OSPF(開放最短路徑優先)

一、ospf簡介

OSPF是基于鏈路狀態的內部網關協議，與距離矢量協議不同，鏈路狀態協議通告的是鏈路狀態而不是路由表。OSPF是用于自治系統（AS）內部的路由決策,特點有，收斂速度快，安全性好，避免環路。
目前ipv4主要用OSPFV2版本，而ipv6則是OSPFv3版本。

二、OSPF工作流程

1、建立鄰居

  • 路由器通過周期性的發送hello報文，來發現并維護鄰居關系。
  • 如果兩臺路由器的參數相匹配，比如區域id，版本，認證方式等，就會建立鄰居關系。
  • 鄰居關系建立后就會進行條件匹配（在BMA或NBMA網絡中通過優先級比較和RID對比來選舉DR和BDR）,如果條件匹配成功則進入后續狀態，匹配失敗則停留在鄰居階段，僅僅依靠hello報文保活
    在這里插入圖片描述

2、鏈路狀態信息同步

  • DR/BDR選舉，在以太網中，為了減少鏈路狀態信息的交換次數，設置了選舉指定路由器和備份指定路由器。選舉依據優先級和router id ，高優先級的路由器當選。優先級一樣，則router id 大的當選。
  • 鏈路狀態通告，當鄰居關系建立成功后，路由器會向鄰居發送LSA，其中包含了路由器的鏈路狀態信息，如接口的ip，子網掩碼，鄰居等，LSA會在ospf區域類傳播，確保所有的路由器都能獲取到相同的鏈路狀態信息，
  • 數據庫同步，收到LSA的路由器會和自己的LSDB中的進行對比，若收到的LSA是新的或者是更優的，就將其添加到LSDB中，并傳播該LSA給鄰居。
    在這里插入圖片描述

3、路由計算

  • 利用最短路徑優先算法，計算到達各個目的網絡的最短路徑，路由器將路徑信息轉換成路由條目，添加到路由表中。路由表中包含網絡地址，下一跳地址，出接口信息，路由器將依據路由表轉發數據包。

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4、路由更新

基于組播進行更新（224.0.0.5 /224.0.0.6）
支持觸發更新，每30分鐘進行一次周期更新

三、OSPF區域

為了適應大型網絡，OSPF在AS內劃分了多個區域，每個路由器只用維護自己所在區域的鏈路狀態信息
區域劃分的優點為:
盡量減少路由條目，使得拓撲的變化只影響本區域內部

區域劃分的規則：

  • 星型結構
  • 骨干區域為0區；大于0的為非骨干區域
  • 所有非骨干區域必須連接在骨干區域上
  • 兩個區域相連時必須存在ABR（域間路由器）

Router-ID : 路由器標識符，用于在一個ospf域中唯一的標識一臺路由

四OSPF數據包類型

1.HELLO包

  • 發現和維護鄰接關系：用于鄰居節點的發現，建立初始連接，并周期性發送以維持鄰接狀態。

  • 協商參數一致性：檢查凝聚節點的參數（如區域id，hello時間，認證方式等）是否匹配。

2.DBD包（數據庫描述包）

  • 同步鏈路狀態數據庫：在鄰接關系建立初期，主從路由器通過交換DBD包，描述本地LSDB中的鏈路狀態摘要。
  • 主從關系協商：確定數據同步的主從角色（router Id大的一方為主路由器）

3.鏈路狀態請求包（LSR）

  • 請求特定的LSA信息：當路由器發現本地LSDB中缺少或存在過時的LAS時，向鄰居發送LSR 包，請求完整的LSA數據。

4.鏈路狀態更新包（LSU）

  • 發送完整的LSA數據，響應LSR請求，或主動泛洪最新的LSA信息，確保全網LSDB一致。

5.鏈路狀態確認包（LSACK）

  • 確認LSA可靠傳輸：接收方收到LSU后，向發送方返回lsack包，確保lsa已正確接收，避免數據丟失。

五、OSPF狀態機

Down狀態

  • 初始狀態：路由器未在接口上收到來自任何鄰居的hello數據包，或鄰居通信中斷
  • 周期性發送hello數據包，（默認10秒或30秒），嘗試發現鄰居。
  • 當收到合法的hello包時，若hello包中未含自身router id 時，則進入init狀態。

Init狀態

  • 路由器收到鄰居的hello包，但尚未被鄰居識別。

  • 驗證hello包中的參數一致性

  • 區域id是否匹配（是否在同一個區域）

  • 認證方式和密鑰是否一致

  • hello時間和dead時間是否匹配

  • 當鄰居的hello包中發現自身router Id：確認雙向通信建立，進入Two-Way狀態

Two-Way狀態

  • 雙向通信完成：雙方hello包中均含對方router id，鄰居關系初步建立。
    核心功能：

  • DR/BDR選舉（僅在廣播型網絡和NBMA網絡中）：
    接口優先級（默認為1,0-255）和router id決定選舉結果.
    優先級就高的為DR，次高為BDR;優先級相同時，router Id大的為DR

  • 廣播網絡中需要同步LSDB的節點(如DR和BDR,DR和DROther)進入Exstart狀態

  • 點到點網絡或不需要同步的場景（如p2p，loopback接口）直接進入exstart狀態，無須選舉DR與BDR

Exstart狀態

  • 主從關系協商階段：兩臺路由器準備交換DBD包，需要先確認主路由器和從路由器
  • router Id較大的一方成為主路由器，負責控制dbd包的發送順序。
  • 主從關系協商完成：雙方達成一致，進入exchange狀態。

