OSPF基础理论知识

Posted 2020-12-07

OSPF（Open Shortest Path First，开放式最短路径优先），一个基于链路的内部网关协议
目前针对IPv4协议使用的是OSPFv2，针对IPv6使用的是OSPFv3

OSPF的特点：
1.适应范围广：支持各种规模网络
2.快速收敛：网络拓扑发生变化后立即更新报文，可以快速同步
3.无自环：根据收集到的链路状态选择最短路径，此算法可以保证不会发生环路
4.区域划分：允许自治系统的网络划分区域（area0为主干区域，非主干区域必须和主干区域相连接，物理逻辑都可以）
5.等价路由：支持同一目的地址多条等价路由
6.路由分级：按优先顺序来分为区域内路由、区域间路由、第一类外部路由、第二类外部路由
7.支持验证：支持基于区域和接口报文验证
8.组播发送：在某些类型链路上以组播地址发送协议报文，减少对其他设备干扰

OSPF报文类型（OSPF封装为IP报文，协议号为89）分为五种：
Hello报文：周期性发送报文，用来发现OSPF邻居，以及选举DR（指定路由器）、BDR（备份指定路由器）
DD（数据库描述）报文：描述本地LSDB（链路状态数据库）中每一条LSA（链路状态通告）消息，用户路由器数据库同步
LSR（链路状态请求）报文：向对方路由器请求LSA时，会相互交换DD报文，根据DD报文得知对向路由有哪些LSA是本地LSDB所缺少的，这时
需要发送LSR报文向对方请求所需要的LSA
LSU（链路状态更新）报文：向对方发送所需要的LSA
LSAck（链路状态确认）报文：用于对收到的LSA进行确认

LSA（链路状态信息都是封装在LSA发布出去）类型：
Router LSA（Type-1）：由每个路由器产生，描述路由器的链路状态和开销，在其始发的区域内传播
Network LSA （Type-2）：由DR产生，用来描述本网段所有路由器的链路状态，在其始发的区域内传播
Network Summary LSA （Type-3）：由ABR（区域边界路由器）产生，描述某个网段的路由，并通告给其他区域
ASBR Summary LSA （Type-4）：由ABR产生，描述到ASBR（自治系统边界路由器）的路由，通告给相关区域
AS Exter LSA （Type-5）：由ASBR产生，描述到AS（自治系统）外部的路由，通告到所有区域（除了Stub区域和NSSA区域）
NSSA External LSA （Type-7）：由NSSA区域内的ASBR产生，描述到AS外部的路由，仅在NSSA区域内传播
Opaque LSA：用于OSPF的扩展通用机制，目前有Type-9、Type-10、Type-11三种。Type-9LSA仅在本地链路范围内进行泛洪，用于
支持GR（平滑重启）的Grace LSA就是Type-9的一种类型；Type-10LSA仅在区域内范围进行泛洪，用于支持MPLS TE的LSA就是Type-10的
一种类型；Type-11LSA可以在一个自治系统范围进行泛洪。

OSPF区域
1、骨干区域：
ospf划分区域后，Area 0被称为骨干区域，其余区域都被称为非骨干区域。骨干区域负责区域间的路由，非骨干区域之间路由煮饭必须通过骨干区域
OSPF区域的规定：
所有非骨干区域必须与骨干区域连接（可以物理连接，也可以逻辑连接即虚连接）
骨干区域自身必须也保持连通
2、虚连接
虚连接指两台ABR之间通过一个非骨干区域建立逻辑连接，两端必须都是ABR，需要在两端同时配置才生效，为虚连接提供连接的非骨干区域称为传输区
3、 Stub区域与Totally Stub（完全Stub）区域
Stub区域是一些特定区域，该区域的ABR将区域间的路由信息传递到本区域，但不会引入自治系统外部路由，区域中路由器的路由表现规模以及LSA数量
都会大大减少，为保证自治系统外路由可达，该区域的ABR会生成一条缺省路由Type-3 LAS，发布给本区域中的其他非ABR路由器。为了进一步较少Stub区域
路由器的路由表规模及LSA数量，可以将区域配置为Totally Stub（完全Stub）区域，该区域的ABR不会将区域间的路由信息和自治系统外部路由信息传递到
本区域。以保证本自治系统的其他区域和自治系统外的路由依旧可达，该区域的ABR将生成一条缺省路由Type-3 LSA ，发布给本区域非ABR路由器
4、NSSA区域和Totally NSSA（完全NSSA）区域
NSSA区域是Stub区域的变形，与Stub区域区别在于NSSA区域允许引入自治系统外部路由，由ASBR发布Type-7 LSA通告给本区域，当Type-7 LSA到NSSA的ABR时，
又ABR将Type-7 LSA转换成Type-5 LSA传播到其他区域。
可以将区域配置成Totally NSSA区域，该区域的ABR不会将区域间的路由信息传递到本区域，为保证到本自治系统的其他区域的路由依旧可达，该区域的ABR
会将生成一条缺省路由Type-3 LSA，发布给本区域中的其他非ABR路由器

