ospf协议原理及其特点

Posted 2023-03-21

1、  OSPF协议的特点
OSPF全称为开放最短路径优先。“开放”表明它是一个公开的协议，由标准协议组织制定，各厂商都可以得到协议的细节。“最短路径优先”是该协议在进行路由计算时执行的算法。OSPF是目前内部网关协议中使用最为广泛、性能最优的一个协议，它具有以下特点：
◆ 可适应大规模的网络；
◆ 路由变化收敛速度快；
◆ 无路由自环；
◆ 支持变长子网掩码（VLSM）；
◆ 支持等值路由；
◆ 支持区域划分；
◆ 提供路由分级管理；
◆ 支持验证；
◆ 支持以组播地址发送协议报文。
采用OSPF协议的自治系统，经过合理的规划可支持超过1000台路由器，这一性能是距离向量协议如RIP等无法比拟的。距离向量路由协议采用周期性地发送整张路由表来使网络中路由器的路由信息保持一致，这个机制浪费了网络带宽并引发了一系列的问题，下面对此将作简单的介绍。为了完善这些协议，只能采取若干措施，在自环发生前，降低其发生的概率，在自环发生后，减小其影响范围和时间。
在IP（IPV4）地址日益匮乏的今天，能否支持变长子网掩码（VLSM）来节省IP地址资源，对一个路由协议来说是非常重要的，OSPF能够满足这一要求。在采用OSPF协议的网络中，如果通过OSPF计算出到同一目的地有两条以上代价（Metric）相等的路由，该协议可以将这些等值路由同时添加到路由表中。从衡量路由协议性能的角度，我们可以看出，OSPF协议确实是一个比较先进的动态路由协议，这也是它得到广泛采用的主要原因。
2、  OSPF协议的工作原理
上文提到，OSPF协议是一种链路状态协议，那么OSPF是如何来描述链路连接状况呢？
抽象模型Model 1表示路由器的一个以太网接口不连接其他路由器，只连接了一个以太网段。此时，对于运行 OSPF的路由器R1，只能识别本身，无法识别该网段上的设备（主机等）；抽象模型Model 2表示路由器R1通过点对点链路（如PPP、HDLC等）连接一台路由器R2；抽象模型Model 3表示路由器R1通过点对多点（如Frame Relay、X.25等）链路连接多台路由器R3、R4等，此时路由器R5、R6之间不进行互联；抽象模型Model 4表示路由器R1通过点对多点（如Frame Relay、X.25等）链路连接多台路由器R5、R6等，此时路由器R5、R6之间互联。以上抽象模型着重于各类链路层协议的特点，而不涉及具体的链路层协议细节。该模型基本表达了当前网络链路的连接种类。
在OSPF协议中，分别对以上四种链路状态类型作了描述：
对于抽象模型Model 1（以太网链路），使用Link ID（连接的网段）、Data（掩码）、Type（类型）和Metric（代价）来描述。此时的Link ID即为路由器R1接口所在网段，Data为所用掩码，Type为3（Stubnet），Metric为代价值。
对于抽象模型Model 2（点对点链路），先使用Link ID（连接的网段）、Data（掩码）、Type（类型）和Metric（代价）来描述接口路由，以上各参数与Model 1相似。接下来描述对端路由器R2，四个参数名不变，但其含义有所不同。此时Link ID为路由器R2的Router ID，Data为路由器R2的接口地址，Type为1（Router），Metric仍为代价值。
对于抽象模型Model 3（点对多点链路，不全连通），先使用Link ID（连接的网段）、Data（掩码）、Type（类型）和Metric（代价）来描述接口路由，以上各参数与Model 1相似。接下来分别描述对端路由器R3、R4的方法，与在Model 2中描述R2类似。
对于抽象模型Model 4（点对多点链路，全连通），先使用Link ID（网段中DR的接口地址）、Data（本接口的地址）、Type（类型）和Metric（代价）来描述接口路由。此时Type值为2（Transnet），然后是本网段中DR（指定路由器）描述的连接通告。 参考技术A OSPF(Open Shortest Path First开放式最短路径优先）是一个内部网关协议(Interior Gateway Protocol，简称IGP），用于在单一自治系统（autonomous system,AS）内决策路由。是对链路状态路由协议的一种实现，隶属内部网关协议（IGP），故运作于自治系统内部。著名的迪克斯彻（Dijkstra）算法被用来计算最短路径树。OSPF支持负载均衡和基于服务类型的选路，也支持多种路由形式，如特定主机路由和子网路由等

路由交换：OSPF

OSPF

一、OSPF简介

OSPF（Open Shortest Path First，开放最短路径优先），是内部网关协议，应用在自治系统内部，一种链路状态路由协议，使用最短路径优先算法计算路由。OSPF数据报文封装在IP报文内部，协议号为89，使用单播或组播发送。
OSPF特点如下：
适合范围广，快速收敛，无自环、区域划分、支持验证、组播发送

