H3C-OSPF协议原理及配置V21.0

RB-005OSPF协协议议原原理理及及配配置置ISSUE2.0日期期：：杭州州华华三三通通信信技技术术有有限限公公司司版版权权所所有有，，未未经经授授权权不不得得使使用用与与传传播播叙述述OSPF路路由由协协议议的的原原理理配置置OSPF协协议议调试试和和维维护护OSPF协协议议简单单的的OSPF故故障障排排除除课程程目目标标学习完本本课程，，您应该该能够：：第一章OSPF协协议原理理第二章OSPF配配置第三章OSPF调调试、监监控第四章OSPF排排错目录OSPF协议原原理OSPF协议基基础通过LSA描述述网络拓拓扑结构构用SPF算法计计算路由由邻居状态态机DR和BDR划分区域域OSPF协议概概述OSPF（OpenShortestPathFirst），，目前IGP中中应用最最广、性性能最优优的一个个协议（（最新版版本是version2，，RFC2328），，具有如如下特点点：无路由自自环可适应大大规模网网络路由变化化收敛速速度快支持区域域划分支持等值值路由支持验证证支持路由由分级管管理支持以组组播方式式发送协协议报文文OSPF协议基基本概念念RouterID一个32-bit的无无符号整整数，是是一台路路由器的的唯一标标识，在在整个自自治系统统内唯一一。协议号OSPF是基基于IP的，其其协议号号是89。OSPF协议报报文不转转发通常OSPF的的协议报报文是不不被转发发的，只只能传递递一跳，，即在IP报文文头中TTL值值被设为为1(虚连接接除外)。OSPF协议原原理OSPF协议基基础通过LSA描述述网络拓拓扑结构构用SPF算法计计算路由由邻居状态态机DR和BDR划分区域域OSPF通过LSA描描述网络络拓扑

1432OSPF协议将将周边的的网络拓拓扑结构构抽象为为4种典典型的网网络模型型OSPF网络拓拓扑模型型（一））连接一个个空的网网段（stubnet），，该网段段中没有有其他运运行OSPF协协议的网网络设备备。使用如下下字段（（link）来来描述该该网络类类型。linkid :10.0.0.0/*网网段*/data:255.0.0.0/*掩码码*/type:StubNet(3)/*类型*/metric:50/*花花费*/OSPF网络拓拓扑模型型（二））通过一条条点到点点的链路路连接另另外一台台运行OSPF的路由由器。使用如下下两段字字段（link）来描描述该网网络类型型。描述该接接口网段段的路由由信息。。linkid :20.0.0.0/*网网段*/data :255.0.0.0/*掩码*/type :StubNet(3)/*类类型*/metric:5/*花费*/描述与路路由器RTB相相连的情情况。linkid :2.2.2.2/*RTB的routerid*/data:20.0.0.2/*RTB的的接口地地址*/type:router(1)/*类型型*/metric:5/*花费费*/OSPF网络拓拓扑模型型（三））通过一个个点对多多点的网网络连接接另外多多台运行行OSPF的路路由器（（这些路路由器彼彼此之间间并不是是全连通通的）。。使用如下三段段字段（link）来描描述该网络类类型。linkid :40.0.0.1/*网段段*/data:255.255.255.255/*掩码码*/type:StubNet（（3）/*类型*/metric :5/*花费*/linkid :3.3.3.3/*RTF的routerid*/data:40.0.0.1 /*与与RTF相相连的接口地地址*/type:router（（1）/*类型型*/metric :5/*花费*/linkid :4.4.4.4/*RTE的routerid*/data:40.0.0.1 /*与RTE相连的接口口地址*/type:router（（1）/*类型型*/metric :5/*花费*/OSPF网络络拓扑模型（（四）连接一个广播播（或者是NBMA）的的网段，该网网段中所有运运行OSPF协议的网络络设备之间都都直接可达。。使用如下字段段（link）来描述该该网络类型。。简化的描述信信息。linkid :30.0.0.3/*网段中中DR的接口口地址*/data:30.0.0.1 /*本接口的地地址*/type:TransNet(2)/*类类型*/metric :50/*花费*/Netmask:255.0.0.0/*本网段段的掩码*/Attached30.0.0.1router/*本网段内内所有的路由由器的routerid*/Attached30.0.0.2routerAttached30.0.0.3router由DR另外生生成的描述信信息，统一描描述了本网段段的情况。