Datacom-HCIP-07 OSPF基础

路由器根据路由表转发数据包，路由表项可通过手动配置和动态路由协议生成。
静态路由比动态路由使用更少的带宽，并且不占用CPU资源来计算和分析路由更新。当网络结构比较简单时，只需配置静态路由就可以使网络正常工作。但是当网络发生故障或者拓扑发生变化后，静态路由不会自动更新，必须手动重新配置。
相比较于静态路由，动态路由协议具有更强的可扩展性，具备更强的应变能力。
OSPF（Open Shortest Path First，开放式最短路径优先）具有扩展性强，收敛速度快等特点，作为优秀的内部网关协议被广泛使用。
本文主要介绍OSPF的基本概念、OSPF邻接关系的建立、以及OSPF的基本配置。

动态路由协议简介

动态路由协议的分类

距离矢量路由协议
运行距离矢量路由协议的路由器周期性地泛洪自己的路由表。通过路由的交互，每台路由器都从相邻的路由器学习到路由，并且加载进自己的路由表中，然后再通告给其他相邻路由器。
对于网络中的所有路由器而言，路由器并不清楚网络的拓扑，只是简单的知道要去往某个目的网段方向在哪里，开销有多大。

链路状态路由协议 - LSA泛洪

链路状态路由协议通告的的是链路状态而不是路由信息。
运行链路状态路由协议的路由器之间首先会建立邻居关系，然后彼此之间开始交互LSA（LinkState Advertisement，链路状态通告）。

链路状态路由协议 - LSDB维护
每台路由器都会产生LSA，路由器将接收到的LSA放入自己的LSDB（Link State DataBase，链路状态数据库）。路由器通过对LSDB中所存储的LSA进行解析，进而了解全网拓扑。

链路状态路由协议 - SPF计算

每台路由器基于LSDB，使用SPF（Shortest Path First，最短路径优先）算法进行计算。每台路由器都计算出一棵以自己为根的、无环的、拥有最短路径的“树”。有了这棵“树”，路由器就已经知道了到达所有网段的优选路径。

链路状态路由协议 - 路由表生成

链路状态路由协议总结

OSPF简介

OSPF概述

OSPF是IETF定义的一种基于链路状态的内部网关路由协议。目前针对IPv4协议使用的是OSPFVersion 2（RFC2328）；针对IPv6协议使用OSPF Version 3（RFC2740）。
OSPF有以下优点：
基于SPF算法，以“累计链路开销”作为选路参考值
采用组播形式收发部分协议报文
支持区域划分
支持对等价路由进行负载分担
支持报文认证

OSPF应用场景

大型企业网络中通常部署OSPF实现各个楼宇的网络之间的路由可达。
核心和汇聚层部署在OSPF骨干区域。
接入和汇聚层部署在OSPF非骨干区域。

OSPF基础术语 - Router ID

Router ID用于在自治系统中唯一标识一台运行OSPF的路由器，它是一个32位的无符号整数。
Router ID选举顺序规则如下：
手动配置OSPF路由器的Router ID（建议手动配置）
使用系统Router ID（华为特性）
系统默认使用第一个配置的IP地址作为系统RID，也可手动配置系统RID。
路由器使用Loopback接口中最大的IP地址作为OSPF的Router ID
路由器使用物理接口中最大的IP地址作为OSPF的Router ID

OSPF基础术语 - 区域

OSPF Area用于标识一个OSPF的区域。
区域是从逻辑上将设备划分为不同的组，每个组用区域号（Area ID）来标识。
OSPF的区域ID是一个32bit的非负整数，按点分十进制的形式（与IPv4地址的格式一样）呈现，
例如Area0.0.0.1。为了简便起见，我们也会采用十进制的形式来表示。

OSPF基础术语 - 度量值

OSPF使用Cost（开销）作为路由的度量值。每一个激活了OSPF的接口都会维护一个接口Cost值，缺省的接口Cost =100 Mbit/s接口带宽。其中100 Mbit/s为OSPF指定的缺省参考值，该值是可配置的。
OSPF以“累计cost”为开销值，也就是流量从源网络到目的网络所经过所有路由器的出接口的cost总和

