OSPF

Posted 2022-02-22

OSPF基本概念
1.OSPF（Open Shortest Path First，开放最短路径优先）
是IETF（Internet Engineering Task Force，互联网工程任务组）组织开发的一个基于链路状态的内部网关协议。目前针对IPv4协议使用的是OSPF Version 2。
由于链路状态选路算法使用SPF计算最短路径，在网站规模变大时比距离向量算法具有更好的拓展性，因此，OSPF也具有了更好的性能。
OSPF支持负载均衡（Loading Balancing）和基于服务类型的选路（TOS Routing），也支持多种路由形式，如特定主机路由和子网路由等。若存在到某个路由谜底网络的多条费用相等的最佳通路，OSPF能够将流量均匀地分配到这几条路由上。
OSPF支持内部的层次化选路，将域内网络划分成若干区域（Area）。区域自包含的（Self-Contained）,区域内的拓扑结构对其他区域隐藏。各个区域能够合作地利用OSPF进行选路，同时又使个区域保留了独立改变其内部拓扑结构的能力。这使得OSPF协议更易于拓展和整理，能够使用于大规模网络。
OSPF路由的计算过程
l每台OSPF路由器根据自己周围的网络拓扑结构生成LSA（Link State Advertisement，链路状态通告），并通过更新报文将LSA发送给网络中的其它OSPF路由器。
l每台OSPF路由器都会收集其它路由器通告的LSA，所有的LSA放在一起便组成了LSDB（Link State Database，链路状态数据库）。LSA是对路由器周围网络拓扑结构的描述，LSDB则是对整个自治系统的网络拓扑结构的描述。
l OSPF路由器将LSDB转换成一张带权的有向图，这张图便是对整个网络拓扑结构的真实反映。各个路由器得到的有向图是完全相同的。
l OSPF路由器将LSDB转换成一张带权的有向图，这张图便是对整个网络拓扑结构的真实反映。各个路由器得到的有向图是完全相同的。
路由器ID号
台路由器如果要运行OSPF协议，则必须存在RID（Router ID，路由器ID）。RID是一个32比特无符号整数，可以在一个自治系统中唯一的标识一台路由器。
RID可以手工配置，也可以自动生成；如果没有通过命令指定RID，将按照如下顺序自动生成一个RID：
l 如果当前设备配置了Loopback接口，将选取所有Loopback接口上数值最大的IP地址作为RID；
l 如果当前设备没有配置Loopback接口，将选取它所有已经配置IP地址且链路有效的接口上数值最大的IP地址作为RID。
自治系统（Autonomous System）一组使用相同路由协议交换路由信息的路由器，缩写为AS。
OSPF的协议报文
Hello报文：周期性发送，用来发现和维持OSPF邻居关系。内容包括一些定时器的数值、DR（Designated Router，指定路由器）、BDR（Backup Designated Router，备份指定路由器）以及自己已知的邻居。
数据库描述（DD）报文：向对方请求所需的LSA。两台路由器互相交换DD报文之后，得知对端的路由器有哪些LSA是本地的LSDB所缺少的，这时需要发送LSR报文向对方请求所需的LSA。内容包括所需要的LSA的摘要。
链路状态更新（LSU）报文：向对方发送其所需要的LSA
链路状态确认(LSAck）报文：用来对收到的LSA进行确认。内容是需要确认的LSA的Header（一个报文可对多个LSA进行确认）。

LSA的类型
OSPF中对链路状态信息的描述都是封装在LSA中发布出去，常用的LSA有以下几种类型：
l Router LSA（Type1）：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。
l Network LSA（Type2）：由DR产生，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。
l Network Summary LSA（Type3）：由ABR（Area Border Router，区域边界路由器）产生，描述区域内某个网段的路由，并通告给其他区域。
l ASBR Summary LSA（Type4）：由ABR产生，描述到ASBR（Autonomous System Boundary Router，自治系统边界路由器）的路由，通告给相关区域。
l AS External LSA（Type5）：由ASBR产生，描述到AS（Autonomous System，自治系统）外部的路由，通告到所有的区域（除了Stub区域和NSSA区域）。
l NSSA External LSA（Type7）：由NSSA（Not-So-Stubby Area）区域内的ASBR产生，描述到AS外部的路由，仅在NSSA区域内传播。
l Opaque LSA：是一个被提议的LSA类别，由标准的LSA头部后面跟随特殊应用的信息组成，可以直接由OSPF协议使用，或者由其它应用分发信息到整个OSPF域间接使用。Opaque LSA分为Type 9、Type10、Type11三种类型，泛洪区域不同；其中，Type 9的Opaque LSA仅在本地链路范围进行泛洪，Type 10的Opaque LSA仅在本地区域范围进行泛洪，Type 11的LSA可以在一个自治系统范围进行泛洪。

