OSPF路由协议基础免费科普

1、作者:日期:OSPF路由协议基础(一)OSPF(Open Short Path First)最优路径算法路由协议。OSPF路由协议的Distanee值为110，它拥有一个Metric值，此值是OSPF路由协议用来衡量链 路好坏的，当一条链路的 Metric值越小，则证明此条链路越好，反之此条链路越 差。路由协议按数据传输方式分，分为有类(Classfull )和无类(Classless)两种，有 类路由协议是指传输可达性路由信息(NLRI)时不带子网掩码；无类路由协议是 指传输可达性路由信息(NLRI)时带子网掩码。路由协议按数据传输类型分，分为 距离向量(Distanee Vector )和

2、链路状态(Link State )两种，距离向量(DV)路 由协议没有路由器ID( Router-ID),并且只传递可达性路由信息(NLRI);链路状 态(LS)路由协议限制每一台路由器必须要有一个未被使用过的路由器ID(Router ID)，而且它无条件转发任何从邻居传来的可达性路由信息(NLRI).OSPF路由协议基础(二)距离向量路由协议：此时，假如RouterA后面有一个1.0网段，RouterB后面有一个2.0网段,RouterA 告诉RouterB通过我(RouterA)可以到达1。0网段，RouterB告诉RouterC通 过我(RouterB )可以到达1。0网段，此时,Rou

3、terA到达1.0网段的路断了，那么, 他会查找它的邻居RouterB,而此时RouterC也要到1。0网段，他也会去查找它 的邻居RouterB，这时RouterB的路由表里有1。0网段的路由,RouterA和 RouterC都会将数据发到RouterB，可是，RouterB到不了 1。0网段，这样就 形成了路由环路.各种距离向量路由协议都有它自己解决路由环路的方法，在此 暂不讨论。链路状态路由协议：在这里，我们用上面的例子继续讨论，因为在之前我曾提到过链路状态路由协议 无条件转发任何从邻居传来的可达性路由信息(NLRI)，所以，RouterA告诉RouterB 我(RouterA )可以到

4、达 1.0 网段后,RouterB 将告诉 RouterC 从 RouterA 那里可到达1。0网段,RouterC将一个数据包发往1.0网段时，会查找路由表， 得知从RouterA那里可以到达1。0网段，此时RouterC查找邻居表，得知到 RouterA那里要经过RouterB，这样，数据包就可以从RouterC发到1。0网段。当RouterA到达1。0网段的路断了，那么，因为 RouterB和RouterC的路由 表中都是知道通过RouterA才能到达1。0网段，所以，此时就不会出现路由环路.OSPF路由协议基础(三) 链路状态路由协议有四种网络结构：1、有广播多层访问(Broadcas

5、t Multi Access ):Hello包间隔：10秒；Down判定40秒.每10秒发一次Hello包，当40秒还未 收到回应时认为路由器 Down掉.2、无广播多层访问(None Broadcast Multi Access):Hello包间隔：30秒;Down判定120秒。每30秒发一次Hello包，当120秒还 未收到回应时认为路由器Down掉。3、点对点(Point toPoint):Hello包间隔:10秒；Down判定40秒。每10秒发一次Hello包，当40秒还未收 到回应时认为路由器Down掉。4、点对多点(Point to Multi Point):Hello包间隔：30

6、秒;Down判定120秒。每30秒发一次Hello包，当120秒还 未收到回应时认为路由器Down掉.OSPF路由协议基础(四)OSPF协议号：89。OSPF协议要想连通，需要经历两个阶段，第一个阶段是建立邻居关系，第二个阶段是建立邻接关系.OSPF有三个表，他们分别是邻居表(Neighbor Table )，它的作用是帮助路由器找 邻居；第二个表是链路状态数据库(Link State Database,LSDB )，它的作用是 帮助路由器找到最优路径；第三个表是路由表(Route Table )，它的作用是存放 最优路径。OSPF的路由器状态：1、建立邻居关系：(1) Down : Init