LSA(LinkStateAdvertisement)数数据结构将上述多个link组合合在一起，加加上一个head，组成成了路由器RTA的LSA。该LSA准确的描描述了RTA周边的网络络拓扑。type:router/*LSA的类型型*/lsid:1.1.1.1/*LSA的的标识*/advrtr :1.1.1.1/*生成成该LSA的的路由器*/lsage :4/*本条LSA的老化时时间*/len:108/*LSA的长长度*/seq#:80000001 /*LSA的序序列号*/cksum:0x3543/*较较验和*/linkcount:7/*本LSA中包含含的连接个数数*/linkid :10.0.0.0/*网段段*/data:255.0.0.0/*掩码*/type:StubNet(3)/*类型*/metric :50/*花费*/…………OSPF协议议原理OSPF协议议基础通过LSA描描述网络拓扑扑结构用SPF算法法计算路由邻居状态机DR和BDR划分区域OSPF协议议计算路由过过程LSDBLSAofRTALSAofRTBLSAofRTCLSAofRTD(2)每台路由器的LSDB(3)由链路状态数据库生成带权有向图CABD1235CABD123CABD123CABD123CABD123RTARTB(1)网络的的拓扑结构(4)每台路路由器分别以以自己为根节节点计算最小小生成树RTCRTD3215运行SPF算算法计算路由由每个路由器根根据搜集到的的LSDB，，使用SPF算法来计算算路由。SPF算法的的计算步骤每台路由器按按照如下步骤骤从本机的LSDB计算算出路由：从LSDB中中选取自己生生成的LSA为SPF计计算的起点。。遇到类型为为StubNet的link，其中中包含的就是是路由信息，，填加到路由由表中（但由由于这些路由由信息都是本本机的直连路路由，所以不不会生效）。。遇到类型为router的link，则计算暂停停，跳转到该该link中中linkid（是某某台路由器的的routerid信信息）所指的的路由器生成成的LSA。。打开该条LSA，遇到类类型为StubNet的的link，，其中包含的的就是路由信信息，填加到到路由表中。。下一跳为步步骤2中link的data字字段，cost值为本link的metric和步骤2中中link的metric相加。如果遇到类型型为router的link，则继继续跳转，直直至某条LSA的全部信信息都被计算算完毕，此时时再跳回到上上一条的LSA。重复步骤1－－4,最终会会回到自己生生成的LSA，待该LSA计算完毕毕后，则SPF计算完成成。OSPF协议议原理OSPF协议议基础通过LSA描描述网络拓扑扑结构用SPF算法法计算路由邻居状态机DR和BDR划分区域两台路由器之之间建立邻接接关系的过程程RT1RT2DownDownHello(DR=0.0.0.0,NeighborsSeen=0)Hello(DR=RT2,NeighborsSeen=RT1)DD(Seq=x,I=1,M=1,MS=1)DD(Seq=y,I=1,M=1,MS=1)DD(Seq=y,I=0,M=1,MS=0)DD(Seq=y+1,I=0,M=1,MS=1)DD(Seq=y+1,I=0,M=1,MS=0)DD(Seq=y+n,I=0,M=0,MS=1)DD(Seq=y+n,I=0,M=0,MS=0)LSRequestLSUpdateLSAckExStartExStartInitExchangeExchangeLoadingFullFullOSPF的邻邻居状态机DownAttemptInit2-wayExStartExchangeLoadingFull紫色的状态机机可能是长期期存在的状态态。蓝色的状状态机通常是是临时状态。。OSPF的五五种协议报文文Hello报报文发现及维持邻邻居关系，选选举DR，BDR。DD报文本地LSDB的摘要信息息（只包含LSA的Head信息））。LSR报文向对端请求本本端没有或对对端的更新的的LSA（（只包含LSA的Head信息）。。LSU报文向对方发送其其需要的LSA（包含含LSA的全全部信息））。LSAck报报文收到LSU之之后，进行确确认（只包含含LSA的Head信息息）。