份路由，有且仅有一个

3 除了DR 和 BDR 都是其他路由

其他路由器只和 DR 和 BDR 形成邻接关系。主路由负责通告信息，备份路由负责准备顶替 DR

其他路由器发送信息只能到达DR 和BDR（一个组播），DR再发送通告信息（第二个组播）。其中存在两个组播信息。

DR 和 BDR 负责监控其他路由发来的信息。

1.3.8：DR和BDR的选举方法

自动选举DR和BDR
●网段上Router ID最大的路由器将被选举为DR，第二大的将被选举为BDR
手工选择DR和BDR
●优先级范围是0~ 255,数值越大，优先级越高，默认为1
●如果优先级相同，则需要比较Router ID
●如果路由器的优先级被设置为0，它将不参与DR和DBR的选举

路由优先级也被称为路由的“管理距离”，是一个正整数，范围0~255，它用于指定路由协议的优先级。

常见的OSPF路由优先级为110。

1.3.9：DR和BDR的选举过程

路由器的优先级可以影响一个选举过程，但是他不能强制更换已经存在的DR或BDR路由器。

即，我们第一个启动的OSPF路由器就会变成DR。第二个启动的OSPF的路由器会变成BDR。而第三个和以后开启的路由器即使路径再短，也无法更改现有的DR 和 BDR。

1.3.10：OSPF的组播地址

224.0.0.5 DR/BDR发出的

224.0.0.6 其他路由发出的

1.3.11：OSPF的度量值为COST

COST=10^8/BW BW(带宽) COST 数制越小越好，说明带宽越高

COST越低，带宽越高，路径越短。

最短路径是基于接口指定的代价cost计算的

二：OSPF的数据包类型

2.1：OSPF数据包

●OSPF直接运行在IP协议之上,使用IP协议号89.
●OSPF有五种报文类型,每种报文都使用相同的OSPF报文头。
1.Hello报文:最常用的一种报文,用于发现、维护邻居关系。并在广播和NBMA ( None-
Broadcast Multi- Access )类型的网络中选举指定路由器DR ( Designated Router )和
备份指定路由器BDR ( Backup Designated Router )。

2.DD报文:两台路由器进行LSDB数据库同步时,用DD报文来描述自己的LSDB。DD报文
的内容包括LSDB中每一条LSA的头部 ( LSA的头部可以唯一标识一条LSA)。 LSA头部只
占-条LSA的整个数据量的一小部分,所以,这样就可以减少路由器之间的协议报文流量。

3.LSR报文:两台路由器互相交换过DD报文之后,知道对端的路由器有哪些LSA是本地
LSDB所缺少的,这时需要发送L SR报文向对方请求缺少的LSA , LSR只包含了所需要的
LSA的摘要信息。

4.LSU报文:用来向对端路由器发送所需要的LSA。

5.LSACK报文:用来对接收到的LSU报文进行确认。

2.2：OSPF的五种报文类型

三：OSPF邻居关系（重点）

3.1：SPF邻接关系的建立（7个状态）

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-kUbDv2R0-1591085685151)(C:\Users\kevin\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200602150319159.png)]$

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-u0dPskQp-1591085685152)(C:\Users\kevin\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200602150342911.png)]$

3.2：OSPF的网络类型

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-7XEkC927-1591085685153)(C:\Users\kevin\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200602150424327.png)]$

3.3：从以下几个方面考虑OSPF的适用环境

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-nUKWAoNa-1591085685153)(C:\Users\kevin\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200602150503572.png)]$

3.4：OSPF的特点

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-4LPdRhbF-1591085685153)(C:\Users\kevin\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200602150527824.png)]$

3.5：OSPF与RIP的比较

四：OSPF的实验配置

4.1：实验目的

DR和BDR的选举的改变

4.2：实验环境

ENSP软件
三台路由器
一台交换机

4.3：实验结构拓扑图

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-uBM93Qlo-1591085685154)(C:\Users\kevin\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200602151002198.png)]$

4.4：实验步骤

4.4.1：大致实验步骤

R1：配置IP地址，使能OSPF进程，同时可以用于配置Router ID。宣告网络。

R2：配置IP地址，使能OSPF进程，同时可以用于配置Router ID。宣告网络。

R3：配置IP地址，使能OSPF进程，同时可以用于配置Router ID。宣告网络。

4.4.2：具体实验步骤

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：实验总结

1.注意IP地址不要搞错
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 （区域）
network 13.0.0.0 0.0.0.255 （宣告直连网段，反掩码）
network 1.1.1.1 0.0.0.0
4.
●在配置OSPF时,需要首先使能OSPF进程。
●命令ospf [process id]用来使能OSPF ,在该命令中可以配置进程ID。如果没有配置进程ID ,则使用1作为缺省进程ID.
●命令ospf [process id] [router-id ]既可以使能OSPF进程,还同时可以用于配置Router ID。在该命令中, router-id代表路由器的ID。
●命令network用于指定运行OSPF协议的接口,在该命令中需要指定一个反掩码。反掩码中，”0”表示此位必须严格匹配，"1” 表示该地址可以为任意值。