OSPF路由理论知识总结.pdf

1 OSPF 概述1.1协议特点OSPF 是基于链路状态的动态路由，自从该协议的出现，RIP 协议基本就不在实际生产环境中使用了。RIP 协议主要存在以下几点问题:不适合大规模组网，超过 15 跳路由就会不可达。更新路由是会发送全部的路由信息，相比之下会占用大量的带宽资源。存在路由环路路由收敛慢OSPF 协议特点：路由没有跳数限制路由收敛快SPF 算法解决了路由环路更新变化的路由信息1.2OSPF 协议基本原理OSPF 协议的工作过程包含了寻找邻居、建立邻接关系、链路状态信息传递、计算路由OSPF 的三张表1)邻居表：该表记录了建立邻居关系的路由器邻居信息，是通过组播方式发送 Hello 报文发现邻居（目的地址 224.0.0.5）。2)LSDB 表：该表中记录了所有链路状态的信息，同一个区域内路由器的 LSDB 表是相同的，并且只维护该区域的 LSDB 表。3)路由表：该表是存放最优先的路由信息。OSPF 协议路由的生成过程：生成 LSA 描述自己的接口状态通过区域内的 LSDB 信息通过 SPF 算法计算出路由2 分层结构2.1OSPF 区域为什么划分区域：减少区域内的 LSDB 信息，降低对路由器性能要求合理规划区域，统一管理隔离拓扑变化，减少路由震荡对整个自治系统的影响OSPF 区域的两个规定：1)所有非骨干区域必须要和骨干区域互联2)骨干区域必须保持连通，不能分散在特殊情况下，非骨干区域没有和骨干区域互联时，可以通过虚链路的方式实现。满足和骨干区域互联的要求。普通区域缺省情况下，OSPF 区域被定义为普通区域。普通区域包括：骨干区域自身必须保持连通。标准区域：最通用的区域，它传输区域内路由，区域间路由和外部路由。骨干区域：连接所有其他 OSPF 区域的中央区域，用 Area 0 表示。骨干区域负责区域之间的路由，非骨干区域之间的路由信息必须通过骨干区域来转发。所有非骨干区域必须与骨干区域保持连通。Stub 区域Stub 区域是一些特定的区域，Stub 区域的 ABR 不传播它们接收到的自治系统外部路由，因此这些区域中路由器的路由表规模以及路由信息传递的数量都会大大减少。Stub 区域是一种可选的配置属性，但并不是每个区域都符合配置的条件。一般情况下，Stub 区域位于自治系统的边界，是只有一个 ABR 的非骨干区域，为保证到自治系统外的路由依旧可达，Stub 区域的ABR 将生成一条缺省路由，并发布给Stub 区域中的其他非 ABR 路由器。Totally Stub 区域允许 ABR 发布 Type3缺省路由，不允许发布自治系统外部路由和区域间的路由，只允许发布区域内路由。骨干区域不能配置成 Stub区域。如果要将一个区域配置成Stub 区域，则该区域中的所有路由器都要配置 Stub区域属性。Stub 区域内不能存在ASBR，因此自治系统外部的路由不能在本区域内传播。虚连接不能穿过 Stub 区域。NSSA（NotNSSA 是 Stub 区域的一个变形，它和骨干区域不能配置成 NSSA-So-Stubby Area）区域Stub 区域有许多相似的地方。NSSA 区域不允许存在 Type5 LSA。NSSA 区域允许引入自治系统外部路由，携带这些外部路由信息的 Type7 LSA 由 NSSA 的 ASBR产生，仅在本 NSSA 内传播。当 Type7 LSA 到达 NSSA 的 ABR 时，由 ABR 将Type7 LSA 转换成 Type5 LSA，泛洪到整个 OSPF 域中。Totally NSSA 区域不允许发布自治系统外部路由和区域间的路由，只允许发布区域内路由。区域。如果要将一个区域配置成NSSA 区域，则该区域中的所有路由器都要配置 NSSA区域属性。NSSA 区域的 ABR 会发布Type7 LSA 缺省路由传播到本区域内。所有域间路由都必须通过ABR 才能发布。虚连接不能穿过 NSSA 区域。2.2OSPF 路由器类型区域内路由器（Internal Router）该类型路由器接口都属于一个 OSPF 区域。区域边界路由器（ABR，Area Border Router）该类设备可以同时属于两个以上的区域，但其中一个必须是骨干区域。