3.CCNP路由交换复习（2-1）
OSPF介绍
OSPF（Open Shortest Path First，开放最短路径优先）OSPF直接工作在IP层之上，IP协议号89，OSPF以组播方式发送协议包！
组播地址：224.0.0.5 / 224.0.0.6
链路状态数据库结构
-
邻居表：
- 也被称为邻接数据库
- 包含邻居列表
-
拓扑表：
- 通常被称为链路状态数据库（LSDB）
- 包含该区域或网络中的所有路由器及其连接链路
- 区域内的所有路由器有相同的LSDB
-
路由表：
- 通常称为转发数据库（forwarding database）
- 包含到目的地的最佳路径
链路状态数据库结构：网络结构
- 链路状态路由协议通过OSPF协议执行具有层次网络结构。
- 两层的层次结构由以下部分组成：
- 中转区域 (骨干区域 0)
- 常规区域 (非骨干区域)
- 两层的层次结构由以下部分组成：
OSPF 区域特点：
- 最大限度地减少路由表条目
- 本地区域内拓扑变化的影响
- 在区域边界阻止LSA的泛洪
- 需要分层网络设计
- 路由器A和B都是骨干路由器
- 骨干路由器属于区域0
- 路由器C，D和E被称为区域边界路由器
- ABR连接着骨干区域和非骨干区域
OSPF的邻接
- 路由器通过交互Hello报文发现邻居。
- 路由器在检查Hello包中的某些参数或选项后邻居建立成功。
OSPF邻接建立
-
点对点WAN链路:
- 建立全互联的邻接关系.
-
LAN链路:
- 只会与DR和BDR建立全互联的邻接关系
- DRother保持two-way状态
-
一旦建立邻接关系, 通过交互LSA开始同步LSDB
-
LSA将以可靠的方式在区域(或网络)中泛洪
OSPF Calculation（算法）
- 路由器通过将Dijkstra的SPF算法应用于链路状态数据库，找到目的地的最佳路径，如下所示：
- 同一区域的路由器拥有相同的 LSDB
- 在区域中的每个路由器将自己作为根
- 到特定目的地的链接总成本最低的路径优选
- 最佳路由放入转发数据库（路由表）中。
OSPF报文类型
- Hello 报文
- Database Description 报文
- Link-State Request 报文
- Link-State Update 报文
- Link-State Acknowledgment 报文
1、OSPF分组封装在IP分组的有效负载中，不使用TCP，利用LSAck来实现自己的确认机制。
2、IP报头中，协议标示符89表示OSPF分组。
OSPF建立邻接关系的过程详细描述
| 流程描述如下 |
|---|
| 1、OSPF路由器接口up，发送Hello包，（NBMA模式时将进入Attempt状态）。 |
| 2、OSPF路由器接口收到Hello包，进入Init状态；并将该Hello包的发送者的Router ID，添加到Hello包（自己将要从该接口发送出去的Hello包）的邻居列表中。 |
| 3、OSPF路由器接口收到邻居列表中含有自己Router ID的Hello包，进入Two-way状态，形成OSPF邻居关系，并把该路由器的Router ID添加到自己的OSPF邻居表中。 |
| 4、在进入Two-way状态后，广播、非广播网络类型的链路，在DR选举等待时间内进行DR选举。点对点没有这个过程。 |
| 5、在DR选举完成或跳过DR选举后，建立OSPF邻接关系，进入exstart（准启动）状态；并选举DBD交换主从路由器，以及由主路由器定义DBD序列号，Router ID大的为主路由器。目的是为了解决DBD自身的可靠性。 |
| 6、主从路由器选举完成后，进入Exchange（交换）状态，交换DBD信息。 |
| 7、DBD交换完成后，进入Loading状态，对链路状态数据库和收到的DBD的LSA头部进行比较，发现自己数据库中没有的LSA就发送LSR，向邻居请求该LSA；邻居收到LSR后，回应LSU；收到邻居发来的LSU，存储这些LSA到自己的链路状态数据库，并发送LSAck确认。 |
| 8、LSA交换完成后，进入FULL状态，所有形成邻居的OSPF路由器都拥有相同链路状态数据库。 |
| 9、定期发送Hello包，维护邻居关系。 |
如下图：
OSPF状态机
| OSPF的邻居状态机 | |
|---|---|
| 1、Down | 本地一旦发出hello包，进入下一状态； |
| 2、Init（初始化） | 本地接收到的hello包中若存在本地的RID，进入下一个状态； |