OSPF协议议原理OSPF协议议基础通过LSA描描述网络拓扑扑结构用SPF算法法计算路由邻居状态机DR和BDR划分区域广播及NBMA网段中的的N2连接关系一个广播的网网段中，存在在N＝8台路路由器，则需需要建立M=n(n-1)/2=28个邻邻接关系。通过选举DR来解决问题题M=n(n-1)/2=28M=(n-2)×2+1=13DRBDR为了解决同一一个网段内过过多的邻接关关系数量，OSPF协议议提出了DR（DesignatedRouter）的概念。该网网段中的设备备只与DR和和BDR（BackupDesignatedRouter））建立邻接接关系。DR的选举举过程DR是整个个网段中所所有的路由由器选举出出来的，选选举方法与与选举村长十分类似。。登记选民本网段内的的OSPF路由器；；本村内的18岁以上上公民；登记候选人人本网段内的的priority>0的OSPF路路由器（priority可可以手工配配置，缺省省值是1））；本村内的30岁以上上公民且在在本村居住住3年以上上；竞选演说所有的priority>0的OSPF路由器器都认为自自己是DR；所有的候选选人都自认认为应该当当村长；投票选priority值最大的的若priority值相等等选RouterID最大大的；选年纪最大大若年龄相相等按姓氏氏笔划排序序；DR选举中中的指导思思想选举制DR是各路路由器选出出来的，而而非人工指指定的，虽虽然管理员员可以通过过配置priority干预预选举过程程。终身制DR一旦当当选，除非非路由器故故障，否则则不会更换换，即使后后来的路由由器priority更高。。世袭制DR选出的的同时也选选出BDR来，DR故障后，，由BDR接替DR成为新的的DR。NBMA和和点到多多点在某种情况况下（非全全连通的NBMA网网络），由由于选举DR会导致致路由信息息不能正确确学习，此此时需要管管理员手工工将网络类类型改为PTMP，，不再选举举DR了。。NBMA:全连接点到多点（PTMP）:部分连接由于DR的的出现带来来协议的变变化为了减少在在广播和NBMA网网段内带宽宽的占用，，提出了DR的概念念。为协议议本身带来来如下变化化：将广播和NBMA网网段内LSDB同同步的次数数由O(N)2减少为O(N)。在广播和NBMA网网段中，路路由器的角角色划分为为DR、BDR、DROther。路由器之间间的关系分分为Unknown、Neighbor、Adjacency。。两台DROther路由器器之间只建建立Neighbor关系，，邻居状态态机停留在在2-Way状态。。DR及BDR与本本网段内的的所有路由由器建立Adjacency关系，邻邻居状态机机会达到Full状状态。增加了一种种接口类型型：Point-to-Multipoint。增加了一种种新的LSA类型：：Network-LSA，，由DR生生成，描述述了本网段段的链路状状态信息。。关于DR………只有在广播播和NBMA的链路路上才会选选举DR，，在PTP和PTMP的链路路上不会选选举DR。。DR是针对对一个网段段内的设备备选举的，，对于一台台路由器来来说，可能能它在某个个接口上是是DR，在在其它接口口上是BDR、DROther，或者者因为是PTP的链链路而不参参加DR的的选举。在广播的网网络上必须须存在DR才能够正正常工作，，但BDR不是必需需的。一个网段中中即使只有有一台路由由器，也要要选举DR。由于“终身身制”的原原因，网段段中的DR不一定是是priority最高的，，但通常是是“来的早早”的路由由器。OSPF协协议原理OSPF协协议基础通过LSA描述网络络拓扑结构构用SPF算算法计算路路由邻居状态机机DR和BDR划分区域链路状态算算法的四宗宗罪相比较D-V算法，，链路状态态存在如下下缺点：链路状态算算法除了需需要携带路路由信息之之外，还要要挟带网络络拓扑信息息，这样会会占用路由由器大量的的存储空间间并且使路路由同步时时间加长。。链路状态算算法计算的的复杂度大大大高于DV算法，，对CPU消耗很大大。链路状态算算法对网络络拓扑变化化十分敏感感，网络中中任何拓扑扑变化都会会导致全网网中所有运运行OSPF的路由由器重新启启动路由计计算。由于链路状状态算法计计算路由完完全依赖LSA，LSA在网网络中传播播时不可以以被改变，，所以导致致链路状态态算法的几几乎不支持持任何路由由策略。上述缺点在在网络规模模小的时候候并不突出出，但在网网络规模较较大时，会会给网络带带来很严重重的后果，，甚至导致致网络不可可用。