初识OSPF

Posted 2021-02-20 linxl

初识OSPF

说明：学习ing...若有不对之处，欢迎指出

1 OSPF简介

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

2 OSPF路由类型

OSPF将路由分为四类，按照优先级从高到低的顺序依次为：

• 区域内路由
• 区域间路由
•  第一类外部路由

第一类外部路由：这类路由的可信程度较高，并且和OSPF自身路由的开销具有可比性，所以到第一类外部路由的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

第二类外部路由（Type2 External）：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。

区域内和区域间路由描述的是AS内部的网络结构，外部路由则描述了应该如何选择到AS以外目的地址的路由

3 OSPF网络类型

• 广播类型

广播（Broadcast）类型：当链路层协议是Ethernet时，缺省情况下，OSPF认为网络类型是Broadcast。在该类型的网络中，通常以组播形式（OSPF路由器的预留IP组播地址是224.0.0.5；OSPF DR/BDR的预留IP组播地址是224.0.0.6）发送Hello报文、LSU报文和LSAck报文；以单播形式发送DD报文和LSR报文。

l 非广播多路类型

NBMA（Non-Broadcast Multi-Access，非广播多路访问）类型：当链路层协议是帧中继、ATM或X.25时，缺省情况下，OSPF认为网络类型是NBMA。在该类型的网络中，以单播形式发送协议报文。

• 点到多点类型

P2MP（Point-to-MultiPoint，点到多点）类型：没有一种链路层协议会被缺省的认为是P2MP类型。P2MP必须是由其他的网络类型强制更改的，常用做法是将NBMA网络改为P2MP网络。在该类型的网络中，缺省情况下，以组播形式（224.0.0.5）发送协议报文。可以根据用户需要，以单播形式发送协议报文。

• 点到点类型

P2P（Point-to-Point，点到点）类型：当链路层协议是PPP、HDLC时，缺省情况下，OSPF认为网络类型是P2P。在该类型的网络中，以组播形式（224.0.0.5）发送协议报文。

• NBMA与P2MP网络之间的区别如下：

1、NBMA网络是全连通的；P2MP网络并不需要一定是全连通的。

2、NBMA网络中需要选举DR与BDR；P2MP网络中没有DR与BDR。

3、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

4 路由器类型

OSPF路由器根据在AS中不同位置，可以分为以下四类

• 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

该类路由器可以同时属于两个以上的区域，但其中一个必须是骨干区域。ABR用来连接骨干区域和非骨干区域，它与骨干区域之间既可以是物理连接，也可以是逻辑上的连接

• 骨干路由器

该类路由器至少有一个接口属于骨干区域。因此，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交换路由信息的路由器称为ASBR。ASBR并不一定位于AS的边界，它有可能是区域内路由器，也有可能是ABR。只要一台OSPF路由器引入了外部路由的信息，它就成为ASBR

 

 

5 OSPF区域

• OSPF区域划分

由于大型网络中运行OSPF协议时，LSDB会占用大量的存储空间，使得SPF（最短路径优先）算法复杂度增加，增加CPU负担，大型网络拓扑的每次变化会导致路由器进行路由的重新计算，于是 OSPF协议将自治系统划分成不同的区域来解决以上问题

 区域的边界是路由器而不是链路，一个路由器可以属于不同的区域，但是一个网段（链路）只能属于一个区域，或者说每个运行OSPF的接口必须指明属于哪一个区域。

• 骨干区域

OSPF划分区域之后，并非所有的区域都是平等的关系。其中有一个区域是与众不同的，它的区域号是0，通常被称为骨干区域。骨干区域负责区域之间的路由，非骨干区域之间的路由信息必须通过骨干区域来转发。对此，OSPF有两个规定：

1、所有非骨干区域必须与骨干区域保持连通；

2、骨干区域自身也必须保持连通。

•  虚连接

虚连接是指在两台ABR之间通过一个非骨干区域而建立的一条逻辑上的连接通道。它的两端必须是ABR，而且必须在两端同时配置方可生效。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（Transit Area），当骨干区域因链路状态不能保持连通时候，通过虚连接仍然可以保证骨干区域在逻辑上的连通性。虚连接相当于在两个ABR之间形成了一个点到点的连接，因此，在这个连接上，和物理接口一样可以配置接口的各参数，如发送Hello报文间隔等。两台ABR之间直接传递OSPF报文信息，它们之间的OSPF路由器只是起到一个转发报文的作用。由于协议报文的目的地址不是中间这些路由器，所以这些报文对于它们而言是透明的，只是当作普通的IP报文来转发。

 