| 3、2-way（双向通信） | 邻居关系建立标志，条件匹配：点到点网络直接进入下一状态；MA网将进行DR/BDR选举（40s），非DR/BDR间不能进入下一状态； |
| 4、Exstart（预启动） | 使用类hello的DBD包进行主从关系选举，RID数值大为主，主优先进入下一状态机； |
| 5、Exchange（准交换） | 使用真正的DBD包进行主从关系选举，RID数值大为主，主优先进入下一状态； |
| 6、Loading（加载） | 使用LSR/LSU/LSack来获取未知LSA信息； |
| 7、Full（转发） | 邻接关系建立的标志； |
| 卡在各个状态的原因 | |
| 卡在Down状态 | OSPF没有运行； |
| 卡在Init状态 | 没有收到对方的hello包； |
| 卡在2-way状态 | MA网络没法选举； |
| 卡在Exstart状态 | MTU不匹配； |
| 卡在exchange状态 | 包交互有问题，发出DBD后没有收到ACK； |
| 卡在Loading状态 | LSA加载不完全，包交互有问题； |
OSPF Router ID
- 在OSPF网络内通过OSPF router ID标识路由器。
- LSDBs 使用OSPF的 Router ID 区分不同的路由器。
- 使用Loopback接口或手动配置Router-id保持Router-ID稳定。
| Router ID选举顺序 |
|---|
| 1、手动设置的Router ID |
| 2、活跃的Loopback接口中IP地址较大的 |
| 3、活跃的物理接口中IP地址较大的 |
OSPF网络类型
| OSPF网络类型包括以下几种： | |
|---|---|
| 1、loopback 环回口 | 1、环回口在OSPF中式一类单独的网络类型2、环回口下配置的IP，不管掩码配置为多少，发出路由时都会当做/32的主机路由 |
| 2、point-to-point 串口、帧中继的点到点子接口 | 1、如果二层的协议为PPP、HDLC等，则OSPF网络类型为P2P 2、如果帧中继子接口类型为P2P的，则OSPF网络类型也为P2P 3、不选举DR、BDR 4、使用组播地址224.0.0.5 5、OSPF能够根据二层封装自动检测到P2P网络类型 |
| 3、broadcast 以太网口/快速以太口 | 1、通常出现在以太网 2、选举DR、BDR 3、所有路由器均与DR及BDR建立邻接关系. 4、使用组播地址224.0.0.5及224.0.0.6 |
| 4、NBMA 帧中继 | 1、使用物理接口默认为NBMA 2、使用子接口默认为点对点 3、使用NBMA需要使用neighbor命令指定邻居 |
| 5、point-to-multipoint | 1、物理接口：无2、自动建立3、hello：30s /Dead时间120s 4、不选举DR/BDR5、特点：学习对方的主机路由 |
| 6、point-to-multipoint no-broadcast | 1、物理接口：无 2、hello时间：30s /Dead时间：120s 3、无DR不能自动建立 4、手工指定单播邻居 5、特点：学习对方主机路由 |
OSPF LSA（链路状态通告）
| 类别 | 名称 | 描述 |
|---|---|---|
| 1 | 路由器LSA（Router LSA） | 区域内Router产生，描述了路由器所有接口、链路和Cost值。只能在本区域内泛洪。 |
| 2 | 网络LSA（Network LSA） | 由DR产生，报文包括了其连接的所有Router的routerID，其中包含自己的routerID。 |
| 3 | 网络汇总LSA（Summary LSA） | 可以通知本区域内的路由器通往区域外的路由信息。默认路由也被通告。 Link ID为目标网段的ID。 |
| 4 | ASBR汇总LSA （ASBR summary LSA） | 也是由ABR产生，但是它是一条主机LSA，指向ASBR路由器。 |
| 5 | 自治系统外部汇总LSA | 由ASBR产生，告诉本自治区的路由器通往外部自治区的路径。 |
| 7 | NSSA外部LSA | 由ASBR产生，几乎和LSA5通告是相同的，但NSSA外部LSA通告仅仅在始发这个NSSA外部LSA通告的非纯末梢区域内部进行泛洪。 |
OSPF LSA类型
-
类型1 ：路由器LSA Router LSA
