OSPF工作原理邻接-数据库

Posted 2020-11-05

OSPF 协议概述：(open shortest path first - 最短路径优先)

 OSPF在不同的路由器之间，通过互相传递各自的路由条目，以
 保证全网的所有的设备，具备相同的路由信息。

 运行 OSPF 的路由器，会以组播的方式周期性的发送 OSPF Hello 报文，
 用于 OSPF 邻居关系的建立。
    -周期时间 ： 10s
    -组播地址 ： 224.0.0.5 ->表示的是所有的 OSPF 路由器。
    - OSPF 属于 OSI 模型第 3 层 ； 
    - 在 IP 头部中使用的协议号 是： 89

网络类型
1.broadcast
2.NBMA
3.p2p
4.p2mp

OSPF工作过程：

1、建立邻居表 ：考虑邻居的建立过程以及影响因素

2、同步数据库 ：考虑数据库同步的过程以及稳定性

3、计算路由表 ：每一个路由器都会基于“自己的”数据库信息，
                独立的进行路由的计算。(路由器使用的 SPF) 

OSPF 的报文类型：
1、hello -- 用于 OSPF 邻居的建立、维护 以及 拆除
2、DBD(DD) -- database description ，数据库描述报文
3、LSR -- link state request , 链路状态 请求 报文--数据库条目
4、LSU -- link state update , 链路状态 更新 报文--数据库条目
5、LSAck -- link state ack ,链路状态 确认 报文

DBD 关键字段 描述：
I - init ，该标记如果为1，表示的是该 DBD 报文是 “第一个DBD”。
通过第一个 DBD 报文的比较，用来确定 主从关系；
M - more ， 该标记如果为1，表示后面还有更多的 DBD报文，也就是
该 DBD 报文不是最后一个 DBD ，那么此时不应该进行
后续的 Loading，此时是在exchange 阶段.
MS- master/slve，该标记如果为1，表示该路由器是 主路由，如果是0
表示该路由器是从路由。
一旦主从关系确定以后，那么从路由器发送的 DBD 报文的
序列号要跟着主路由器的 DBD 序列号进行变化，从而实现
对 DBD 报文的“隐式确认”。

DBD Sequence , DBD报文序列号。每个路由器发送的第一个 DBD 的序列号 
            是随机的。一旦确定主从关系，那么从路由器的 DBD 的序列号 
            要随着主路由器的变化。从而实现 DBD 报文的“可靠”传输。                              

OSPF 数据库 ：

• OSPF 的数据库是通过“区域”进行隔离和组织的。

  • 不同 的区域，数据库内容是不同的。

  • 不同 的区域，数据库的内容是完全隔离的。

  • 不同 的区域中的链路的变化，所造成的影响，仅仅在一个区域内部
    不会影响到其他区域。

  • 划分区域以后，每个区域中的路由器的数据库就会大大的减小，从而
    节省每个路由器的内存占用率。

  • 同一个区域的路由器的数据库，必须是完全一致的。

OSPF 数据库中包含的内容，称之为 LSA (link-state advertisement)
即，链路状态通告。
OSPF 就是通过各种类型的 LSA 将路由器计算出来的。
使用的 LSA 的类型不同，那么计算出来的 路由的类型，也就不同。
LSA 条目结构：

type : 表示的是 LSA 的类型 (1/2/3/4/5/7)

link-id:表示的是 LSA 的名字 ，并且不同类型的LSA的名字的表示是不同。

advrouter:表示的是 advertise router ，即通告路由器，也就是产生该LSA
的路由器的名字

age:表示的 LSA 的存活时间，以秒为单位，并且正计时。最大值为 3600s。
如果存活时间变成了3600s，表示该 LSA 不可用，就必须在数据库中删除。
为了保证 LSA 不会因为时间的正常计时导致误删，
所以，我们需要在 LSA 达到 最大 age 之前，发送一个“新的” LSA。
该新的 LSA，每1800s产生并发送一次；
该新的 LSA，只能由 LSA 的 advrouter 产生。
当其他路由器收到这个“新的LSA”以后，就会将自己的 age 计时器清0，
重新计时。
【OSPF数据库刷新机制：1800s】

lenght:表示的是该 LSA 的报文长度。

sequence:序列号。表示的是 LSA 的新旧程度。 LSA 每变化一次，序列号都会
加1，即序列号越大，表示越新。
观察比较同一个区域中的所有的 LSA 的序列号，不同的序列号
之间的差异，应该是越小越好。

metric：度量值，表示的是该 LSA 的产生路由器到达该 LSA 表示的网段
的距离。

1类LSA - router LSA ,

任何一个 OSPF 路由器，都会在任何一个自己连接的区域，

  产生一个 router lsa 。相当于每一个路由器在每一个区域
  自我介绍

2类LSA - network LSA

只能由 DR 产生

    # 用来对同一个“网段”中的路由器，宣告 DR 的管理范围的。

3类LSA - summary abr

只能由 ABR 产生

    # 用来表示不同区域之间的路由信息的。

4类LSA - summary asbr

由与 ASBR 在同一个区域的 ABR 产生的。

    #用来在不同的区域之间传输“ASBR的router-id”。

5类LSA - exteral LSA

只能由 ASBR 来产生

     # 用来表示 OSPF 的外部路由；

OSPF 邻居建立影响因素：(本质上是在分析 hello 中的参数)

1.router-id 不能相同。
2.area-id 必须相同。
3.认证必须相同(类型以及密码都得相同)
4.子网掩码必须相同(特殊情况下)
5.hello-timer 必须相同
6.dead-timer 必须相同
7.特殊标记位，必须相同(option-代表的是OSPF路由器的能力)
8.端口优先级不能全为0(特殊情况下)

--- 特殊情况下 ----
OSPF 网络中需要选举 DR/BDR 的情况下，就是这里所谓的“特殊情况”下
DR：指定路由器
BDR：备份的指定路由器

OSPF 邻接关系的建立过程：

0、down      - 该状态下，down 没有启用 OSPF 协议。
1、init      - 初始化状态。表示的是本地路由器接收到了对方发送
               过来的 hello报文；
2、two-way   - 双向通信状态。表示的是本地路由器接收到了对方发送
               过来的 hello 报文，并且在该报文中发现了自己的RID；
               如果该网络类型中需要选举DR/BDR，则在该阶段进行。
3、exstart   - 交换初始化状态。在该状态下，双方路由器都会发送第一个
               DBD报文，为的就是选举一个主/从关系，主要目的就是为了
               实现 “数据库同步”的可靠性和高效性。
               [DBD报文中包含的是数据库中的条目的基本信息]
4、exchange  - 交换状态。在该阶段，主从路由器会进行 DBD 报文的
               互相传输，最终实现两边数据库的比对工作。
5、loading   - 加载状态。在该状态下，主从路由器就会通过 LSR和LSU
               进行 “数据库条目”的请求和发送，并通过 LSAck 报文
               对该过程进行确认。
6、full      - 完全邻接。即此时邻居路由器之间的数据库完全一致。

OSFP 的基本配置命令：

[R1]ospf 1 router-id 1.1.1.1
【该路由器的ID】
[R1-ospf-1]area 0
【区域0--主干区域】
[R1-ospf-1-0.0.0.0]network 192.168.1.0 0.0.0.255
【进行宣告网段】
[R1]display ospf peer brief
【查看OSPF的邻居表】
[R1]reset ospf process
【重启OSPF进程】
[R1-GigabitEthernet0/0/2]ospf dr-priority 10
【修改OSPF的优先级--默认是1】
[R1-GigabitEthernet0/0/2]ospf network-type p2p
【修改网络类型】