如果不解决决上述问题题，OSPF协议的的网络规模模和应用范范围会受到到极大的影影响。OSPF解解决方案：：引入区域域的概念Area0Area1Area3ABRABR分而治之，，将整个OSPF域域划分成若若干区域，，每个区域域用不同的的AreaID(32位整整数)来标标识，其中中Area0区域称称为骨干区区域。区域域边界路由由器叫ABR（AreaBorderRouter），负责责区域间路路由计算。。区域间的路路由计算每个区域有有自己的LSDB，，SPF运运算独立运运行。ABR先将将区域内的的路由计算算完毕，然然后将每一一条区域内内的路由转转变成一条条Type3的LSA（无拓拓扑信息，，只包含路路由信息）），发布到到骨干区域域，骨干区区域的ABR再发送送到其他区区域。注意：ABR的工作作方式决定定OSPF在区域内内是L-S算法，在在区域间算算是D-V算法。172.18.141.0/24192.178.14.0/28Type=3192.178.14.0Mask=255.255.255.240Metric=120Type=3172.18.141.0Mask=255.255.255.0Metric=91Area0Area3骨干区域及及划分区域域细则骨干区域概概念的提出出由于在区域域间的路由由计算使用用了D-V算法，不不可避免的的会遇到路路由环路的的问题。OSPF实实际是通过过要求所有有的区域必必须与骨干干区域互联联，所有的的跨区域路路由必须通通过骨干区区域来防止止路由环路路。如果要划多多个区域，，必须要有有骨干区域域Backbone：Area0。。骨干区域必必须是连续续非断开的的。其它普通区区域必须和和骨干区域域连接。两个普通区区域之间的的通讯必须须通过骨干干区。虚连接（virtual-link））由于骨干区区域的规划划需求，会会导致OSPF的网网络规模受受到限制（（最大直径径为3个Area）），所以OSPF提提出了虚连连接的概念念。虚连接：virtual-link，，一条虚拟拟的“物理理链路”，，两端的设设备必须是是ABR，，属于骨干干区域。主要用于连连接没有物物理和骨干干区域相联联接的区域域，或者可可以加固骨骨干区域，，保证其连连续性及连连接被分割割的骨干区区域。需要手工显显式配置：：两端的ABR及需需要穿越的的非骨干区区域。Area0V-linkArea0Area1Area2V-linkArea0Area1与自治系统统外部通信信对于AS外外部的路由由信息，OSPF使使用Type5类的的LSA来来描述，只只包含路由由信息，没没有拓扑信信息。SPF计算时时，下一跳跳指向生成成该LSA的ASBR。但由于划分分区域，区区域内的Tpye1类的LSA信息被被ABR屏屏蔽了，导导致在其他他区域的路路由器无法法正确计算算外部路由由。为了解决该该问题，由由ASBR所在区域域的ABR负责生成成一条Tpye4的的LSA，，不描述任任何路由及及拓扑信息息，只是挟挟带本区域域的ASBR的routerid，，metric为该该ABR到到达区域内内的ASBR的metric。ASBRRouterID=1.2.3.410.53.11.0/24Type=51.2.3.4Mask=0.0.0.0Metric=89Area0Area2RIPMetric=10Mask=255.255.255.010.53.11.0Advrouter=1.2.3.4Type=4Advrouter=5.6.7.8RouterID=1.2.3.4ABRLSA分分类Router-LSA每个个路由器生生成1条（（ABR会会为每个区区域生成1条），描描述了本路路由器的直直连的拓扑扑及路由情情况，传递递到整个区区域。Network-LSA，，由由DR生生成成，，描描述述了了本本网网段段的的链链路路状状态态，，传传递递到到整整个个区区域域。。Net-Summary-LSA，，由由ABR生生成成，，描描述述了了到到区区域域内内某某一一网网段段的的路路由由，，传传递递到到除除本本区区域域外外的的其其他他区区域域。。Asbr-Summary-LSA，，由由ABR生生成成，，描描述述了了ASBR的的routerid信信息息路路由由，，传传递递到到除除本本区区域域外外的的其其他他区区域域。。