7、 ：(3) Two-Way:2、建立邻接关系：(1) Exstart:(2) Exchange :(3) Loading :(4) Full:运行OSPF路由协议的网络需要一台路由器专门进行计算路由，这台路由器在OSPF域内叫做DR(Design Router),在OSPF域内，还有一台备用的 DR叫做 BDR，OSPF路由协议会自动选择DR和BDR.首先，路由器先比优先级(Priority)，优先级高的就成为DR，次高的为BDR，优先级为0的为DROther， 不能成为DR和BDR，DROther与DROther之间只能到达Two Way关系。 如果，优先级相同，那么就比较路由器ID( Ro

8、uter-ID )，路由器ID大的为DR, 次大的为BDR。OSPF路由协议基础(五)区域OSPF :OSPF有种区域类型，分别是：1、骨干区域(BackBone Area)2、标准区域(Standard Area):3、末节区域(Stub Area):4、完全末节区域(Total Area ):5、非完全末节区域(Not-So-Stubby Area ):骨干区域为 Area 0。在区域内OSPF是链路状态(LS)路由协议,而域间OSPF是距离向量(DV)路由 协议。我建议，所有分支区域全都与骨干区域直连。虽然不直连也是可以的，可以打一条虚链路(Visual Link),但是这样会大量消耗路

9、由器的 CPU，所以我不建议大家 这样配置.OSPF的消息包类型:1、LSA Type 12、LSA Type 23、LSA Type 34、LSA Type 45、LSA Type 56、LSA Type 67、LSA Type 7任意路由器皆可以产生。由DR产生。区域间路由信息，由ABR (边关路由器)产生不要求知道，如要了解详细信息，可参考相关RFC文档区域外路由信息，由ASBR(区域外边关路由器)产生。不要求知道，如要了解详细信息，可参考相关RFC文档由ASBR产生，NSSA区域内部独有。我认为，在做一个项目时，可以考虑一下，区域内或自治系统内部使用OSPF路由协议，而边关路由器使用B

10、GP路由协议，因为，OSPF路由协议的Distanee 值较高(OSPF 为 110，而 IS IS 为 115，RIPv2 为 120，IBGP 为 200)，并且 OSPF不会出现路由环路，相对比较严谨，问题较少。而边关路由器由于EBGP(外 部边关路由协议)Distanee值为20,仅比直连路由(Distanee为0)和静态路由(Distanee为0或1)要低，且BGP是用来管理的路由协议，可以根据情况是用 路由策略(如: Router Map， Distribute List，Filter List).以上为个人见解，仅供OSPF协议工作原理及其优缺点OSPF(Open Shortes

11、t Path First开放式最短路径优先 )是一个内部网关协议(Interior Gateway Protocol,简称 IGP)，用于在单一自治系统(autonomoussystem,AS)内决策路由.链路是路由器接口的另一种说法，因此OSPF也称为接口状态路由协议。 OSPF通过路由器之间通告网络接口的状态来建立链路状态数据库，生成最短路径树，每个 OSPF路由器使用这些最短路径构造路由表.OSPF路由协议是一种典型的链路状态(Link-state )的路由协议，一般用于同一个路由域内。在这里，路由域是指一个自治系统 (Autonomous System),即 AS ，它是指一组通过统一

12、的路由政策或路由协议互相交换路由信息的网络。 在这个 AS 中，所有的 OSPF 路由器 都维护一个相同的描述这个 AS 结构的数据库 ,该数据库中存放的是路由域中相应链路的状 态信息， OSPF 路由器正是通过这个数据库计算出其 OSPF 路由表的。 作为一种链路状态的路由协议 ,OSPF 将链路状态广播数据包 LSA (Link State Advertisement )传送给在某一区域内的所有路由器，这一点与距离矢量路由协议不同。 运行距离矢量路由协议的路由器是将部分或全部的路由表传递给与其相邻的路由器 . 一 OSPF 的数据包 OSPF 的包类型 :1 HELLO 12 Databa

13、se Description数据库的描述 DBD 可靠3 Link-state Request 链路状态请求包 LSR 可靠4 Link-state Update 链路状态更新包 LSU 可靠5 Link-state Acknowledment 链路状态确认包 LSACK1 。 Hello 协议的目的：1 。用于发现邻居2 。在成为邻居之前 , 必须对 Hello 包里的一些参数协商成功3 。 Hello 包在邻居之间扮演着 keepalive 的角色4. 允许邻居之间的双向通信5。它在 NBMA(Nonbroadcast Multi access) 网络上选举 DR 和 BDR(NBMA 中