ABR 用来连接骨干区域和非骨干区域。骨干路由器（Backbone Router）该类设备至少有一个接口属于骨干区域。所有的 ABR 和位于 Area0 的内部设备都是骨干路由器自治系统边界路由器（ASBR，Autonomous System Border Router）与其他 AS 交换路由信息的设备称为ASBR。ASBR 并不一定位于 AS 的边界，它可能是区域内设备，也可能是 ABR。只要一台OSPF 设备引入了外部路由的信息，它就成为 ASBR。下图是 OSPF 路由器类型举例：3 Router ID 和网络类型3.1Router ID路由器运行 OSPF 协议，必须要存在 Router ID（RID）。RID 是一个 32 bit 无符号整数，在 OSPF 中标识一台路由器。说白了就像人的身份证号码。RID 可以手工配置也可以自动生成。没有手工配置 RID 的话，则会自动选择 Loopback 接口地址最大的地址作为 RID，如果不存在 Loopback 接口地址，则会选择路由器上其他接口的 IP 地址中选择最大的作为 RID。Router ID 选择示例如下图：RID 一旦自动生成就不会因为路由器上的 IP 地址改变而改变，重启 OSPF 进程后才会重新选择 RID。3.2网络类型OSPF 有以下四种网络类型，网络类型一般都是根据链路层协议会默认选择，除了 P2MP外。也可以更具自己需要手动制定网络类型。1)Broadcast（广播）：链路层协议是 Ethernet、FDDI 的话，默认就是该网络类型，该网络类型中通常是通过组播形式发送报文的。2)NBMA（非广播多点可达网络）：链路层协议是帧中继、ATM 或 X.25 的话，默认就是该网络类型，是通过单播形式发送协议报文的。3)P2MP（点到多点）：没有链路层协议默认是该类型的，需要手工指定，通过组播形式发送报文的的。4)P2P（点到点）：链路层协议是 PPP 或 HDLC 时，默认就是该网络类型，通过组播形式发送协议报文。3.3OSPF 报文OSPF 总共有以下 5 中报文Hello建立和维护邻居关系Database Description（DD）数据库内容的同步Link State Request（LSR，链路状态请求）请求链路状态信息（LSA）Link State Update（LSU，链路状态更新）向对方发送需要的 LSA 信息Link State Acknowledge（LsACK，链路状态确定）对收到的 LSA 确定4 邻居建立和状态迁移4.1邻居发现和维护OSPF 中两台路由器邻居发现过程：1)两台路由器通过组播的方式发送 Hello 报文。2)路由器根据 Hello 报文中收到的参数进行协商，参数一致则两者都认为发现邻居。维护邻居关系过程：1)邻居之间通过周期性发送 Hello 报文，来判断对方是否正常工作，只要在一定时间间隔内收到报文则判断对方正常工作，邻居关系则持续保持。2)在一定时间间隔内收不到 Hello 报文，就认为对方不存在，则从邻居表中删除该邻居信息。4.2OSPF 定时器Hello 定时器：该定时器是邻居之间发送 Hello 报文的时间间隔，邻居之间的 Hello 定时器要保持一致，不然会造成邻居建立失败。该值得大小决定了路由收敛速度、网络负荷大小。该值越小路由收敛越快，但是对路由器的负荷也大。邻居失效时间：在失效时间内，接口没有收到邻居发来的 Hello 报文，则会判定邻居失效。4.3DR/BDR 选举在网络类型为广播和 NBMA 网络中才会选举 DR 和 BDR，应为在这两种来那个网络中邻接复杂，需要通过选举 DR，通过 DR 来更新路由信息，减少带宽浪费，BDR 做为 DR 的备份。选举原则：1)首先选择 Hello 报文中优先级高的2)优先级一致的话，选择 Router ID 大的3)一旦选择完毕后，有一台更高优先级的路由器加入也不会替换掉4.4邻接关系和邻居关系在 OSPF 中邻居和邻接的概念不同。邻居只是两台路由器成功的建立连接，不一定真正的交换 LSA 信息，举个例子，两个路由器一个网络类型为广播，一个是点对点，你会发现邻居能够给建立成功，但是 LSA 传送不过来。