OSPF—开放最短路径优先协议详解---附：OSPF LSA 详解
OSPF：开放式最短路径优先协议
无类别链路状态路由协议---公有协议--组播更新协议：224.0.0.5/6
触发更新、周期更新（30min）；跨层封装到网络层--协议号89
基于LSA更新导致更新量很大-----需要为中大型网络服务---周期的维护---结构化部署
结构化部署--区域划分、地址规划
数据包---5种基本数据包
HELLO -- 邻居的发现、建立、保活
DBD --数据库描述包 -- 数据库目录信息
LSR --链路状态请求
LSU ---链路状态更新---携带各种LSA
LSack ----链路状态确认
OSPF的状态机
Down：本地一旦发出hello包，进入下一状态
Init初始化：本地接收到的hello包中若存在本地的RID，进入下一状态
2way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网络将进行DR/BDR选举（40S），非DR/BDR间不能进入下一状态；
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
Exchange准交换：使用真正的DBD进行数据库目录的共享，需要ACK；
Loading 加载：使用LSR/LSU/LSack来获取未知的LSA信息；
Full转发：邻接关系建立的标志；
OSPF的工作过程
启动配置完成后，本地收发hello包，建立邻居关系，生成邻居表；
再进行条件的匹配，匹配失败将停留于邻居关系，仅hello包周期保活即可；
匹配成功者间可以建立邻接（毗邻）关系，需要DBD共享数据库目录，LSR/LSU/LSack来获取未知的LSA信息，当收集完网络中所有的LSA后，生成数据表--LSDB
LSDB建立完成后，本地基于SPF选路规则，计算本地到达所有未知网段的最短路径，然后将其加载到路由表中；完成收敛
收敛完成后--hello包周期保活
-- 30min周期的DBD比对，若不一致将使用LSR/LSU/LSack重新获取
结构突变：
- 新增网段---直连新增网段的设备使用DBD告知邻居，邻居再使用LSR/LSU/LSack来获取
- 断开网段---直连断开网段的设备使用DBD告知邻居，邻居再使用LSR/LSU/LSack来获取
- 无法沟通---dead time 计时到后，邻居关系断开，删除所有从该邻接处学习到的所有LSA信息；
名词注解：
LSA：链路状态通告--在不同条件下产生不同的拓扑或路由信息，被分为各种类别；
LSDB：链路状态数据库---所有的LSA的集合
OSPF收敛：LSA洪泛 LSDB同步
配置：
r1(config)#router ospf 1 //启动时需要配置进程号，仅具有本地意义
r1(config-router)#router-id 1.1.1.1
router-id全网唯一 router-id顺序：手工----环回接口上最大数值的ip地址----物理接口最大数值----无进程
宣告：1、激活 2、拓扑 3、区域划分
r1(config-router)#network 1.1.1.1 0.0.0.0 area 0
r1(config-router)#network 12.1.1.1 0.0.0.0 area 0
在宣告时必须携带反掩码
区域划分规则：
- 星型结构------所有非骨干必须直连到骨干区域 区域0为骨干 大于0为非骨干
- ABR--区域边界路由器
启动配置完成后，邻居间使用hello包建立邻居关系，生成邻居表：
Hello包----用于邻居的发现、关系的建立和保活
邻居间hello包中必须有4个参数完成一致，否则无法建立邻居关系：
- hello 和dead time 2、区域ID 3、认证字段 4、末梢区域标记
r2#show ip ospf neighbor 查看邻居表
Neighbor ID Pri State Dead Time Address Interface
1.1.1.1 0 FULL/ - 00:00:32 12.1.1.1 Serial1/0
3.3.3.3 0 FULL/ - 00:00:36 23.1.1.2 Serial1/1
状态机
邻居关系建立后，进行条件匹配，匹配失败为邻居关系，hello包周期保活即可；
匹配成功将使用DBD/LSR/LSU/LSack获取未知的LSA信息，生成LSDB---数据库表：
r2#show ip ospf database 查看数据库的目录
r2#show ip ospf database router 1.1.1.1 具体查看某条LSA
类别 番号