路由器的类型：
区域内路由器：该路由器的所有接口都属于同一个OSPF区域
区域边界路由器（ABR）：可同时属于两个以上的区域，但必须有一个是骨干区域。它的作用就是用来连接骨干与非骨干区域，可以物理连接也可逻辑连接
骨干路由器：至少有一个接口属于骨干区域。所有的ABR和位于Area0的内部路由器都是骨干路由器
自治系统边界路由器（ASBR）：与其他AS内的路由器交换路由信息的路由器称为ASBR,ASBR不一定在AS边界，也有可能是区域内的路由器，也可能是ABR。只要一台
OSPF路由器引入了外部路由信息，就是ASBR

路由类型（从优先级高到优先级低的顺序）：
区域内路由
区域间路由
第一类外部路由：这类路由器可信度较高，并且和OSPF自身路由的开销具有可比性。所以第一类外部路由开销等于本路由器到相应的ASBR的开销与ASBR到该路由
目的地址的开销之和
第二类外部路由：这类路由的可信度比较低，所以OSPF协议认为从ASBR到自治系统之外的开销远远大于在自治系统之内到达ASBR的开销。所以计算路由开销时将
主要考虑前者，即到第二类外部路由的开销等于ASBR到该路由目的地址的开销。如果计算出开销值相等的两条路由，再考虑本路由器到相应的ASBR的开销

OSPF的网络类型：
广播类型、NBMA（非广播多路访）类型、P2MP（点到多点）类型、P2P（点到点）类型

NBMA与P2MP网络之间的区别：
NBMA网络是全通的；P2MP网络并不需要一定要全连通
NBMA网络中需要选举DR与BDR；P2MP网络中没有DR和BDR
NBMA网络采用单播发送报文，需要手工配置邻居；P2MP网络采用组播方式发送报文，通过配置也可以采用单播发送报文

DR、BDR
在广播网和NBMA网络中，任意两台路由器之间都要交换路由信息。如果网络中有n台路由器，则需要建立n（n-1）/2个邻接关系。这使得任何一台路由器的路由变
化都会导致多次传递，浪费了带宽资源。为解决这一问题，OSPF提出了DR的概念，所有路由器只将信息发送给DR，由DR将网络链路状态发送出去。
另外，OSPF提出了BDR的概念。BDR是对DR的一个备份，在选举DR的同时也选举BDR，BDR也和本网段内的所有路由器建立邻接关系并交换路由信息。当DR失效后，BDR会立即成为新的DR。
OSPF网络中，既不是DR也不是BDR的路由器为DR Other。DR Other仅与DR和BDR建立邻接关系，DR Other之间不交换任何路由信息。这样就减少了广播网和NBMA网络
上各路由器之间邻接关系的数量，同时减少网络流量，节约了带宽资源。

DR、BDR选举
DR、BDR在同一网段中所有的路由器根据路由器优先级和Router ID通过Hello选举出来，只有优先级大于0的路由才具有选举资格。
在各个路由器开始发送Hello报文时候，路由根据Hello报文信息中对比自己的优先级，最优的路由器会先成为BDR，然后会等待40秒（Hello报文10秒一次），也就是
再互相发送4个Hello报，如果没有比当前BDR更优的路由器，BDR会成为DR，然后再通过发送Hello报选举出来BDR。