只有能够成功传输 LSA 才能确定为邻接。4.5OSPF 邻居状态机OSPF 共有 8 中邻居状态其中 DOWN、2-way 和 Full 三种状态是未定状态，其他状态都是瞬间的。1)Down：邻居会话的初始阶段。表明没有在邻居失效时间间隔内收到来自邻居设备的Hello 报文。除了 NBMA 网络 OSPF 路由器会每隔 PollInterval 时间对外轮询发送Hello 报文，包括向处于 Down 状态的邻居路由器（即失效的邻居路由器）发送之外，其他网络是不会向失效的邻居路由器发送 Hello 报文的。2)Attempt：这种状态适用于 NBMA 网络，邻居路由器是手工配置的。邻居关系处于本状态时，路由器会每隔 HelloInterval 时间向自己手工配置的邻居发送 Hello 报文，尝试建立邻居关系。3)Init：本状态表示已经收到了邻居的 Hello 报文，但是对端并没有收到本端发送的Hello 报文，收到的 Hello 报文的邻居列表并没有包含本端的 Router ID，双向通信仍然没有建立。4)2-Way：互为邻居。本状态表示双方互相收到了对端发送的 Hello 报文，报文中的邻居列表也包含本端的 Router ID，邻居关系建立。如果不形成邻接关系则邻居状态机就停留在此状态，否则进入 ExStart 状态。DR 和 BDR 只有在邻居状态处于 2-Way及之后的状态才会被选举出来。5)ExStart：协商主从关系。建立主从关系主要是为了保证在后续的 DD 报文交换中能够有序的发送。邻居间从此时才开始正式建立邻接关系。6)Exchange：交换 DD 报文。本端设备将本地的 LSDB 用 DD 报文来描述，并发给邻居设备。7)Loading：正在同步 LSDB。两端设备发送 LSR 报文向邻居请求对方的 LSA，同步LSDB。8)Full：建立邻接。两端设备的 LSDB 已同步，本端设备和邻居设备建立了完全的邻接关系。4.6LSDB 更新当网络拓扑发生改变时，OSPF 路由器会发送 LSA 的更新报文，具体的流程如下：1)首先在 LSDB 表中查找有没有此条 LSA 信息，如果没有就会加入表中。2)如果找到该条 LSA 信息，则会对比该条信息的序列号。如果该条 LSA 序列号更大，就会更新，并且刷新 LSA 计时器和序列号。3)如果找到该条 LSA 信息，对比后发现序列号小于原来的，就会认为该条信息重传过来的老旧 LSA，就不会更新 LSDB 表，丢弃更新报文。5 LSA 类型LSA 说白了就是 OSPF 生成的路由信息，在 OSPF 中 LSA 共分成 11 类，但在通常情况下，使用最多的还是以下几类：1)第一类 LSA：Router LSA，描述区域内部与路由器直连的链路信息，所有路由器都会产生此类 LSA，并且只在区域内部传播。2)第二类 LSA：Network LSA，由 DR 产生。描述连载在一个特点的广播网络或 NBMA网络的所有路由器链路状态，该类 LSA 描述了这一网段内所有路由器的 Router ID，并且只在区域内传播。3)第三类 LSA：Summary LSA，由 ABR 生成。该类 LSA 将所连接区域内的链路状态以子网的形式传播给相邻的区域，和第一类、第二类不同的是，该类 LSA 是将这两类LSA 收集起来通过子网的形式传播，前两类只是链路状态而已。4)第四类 LSA：ASBR LSA，由 ABR 生成描述了目标网络的 ASBR 的 Router ID，告知区域内的路由器如何到达 ASBR。一般情况下在 OSPF 网络中存在第五类 LSA 时才会生成该类 LSA。5)第五类 LSA：AS External LSA，由 ASBR 产生，描述 AS 外部路由信息。该类 LSA 生成后会在整个 OSPF 系统中传播6)第七类 LSA：NSSA LSA，由 ASBR 产生，描述到 AS 外部路由信息，只在 NSSA 区域内部传播，外部路由信息通过 NSSA 传播到 OSPF 其他区域后会转化为第五类LSA。6 OSPF 选路原则OSPF 中的选路原则从高到底排序：1)区域内路由2)区域间路由3)第 1 类外部路由4)第 2 类外部路由