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OSPF原理及配置[通俗易懂]

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OSPF原理及配置

OSPF（Open Shortest Pass First,开放最短路径优先协议），是一个最常用的内部网管协议，是一个链路状态协议。

OSPF的特点

  1. OSPF是一种无类路由协议，支持VLSM可变长子网掩码。支持IPV4和IPV6.
  2. 组播地址：224.0.0.5 224.0.0.6。
  3. OSPF度量：从源到目的所有出接口的度量值，和接口带宽反比（10^8/带宽）。
  4. 收敛速度极快，但大型网络配置很复杂。
  5. IP封装，协议号89

OSPF运行原理

OSPF组播的方式在所有开启OSPF的接口发送Hello包，用来确定是否有OSPF邻居，若发现了，则建立OSPF邻居关系，形成邻居表，之后互相发送LSA（链路状态通告）相互通告路由，形成LSDB（链路状态数据库）。再通过SPF算法，计算最佳路径（cost最小）后放入路由表。
设计要求：1.必须配置骨干区域0
                  2.其他区域连接到骨干区域
好处:  1.减小路由表（通过域间汇总）
          2.本地拓扑变化值影响一个区域（也是通过汇总）
          3.某些LSA之子本地泛红，不泛洪到其他区域
注：OSPF区域划分基于接口而不是设备

OSPF区域及路由器身份

OSPF区域

骨干区域（区域0）：骨干区域必须连接所有的非骨干区域，而且骨干区域不可分割，有且只有一个，一般情况下，骨干区域内没有终端用户。
非骨干区域（非0区域）：非骨干区域一般根据实际情况而划分，必须连接到骨干区域（不规则区域也需通过tunnel或virtual-link连接到骨干区域）。一般情况下，费骨干区域主要连接终端用户和资源。

OSPF身份

DR（Designated Router）：指定路由器，OSPF协议启动后开始选举而来
BDR（Back-up Designated Router）：备份指定路由器，同样是由OSPF启动后选举而来
DRothers：其他路由器，非DR非BDR的路由器都是DRothers。

ABR（Area Border Routers）：区域边界路由器，连接不同OSPF区域。
ASBR（Autonomous System Boundary Router）：自治系统边界路由器，位于OSPF和非OSPF网络之间。
骨干路由器：至少有一个借口连接到骨干区域（区域0）。

OSPF邻居建立

邻居的两个状态
Neighbors：邻居
Adjacency：邻接

  1. 邻居不一定是邻接，邻接一定是邻居，只有交互了LSA的OSPF邻居才成为OSPF的邻接，之交互Hello包的支撑位邻居，
  2. 在点对点网络中，所有邻居都能成为邻接。
  3. MA（广播多路访问网络，比如以太网）网络类型中，DR，BDR，DRothers三者关系为：
    DR、BDR与所有的邻居形成邻接，DRothers之间只是邻居而不交换LSA

影响OSPF邻居建立的原因：

  1. Hello与Dead Time时间不一致（改Hello的话Dead自动*4，单改Dead的话Hello不变）
  2. 区域ID必须一致
  3. 认证（password一致）
  4. Stub标识一致（与特殊区域有关，之后介绍）
  5. MTU-携带在DBD报文中，两端口必须一致
  6. 掩码，如12.1.1.1/30——12.1.1.2/24 这种情况是可以ping通的，但邻居关系起不来
    （OSPF对环回口，无论掩码多少位，都按32位处理，所以建议环回口直接/32，或者在环回口下还原真实掩码）
  7. ACL（是否放行OSPF）

OSPF更新

  1. OSPF是一种触发更新的机制。一旦拓扑发生变化便会更新。
  2. OSPF也有周期性更新（30分钟一次）
  3. 当收到一条LSA之后：
    首先查看是否在LSDB中，若没有则假如LSDB，回复LSACK。继续泛洪出去，并且通过SPF算法计算最佳路径并加入路由表。若存在，则比较谁的更“新”（看序号），序号大者新，若本地不如收到的信更新本地LSDB并泛洪，且通过SPF算法计算最佳路径并加入路由表，若比收到的新，则将本地的泛洪出去。

注：LSA序列号，4字节，16进制
0x80000001-0x7FFFFFFF

OSPF数据包类型

  1. Hello：10秒发送一次，死亡时间40s，4倍关系，可以修改。
  2. DBD：Database Description 仅仅是一个对本地数据库的概念性叙述，供路由器核对数据库是否同步
  3. LSR：Link-State Request 请求链路状态，在数据库同步过程中使用，请求其他角色发送自己失去的LSA最新版本。
  4. LSU：Link-State Update 链路状态更新，LSU包括几种类型的LSA，LSU负责泛洪LSA，和相应LSR。LSA只会发送给之前以LSR请求的LSA的直连邻居，进行泛洪的时候，邻居路由负责把收到的LSA信息重新封装在新的LSU中。
  5. LSACK：链路状态确认，路由器必须对每个收到的LSA进行LSACK确认，但可以用一个LSACK确认多个LSA。