DBD包：exstart和exchange均出现； exstart状态时，没有携带目录信息，仅用于主从关系选举；
- DBD包中携带MTU，强制要求邻接间MTU值必须一致，否则将卡在该状态
- 在exstart状态的DBD时，使用隐型确认；---基于序列号
从使用主的DBD序号来确认主的信息
- 标记位 I 为1标识本地发出的第一个DBD 包
M为0标识本地的发出最后一个DBD包
MS为1标识主，为0标识从
当LSDB同步完成后，本地基于数据库最短选路规则，计算到达所有未知网段的最短路径，然后将其加载到路由表中：
O - OSPF, IA - OSPF inter area
N1 - OSPF NSSA external type 1, N2 - OSPF NSSA external type 2
E1 - OSPF external type 1, E2 - OSPF external type 2
使用O标识OSPF本区域内通过拓扑计算所得路由
使用O IA标识其他区域路由器通过ABR导入所得
使用O E1/2标识其他协议或其他进程产生后，通过ASBR重发布进入
使用O N1/2标识其他协议或其他进程产生后，通过ASBR重发布进入，同时本地处于NSSA特殊区域；
管理距离为110；度量为cost值；
Cost值=开销值=参考带宽/接口带宽 默认参考带宽为100M；
OSPF优选cost值之和最小的路径；
注：到接口实际带宽大于参考带宽时，度量为1；可能导致选路不佳
可以修改默认的参考带宽，切记整个网络所有设备参考带宽需一致
r1(config-router)#auto-cost reference-bandwidth ?
<1-4294967> The reference bandwidth in terms of Mbits per second
r1(config-router)#auto-cost reference-bandwidth 1000
OSPF的邻居建立成为邻接关系的条件
基于网络类型------点到点 MA多路访问
在点到点网络中，邻居关系必须成为邻接关系，否则无法正常收敛
在MA网络若全网均为邻接关系，那么将可能出现大量重复性的LSA洪泛；
为避免该现象，将进行DR/BDR的选举；所有的非DR/BDR间不得建立成为邻接关系；
选举规则：1、先比较接口优先级----- 默认1；大优；0标识不参选，点到点接口默认为0；
2、优先级相同，比较设备的RID，数值大优；
干涉选举的方法：
- 修改DR最大优先级，BDR次大
r1(config)#interface fastEthernet 0/0
r1(config-if)#ip ospf priority 3
注：DR选举非抢占，故修改优先级后必须重启设备的OSPF进程
r1#clear ip ospf process
Reset ALL OSPF processes? [no]: yes
- 修改DR最大优先级，BDR次大；剩余所有设备优先级修改为0；
不需要重启设备的进程；切记不得将所有设备优先级修改为0，至少必须存在DR；
- OSPF的接口网络类型----OSPF协议在不同网络类型下的接口上，不同的工作方式；
OSPF接口工作方式
r1#show ip ospf interface lo0 查看OSPF协议在某个接口上的工作方式
网络类型 OSPF接口工作方式
环回 LOOPBACK 无hello包 以32位主机掩码发送路由
点到点（HDLC/PPP） POINT_TO_POINT hello time 10s 不选DR
BMA （以太网） BROADCAST hello time 10s 选DR
NBMA （MGRE） POINT_TO_POINT hello time 10s 不选DR
注：点到点的工作方式，仅适用于一个网段两个节点的网络；
故在MGRE环境下若适用tunnel口默认的工作方式，那么一个网段内若存在两个以上节点将出现邻居关系翻滚；
解决方法：
- 所有节点修改 BROADCAST
r1(config)#interface tunnel 0 r1(config-if)#ip ospf network broadcast //修改接口工作方式为broadcast注：若MGRE环境下，不同接口处于不同的网络类型；若hello time一致将建立邻居关系，当工作机制的不同导致LSA更新出现问题；必须所有节点处于相同的工作方式
注2：MGRE环境下，若构建的OSPF工作环境不是一个全连结构（网段内所有设备间均建立邻居关系），那么一旦使用broadcast工作方式，就必须将DR固定在中心站点位置，否则将出现DR位置混乱，导致网络无法正常收敛；
- 所有节点修改为点到多点模式；