OSPF特殊区域

命令：area area-id stub
特点：
过滤外部路由，不接受外部AS的LSA（即5类LSA），3类LSA正常通行
ABR上可设默认度量值：area area-id default-metric metric 默认值为1.
只有一个出口，无虚链路经过，不是主干区域，无ASBR（except that the ABRs may also be ASBRs），最好只有一个ABR，多个ABR可能导致次优路由。
ABR会自动向末节区域内发送一条指向自己的默认路由。
好处：
减少拓扑表（database-table）的大小，减少路由（route-table）表大小
命令：区域内路由器 area area-id stub，在ABR上area area-id stub no-summary。
特点：
隔离3类和5类LSA，即：不接受AS外路由及不接受同AS内的其他area路由汇总。
ABR会自动向区域内发送一条指向自己的默认路由。
跟stub area一样，只有一个出口，无虚链路通过，无ASBR（except that the ABRs may also be ASBRs），不是主干区域。最好只有一个ABR。
好处：
比stub更进一步减少拓扑表（database-table）和路由表（route-table）大小。除了本完全末节区域内路由条目和一条默认产生的指向ABR的路由条目外，不再需要其他路由条目。
可以发现，末节区域与完全末节区域的不同之处在于：末节区域可以允许其它OSPF区域的路由（Inter-Area Route）进入，而完全末节区域却不可以。（也就是是否隔离3类LSA而已）话说完全末节区域只是比末节区域多隔离了3类LSA，其他一样。
命令：区域内所有路由器area area-id nssa
特点：
允许接受以类型7的LSA发送的外部路由信息，并且ABR要负责把类型7的LSA转换成类型5的LSA。
从别的AS或者别的路由协议引进来的就定义不7类LSA，为让本OSPF的AS内其他路由器可识别，在NSSA的ABR会把7类转为5类LSA。再强调：所有的末节区域的ABR总是过滤掉5类LSA。
与其他AS相接的路由器称为ASBR。
由于自身可以将外部网络的路由重分布进OSPF进程，所以ABR不会自动向NSSA区域内发送一条指向自己的默认路由，但可以手工向NSSA域内发送默认路由（R1(config-router)#default-information originate [always]），并且只可在ABR上发送默认路。
NSSA与末节区域的最大区别在于，NSSA区域可以允许自身将外部路由重分布进OSPF，而末节区域则不可以。
好处：
除了跟stub area一样减少拓扑表减少路由表大小外，还具备灵活性，可以由ASBR外接其他AS（或其他路由协议重分发）
命令：在ABR上R4(config-router)#area 1 nssa no-summary，其他area 1 nssa即可。
特点：在Totally Not-so-Stubby Area（Totally NSSA）下，ABR将过滤掉所有外部路由和其它OSPF区域的路由（Inter-Area Route）进入Totally NSSA区域，但路由器可以将外部路由重分布进OSPF进程，即Totally NSSA区域内的路由器可以成为ASBR，由于没有去往其它OSPF区域的路由，所以ABR会自动向Totally NSSA内发送一条指向自己的默认路由，
Totally NSSA与NSSA的区别在于，NSSA区域可以允许其它OSPF区域的路由（Inter-Area Route）进入，而Totally NSSA区域却不可以，但Totally NSSA区域的ABR会自动向Totally NSSA区域内发送一条指向自己的默认路由。
过滤3，4，5类lsa，ABR会产生缺省的3类lsa，该区域能引入外部路由
7类LSA在这里还是7类LSA，出本area后就变成5类而传播了

好处：
自动发现默认路由，比NSSA更进一步减少表大小