OSPF基础术语 - 度量值修改举例

OSPF三大表项 - 邻居表

OSPF有三张重要的表项，OSPF邻居表、LSDB和OSPF路由表。对于OSPF的邻居表，需要了解：
OSPF在传递链路状态信息之前，需先建立OSPF邻居关系。
OSPF的邻居关系通过交互Hello报文建立。
OSPF邻居表显示了OSPF路由器之间的邻居状态，使用display ospf peer查看。

OSPF三大表项 - LSDB

对于OSPF的LSDB，需要了解：
LSDB会保存自己产生的及从邻居收到的LSA信息，本例中R1的LSDB包含了三条LSA。
Type标识LSA的类型，AdvRouter标识发送LSA的路由器。
使用命令行display ospf lsdb查看LSDB表。

OSPF三大表项 - OSPF路由表
对于OSPF的路由表，需要了解：
OSPF路由表和路由器路由表是两张不同的表。本例中OSPF路由表有三条路由。
OSPF路由表包含Destination、Cost和NextHop等指导转发的信息。
使用命令display ospf routing查看OSPF路由表。

OSPF报文格式和类型

OSPF一共定义了5种类型的报文，不同类型的OSPF报文有相同的头部格式。
OSPF报文直接采用IP封装，在报文的IP头部中，协议号为89。

OSPF工作过程

建立邻居关系

OSPF工作过程概览

建立邻居关系

OSPF使用Hello报文发现和建立邻居关系。
在以太网链路上，缺省时，OSPF采用组播的形式发送Hello报文（目的地址224.0.0.5）。
OSPF Hello报文中包含了路由器的Router ID、邻居列表等信息。

Hello报文

Hello报文的主要作用：
邻居发现：自动发现邻居路由器。
邻居建立：完成Hello报文中的参数协商，建立邻居关系。
邻居保持：通过周期性发送和接收，检测邻居运行状态。

重要字段解释
Network Mask：发送Hello报文的接口的网络掩码。
HelloInterval：发送Hello报文的时间间隔。通常为10s。
RouterDeadInterval：失效时间。如果在此时间内未收到邻居发来的Hello报文，
则认为邻居失效。通常为40s。
Neighbor：邻居，以Router ID标识。
其它字段解释
Options：
E：是否支持外部路由
MC：是否支持转发组播数据包
N/P：是否为NSSA区域
Router Priority：DR优先级。默认为1。如果设置为0，则路由器不能参与DR或
BDR的选举。
Designated Router：DR的接口地址。
Backup Designated Router：BDR的接口地址

OSPF邻居建立的6个条件：

接口正确network宣告
router-id不同
Area区域号相同
Hello Interval/RouterDeadInterval相同
认证相同
MA网络掩码mask相同
特殊区域相同

建立邻接关系

DD报文部分字段解释
I：当发送连续多个DD报文时，如果这是第一个DD报文，则置为1，否则置为0。
M (More)：当发送连续多个DD报文时，如果这是最后一个DD报文，则置为0。否则置为1，表示后面还有其他的DD报文。
MS (Master/Slave)：当两台OSPF路由器交换DD报文时，首先需要确定双方的主从关系，Router ID大的一方会成为Master。当值为1时表示发送方为Master。
DD sequence number：DD报文序列号。主从双方利用序列号来保证DD报文传输的可靠性和完整性。

DD报文

DD报文包含LSA头部信息，包括LS Type、LS ID、Advertising Router、LS Sequence Number、LS Checksum。

其他字段解释
Interface MTU：指示在不分片的情况下，此接口最大可发出的IP报文长度。在两个邻居发送DD报文中包含MTU参数，如果收到的DD报文中MTU和本端的MTU不相等，则丢弃该DD报文。缺省情况下，华为设备未开启MTU检查。
Optinons：字段同Hello报文。

R1开始向R2发送LSR报文，请求那些在Exchange状态下通过DD报文发现的、并且在本地LSDB中没有的链路状态信息。
R2向R1发送LSU报文，LSU报文中包含了那些被请求的链路状态的详细信息。R1在完成LSU报文的接收之后，且没有其他待请求的LSA后，会将邻居状态从Loading变为Full。
R1向R2发送LSAck报文，作为对LSU报文的确认。