DR、BDR的选举

DR、BDR的选举规则：比较router-id，router-id有以下获得方式：

  1. 由工程师指定
  2. 这台设备最大的环回口ip
  3. 没有环回口的话，物理接口ip地址最大的。

选举规则：

  1. 最高优先级值的路由器被选为DR（默认优先级相同：1），次高优先级的为BDR
  2. 若优先级相同，则比较router-id，拥有最高router-id的成为DR，次高的成为BDR
  3. 优先级被设置为0的不参与选举
  4. OSPF系统启动后，若40s内没有新设备接入就会开始选举，所以为保证DR与BDR的选举不发生意外，建议优先配置想成为DR与BDR的设备。
  5. DR与BDR不可以抢占
  6. 当DR小时之后，BDR直升DR，重新选BDR
  7. 所有DR，BDR，DRothers说的都是接口，而不是设备
  8. 不同网段间选DR，BDR，而不是以OSPF区域为单位

OSPF状态

  1. Down State
  2. Init State：发送了Hello包（还没收到）
  3. Two-way State：收到了一个Hello包且Hello包中包括自己的router-id（对方回复的）
  4. Exstart State：First DBD确认主从关系，router-id大的为主，先发包
  5. Exchange State：交互DBD 相互学习
  6. Loading State：LSR与LSU的交互过程
  7. Full State：所有交互已经完成

注：DBD只是一个目录的性质，并且第一个DBD只是用来协商之后的DBD由谁先发送。

基本配置演示

我们用下面的拓扑进行配置演示：
这里写图片描述
对R1进行配置：

R1>en
R1#conf t
R1(config)#int lo 0
R1(config-if)#ip add 1.1.1.1 255.255.255.255
R1(config-if)#no sh
R1(config-if)#exi
R1(config)#int f0/0
R1(config-if)#ip add 100.1.1.1 255.255.255.0
R1(config-if)#no sh
R1(config-if)#exi

R1(config)#router os 100
R1(config-router)#router-id 1.1.1.1
R1(config-router)#net 1.1.1.1 0.0.0.0 a 0
R1(config-router)#net 100.1.1.0 0.0.0.255 a 0
R1(config-router)#exi

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对R2进行配置：

R2>en
R2#conf t
R2(config)#int lo 0
R2(config-if)#ip add 2.2.2.2 255.255.255.255
R2(config-if)#no sh
R2(config-if)#exi
R2(config)#int f0/0
R2(config-if)#ip add 100.1.1.2 255.255.255.0
R2(config-if)#no sh
R2(config-if)#exi

R2(config)#router os 100
R2(config-router)#route
R2(config-router)#router-id 2.2.2.2
R2(config-router)#net 2.2.2.2 0.0.0.0 a 0
R2(config-router)#net 100.1.1.0 0.0.0.255 a 0
R2(config-router)#ex

对R3进行配置：

R3>en
R3#conf t
R3(config)#int lo 0
R3(config-if)#ip add 3.3.3.3 255.255.255.255
R3(config-if)#no sh
R3(config-if)#exi
R3(config)#int f0/0
R3(config-if)#ip add 100.1.1.3 255.255.255.0
R3(config-if)#no sh
R3(config-if)#exi

R3(config)#router os 100
R3(config-router)#router-id 3.3.3.3 
R3(config-router)#net 3.3.3.3 0.0.0.0 a 0
R3(config-router)#net 100.1.1.0 0.0.0.255 a 0
R3(config-router)#exi

对R4进行配置：

R4>en
R4#conf t
R4(config)#int lo 0
R4(config-if)#ip add 4.4.4.4 255.255.255.255
R4(config-if)#no sh
R4(config-if)#exi
R4(config)#int f0/0
R4(config-if)#ip add 100.1.1.4 255.255.255.0
R4(config-if)#no sh
R4(config-if)#exi
R4(config)#int f0/1
R4(config-if)#ip add 45.1.1.4 255.255.255.0
R4(config-if)#no sh
R4(config-if)#exi

R4(config)#router os 100
R4(config-router)#router-id 4.4.4.4
R4(config-router)#net 4.4.4.4 0.0.0.0 a 0
R4(config-router)#net 100.1.1.0 0.0.0.255 a 0
R4(config-router)#net 45.1.1.0 0.0.0.255 a 1
R4(config-router)#exi

对R5进行配置：


R5>en
R5#conf t
R5(config)#int lo 0
R5(config-if)#ip add 5.5.5.5 255.255.255.255
R5(config-if)#no sh
R5(config-if)#exi
R5(config)#int f0/1
R5(config-if)#ip add 45.1.1.5 255.255.255.0
R5(config-if)#no sh
R5(config-if)#exi

