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Network系列：OSPF路由器类型、LSA类型、防环、特殊区域（三）

8. OSPF路由器类型

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OSPF路由器根据其位置或功能不同，有这样几种类型：

  • 区域内路由器（Internal Router）：该类路由器的所有接口都属于同一个OSPF区域。
  • 区域边界路由器ABR（Area Border Router）：该类路由器的接口同时属于两个以上的区域，但至少有一个接口属于骨干区域。
  • 骨干路由器（Backbone Router）：该类路由器至少有一个接口属于骨干区域。
  • 自治系统边界路由器ASBR（AS Boundary Router）：该类路由器与其他AS交换路由信息。只要一台OSPF路由器引入了外部路由的信息，它就成为ASBR。

9. LSA类型

9.1 LSA的基本概念

  • LSA是OSPF进行路由计算的关键依据。
  • OSPF的LSU报文可以携带多种不同类型的LSA。
  • 各种类型的LSA拥有相同的报文头部。

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链路状态类型、链路状态ID、通告路由器三元组唯一地标识了一个LSA。

链路状态老化时间 、链路状态序列号 、校验和用于判断LSA的新旧。


9.2 常见LSA的类型

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9.2.1 Router LSA

Router LSA（1类LSA）：每台OSPF路由器都会产生。它描述了该路由器直连接口的信息。

Router LSA只能在所属的区域内泛洪。


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每条Link均包含“链路类型”、“链路ID”、“链路数据”以及“度量值”这几个关键信息。

路由器可能会采用一个或者多个Link来描述某个接口。

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Router LSA描述P2P网络

因为R1-R3之间是P2P网络，不需要DR选举，所以没有2类LSA，在1类LSA中就描述了拓扑信息和网段信息。

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Router LSA描述TransNet

在TransNet网络类型中，1类LSA只有拓扑信息，缺乏网络掩码信息，在TransNet网络中，如何完整地描述网段信息呢？在2类LSA中就会描述该网络信息。

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9.2.2 Network LSA

Network LSA（2类LSA） ：由DR产生，描述本网段的链路状态，在所属的区域内传播。Network LSA 记录了该网段内所有与DR建立了邻接关系的OSPF路由器，同时携带了该网段的网络掩码。


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Network LSA描述MA网络

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9.2.3 Network Summary LSA

Network Summary LSA（3类LSA）由ABR产生，用于向一个区域通告到达另一个区域的路由。


单区域OSPF存在的问题

  1. 一系列连续的OSPF路由器构成的网络称为OSPF域（Domain）。
  2. OSPF要求网络内的路由器同步LSDB，实现对于网络的一致认知。
  3. 当网络规模越来越大时，LSDB将变得非常臃肿，设备基于该LSDB进行路由计算，其负担也极大地增加了，此外路由器的路由表规模也变大了，这些无疑都将加大路由器的性能损耗。
  4. 当网络拓扑发生变更时，这些变更需要被扩散到整个网络，并可能引发整网的路由重计算。
  5. 单区域的设计，使得OSPF无法部署路由汇总。

解决单区域出现的问题

Router LSA和Network LSA只在区域内泛洪，因此通过区域划分在一定程度上降低网络设备的内存及CPU的消耗。


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划分区域后，路由器可以分为两种角色：

  • 区域内部路由器（Internal Router）：该类设备的所有接口都属于同一个OSPF区域。如R1、R4、R5。
  • 区域边界路由器（Area Border Router）：该类设备接口分别连接两个及两个以上的不同区域。如R2、R3。

区域间路由信息传递方式

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以192.168.1.0/24路由信息为例：

  1. R2依据Area 1内所泛洪的Router LSA及Network LSA计算得出192.168.1.0/24路由（区域内路由），并将该路由通过Network Summary LSA通告到Area 0。R3根据该LSA可计算出到达192.168.1.0/24的区域间路由。
  2. R3重新生成一份Network Summary LSA通告到Area 2中，至此所有OSPF区域都能学习到去192.168.1.0/24的路由。

LSA重要字段解释

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Network Summary LSA示例

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9.2.4 ASBR-Summary LSA

ASBR-Summary LSA（4类LSA）：由ABR产生，描述到ASBR的路由，通告给除ASBR所在区域的其他相关区域。

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LSA重要字段解释

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ASBR-Summary LSA示例

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  1. 根据5类LSA的Advertising Router，R5判断5类LSA是由R1产生的，但是在R5的SPF树干中并不存在R1。
  2. 根据R3产生的4类LSA，R5将到达外部网络的下一跳路由设置为R3。

9.2.5 AS-external LSA

AS-external LSA（5类LSA）：由ASBR产生，描述到达AS外部的路由，该LSA会被通告到所有的区域（除了Stub区域和NSSA区域）。

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AS-external LSA示例

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  1. 根据5类LSA的Advertising Router，R3判断到达外部路由，需要先经过R1。
  2. R3经过区域内SPF计算，已经将R1添加到SPF树干，R3 将到达外部路由的下一跳路由器设置为R1。

9.3 总结

关于一、二类LSA

  • OSPF根据LSDB计算路由表，LSDB中可能存在多种类型的LSA，并且所有的LSA有相同的报文头部格式。
  • 同一区域的OSPF路由器拥有完全一致的LSDB。在只有一个区域的情况下，区域内部主要存在两种类型的LSA，即Router-LSA和Network-LSA。
  • 每台路由器都会产生Router-LSA，描述了路由器的直连接口信息。
  • 在MA网络中，DR会产生Network-LSA来描述接入该MA网络的所有路由器的Router-ID（其中包括DR自身），以及这个网络的掩码。