Exchange狀態

  • LSDB摘要同步階段：主路由器通過交換dbd包，傳遞本地lsdb中的lsa頭部信息（如lsa類型，鏈路狀態id，通告路由器等）
  • 主路由器發送攜帶lsa頭部列表的dbd包，序號遞增；從路由器接收后返回dbd包，并確認序號。
  • 接收方對比本地lsdb，標記缺失或過時的lsa
  • 雙方完成lsdb摘要對比，進入loading狀態。

Loading狀態

-請求缺失的lsa的完整數據：路由器根據exchange階段發現的缺失lsa，向鄰居發送鏈路狀態請求包（LSR）,獲取對應的lsa

  • 所有的LSA獲取并確認，進入FULL狀態。

FULL狀態

  • 鄰接關系完全建立：雙方LSDB完全一致，可基于LSD運行Dijkstra算法計算最短路徑樹，生成路由表
  • 若超過dead時間未收到hello包，或者lsdb同步失敗，可能退回到Down狀態，重新建立鄰接。

Attempt狀態（僅用于NBMA網絡）

  • 非廣播多路訪問網絡（NBMA）特有：用于描述對靜態配置鄰居的輪詢狀態（如幀中繼，atm網絡）
  • 當鄰居配置為靜態鄰居，且未收到其hello包時，路由器定期向該鄰居單播發送hello包，嘗試建立連接。
  • 若持續未響應，維持Attempt狀態；若收到響應，則進入Two-Way狀態

狀態機轉變

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在ar5上查看狀態機：

  • 收到了AR7發送的hello包，鄰居狀態由down轉換成init狀態

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  • 再次收到hello包，且包含自己的router id，轉變成two-way狀態

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  • 發送DD報文進入Exstart狀態

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  • 交互DD報文并發送LSR請求LSU，并進入Exchange狀態

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  • 交互完畢進入Loading狀態

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  • 最后是full狀態

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六、基礎配置

[R1]ospf 1 router-id 1.1.1.1 確定ospf進程的同時配置RID  
[R1-ospf-1]area 0  創建0區/進入0區
[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]network 1.1.1.1 0.0.0.0
[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]network 12.1.1.0 0.0.0.255
反掩碼：掩碼反過來
[R1]display ospf peer 查看詳細鄰居關系   
[R1]display ospf lsdb 查看數據庫表的目錄 
[R1]display ospf lsdb router 2.2.2.2  打開具體的數據庫目錄內容
[R2]display ip routing-table protocol ospf  查看由OSPF生成的路由表

實驗拓撲

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配置命令

AR3

[Huawei]ospf 1 router-id  3.3.3.3
[Huawei-ospf-1]area 1
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.1]network  192.168.1.0 0.0.0.255

AR1

	
[Huawei]ospf 1 router-id  1.1.1.1	
[Huawei-ospf-1]area 1
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.1]network 192.168.1.0 0.0.0.255
[Huawei-ospf-1]area 0
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0]network 192.168.2.0 0.0.0.255

[R1]display ospf peer 查看詳細鄰居關系

在這里插入圖片描述

[R1]display ospf lsdb 查看數據庫表的目錄
在這里插入圖片描述
[R1]display ospf lsdb router 2.2.2.2
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display ip routing-table protocol ospf 查看由OSPF生成的路由表

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AR2

	
[Huawei]ospf 1 router-id  2.2.2.2[Huawei-ospf-1]area 0[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0]network  192.168.2.0 0.0.0.255[Huawei-ospf-1]area 2[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.2]network  192.168.3.0 0.0.0.255

AR4

	
[Huawei]ospf 1 router-id  4.4.4.4[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.2]network  192.168.3.0 0.0.0.255

七、拓展配置

選舉DR/BDR時修改接口優先級

[R1-GigabitEthernet0/0/0]ospf dr-priority 3 更改參選接口的優先級為3<R1>reset ospf process  重啟ospf進程

在鄰居間接口上做認證

[R1-GigabitEthernet0/0/0]ospf authentication-mode md5 1 cipher 123456

手工匯總

在ABR（域間路由器）上將A區域的路由共享到B區域時，方可進行手工匯總的配置。

[R2-ospf-1-area-0.0.0.0]abr-summary 1.0.0.0 255.0.0.0

沉默接口

沉默接口—僅接收不發送路由協議信息，只能用于連接用戶PC的接口去使用。

[R1-ospf-1]silent-interface g 0/0/1 設置沉默接口

加快收斂

鄰居間直連接口的hello time 和dead time 時間若不一致 將不能建立鄰居關系 ；同時修改時也不建議修改的過小 / 不建議修改時間

[R1-GigabitEthernet0/0/0]ospf timer hello 10 
修改hello  time 時間為10s
[R1-GigabitEthernet0/0/0]ospf timer dead 40
修改 dead time 時間為40s

缺省路由

在連接外網的邊界路由器上，配置一條缺省路由信息后，該設備將向內網發送信息，是的內部所有ospf設備，生成缺省路由，下一跳全部指向邊界路由起方向，但是邊界路由器通往外網的路由條目仍需網絡管理員手工邊寫。

[R3-ospf-1]default-route-advertise always

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