- 每个路由器针对它所在的区域产生LSA1，描述区域内部与路由器直连的链路的信息（包括链路类型，Cost等） ；
- LSA1只允许在本区域内洪泛，不允许跨越ABR；
- LSA中会标识路由器是否是ABR(B比特置位),ASBR（E比特置位）或者是Virtual-link（V比特置位）的端点的身份信息；
-
类型2：网络LSA Network LSA
- 描述TransNet（包括Broadcast和NBMA网络）网络信息；
- 由DR生成，描述其在该网络上连接的所有路由器以及网段掩码信息，以及这个MA所属的路由器；
- LSA类型2只在本区域Area内洪泛，不允许跨越ABR；
- Network LSA ID是DR进行宣告的那个接口的IP地址
- Network LSA 中没有COST字段
-
类型1、2 总结
- 通过LSA1，LSA2在区域内洪泛,使区域内每个路由器的LSDB达到同步，计算生成标识为“O”的路由，解决区域内部的通信问题；
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类型3： 网络汇总LSA Network Summary LSA
- 由ABR生成，实际上就是将区域内部的Type1 Type2的信息收集起来以路由子网的形式扩散出去, 这就是Summay LSA中Summay的含义（注意这里的summary与路由汇总没有关系）；
- Type 3 的链路状态ID是目的网络地址。
- 如果—台ABR路由器在与它本身相连的区域内有多条路由可以到达目的地,那么它将只会始发单一的一条网络汇总LSA到骨干区域,而且这条网络汇总LSA是上述多条路由中代价最低的。
- ABR收到来自同区域其它ABR传来的Type 3 LSA后重新生成新的Type3 LSA（Advertising Router改为自己）然后继续在整个OSPF系统内扩散
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类型4： ASBR Summary LSA
- ASBR Summary LSA由ABR生成，用于描述ABR能够到达的ASBR它的链路状态ID为目的ASBR的RID。
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类型5： 自治系统外LSA AS External LSA
- Autonomous System External LSA由ASBR生成用于描述OSPF自治域系统外的目标网段信息链路状态ID是目的地址的IP网络号。
- 外部路由通过重发布，引入OSPF路由域，相应信息(路由条目)由ASBR以LSA5的形式生成然后进入OSPF路由域；
- 缺省情况下，LSA5生成路由用OE2表示，可强行指定为OE1；
- OE2 开销 = 外部开销；
- OE1 开销 = 外部开销 + 内部开销；
- LSA5不允许进入特殊区域 —— stub存根区& NSSA区；
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类型5： 自治系统外LSA AS External LSA
- OE1、OE2的区别
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类型7： NSSA中的外部LSA NSSA External LSA
- 在NSSA(非完全存根区域)not-so-stubby area中ASBR针对外部网络产生类似于LSA5的LSA类型7,
- LSA类型7只能在NSSA区域中洪泛，到达NSSA区域ABR后，NSSA ABR将其转换成LSA类型5外部路由，传播到Area 0，从而传播到整个OSPF路由域
- 生成路由缺省用ON2表示，也可指定为ON1；
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OSPF LSDB和路由表
- 查看LSDB：show ip ospf database
- 查看路由表：show ip route ospf
OSPF LSDB和路由表
查看路由表：show ip route ospf
O > O IA > O E1 > O E2
| 路由指示符 | 路由类型 |
|---|---|
| O | OSPF 区域内路由 |
| O IA | OSPF 区域间路由 |
| O E1 | 1 类外部路由 |
| O E2 | 2 类外部路由 |