全局LSDB同步

第一次接入FULL状态时，会进行LSDB全局同步
之后有状态变化时，会进行部分更新
为保证区域内的所有设备LSDB相同，每1800s即30分钟会自动进行一次全局更新
每3600s即一个小时，LSA一直没有得到其他设备的更新，就会触发超时，成为LAS超时，计时器超时就会使LAS失效

OSPF邻居状态的7个状态

DOWN
发出Hello报文，没有发现邻居
INIT
收到邻居的Hello报文，报文中没有邻居
2-WAY
收到邻居的Hello报文，报文中有邻居
EXSTART
选举主从
EXCHANGE
交互DD报文
LOADING
交互DD报文，通过LSR,LSU,LSACK进行LSDB的同步
FULL
LSDB同步完成，没有需要待请求的LSA

DR与BDR的作用

MA网络中的问题
n×(n−1)/2个邻接关系，管理复杂。
重复的LSA泛洪，造成资源浪费。

解决办法：
在MA网络中选举DR：
DR（Designated Router，指定路由器）负责在MA网络建立和维护邻接关系并负责LSA的同步。
DR与其他所有路由器形成邻接关系并交换链路状态信息，其他路由器之间不直接交换链路状态信息。
为了规避单点故障风险，通过选举BDR（Backup Designated Router，备份指定路由器），在DR失效时快速接管DR的工作。

DR与BDR的选举规则

DR/BDR的选举是非抢占式的。
DR/BDR的选举是基于接口的。
接口的DR优先级越大越优先。
接口的DR优先级相等时，Router ID越大越优先。

不同网络类型中DR与BDR的选举操作

OSPF网络类型	常见链路层协议	是否选举DR	是否和邻居建立邻接关系
Point-to-point	PPP链路；HDLC链路	否	是
Broadcast	以太网链路	是	DR与BDR 、DRother建立邻接关系 BDR与DR 、DRother建立邻接关系 DRother之间只建立邻居关系
NBMA	帧中继链路	是	DR与BDR 、DRother建立邻接关系 BDR与DR 、DRother建立邻接关系 DRother之间只建立邻居关系
P2MP	需手工指定	否	是

可按需调整设备接口的OSPF网络类型

OSPF的网络类型是根据接口的数据链路层封装自动设置的。
图中的路由器采用以太网接口互联，因此这些接口的网络类型缺省均为Broadcast。
每段链路实际上都是点对点链路，因此在链路上选举DR与BDR是没有必要的。
为了提高OSPF的工作效率，加快邻接关系的建立过程，可以把这些互联接口的网络类型都修改为P2P。

在接口配置视图中使用ospf network { p2p | p2mp | broadcast | nbma }即可修改该接口的网络类型

OSPF排错思路

测直连 ping
检查接口、环回口是否正确宣告 display ospf inteface display current-confaguration interface
检查OSPF报错信息 display ospf errors
检查ospf配置 display current-cofiguration configuration ospf

OSPF的基本配置

配置命令介绍

启动OSPF进程,进入OSPF视图。
[Huawei] ospf [ process-id | Router ID Router ID ]
路由器支持OSPF多进程,进程号是本地概念,两台使用不同OSPF进程号设备之间也能够建立邻接关系。
创建并进入OSPF区域视图
[Huawei-ospf-1] area area-id
在OSPF区域中使能OSPF
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0] network network-address wildcard-mask
执行该命令配置区域所包含的网段。设备的接口IP地址掩码长度≥network命令指定的掩码长度,且接口的主IP地址必须在network命令指定的网段范围内,此时该接口才会在相应的区域内激活OSPF。network宣告的作用：
network的通配符正确理解限定宣告的范围,和具体产生的路由条目没有直接关系路由的掩码长度，由接口的实际配置决定:特殊:环回口在默认情况下总是产生32位路由
接口视图下使能OSPF:
[Huawei-GigabitEthernet1/0/0] ospf enable process-id area area-id
ospf enable命令用来在接口上使能OSPF,优先级高于network命令。
接口视图下:设置选举DR时的优先级
[Huawei-GigabitEthernet1/0/0] ospf dr-priority priority
缺省情况下,优先级为1。
接口视图下:设置Hello报文发送的时间间隔
[Huawei-GigabitEthernet1/0/0] ospf timer Hello interval
缺省情况下,P2P、Broadcast类型接口发送Hello报文的时间间隔的值为10秒,且同一接口上邻居失效时间是Hello间隔时间的4倍
接口视图下:设置网络类型
[Huawei-GigabitEthernet1/0/0] ospf network-type { broadcast | nbma | p2mp | p2p }
缺省情况下,接口的网络类型根据物理接口而定。以太网接口的网络类型为广播,串口和POS口(封装PPP协议或HDLC协议时)网络类型为P2P。

