OSPF协议的工作原理和基本配置（学习笔记）

Posted 2022-02-28 人间忽晚，山河以秋

随着网络规模的日益增大，静态路由不但让管理员难以全面地了解整个网络的拓扑结构，而且大范围调整路由信息的难度大、复杂度高。使用OSPF协议，运行OSPF协议的路由器会通过启用OSPF协议的接口来寻找同样运行OSPF协议的路由器，实现路由信息自动学习，从而避免了静态路由手动调整路由信息的问题

一、OSPF协议的概念

OSPF协议是有IETF组织开发的开放性标准协议，他是一个链路状态内部网关路由协议，运行OSPF协议的路由器会将自己拥有的链路状态信息，通过启用OSPF协议的接口发送给其他OSPF协议设备，同一个OSPF协议区域中的每台设备都会参与链路状态信息的创建、发送、接收与转发，直至这个区域中的所有OSPF协议设备都获得了相同的链路状态信息为止。

二、OSPF协议区域

• 一个OSPF协议网络可以被划分成多个区域（Area）。如果一个OSPF协议网络只包含一个区域，则被称为单区域OSPF协议网络；如果一个OSPF协议网络包含多个区域，则被称为多区域OSPF协议网络。
• 在OSPF协议网络中，每一个区域都有一个编号，称为区域ID（Area ID）。
• 区域ID 是一个32位的二进制数，一般用十进制数来表示。
• 区域ID为0的区域称为骨干区域（Backbone Area），其他区域为非骨干区域。
• 单区域OSPF协议网络中只包含一个区域，这个区域就是骨干区域。
• 在多区域中，除骨干区域，其他都是非骨干区域
• 非骨干区域之间的通信必须要通过骨干区域中转才能实现，当非骨干区域没有与骨干区域直连时，要采用虚链路（Virtual Link）技术从逻辑上实现非骨干区域与骨干区域的直连。

三、链路状态及链路状态通告

• OSPF协议是一种基于链路状态的路由协议，链路状态也指路由器的接口状态，其核心思想是，每台路由器都将自己的各个接口的接口状态（链路状态）共享给其他路由器。
• 链路状态通过（Link-state Advertisement,LSA ）是链路状态信息的主要载体，链路状态信息主要包含在LSA中，并通过LSA的通告（泛洪）来实现共享。

四、OSPF协议消息中的报文

1、OSPF协议报文直接封装在IP报文中，IP报文头部中的协议字段值必须为89。
2、OSPF协议报文有5种类型，分别是Hello报文、DD报文*（Database Description Packet）、LSR报文（Link-state Request Packet）、LSU报文（Link-state Update Packet）和LSAck报文（Link-state Acknowledgement Packet）。

• Hello报文中所携带的信息是指，路由器某一接口所发送的Hello报文携带的信息：
  　　（1）OSPF协议的版本号。
  　　（2）接口所属路由器的Router D。
  　　（3）接口所属区域的Area D。
  　　（4）接口的秘钥信息。
  　　（5）接口的认证类型，
  　　（6）接口IP地址的子网掩码。
  　　（7）接口的HelloInterval。
  　　（8）接口的RouterDeadInterval。
  　　（9）接口所连二层网络的DR和BDR。
• DD报文用于描述自己的链路状态数据库（Link-state Database,LSDB），并进行数据库的同步
• LDR报文用于请求相邻路由器LSDB中的一部分数据；
• LSU报文的功能是相对端路由器发送多条LSA用于更新
• LSAck报文是指路由器在接收到LSU报文后所发出的确认应答报文。

五、Router ID

• Router ID 是OSPF协议区域中路由器的唯一标识，一台OSPF协议路由器的Router ID 一般有管理员手动配置或者自行选择。
• 自行选择的顺序：
  　　（1）路由器上创建了逻辑接口（如环回接口），则会选择路由器中逻辑接口中IPV4地址数值最大的作为Router ID（无论该接口是否参与了OSPF协议）。
  　　（2）没有逻辑接口，路由器则会选择所有活动物理接口的IPV4地址中数值最大的作为Router ID（无论该接口是否参与OSPF协议）。
• 一旦选定Router ID，只要OSPF协议进程没有重启，路由器的Router ID就不会变化，无论接口是否变化。

六、OSPF的网络类型

OSPF协议所支持的网络类型是指OSPF协议能够支持的二层网络类型，根据数据链路层协议类型可将网络分为下面4中类型。
　　（１）广播（Broadcast）类型：通常以组播形式（224.0.0.5和224.0.0.6）发送协议报文。
　　（2）非广播-多路访问（Non-Braadcast Multiple Access,NBMA）类型：OSPF协议默认的网络类型，通常以单播形式发送协议报文。
　　（3）点到多点（Point-to-Multiple Point ,P2MP）类型：以组播形式（224.0.0.5）发送协议报文。
　　（4）点到点（Point-to-Point,P2P）类型：当链路层协议是PPP、HDLC、LAPB时，OSPF默认网络类型是P2P，以组播形式（224.0.0.5）发送网络协议报文。

七、邻居关系与邻接关系

（1）邻居关系
在OSPF协议中，每台路由器的接口都会周期性向外发送Hello报文，相邻的两个路由器之间发送给对方的Hello报文完全一直，两个路由器就会建立“邻居”关系。
（2）邻接关系
在P2P或P2MP的二层网路类型中，两台互为“邻居”关系的路由器彼此同步LSID成功完成后，就会建立“邻接”关系。

八、OSPF协议网络的指定路由器和备份指定路由器

• 含义
  指定路由器（Designate Router, DR）和备份指定路由器（Backup Designate Router ,BDR）只是适用于广播网络或NBMA网络中，DR会与其他路由器（包括BDR）建立邻接关系，BDR也会与其他路由器之间建立邻接关系，其他路由器之间不会建立关系，互为邻接关系的路由器之间可以交互信息。
• DR与BDR的选举规则
  （1）路由器的优先级值（0~255）最大的路由器将会成为DR
  （2）如果优先级相等，则Router ID 值最大的路由器将会成为DR
  （3）BDR的选举规则完全一样，BDR的选举发生在DR角色之后，在一个网络中，DR与BDR不能是同一台路由器。
  如果DR出现故障，BDR会替代DR，都故障则重新选举。

九、单区域OSPF协议的配置

拓扑图

按照拓扑图将各端口的IPV4地址配置上以后，在配置各路由器的OSPF协议
　　
　　R1配置
　　network 1.0.0.0 0.255.255.255：此命令中【0.255.255.255】是通配符掩码

R2配置

R3配置

在查看路由器之间的邻接关系