• Stub区域和Totally Stub区域
•  NSSA区域和Totally NSSA区域

6 OSPF报文类型

OSPF用IP报文直接封装协议报文，协议号为89，OSPF分为5种报文，Hello报文，DD报文，LSR报文，LSU报文，LSAck报文。这5种报文具有相同的报文头格式，长度为24字节

0               7	15	31
Version	Type	Packet length
Router ID
Area ID
Checksum		Autype
Authentication

Hello报文抓包：

 

DD报文抓包：

 

LSR抓包

 

 LSU报文格式：

 

LSAck抓包

 

 

7 DR/BDR

总结如下：

• 优先级为0的路由器不参与DR/BDR的选举

   通过这个条件可以控制DR/BDR的选举，如果想让一个LAN上某台路由器永远是DR，则可以将其他路由器的DR 优先级设置为0

• DR/BDR是终身制，不是被抢占的

   只要某台路由器在一个LAN上，已经被选取为DR，则它会一直是DR!只有等它重启或者关机了，才会重新选取，也就是说DR/BDR是终身制的，这样做主要是为了网络的稳定， 在真实网络中，稳定是压倒一切的!即使某种技术最新，某个设备性能最强，但是如果影响到稳定，就不会被优先选择。

• 先选取BDR，后选取DR

       在一个LAN上，先根据优先级和Router ID 选取一个BDR；如果 LAN上此时没有DR，则BDR会转化为DR，在LAN上重新选取BDR

• 其他路由器（DR other）需要和BDR建立邻接关系

       BDR首先和DR形成邻接关系；其他路由器（DR other）也要和BDR形成邻接关系

  这样做是有原因的，当DR出现故障后，BDR会成为新的DR。如果DRother不和BDR形成邻接关系，网络的流量就会中断时间很长，因为建立邻居关系需要花很长的时间。在这段时间内，网内流量是不通的。

      DR other和BDR形成邻接关系，当BDR切换为DR时，只需要发送 LSA，向DR other 通知新的DR即可，LSDB的内容基本不变，使得BDR起到真正的备份作用。

•  网络中DR/BDR已经存在的情况下，接口上的路由器优先级的配置并不会立即生效
• 当路由器的邻居关系稳定后如果邻居的状态是FULL，这说明他和邻居之间形成了邻接关系
• 如果邻居的关系是2-way,则说明他们都不是DR或BDR，两者之间不需要交换LSA
• l如果在一个MA网络上只有唯一的一台具有DR选举资格的路由器，那么热这台路由器将成为DR，而且在这个网络上没有BDR，其他所有的路由器都将只和这台DR路由器建立邻接关系
• 如果没有具有DR选举资格的路由器和一个MA网络相连（例如所有路由器的接口DR优先级都是0）那么这个网络上将没有DR或者BDR路由器，而且也不建立任何邻接关系
• DR与BDR，DR与Drother,BDR 与Drother之间都是FULL状态，Drother之间都是2-way状态，所有的Drother都只和DR以及BDR建立邻接关系
•  DROther感知到网络拓扑的变化时，向组播地址224.0.0.6发送LSU报文，DR和BDR会监听这个组播地址
•  DR使用组播地址224.0.0.5发送LSU报文，而其他的OSPF路由器则监听这个组播地址；

8 LSA

 

 

路由器LSA（Router LSA）

这个最基本的LSA通告列出了路由器所有的链路或接口，并指明了他们的状态和沿每条链路方向出站的代价，以及该链路上所有已知的OSPF邻居。这些LSA通告只会始发他们的区域内部进行泛洪扩散。既包含路由信息，又包含拓扑信息，终止于ABR。

 

 

 

 

 

 

 

网络LSA(Network LSA) 

多路访问网络中DR将会产生网络LSA通告，网路LSA也仅仅在产生这条网络LSA区域内部进行泛洪扩散。在MA网络中表示ROUTER的Router ID。

 

 

 

 

 

 

 

网络汇总LSA（Network Summary LSA)

由ABR路由器始发的。ABR路由器将发送网络汇总LSA到一个区域，描述区域内所有网段的路由，并通告给其他相关区域。

 

 

 

 

ASBR汇总LSA

由ABR始发的  不会出现在ASBR所属区域之内，通告ASBR 位置， 描述到ASBR的路由，通告给除ASBR所在区域的其他相关区域。Type3和Type4的LSA有相同的格式，它们都是由ABR产生

 

 

自助系统外部LSA（External LSA）

 始发于ASBR路由器，通告外部路由信息，由ASBR产生，描述到AS外部的路由，这是五种LSA中，唯一一种通告到所有区域（除了Stub区域和NSSA区域）的LSA

NSSA外部LSA 是指在非纯末梢区域，始发于ASBR路由器的LSA通告，它就是7类LSA，在LSA传递时会进行7转5.