环回口路由无论是多少位，邻居接受到的这条路由都是32位
除非把环回口网络类型更改为broadcast
接口上产生的路由掩码不是由network命令宣告觉得的，还是接口原本配置的掩码

OSPF配置举例

基础数据说明：每台设备的Router ID为10.0.x.x，其中x为路由器的编号，例如R5的Router ID为10.0.5.5。设备之间的互联IP地址为10.0.xy(z).x(y/z)/24其中xyz为路由器编号，编号小的放到前面，例如R2 GE0/0/1接口的IP地址为10.0.235.2/24。
拓扑说明：五台路由器均工作在区域0。

以R2为例：
[R2]ospf 1 router-id 10.0.2.2
[R2-ospf-1]area 0.0.0.0
[R2-ospf-1-area-0.0.0.0] network 10.0.12.0 0.0.0.255
[R2-ospf-1-area-0.0.0.0] network 10.0.24.2 0.0.0.0
[R2-ospf-1-area-0.0.0.0] network 10.0.35.2 0.0.0.0

OSPF配置验证

display ospf interface all可查看当前设备所有激活OSPF的接口信息：
时间参数，例如Hello报文发送间隔，死亡时间。
接口的链路类型、接口的MTU。
对于以太网链路，可查看DR的接口地址，DR的优先级。

[R2]display ospf interface all
OSPF Process 1 with Router ID 10.0.2.2
Area: 0.0.0.0
Interface: 10.0.12.2 (GigabitEthernet0/0/0)
Cost: 1 State: DR Type: Broadcast MTU: 1500 Priority: 1
Designated Router: 10.0.12.2
Backup Designated Router: 10.0.12.1
Timers: HELLO 10 , Dead 40 , Poll 120 , Retransmit 5 , Transmit Delay 1
Interface: 10.0.235.2 (GigabitEthernet0/0/1)
Cost: 1 State: DROther Type: Broadcast MTU: 1500 Priority: 1
Designated Router: 10.0.235.5
Backup Designated Router: 10.0.235.3
Timers: HELLO 10 , Dead 40 , Poll 120 , Retransmit 5 , Transmit Delay 1
Interface: 10.0.24.2 (Serial1/0/1) --> 10.0.24.4
Cost: 48 State: P-2-P Type: P2P MTU: 1500
Timers: HELLO 10 , Dead 40 , Poll 120 , Retransmit 5 , Transmit Delay 1

display ospf peer可查看当前设备的邻居状态：
邻居路由器的Router ID。
邻居状态，例如FULL，TWO-WAY，DOWN等。

<R2>display ospf peer
OSPF Process 1 with Router ID 10.0.2.2
Area 0.0.0.0 interface 10.0.12.2(GigabitEthernet0/0/0)'s neighbors
Router ID: 10.0.1.1 Address: 10.0.12.1
 State: Full Mode:Nbr is Slave Priority: 1
 DR: 10.0.12.2 BDR: 10.0.12.1 MTU: 0
 Dead timer due in 28 sec
 Retrans timer interval: 5
 Neighbor is up for 00:01:31
 Authentication Sequence: [ 0 ]
Area 0.0.0.0 interface 10.0.235.2(GigabitEthernet0/0/1)'s neighbors
Router ID: 10.0.3.3 Address: 10.0.235.3
 State: Full Mode:Nbr is Master Priority: 1
 DR: 10.0.235.5 BDR: 10.0.235.3 MTU: 0
 Dead timer due in 30 sec
 Retrans timer interval: 5
 Neighbor is up for 00:01:31
 Authentication Sequence: [ 0 ]