关于三类LSA

  • OSPF引入了多区域的概念，使得该协议能够支持更大规模的组网。
  • OSPF使用3类LSA来描述区域间的路由信息。
  • 为了避免出现区域间路由环路，OSPF设计了多个规则。
  • OSPF Virtual Link是一种虚拟的、逻辑的链路，被部署在两台OSPF路由器之间，它穿越某个非骨干区域，用于实现另一个非骨干区域与Area0的连接。Virtual Link应该始终作为一种临时的技术手段来解决非骨干区域没有与Area0直接相连的情况。

关于四、五类LSA

  • 在一个大规模网络中，可能存在多种不同的路由协议，OSPF支持将AS外部路由引入本AS，使得AS内的路由器能够获知到达AS外部的路由。
  • ASBR将外部路由引入OSPF后，使用5类LSA描述它们，与ASBR同属一个区域的路由器能够根据5类LSA以及区域内的1类、2类LSA完成外部路由计算；与ASBR不在同一个区域的路由器还需借助4类LSA才能完成外部路由计算。
  • OSPF将外部路由引入OSPF后，可以设置路由的度量值类型：Metric-Type-1或Metric-Type-2，不同度量值类型的外部路由，其开销的计算方式不同，其路由的优先级也不相同，Metric-Type-1路由的优先级高于Metric-Type-2路由。

OSPF路由遵循以下优先级顺序，区域内路由>区域间路由>Metric-Type-1外部路由>Metric-Type-2外部路由。


10. 路由防环机制

10.1 域间路由环路的产生

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10.2 防环机制

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  1. OSPF要求所有的非骨干区域必须与Area0直接相连，区域间路由需经由Area0中转。
  2. 区域间的路由传递不能发生在两个非骨干区域之间，这使得OSPF的区域架构在逻辑上形成了一个类似星型的拓扑。

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ABR不会将描述到达某个区域内网段路由的3类LSA再注入回该区域。


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ABR从非骨干区域收到的3类LSA不能用于区域间路由的计算。


R1和R2、R3和R4之间的链路中断导致骨干区域不连续。

  1. R4将10.0.2.2/32路由以3类LSA的形式发送到Area 1。
  2. R5和R6可以根据上述3类LSA计算出10.0.2.2/32路由。
  3. R3从非骨干区域收到3类LSA，不进行路由计算，也不会将此3类LSA发送到其他区域。
  4. 此时，R1和R3都无法和10.0.2.2/32通信。

11. 特殊区域

11.1 网络规模变大引发的问题

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OSPF路由器计算区域内、区域间、外部路由都需要依靠网络中的LSA，当网络规模变大时，设备的LSDB规模也变大，设备的路由计算变得更加吃力，造成设备性能浪费。


11.2 传输区域和末端区域

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OSPF的区域可分为两种类型：

  • 传输区域（Transit Area）：除了承载本区域发起的流量和访问本区域的流量外，还承载了源IP和目的IP都不属于本区域的流量，即“穿越型流量”，如本例中的Area 0。
  • 末端区域（Stub Area）：只承载本区域发起的流量和访问本区域的流量，如本例中的Area 1和Area 2。

11.3 Stub区域

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  • Stub区域的ABR不向Stub区域内传播它接收到的AS外部路由，Stub区域中路由器的LSDB、路由表规模都会大大减小。
  • 为保证Stub区域能够到达AS外部，Stub区域的ABR将生成一条缺省路由（使用3类LSA描述）。

配置Stub区域时需要注意下列几点：

  1. 骨干区域不能被配置为Stub区域。
  2. Stub区域中的所有路由器都必须将该区域配置为Stub。
  3. Stub区域内不能引入也不接收AS外部路由。
  4. 虚连接不能穿越Stub区域。

Stub区域的路由表及3类LSA

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R1作为ASBR引入多个外部网段，如果Area 2是普通区域，则R3将向该区域注入5类和4类LSA。当把Area 2配置为Stub区域后：

  1. R3不会将五类LSA和四类LSA注入Area 2。
  2. R3向Area 2发送用于描述缺省路由的三类LSA，Area 2内的路由器虽然不知道到达AS外部的具体路由，但是可以通过该默认路由到达AS外部。

11.4 Totally Stub区域

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  • Totally Stub区域既不允许AS外部路由在本区域内传播，也不允许区域间路由在本区域内传播。
  • Totally Stub区域内的路由器通过本区域ABR下发的缺省路由（使用3类LSA描述）到达其他区域，以及AS外部。

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  • Totally Stub区域访问其他区域及AS外部是通过默认路由实现的。
  • AS外部、其他OSPF区域的拓扑及路由变化不会导致Totally Stub区域内的路由器进行路由重计算，减少了设备性能浪费。

当Area 2配置为Totally Stub区域后：

  1. R3不会将五类LSA和四类LSA注入Area 2。
  2. R3不会将三类LSA注入Area 2，但是会向该区域注入一条使用三类LSA描述的缺省路由。
  3. R5通过缺省路由到达AS外部网络和其他OSPF区域。

Stub区域、Totally Stub区域解决了末端区域维护过大LSDB带来的问题，但对于某些特定场景，它们并不是最佳解决方案。接下来还有NSSA、Totally NSSA区域。


11.5 NSSA区域与Totally NSSA区域

Stub区域与Totally Stub区域存在的问题

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  • OSPF规定Stub区域是不能引入外部路由的，这样可以避免大量外部路由引入造成设备资源消耗。
  • 对于既需要引入外部路由又要避免外部路由带来的资源消耗的场景，Stub和Totally Stub区域就不能满足需求了。

NSSA区域与Totally NSSA区域的LSDB

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posted @ 2023-09-18 09:44  YinJayChen  阅读(784)  评论(0)  编辑  收藏  举报