OSPF协议

一、OSPF 协议概述

OSPF（Open Shortest Path First，开放式最短路径优先协议）是一种链路状态路由协议，隶属于内部网关协议（IGP，Interior Gateway Protocol）范畴，核心功能是实现自治系统（AS，Autonomous System）内部路由器之间的路由信息交换，为数据传输提供最优路径指引。

分层网络架构：通过 "区域（Area）" 和 "特殊角色路由器" 划分网络层级，有效解决单区域网络中路由信息泛滥、设备资源占用过高的瓶颈问题，提升网络扩展性。

最优路径计算：基于 "最短路径优先"（SPF，Shortest Path First）算法（又称 Dijkstra 算法）计算路由，能精准选择跳数、带宽等综合成本最低的路径。

优势特性：具备收敛速度快（网络拓扑变化后快速更新路由）、路由选择精确（考虑多维度链路成本）、支持大型网络（分层架构适配复杂网络环境）等优点，是企业级核心网络、运营商骨干网中应用最广泛的路由协议之一。

二、OSPF 工作过程

OSPF 的路由计算流程遵循 "从建立邻居到生成路由表" 的逻辑，具体分为 4 个关键步骤

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| 步骤 | 核心操作 | 说明 |
| 建立邻接关系 | 路由器之间通过 Hello 报文发现邻居，完成邻居身份验证、参数协商（如区域 ID、Hello 间隔等），最终建立稳定的邻接关系（Adjacency） | 邻接关系是 OSPF 信息交换的基础，仅邻接路由器之间会同步链路状态信息 |
| 构建链路状态数据库（LSDB） | 邻接路由器通过链路状态通告（LSA，Link State Advertisement）交换各自的链路状态信息（如接口 IP、链路成本、邻居信息等），并将这些信息存储到本地的 LSDB 中 | 整个区域内所有路由器的 LSDB 内容完全一致，确保路由计算的基础数据统一 |
| 生成最短路径树（SPT） | 路由器基于本地 LSDB，运行 Dijkstra 算法，以自身为根节点，计算到网络中所有其他目标网络的最短路径，形成最短路径树 | 最短路径树直观反映了 "自身到各目标网络" 的最优路径关系 |
| 生成路由表 | 从最短路径树中提取关键信息（目标网络地址、下一跳路由器、出接口、路径成本等），整理后生成本地的路由表，用于指导数据转发 | 路由表是路由器实际转发数据的 "导航表"，后续会随网络拓扑变化动态更新 |

三、OSPF 关键配置要素

1.区域 ID（Area ID）

作用：唯一标识 OSPF 区域，用于区分不同区域的路由器，确保区域内路由信息正常交互、区域间路由信息通过骨干区域传递。

表示形式：

十进制数字：如 Area 0、Area 1、Area 100 等，是最常用的表示方式。

IP 地址格式：如 Area 0.0.0.0（等同于 Area 0）、Area 1.0.0.1，本质与十进制数字一一对应，仅格式不同。

特殊说明：区域内的路由器需配置相同的区域 ID，才能加入该区域并参与路由信息交换。

2.骨干区域（Area 0）

核心作用：作为 OSPF 分层网络的 "中枢"，负责转发不同非骨干区域之间的路由信息，确保跨区域的通信正常实现。

强制规则：所有非骨干区域（如 Area 1、Area 2）必须直接与骨干区域 Area 0 相连；若某非骨干区域无法直接连接 Area 0，需通过 "虚链路（Virtual Link）" 间接关联，否则无法实现跨区域路由。

3.OSPF 支持的网络类型

OSPF 会根据接口连接的网络拓扑，自动适配不同的网络类型，不同网络类型的邻居发现方式、Hello 报文间隔、DR/BDR 选举规则不同，具体分类如下：

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| 网络类型 | 特点 | 典型应用场景 |
| 点到点网络（Point-to-Point） | 仅连接两个路由器，无 DR/BDR 选举；Hello 报文间隔 10 秒 | PPP 链路、HDLC 链路（如路由器之间的专线连接） |
| 广播多路访问网络（Broadcast Multi-Access，BMA） | 支持多台路由器通过共享介质通信（如以太网），需选举 DR（指定路由器）和 BDR（备份指定路由器）；Hello 报文间隔 10 秒 | 以太网（交换机连接多台路由器）、令牌环网 |
| 非广播多路访问网络（Non-Broadcast Multi-Access，NBMA） | 支持多台路由器通信，但无广播能力，需手动指定邻居；Hello 报文间隔 30 秒 | 帧中继（Frame Relay）、ATM 网络 |
| 点到多点网络（Point-to-Multipoint） | 将一个接口逻辑划分为多个 "点到点" 链路，无需 DR/BDR 选举；Hello 报文间隔 30 秒 | 由 NBMA 网络手动配置转换而来（如帧中继网络模拟点到点连接） |

四、OSPF 基本配置命令与验证

1.基础配置命令

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| 配置目的 | 命令格式 | 说明 |
| 启动 OSPF 路由进程 | Router ospf process-id | process-id为 OSPF 进程号（1-65535），仅在本地路由器生效，不同路由器可相同 |
| 指定 OSPF 运行接口及区域 | Network address inverse-mask area area-id | address：接口的 IP 地址或网段；inverse-mask：反掩码（如 255.255.255.0 的反掩码为 0.0.0.255）；area-id：接口所属的 OSPF 区域 ID |