R5(config)#router os 100
R5(config-router)#router-id 5.5.5.5
R5(config-router)#net 5.5.5.5 0.0.0.0 a 1
R5(config-router)#net 45.1.1.0 0.0.0.255 a 1
R5(config-router)#exi

以上就是全部基本配置，我们下面来查看一下基本信息
查看邻居信息：

R4#show ip ospf neighbor Neighbor ID Pri State Dead Time Address Interface 1.1.1.1 1 FULL/DR 00:00:38 100.1.1.1 FastEthernet0/0 2.2.2.2 1 FULL/BDR 00:00:34 100.1.1.2 FastEthernet0/0 3.3.3.3 1 2WAY/DROTHER 00:00:33 100.1.1.3 FastEthernet0/0 5.5.5.5 1 FULL/DR 00:00:33 45.1.1.5 FastEthernet0/1

可以看见R4这台路由器一共有四个邻居，这里临界状态，full就是代表邻接，我们可以看见区域0中R1是DR，R2是BDR，R3和R4都是DRothers，而区域1中R5是DR。那么我们可以推测，R4是区域1的BDR，我们在R5上查看：

R5#show ip ospf neighbor Neighbor ID Pri State Dead Time Address Interface 4.4.4.4 1 FULL/BDR 00:00:36 45.1.1.4 FastEthernet0/1

推测不假，下面查看一下开启OSPF的接口信息：

R1#show ip ospf interface FastEthernet0/0 is up, line protocol is up Internet Address 100.1.1.1/24, Area 0 Process ID 100, Router ID 1.1.1.1, Network Type BROADCAST, Cost: 10 Transmit Delay is 1 sec, State DR, Priority 1 Designated Router (ID) 1.1.1.1, Interface address 100.1.1.1 Backup Designated router (ID) 2.2.2.2, Interface address 100.1.1.2 Timer intervals configured, Hello 10, Dead 40, Wait 40, Retransmit 5 oob-resync timeout 40 Hello due in 00:00:00 Supports Link-local Signaling (LLS) Cisco NSF helper support enabled IETF NSF helper support enabled Index 2/2, flood queue length 0 Next 0x0(0)/0x0(0) Last flood scan length is 1, maximum is 1 Last flood scan time is 4 msec, maximum is 4 msec Neighbor Count is 3, Adjacent neighbor count is 3 Adjacent with neighbor 2.2.2.2 (Backup Designated Router) Adjacent with neighbor 3.3.3.3 Adjacent with neighbor 4.4.4.4 Suppress hello for 0 neighbor(s) Loopback0 is up, line protocol is up Internet Address 1.1.1.1/32, Area 0 Process ID 100, Router ID 1.1.1.1, Network Type LOOPBACK, Cost: 1 Loopback interface is treated as a stub Host

可以看见，开启了OSPF的接口的详细信息，比如Router-id，区域id，进程id，以及接口是如何加入进入OSPF的（network）
查看OSPF的路由：

R5#show ip route ospf 
     1.0.0.0/32 is subnetted, 1 subnets
O IA    1.1.1.1 [110/21] via 45.1.1.4, 00:26:31, FastEthernet0/1
     2.0.0.0/32 is subnetted, 1 subnets
O IA    2.2.2.2 [110/21] via 45.1.1.4, 00:26:31, FastEthernet0/1
     100.0.0.0/24 is subnetted, 1 subnets
O IA    100.1.1.0 [110/20] via 45.1.1.4, 00:26:31, FastEthernet0/1
     3.0.0.0/32 is subnetted, 1 subnets
O IA    3.3.3.3 [110/21] via 45.1.1.4, 00:26:31, FastEthernet0/1
     4.0.0.0/32 is subnetted, 1 subnets
O IA    4.4.4.4 [110/11] via 45.1.1.4, 00:26:31, FastEthernet0/1

在R5中查看OSPF的路由，发现全部都是O IA标记，这里O 标识来自OSPF，而IA代表是OSPF其他区域传来的路由（关于标记在后面讲解LSA中还会提到），我们再在R1上查看一下OSPF的路由：

R1#show ip route os
     2.0.0.0/32 is subnetted, 1 subnets
O       2.2.2.2 [110/11] via 100.1.1.2, 00:29:28, FastEthernet0/0
     3.0.0.0/32 is subnetted, 1 subnets
O       3.3.3.3 [110/11] via 100.1.1.3, 00:29:28, FastEthernet0/0
     4.0.0.0/32 is subnetted, 1 subnets
O       4.4.4.4 [110/11] via 100.1.1.4, 00:29:28, FastEthernet0/0
     5.0.0.0/32 is subnetted, 1 subnets
O IA    5.5.5.5 [110/21] via 100.1.1.4, 00:28:17, FastEthernet0/0
     45.0.0.0/24 is subnetted, 1 subnets
O IA    45.1.1.0 [110/20] via 100.1.1.4, 00:29:28, FastEthernet0/0

可见，区域1的被标识为O IA，而区域0的则只是O。
以上就是基本的OSPF系统的配置。

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