14、默认30s 发送一次 , 多路访问和点对点网络上默认 10s 发送一次)2 。 Hello Packet 包含以下信息 :1. 源路由器的 RID2 。源路由器的 Area ID3. 源路由器接口的掩码4 。源路由器接口的认证类型和认证信息5. 源路由器接口的 Hello 包发送的时间间隔6 。源路由器接口的无效时间间隔7. 优先级8. DR/BDR9. 五个标记位( flag bit)10. 源路由器的所有邻居的 RID二 OSPF 的网络类型OSPF 定义的 5 种网络类型 :1 。点到点网络 , 比如 T1 线路 ,是连接单独的一对路由器的网络，点到点网络上的有效邻居 总是可以形成邻接关

15、系的 ,在这种网络上 ,OSPF 包的目标地址使用的是 224.0 。0 。5 ，这 个组播地址称为 AllSPFRouters 。2 。广播型网络 ,比如以太网 ,Token Ring 和 FDDI ，这样的网络上会选举一个 DR 和 BDR,DR/BDR 的发送的 OSPF 包的目标地址为 224.0 。0.5 ，运载这些 OSPF 包的帧的目 标MAC地址为0100 °5E00。0005;而除了 DR/BDR 以外的OSPF包的目标地址为 224.0 。0.6 ，这个地址叫 AllDRouters.3. NBMA 网络， 比如X.25 , Frame Relay,和ATM，不具

16、备广播的能力，因此邻居要人工 来指定，在这样的网络上要选举 DR 和 BDR,OSPF 包采用 unicast 的方式4 。点到多点网络 是 NBMA 网络的一个特殊配置，可以看成是点到点链路的集合 . 在这样 的网络上不选举 DR 和 BDR.5. 虚链接 : OSPF 包是以 unicast 的方式发送 所有的网络也可以归纳成 2 种网络类型：1 。传输网络( Transit Network)2. 末节网络( Stub Network )三 OSPF 的 DR 及 BDROSPF 路由器在完全邻接之前 , 所经过的几个状态 :1. Down ： 初始化状态。2 。 Attempt: 只适于

17、 NBMA 网络，在 NBMA 网络中邻居是手动指定的，在该状态下，路 由器将使用 HelloInterval 取代 PollInterval 来发送 Hello 包.3 。 Init: 表明在 DeadInterval 里收到了 Hello 包，但是 2-Way 通信仍然没有建立起来 .4. two-way:双向会话建立。5 。 ExStart: 信息交换初始状态， 在这个状态下， 本地路由器和邻居将建立 Master/Slave 关系，并确定 DD Sequence Number, 接口等级高的的成为 Master 。6. Exchange ： 信息交换状态，本地路由器向邻居发送数据库描述

18、包,并且会发送 LSR 用于请求新的 LSA 。7. Loading:信息加载状态 ,本地路由器向邻居发送LSR 用于请求新的 LSA 。8. Full ： 完全邻接状态 ,这种邻接出现在 Router LSA 和 Network LSA 中。在 DR 和 BDR 出现之前，每一台路由器和他的邻居之间成为完全网状的 OSPF 邻接关系， 这样 5 台路由器之间将需要形成 10 个邻接关系 ,同时将产生 25 条 LSA 。而且在多址网络 中,还存在自己发出的 LSA 从邻居的邻居发回来 ,导致网络上产生很多 LSA 的拷贝 ,所以基 于这种考虑，产生了 DR 和 BDR 。DR 将完成如下工作

19、 :1 。 描述这个多址网络和该网络上剩下的其他相关路由器。2. 管理这个多址网络上的 flooding 过程 .3. 同时为了冗余性，还会选取一个 BDR ，作为双备份之用。DR BDR 选取规则： DR BDR 选取是以接口状态机的方式触发的 .1. 路由器的每个多路访问 (multi access )接口都有个路由器优先级 (Router Priority),8位长的一个整数，范围是0到255,Cisco 路由器默认的优先级是1优先级为0的话将不能选举为 DR/BDR. 优先级可以通过命令 ip ospf priority 进行修改 .2。Hello 包里包含了优先级的字段 ,还包括了可