在P2P网络中不需要选举DR/BDR。因此在本例中，查看R2的OSPF邻居表时，会发现其Serial1/0/1接口的数据结构中DR/BDR字段为None。

<R2>display ospf peer
OSPF Process 1 with Router ID 10.0.2.2
Area 0.0.0.0 interface 10.0.235.2(GigabitEthernet0/0/1)'s neighbors
Router ID: 10.0.5.5 Address: 10.0.235.5
 State: Full Mode:Nbr is Master Priority: 1
 DR: 10.0.235.5 BDR: 10.0.235.3 MTU: 0
 Dead timer due in 40 sec
 Retrans timer interval: 0
 Neighbor is up for 00:01:27
 Authentication Sequence: [ 0 ]
Area 0.0.0.0 interface 10.0.24.2(Serial1/0/1)'s neighbors
Router ID: 10.0.4.4 Address: 10.0.24.4
 State: Full Mode:Nbr is Master Priority: 1
 DR: None BDR: None MTU: 0
 Dead timer due in 35 sec
 Retrans timer interval: 5
 Neighbor is up for 00:01:56
 Authentication Sequence: [ 0 ]

display ospf lsdb可查看当前设备的LSDB：
LSDB由多种类型的LSA构成，所有的LSA都有相同的报文头部格式，其中关键字段如Type、LinkState ID、AdvRouter等。下节课程将重点介绍LSA的详细信息

<R2>display ospf lsdb
OSPF Process 1 with Router ID 10.0.2.2
Link State Database
 Area: 0.0.0.0
R2
R3 R5
R1
R4
SW1 Type LinkState ID AdvRouter Age Len Sequence Metric
Router 10.0.4.4 10.0.4.4 662 72 80000006 48
Router 10.0.2.2 10.0.2.2 625 72 8000000C 1
Router 10.0.1.1 10.0.1.1 638 60 80000007 1
Router 10.0.5.5 10.0.5.5 634 60 8000000B 1
Router 10.0.3.3 10.0.3.3 639 60 80000009 1
Network 10.0.235.5 10.0.5.5 634 36 80000005 0
Network 10.0.12.2 10.0.2.2 629 32 80000003 0

display ospf routing可查看当前设备的OSPF路由表：
从R2的OSPF路由表可看出，它已经通过OSPF获知到达全网的路由。

<R2>display ospf routing
OSPF Process 1 with Router ID 10.0.2.2
 Routing Tables
R2
R3 R5
R1
R4
SW1
Destination Cost Type NextHop AdvRouter Area
10.0.12.0/24 1 Transit 10.0.12.2 10.0.2.2 0.0.0.0
10.0.24.0/24 48 Stub 10.0.24.2 10.0.2.2 0.0.0.0
10.0.235.0/24 1 Transit 10.0.235.2 10.0.2.2 0.0.0.0
10.0.13.0/24 49 Stub 10.0.12.1 10.0.1.1 0.0.0.0
10.0.13.0/24 49 Stub 10.0.235.3 10.0.3.3 0.0.0.0
10.0.45.0/24 49 Stub 10.0.235.5 10.0.5.5 0.0.0.0

posted @ 2024-12-01 09:58 Liam-Wu 阅读(25) 评论(0) 编辑收藏举报

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LiamWu

Network-Engineer

Datacom-HCIP-07 OSPF基础

动态路由协议简介

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链路状态路由协议 - LSA泛洪

链路状态路由协议 - SPF计算

链路状态路由协议 - 路由表生成

链路状态路由协议总结

OSPF简介

OSPF概述

OSPF应用场景

OSPF基础术语 - Router ID

OSPF基础术语 - 区域

OSPF基础术语 - 度量值

OSPF三大表项 - 邻居表

OSPF三大表项 - LSDB

OSPF报文格式和类型

OSPF工作过程

建立邻居关系

OSPF工作过程概览

建立邻居关系

Hello报文

OSPF邻居建立的6个条件：

建立邻接关系

DD报文

全局LSDB同步

OSPF邻居状态的7个状态

DR与BDR的作用

DR与BDR的选举规则

不同网络类型中DR与BDR的选举操作

可按需调整设备接口的OSPF网络类型

OSPF排错思路

OSPF的基本配置

配置命令介绍

OSPF配置举例

公告