AS-External-LSA，，由由ASBR生生成成，，描描述述了了到到AS外外部部的的路路由由，，传传递递到到整整个个AS（（STUB区区域域除除外外））STUB区区域域、、NSSA区区域域、、路路由由聚聚合合Area0Area1919.1.1.0/2419.1.3.0/2419.1.2.0/24RTAASBR13.1.36.0/24139.1.43.0/24138.34.3.0/24148.1.23.0/24Area20由于于区区域域间间使使用用的的是是D-V算算法法，，OSPF可可以以在在区区域域间间使使用用很很多多种种路路由由策策略略，，包包括括路路由由聚聚合合、、将将某某些些特特殊殊的的区区域域设设置置为为Stub或或NSSA（（NotSoStubbyArea））区区域域。。我们们在在ABR（（RTA））上上可可以以将将Area19内内的的三三条条路路由由聚聚合合成成一一条条19.0.0.0/8的的路路由由发发送送到到Area0。。对于于Area19我我们们可可以以将将其其设设置置成成Stub区区域域，，这这样样Type3、、4、、5类类的的LSA就就不不会会进进入入到到Area19中中，，同同时时ABR会会发发送送一一条条缺缺省省路路由由给给Area19中中的的路路由由器器。。由于于Stub区区域域规规定定其其中中不不能能存存在在Type5类类的的LSA，，所所有有Stub区区域域内内也也无无法法存存在在ASBR，，对对于于Area20，，我我们们可可以以将将其其设设置置为为NSSA区区域域。。接口口分分类类及及路路由由器器分分类类OSPF协协议议根根据据链链路路层层媒媒体体不不同同分分为为以以下下四四种种网网络络类类型型:(Broadcast、、NBMA、、Point-to-Point、、Point-to-Multipoint)路由器根据在在自治系统中中的不同角色色划分为:(IAR、、ABR、BBR、ASBR)一个运行OSPF协议的的接口状态根根据接口的不不同类型可划划分为:(DR、BDR、DROther、point-to-point)OSPF路由由选择顺序OSPF协议议根据按照如如下顺序选择择路由：优选区域内的的路由同为区域内的的路由则比较较Cost值值，小的优先先优选区域间的的路由同为区域间的的路由则优选选通过骨干区区域的，然后后比较Cost值，小的的优先。优选Type1类的AS外部路由同为Type1类的路由由，则比较（（Type1类路由的Cost＋到到发布该路由由的ASBR的自治系统统内部的Cost）之和和，小的优先先。优选Type2类的AS外部路由同为Type2类的路由由，则比较Type2类类路由的Cost，小的的优先，如果果相等，则比比较到发布该该路由的ASBR的自治治系统内部路路由的Cost，小的优优先。若都相等，则则填加等值路路由。OSPF为什什么是无自环环的？每一条LSA（链路状态态广播）都标标记了生成者者（用生成该该LSA的路路由器的RouterID标记）），其它路由由器只负责传传输。这样不不会在传输的的过程中发生生对该信息的的改变或错误误理解。路由计算的算算法是SPF算法。计算算的结果是一一棵树，路由由是树上的叶叶子节点。从从根节点到叶叶子节点是单单向不可回复复的路径。第一章OSPF协议议原理第二章OSPF配置置第三章OSPF调试试、监控第四章OSPF排错错目录启动OSPF协议的基本本配置配置路由器的的RouterID[H3C]routeridA.B.C.D启动OSPF协议[H3C]ospf[process-id[[router-idrouter-id]vpn-instancevpn-instance-name]]配置OSPF区域[H3C-ospf-1]areaarea_id在指定网段使使能OSPF[H3C-ospf-1-area-0.0.0.0]networkip-addresswildcard-mask配置邻居如果某接口所所属的网络类类型是NBMA，则必须须手工配置邻邻居。当该接接口的链路层层协议是X.25、FrameRelay、、ATM（IPOA）时时，网络类型型为NBMA。也可通过命令令displayospfinterfaceinterface-name来查看看。[H3C-ospf-1]displayospfinterfaceatm3/0/1Interface:1.1.1.1(atm3/0/1)Cost:10State:FullType:NBMAPriority:1DoNotAgeLsaAllowedTimers:Hello30,Dead120,Poll120,引入其他路由由协议的路由由引入其他路由由协议的路由由[H3C-ospf-1]import-routeprotocol[route-policypolicy-name]protocol指定可可引入的源路路由协议，目目前可为direct、、static、rip、is-is、bgp等。