20、能成为 DR/BDR 的相关接口的 IP 地址。3. 当接口在多路访问网络上初次启动的时候，它把 DR/BDR 地址设置为 。0，同时 设置等待计时器 (wait timer )的值等于路由器无效间隔( Router Dead Interval) 。 DR BDR 选取过程：1。在和邻居建立双向 (2 Way )通信之后，检查邻居的 Hello 包中 Priority,DR 和 BDR 字段,列出所有可以参与 DR/BDR 选举的邻居 .所有的路由器声明它们自己就是 DR/BDR (Hello 包中 DR 字段的值就是它们自己的接口地址 ;BDR 字段的值就是它们自己的接口地 址)2。从这个有

21、参与选举 DR/BDR 权的列表中，创建一组没有声明自己就是 DR 的路由器的 子集 (声明自己是 DR 的路由器将不会被选举为 BDR)3。如果在这个子集里 ,不管有没有宣称自己就是 BDR, 只要在 Hello 包中 BDR 字段就等于 自己接口的地址，优先级最高的就被选举为 BDR ；如果优先级都一样， RID 最高的选举为 BDR4。如果在 Hello 包中 DR 字段就等于自己接口的地址，优先级最高的就被选举为 DR; 如 果优先级都一样， RID 最高的选举为 DR ；如果选出的 DR 不能工作 ,那么新选举的 BDR 就 成为 DR ，再重新选举一个 BDR 。5 。 要注意的是

22、 , 当网络中已经选举了 DR/BDR 后，又出现了 1 台新的优先级更高的路由器， DR/BDR 是不会重新选举的6. DR/BDR 选举完成后 ,DRother 只和 DR/BDR 形成邻接关系 .所有的路由器将组播 Hello 包到 AllSPFRouters 地址 以便它们能跟踪其他邻居的信息 , 即 DR 将洪泛 update packet 到 224 。 只组播 update packet 到 AllDRouter 地址 224.0 。0。6,只有 DR/BDR 监听这个地址。四 OSPF 邻居关系邻接关系建立的 4 个阶段 :1 。邻居发现阶段2. 双向通信阶段： Hello 报

23、文都列出了对方的 RID ，则 BC 完成。3. 数据库同步阶段：4 。完全邻接阶段 : full adjacency 邻居关系的建立和维持都是靠 Hello 包完成的 , 在一般的网络类型中 ,Hello 包是每经过 1 个 HelloInterval 发送一次， 有 1 个例外： 在 NBMA 网络中， 路由器每经过一个 PollInterval 周期发送 Hello 包给状态为 down 的邻居 ( 其他类型的网络是不会把 Hello 包发送给状态为 down 的路由器的)。 Cisco 路由器上 PollInterval 默认 60s Hello Packet 以组播的方式 发送给 2

24、24 。0 。0.5 ，在 NBMA 类型，点到多点和虚链路类型网络，以单播发送给邻居路 由器。邻居可以通过手工配置或者 Inverse-ARP 发现 .OSPF 泛洪Flooding 采用 2 种报文LSU Type 4- 链路状态更新报文LSA Type 5 链路状态确认报文在 P-P 网络，路由器是以组播方式将更新报文发送到组播地址 在 P-MP 和虚链路网络，路由器以单播方式将更新报文发送至邻接邻居的接口地址。 在广播型网络 ,DRother 路由器只能和 DR&BDR 形成邻接关系，所以更新报文将发送到 ，相应的 DR 以 224 。0.0 。5 泛洪 LSA 并且 BDR

25、只接收 LSA ，不会确认和泛 洪这些更新 ,除非 DR 失效在 NBMA 型网络， LSA 以单播方式发送到 DR BDR ，并且 DR 以单播方式发送这些更新。LSA 通过序列号 ,校验和 , 和老化时间保证 LSDB 中的 LSA 是最新的 ,Seq: 序列号 (Seq) 的范围是 0x80000001 到 0x7fffffff.Checksum: 校验和 (Checksum) 计算除了 Age 字段以外的所有字段 , 每 5 分钟校验 1 次。Age:范围是0到3600秒,16位长.当路由器发出1个LSA后,就把Age设置为0,当这个LSA经过1台路由器以后,Age就会增加1个LSA保