点到多点为cisco为OSPF协议额外设置的工作方式
r1(config)#interface tunnel 0
r1(config-if)#ip ospf network point-to-multipoint
点到多点的工作：hello time30；无DR选举；生成访问各个节点的精确路由；
OSPF的不规则区域
【1】远离骨干的非骨干区域 ----ABR必须同时工作于区域0，才能进行区域间的路由共享
【2】不连续骨干---从X区域获取到的路由信息不得发往编号为X的区域；即便X区域连接
了本区域不同的ABR；---水平分割
解决方案：
- 普通tunnel---在两台ABR上建立隧道，然后将其宣告于OSPF协议中
缺点：周期的保活和更新，触发的信息均需要通过中间的穿越区域，对中间区域影响较大；
选路不佳；
OSPF协议若通过不同的区域学习到的相同的路由，优选区域0；若均为非骨干，比较度量值；
- OSPF虚拟路---非骨干区域间的ABR到骨干区域的ABR处授权--建立一条虚链路
r2(config)#router ospf 1
r2(config-router)#area 1 virtual-link 4.4.4.4中间的穿越区域 对端的ABR的RID
因为没有新的网段出现，故选路正常；为了避免周期的信息对中间区域的影响，故停止虚链路间的所有周期行为-----不可靠
- 多进程双向重发布
一台设备上若同时运行多个进程，那么不同进程拥有不同的RID，生成各自的数据库，当数据库不共享；仅将各自计算所得路由加载于同一张路由表内；若多个进程工作于同一个接口上，仅最新启动的进程生效；
在解决不规则区域时，让连接两个非骨干区域的ABR设备，将不同区域宣告到本地的不同进程下，之后使用重发布技术，进行路由共享即可；
r4(config)#router ospf 1
r4(config-router)#redistribute ospf 2 subnets
r4(config-router)#exit
r4(config)#router ospf 2
r4(config-router)#redistribute ospf 1 subnetsOSPF的数据库表
OSPF协议基于LSU来共享LSA信息；
LSA--链路状态通告----拓扑或者路由信息
在不同的条件下发出不同类别的LSA；
详细查看某条LSA：
r1#show ip ospf database router 1.1.1.1
类别名 link-id
无论哪种类别的LSA均存在以下参数：
LS age: 142 老化时间，周期1800归0，也可触发归0；最大老化3609s
Options: (No TOS-capability, DC)
LS Type: Router Links 类别名，此处为1类
Link State ID: 1.1.1.1 link-ID，在目录中的编号
Advertising Router: 1.1.1.1 通告者的RID
LS Seq Number: 80000004
Checksum: 0x65F9
Length: 60
Number of Links: 3
传播范围 通告者 携带信息
LSA1 router 本区域 本地区域所有设备 本地的直连拓扑
LSA2 network 本区域 DR MA网段部分的拓扑
LSA3 Summary 整个OSPF域 ABR O IA 域间路由
LSA4 asbr-summary 除ASBR所在区域外 ABR ASBR位置
的整个OSPF域
LSA5 External 整个OSPF域 ASBR O E 域外路由
LSA7 nssa-external NSSA区域内 ASBR O N 域外路由
离开该区域后转换回5类
Link-ID 通告者
LSA1 router 通告者的RID 本地区域所有设备
LSA2 network DR的接口IP地址 DR
LSA3 Summary O IA路由，目标网络号 ABR，在经过下一跳ABR时，修改为本地
LAS4 asbr-summary ASBR的RID ABR，在经过下一跳ABR时，修改为本地
LSA5 External O E 路由，目标网络号 ASBR（不修改）
LSA7 nssa-external O N路由，目标网络号 ASBR（不修改）
扩展配置
减少LSA的更新量
【1】手工汇总
- 域间路由汇总---只能在ABR上配置
r1(config)#router ospf 1
r1(config-router)#area 2 range 5.5.4.0 255.255.252.0
通过该区域的1/2类LSA计算所得路由才能汇总成功
- 域外路由汇总---ASBR上配置
r4(config)#router ospf 1