在实际组网中中，通常只会会引入接口的的直连路由direct和静态路由由static。route-policy可用来对引引入的路由进进行过滤。其其他参数取缺缺省值即可，，没必要配。。改变接口花费费值改变接口的花花费值[H3C-interfacename]ospfcostcostOSPF就是是通过每段链链路的COST值累加来来判断路径优优劣的。某个个链路的出口口花费值是如如下计算的：：缺省花费为：：100000000（（100M））/接口的波波特率。但在实际组网网中，由于现现在很多接口口的链路带宽宽已经远远高高于100M，COST值通常是人人为统一规划划的，此时需需要使用上述述命令来人工工指定花费值值。配置Stub区域配置Stub区域[H3C-ospf-1-area-0.0.0.1]stub[no-summary][H3C-ospf-1-area-0.0.0.1]default-costcost（此命令可选选）注意事项：如果某个区域域被规划成Stub区域域，则所有属属于该区域的的路由器都必必须配置命令令一。命令二二只在该Stub的区域域的ABR上上配置。配置no-summary参数后，，则Stub区域内的区区域间路由也也被ABR过过滤掉，路由由会进一步减减少，建议配配置。该参数数只会在ABR上生效。。Stub区域域的区域内路路由器，不可可以再成为ASBR，即即：不可以再再配置import命令令配置NSSA区域配置NSSA区域[H3C-ospf-1-area-0.0.0.1]nssa[default-route-advertise][no-summary][H3C-ospf-1-area-0.0.0.1]default-costcost（此命令可选选）注意事项：如果某个区域域被规划成NSSA区域域，则所有属属于该区域的的路由器都必必须配置命令令一。命令二二只在该NSSA的区域域的ABR上上配置。配置no-summary参数后，，则NSSA区域内的区区域间路由也也被ABR过过滤掉，路由由会进一步减减少，建议配配置。该参数数以及default-route-advertise参数只会在在ABR上生生效。NSSA区域域的区域内路路由器，可以以是ASBR，配置import命命令。所以在在实际的组网网中通常使用用NSSA，，而不使用Stub。配置路由聚合合配置路由聚合合[H3C-ospf-1-area-0.0.0.1]abr-summaryaddressmaskadvertise注意事项：此命令只在ABR上有效效。此命令用于将将区域内的路路由聚合之后后再发送到其其它区域。常常用于将非骨骨干区域路由由聚合到骨干干区域。被聚合的地址址应尽量连续续，如果不同同的区域聚合合后的地址相相同，则只能能有一个区域域使用该命令令。第一章OSPF协议议原理第二章OSPF配置置第三章OSPF调试试、监控第四章OSPF排错错目录显示OSPF的运行状态态displayospfbriefdisplayospferrordisplayospfinterfacedisplayospfpeer显示OSPF的调试信息息debuggingospfeventdebuggingospflsadebuggingospfpacketdebuggingospfspf第一章OSPF协议议原理第二章OSPF配置置第三章OSPF调试试、监控第四章OSPF排错错目录OSPF的故故障排除配置故障排除除首先检查是否否已经启动并并且正确配置置了OSPF协议局部故障排除除检查两台直接接相连的路由由器之间协议议运行是否正正常全局故障排除除从网络拓扑结结构角度考虑虑，区域是否否配置正确如果OSPF协议不能正正常运行，可可按如下步骤骤进行检查:协议基本配置置是否正确是否已经为本本路由器配置置了RouterID检查OSPF协议是否已已成功地被激激活检查需要运行行OSPF的的网段是否已已经被使能检查是否已正正确地引入了了所需要的外外部路由邻居路由器之之间的故障（（一）首先检查两台台直接相连的的路由器之间间协议运行是是否正常：正常的标志是是两台路由器器之间neighbor状态机达到到FULL状状态。(注：在