2.状态验证命令

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| 验证目的 | 命令格式 | 说明 |
| 查看路由器全局路由表 | Show ip route | 可查看所有路由协议（含 OSPF）生成的路由，OSPF 路由标记为 "O" |
| 查看 OSPF 全局配置信息 | Show ip ospf | 显示 OSPF 进程号、区域信息、路由器 ID、LSDB 摘要等全局参数 |
| 查看 OSPF 接口详细信息 | Show ip ospf interface type number | type number为接口类型 + 编号（如 Ethernet 0/0），显示接口的 OSPF 网络类型、Hello 间隔、DR/BDR 信息等 |
| 查看 OSPF 邻居关系表 | Show ip ospf neighbor | 显示邻居路由器的 IP、状态（如 FULL，代表邻接关系已建立）、接口等信息 |

五、补充说明

路由器 ID（Router ID）：OSPF 区域内唯一标识路由器的逻辑地址，默认选择路由器所有 Loopback 接口中 IP 最大的地址；若无 Loopback 接口，则选择物理接口中 IP 最大的地址。也可通过Router-id x.x.x.x手动配置，建议手动指定以避免地址变化导致的问题。

DR/BDR 选举：仅在广播多路访问（BMA）和非广播多路访问（NBMA）网络中存在，DR 负责统一收发 LSA，BDR 在 DR 故障时自动接替 DR 角色，减少邻接关系重建次数，提升网络稳定性。选举基于接口的优先级（0-255，0 表示不参与选举），优先级相同则比较路由器 ID，数值越大越优先。

链路成本（Cost）：OSPF 衡量链路优劣的指标，计算公式为Cost = 100M / 链路带宽（100M 为参考带宽，可通过auto-cost reference-bandwidth修改），带宽越高，Cost 值越小，路径越优先。

六、实验

1.配置PC机及各个路由器接口ip

①PC0

②PC1

③R0

Router>enable                                                     进入特权模式
Router#configure terminal                                         进入全局模式
Router(config)#interface f0/0                                     切换接口
Router(config-if)#ip address 192.168.10.2 255.255.255.0           配置接口IP
Router(config-if)#no shutdown                                     开启接口
Router(config-if)#exit                                            退出（返回全局模式）
Router(config)#interface f0/1
Router(config-if)#ip address 192.168.20.1 255.255.255.0
Router(config-if)#no shutdown 
Router(config-if)#exit 
Router(config)#interface f1/0
Router(config-if)#ip address 192.168.70.2 255.255.255.0
Router(config-if)#no shutdown 
Router(config-if)#exit 

④R1

Router>enable 
Router#configure terminal 
Router(config)#interface f0/0
Router(config-if)#ip address 192.168.20.2 255.255.255.0
Router(config-if)#no shutdown 
Router(config-if)#exit 
Router(config)#interface f0/1
Router(config-if)#ip address 192.168.30.1 255.255.255.0
Router(config-if)#no shutdown 
Router(config-if)#exit 

⑤R2

Router>enable 
Router#configure 
Router(config)#interface f0/0
Router(config-if)#ip address 192.168.30.2 255.255.255.0
Router(config-if)#no shutdown 
Router(config-if)#exit 
Router(config)#interface f0/1
Router(config-if)#ip address 192.168.40.1 255.255.255.0
Router(config-if)#no shutdown 
Router(config-if)#exit 

⑥R3

Router>enable 
Router#configure 
Router(config)#interface f0/0
Router(config-if)#ip address 192.168.40.2 255.255.255.0
Router(config-if)#no shutdown 
Router(config-if)#exit 
Router(config)#interface f0/1
Router(config-if)#ip address 192.168.50.1 255.255.255.0
Router(config-if)#no shutdown 
Router(config-if)#exit 
Router(config)#interface f1/0
Router(config-if)#ip address 192.168.60.1 255.255.255.0
Router(config-if)#no shutdown 
Router(config-if)#exit 

⑦R4

Router>enable 
Router#configure terminal 
Router(config)#interface f0/1
Router(config-if)#ip address 192.168.60.2 255.255.255.0
Router(config-if)#exit 
Router(config)#interface f0/0
Router(config-if)#ip address 192.168.70.1 255.255.255.0
Router(config-if)#no shutdown 
Router(config-if)#exit

2.启动路由进程并公布网络

①R1

Router(config)#router ospf 1                                    启用ospf，进程号为1
Router(config-router)#network 192.168.10.0 0.0.0.255 area 0     公布网段并设置为Area 0
Router(config-router)#network 192.168.20.0 0.0.0.255 area 0
Router(config-router)#network 192.168.70.0 0.0.0.255 area 0
Router(config-router)#exit                                      退出（返回到全局模式）

②R2

Router(config)#router ospf 1
Router(config-router)#network 192.168.20.0 0.0.0.255 area 0
Router(config-router)#network 192.168.30.0 0.0.0.255 area 0
Router(config-router)#exit

③R3

Router(config)#router ospf 1
Router(config-router)#network 192.168.30.0 0.0.0.255 area 0
Router(config-router)#network 192.168.40.0 0.0.0.255 area 0
Router(config-router)#exit

④R4

Router(config)#router ospf 1
Router(config-router)#network 192.168.40.0 0.0.0.255 area 0
Router(config-router)#network 192.168.50.0 0.0.0.255 area 0
Router(config-router)#network 192.168.60.0 0.0.0.255 area 0
Router(config-router)#exit

⑤R5

Router(config)#router ospf 1
Router(config-router)#network 192.168.60.0 0.0.0.255 area 0
Router(config-router)#network 192.168.70.0 0.0.0.255 area 0
Router(config-router)#exit

3.测试

4.查看ospf设置

Router#show ip ospf                   查看ospf配置

Router#show ip ospf neighbor         查看邻居关系表