r4(config-router)#summary-address 99.1.0.0 255.255.252.0
注：以上汇总均会自动生成空接口防环路由；
【2】特殊区域--不能为骨干区域、不能存在虚链路
不能存在ASBR
- 末梢区域---拒绝4/5的LSA，ABR自动产生3类缺省发向该区域
r5(config)#router ospf 1
r5(config-router)#area 1 stub 该区域所有的设备均需要配置
- 完全末梢区域--在末梢区域的基础上进一步拒绝3的LSA，仅保留一条3类的缺省
先将该区域配置为末梢区域，然后仅在ABR上定义完全即可
r1(config-router)#area 2 stub no-summary
存在ASBR
NSSA--非完全末梢区域--该区域拒绝4/5类LSA；不自动产生3类缺省；本地的5类LSA基于7类转发，通过NSSA区域后转回5类；
该特殊区域的意义在于拒绝其他区域的ASBR产生的4/5数据，又为了避免环路的出现，默认不自动产生缺省路由，导致无法访问其他的域外网段；故在管理员确定无环的情况下，可以手工添加缺省路由
r4(config)#router ospf 1
r4(config-router)#area 1 nssa 该区域所有设备配置
完全NSSA--在NSSA的基础上进一步拒绝3的LSA，自动产生3类缺省
先将该区域配置为NSSA，然后仅在ABR上定义完全即可
r3(config)#router ospf 1
r3(config-router)#area 1 nssa no-summary
切记：ISP所在位置的非骨干区域不得配置为任何的特殊区域；
若ISP连接在其他的协议时，连接该协议的非骨干区域也不得配置为任何特殊区域；
接口认证
接口明文
r1(config)#interface s1/1 //连接邻居的接口上配置 r1(config-if)#ip ospf authentication //开启接口明文认证需要，开启后本地hello包中认证类型字段被修改，若邻居间不一致，将无法建立邻居关系 r1(config-if)#ip ospf authentication-key cisco //定义明文认证的秘钥接口密文
r2(config)#interface s1/1 r2(config-if)#ip ospf authentication message-digest // 开启密文认证需要 r2(config-if)#ip ospf message-digest-key 1 md5 cisco123 // 配置秘钥及编号
区域认证：
例：在R1上开启关于区域0的明文或密文认证；实际就是在R1上所有的区域0接口配置了明文或密文的认证需求，修改了认证类型字段而已
接口的秘钥还需要到各个接口上逐一匹配
r2(config)#router ospf 1 r2(config-router)#area 1 authentication //区域明文 r2(config-router)#area 1 authentication message-digest //区域密文
虚链路认证
明文认证
r2(config-router)#area 1 virtual-link 4.4.4.4 authentication //先开启明文认证需求 r2(config-router)#area 1 virtual-link 4.4.4.4 authentication-key cisco //在配明文认证密码密文认证
r2(config-router)#area 1 virtual-link 4.4.4.4 authentication message-digest r2(config-router)#area 1 virtual-link 4.4.4.4 message-digest-key 1 md5 cisco123
被动接口---只接收不发送路由协议信息，仅用于连接用户的接口，不得用于连接邻居的接口
r2(config)#router ospf 1
r2(config-router)#passive-interface fastEthernet 0/0 //把接口改为被动加快收敛
r2(config)#interface s1/1
r2(config-if)#ip ospf hello-interval 10 //修改hello time
r2(config-if)#ip ospf dead-interval 40 //修改dead time切记：修改本端的hello time，本端的dead time将自动4倍关系匹配；
邻居间hello 和 dead time必须一致；