二、OSPF工作原理

1、OSPF邻居建立过程

DR与BDR选举

在广播网络和NBMA网络中，为减小OSPF流量，需要选举DR和BDR。DR与BDR非抢占；DR与BDR、DR与Drother、BDR与Drother之间是Full状态，Drother之间是two-way状态。所有的Drother都只和DR和BDR建立全毗邻关系。根据运行OSPF协议的路由器接口优先级和端口PID来选举DR和BDR，接口优先级范围是0-255，优先级为0表示不参与DR、BDR选举。接口优先级越大越优先，当接口优先级相同时，比较端口PID，PID较大的成为DR。

2、报文类型

• Hello报文
  功能：周期性发送，用来发现和维持OSPF邻居关系
• DD报文
  功能：描述本地LSDB的摘要信息，用于同步LSDB
• LSR报文
  功能：请求特定的链路状态信息
• LSU报文
  功能：发送详细的链路状态信息
• LSAck报文
  功能：确认收到的LSA

3、网络类型

• 点到点类型
  不需要选举 DR和BDR；自动建立邻居关系；hello interval 默认10s；使用组播地址 224.0.0.5 ；
• 广播类型
  需要选举DR、BDR；路由器与DR和BDR建立邻接关系；hello interval 默认10s；使用组播地址224.0.0.5 和224.0.0.6
• 非广播多路访问类型
  需要选举DR；需要手动指定邻居关系；hello interval 默认10s；使用单播更新
• 点到多点类型
  不需要选举DR和BDR；自动建立邻居关系；hello interval 默认10s；使用组播地址 224.0.0.5

4、路由类型

OSPF协议中路由类型由域内路由、域间路由和外部路由。外部路由可进一步分为第一类外部路由、第二类外部路由。第一类外部路由COST值计算内部COST值和外部COST值，第二类外部路由COST值只计算外部COST，默认外部路由类型是第二类外部路由。
路由优先级：域内路由>域间路由>第一类外部路由>第二类外部路由

5、LSA

• Router-LSA（Type1）
  每个设备都会产生，描述了设备的链路状态和开销，在本区域内传播；
  

• Network-LSA（Type2）
  由DR产生，描述本网段的链路状态，在本区域内传播；
  

• Network-summary-LSA（Type3）
  由ABR产生，描述区域内某个网段的路由，并通告给发布或接收此LSA的非Totally STUB或NSSA区域。
  

• ASBR-summary-LSA（Type4）
  由ABR产生，描述到ASBR的路由，通告给除ASBR所在区域的其他相关区域
  

• AS-external-LSA（Type5）
  由ASBR产生，描述到AS外部的路由，通告到所有的区域（除了STUB区域和NSSA区域）。
  

• NSSA LSA（Type7）
  由ASBR产生，描述到AS外部的路由，仅在NSSA区域内传播。
  

6、特殊区域

• 末梢区域 Stub Area
  允许LSA 3 进入本区域 ； 禁止 LSA 4、 LSA 5 进入本区域；Stub Area 中ABR 自动下发一条默认路由（ LSA 3 ）进入本区域；骨干区域 area 0 不能配置为 Stub Area ；Stub Area 不允许注入外部路由，即不能做重发布；
• 完全末梢区域Totally Stub Area
  禁止LSA 3 、 LSA 4、 LSA 5 进入本区域； Totally Stub Area 中 ABR 自动下发一条默认路由（ LSA 3 ）进入本区域；骨干区域 area 0 不能配置为 Totally Stub Area ； Totally Stub Area 不允许注入外部路由，即不能做重发布；
• 非完全末梢区域 NSSA
  禁止LSA 4 、 LSA 5进入本区域；允许区域本地注入外部路由，外部路由以 LSA 7 在NSSA 区域泛洪，在 NSSA 区域中ABR 将 LSA 7转化为 LSA 5 传入到常规区域进一步泛洪；默认情况下 NSSA 区域中ABR 不会下发默认路由进 NSSA
• Totally NSSA
  禁止 LSA 3 、LSA 4 、 LSA 5进入本区域； ABR 自动下发默认路由（ LSA 3）进 Totally NSSA 区域
  配置：
  stub //配置stub区域
  stub no-summary //配置Totolly stub区域
  nssa //配置nssa区域
  nssa no-summary //配置Totolly stub区域

  7、虚链路

  在两台ABR之间通过一个非骨干区域建立的一条逻辑上的连接。虚连接相当于在两个ABR之间形成一个点对点的连接，为虚连接两端提供一条非骨干区域内部路由的区域称为传输区域。

7、默认路由

OSPF缺省路由通常应用于下面两种情况：
1）ABR发布Type3缺省Summary LSA，用来指导区域内设备进行区域之间报文的转发
2）ASBR发布Type5外部缺省ASE LSA，或者Type7外部缺省NSSA LSA，用来指导自治系统（AS）内设备进行自治系统外报文的转发
配置：
default-route-advertise [always]
其中always表示无论是否存在缺省路由，总是产生缺省路由

8、路由聚合

OSPF有两种聚合方式，区域间路由聚合和外部路由聚合。
配置
1）区域间路由聚合
在ABR设备上部署
abr-summary ip-address netmask
2）外部路由聚合
在ASBR设备上部署
asbr-summary ip-address netmask

9、OSPF认证

OSPF认证分为接口认证和区域认证，认证方式为明文认证、密文认证和空认证。当接口认证和区域认证同存在时，接口认证优先。