26、存在LSDB中的时候，老化时间也会增 加.当收到相同的 LSA 的多个实例的时候，将通过下面的方法来确定哪个 LSA 是最新的 :1. 比较 LSA 实例的序列号，越大的越新 .2. 如果序列号相同 ,就比较校验和，越大越新。3. 如果校验和也相同 , 就比较老化时间 ,如果只有 1 个 LSA 拥有 MaxAge (3600 秒) 的老 化时间，它就是最新的。4. 如果 LSA 老化时间相差 15 分钟以上， (叫做 MaxAgeDiff), 老化时间越小的越新。5. 如果上述都无法区分 , 则认为这 2 个 LSA 是相同的 .五 OSPF 区域区域长度32位，可以用10进制也可以类似于I

27、P地址的点分十进制分3种通信量1. Intra Area Traffic ：域内间通信量2 。 Inter Area Traffic ：域间通信量3. External Traffic:外部通信量路由器类型1 。 Internal Router ：内部路由器2. ABR(Area Border Router ): 区域边界路由器3 。 Backbone Router (BR ) : 骨干路由器4 。 ASBR (Autonomous System Boundary Router) : 自治系统边界路由器。虚链路 (Virtual Link )以下 2 中情况需要使用到虚链路：1. 通过一个非骨

28、干区域连接到一个骨干区域 .2 。 通过一个非骨干区域连接一个分段的骨干区域两边的部分区域.虚链接是一个逻辑的隧道( Tunnel ) ,配置虚链接的一些规则 :1 。 虚链接必须配置在 2 个 ABR 之间 .2. 虚链接所经过的区域叫 Transit Area ，它必须拥有完整的路由信息 .3. Transit Area 不能是 Stub Area 。4. 尽口的避免使用虚链接 ,它增加了网络的复杂程度和加大了排错的难度 .OSPF 区域 OSPF 的精华Link-state 路由在设计时要求需要一个层次性的网络结构。OSPF 网络分为以下 2 个级别的层次 : 骨干区域 ( backbo

29、ne or area 0 ) 非骨干区域 ( nonbackbone areas)在一个 OSPF 区域中只能有一个骨干区域 ,可以有多个非骨干区域， 骨干区域的区域号为 0 。 各非骨干区域间是不可以交换信息的， 他们只有与骨干区域相连， 通过骨干区域相互交换信 息.非骨干区域和骨干区域之间相连的路由叫边界路由( ABRs-Area Border Routers) ,只有ABRs 记载了各区域的所有路由表。 各非骨干区域内的非 ABRs 只记载了本区域内的路由表 , 若要与外部区域中的路由相连，只能通过本区域的 ABRs, 由 ABRs 连到骨干区域的 BR, 再 由骨干区域的 BR 连到要

30、到达的区域。骨干区域和非骨干区域的划分，大大降低了区域内工作路由的负担。六 LSA 类型1。类型 1 ：Router LSA: 每个路由器都将产生 Router LSA ，这种 LSA 只在本区域内传播， 描述了路由器所有的链路和接口, 状态和开销 .2。类型 2 ： Network LSA ：在每个多路访问网络中， DR 都会产生这种 Network LSA, 它只在产生这条 Network LSA 的区域泛洪描述了所有和它相连的路由器 (包括 DR 本身) .3。类型3:Network Summary LSA :由ABR路由器始发，用于通告该区域外部的目的地址当其他的路由器收到来自ABR的

31、Network Summary LSA 以后，它不会运行SPF算法，它只简单的加上到达那个 ABR 的开销和 Network Summary LSA 中包含的开销 ,通过 ABR， 到达目标地址的路由和开销一起被加进路由表里 ，这种依赖中间路由器来确定到达目 标地址的完全路由 (full route) 实际上是距离矢量路由协议的行为4。类型4:ASBR Summary LSA :由ABR发出,ASBR汇总LSA除了所通告的目的地是一 个 ASBR 而不是一个网络外，其他同 NetworkSummary LSA.5。 类型 5:AS External LSA:发自 ASBR 路由器，用来通告到达 OSPF 自主系统外部的 目的地，或者 OSPF 自主系统那个外部的缺省路由的 LSA. 这种 LSA 将在全 AS 内泛洪6。类型 6:Group Membership LSA7。类型 7:NSSA External LSA:来自非完全 Stub 区域( not-so-stubby area) 内 ASBR路由