学习日志24-OSPF基础

回顾：静态路由由网络管理员手工配置路由条目，当网络发生变化时，无法自动响应调整网络 ，需手动调整，设备数量增加，配置工作量比较大，适用于小型或稳定的网路，限制了静态路由在线网大规模的应用。

因此需要动态路由协议 适应网络的变化(链路有故障等)和大规模网络，有以下分类：下面文字中出现的一些专有名词：

• 距离矢量路由协议：运行此协议的路由器周期性泛洪自己的路由表。每台路由器从相邻路由器学习到路由，加载到自己的路由表中，自己不做思考和计算；不清楚网络拓扑，只是简单知道要去某个方向，距离有多远。最大跳数为16，网络中路由设备数量不能超过16.
• 链路状态路由协议
  • LSA泛洪：通告的是链路状态(路由信息 -路线和拓扑信息 -目的地)，而非路由表。运行此协议的路由器之间首先建立协议的邻居关系，彼此之间开始交互LSA（描述了路由器接口的状态信息，如接口开销、连接的对象等）。在通往目的的过程，有自己计算和思考的过程，自己决定走哪条路。
  • LSDB组建：每台路由器都会产生LSAs，路由器将收到的其他路由器的LSAs放入自己的LSDB（很多LSAs信息，包含全网拓扑的描述；路由信息和拓扑信息），进而掌握全网的拓扑。在同一个区域(Area)内，所有路由器的LSDB必须完全同步、一致。能独立计算出无环路径的基础。
  • SPF计算：每台路由器基于LSDB，使用SPF算法进行计算，计算出一棵以自己为根的、无环的、拥有最短路径的"树"（生成树，无环），这样路由器就已经知道了到达网络各个角落的优选路径。
  • 路由表生成：路由器将计算出来的优选路径（树），生成路由表项，加载进自己的路由表。
• 动态路由协议1：OSPF协议， Open Shortest Path First 开放式最短路径优先。
  • 基础术语1-区域：OSPF Area用于标识一个OSPF区域，从逻辑上将设备划分为不同组，各组有自己的区域号(Area ID)来标识。
    • 将网络分层，把一个大的路由域（自治系统）划分成多个较小的区域；
    • 目的：限制链路状态通告(LSA)的传播范围，减少每台路由器需要维护的LSDB大小，降低SPF算法的计算频率和复杂度，提升网络的稳定性、收敛速度和可扩展性。
    • 区域的划分与标识：
      • 每个区域用一个32位的区域ID来标识，可写成0.0.0.0或简单的十进制0
      • 必须存在一个骨干区域(核心和枢纽)，其区域ID必须为0，即Area 0；核心设备放在骨干区域。
      • 所有非骨干区域(常规/普通区域)必须直接与骨干区域相连，并且区域之间必须通过骨干区域中转交换路由信息，不能直接交换。其内部的拓扑变化被限制在本区域内。
      • 一个网络里只有一个区域，划分为Area 0或者Area1都可以。
    • 路由器在区域中的角色：
    • 区域如何工作，不同类型的LSA决定了信息的传播范围：区域内路由：使用Type 1/2 LSA，包含完整拓扑，路由器运行SPF计算； 区域间路由：使用Type 3 LSA，不包含拓扑，只相当于一条"指向ABR的静态路由"。其他区域的路由器看到Type 3 LSA时，不需要运行完全SPF，只需将其加入路由表。极大减少计算量。
    • 特殊区域： NSSA：Not-So-Stubby Area, 非纯末节区域或次末节区域；Type 7 LSA：NSSA External LSA（NSSA 外部LSSA），NSSA的专有LSA。
  • 基础术语2-Router-ID：Router Identifier，路由器标识符，在路由协议中(一个OSPF域中)，是路由器唯一的标识符。
    • 特性：
      • 唯一性：同一路由协议区域内，所有路由器的Router-ID不能冲突；
      • 格式：类似于IP地址格式，32位，如1.1.1.1，不一定是一个真正可路由的接口IP地址，不一定配置在设备上。
      • 稳定性：一旦确定，尽量不改变，很多协议（如OSPF的LSA、BGP的路径属性）都使用Router-ID作为关键标识。改变Router-ID相当于路由器在协议中"换了一个人"，会导致邻居关系重置、路由重新计算，引发网络震荡。
    • 确定方式，遵循优先级顺序：
      • 手动静态配置（最高优先级）：管理员在路由协议配置模式下显式指定的Router-ID。（推荐此方式，清晰、可控、稳定）
      • 已配置的环回接口IP地址：如果未手动指定，路由器会查看所有已配置且处于up/up状态的环回接口（因为是逻辑接口，永远处于活动状态，比物理接口稳定得多，不会因为物理链路故障而失效）。选择IP地址数值最大的那个环回接口的IP作为Router-ID。
      • 已激活的物理接口IP地址：如果没有环回接口，路由器会查看所有已配置且处于up/up状态的物理接口。选择IP地址数值最大的那个物理接口的IP作为Router-ID.
      • 默认值/无（最低）：如果没有任何接口配置了IP地址，路由进程将无法启动，或者使用一个默认值（如0.0.0.0），但这在实际中无法正常工作。
      • 避免使用物理接口（可能因维护、故障而shutdown,导致Router-ID改变）
  • 基础术语3-度量值：Cost 开销值。（静态路由中没有开销值）
    • 每一个激活了OSPF的接口都会维护一个接口Cost值，缺省时接口Cost值(取整)=100 Mbit/s / 接口宽带(实际带宽)。(100 Mbit/s 为OSPF指定的缺省参考值，可配置)。
    • 一条OSPF路由的Cost值可以理解为是从目的网段到本路由器沿途所有入接口的Cost值累加。
    • FE接口: 100M接口；GE接口：1000M接口（Cost=100M/1000M=0.1，取整，1）；XGE：10000M接口。

配置练习：使用OSPF协议，实现不同网段的两个PC通信（开启接口的ospf功能---生成这个接口的路由信息和拓扑信息）

• 配置PC的IP、网关；配置路由各个接口的IP。
• 创建一个OSPF进程：设置编号，Router-ID，类似于在手机里创建了一个导航软件，接下来要完善导航里的地图部署。
• 在ospf协议网络中创建区域（进入命令即创建）：
• 开启接口的ospf进程功能-方法1：AR1g0接口，把g0接口加入到ospf协议网络的Area 0中，首先进入到接口中：
• 方法2：进入到ospf的area 0中，使用Network(开启接口的ospf功能)命令行，添加要开启的接口的IP地址： 10.0.12.1：网络前缀； 0.0.0.0 ：通配符/反掩码，匹配IP地址（二进制0表示精确匹配，1表示任意匹配）。只有IP地址为10.0.12.1的接口会加入ospf区域0.
• 其他路由同样配置：创建OSPF和Router ID，进入到area 0中，有几个接口就执行Network命令几次

OSPF协议报文类型：

OSPF三大表项：OSPF邻居表、LSDB表和OSPF路由表（见下一节）

今天学习遇到的专有名词：

• 自治系统：Autonomous system, AS. 在统一、明确的路由策略管理下的一组路由器或网络的集合。
  • 类似一个独立的王国，拥有自己的内部法律和交通规则(IGP)，并对对外有统一的边境和外交政策(BGP)。
  • 一个大型公司或运营商：中国电信、联通；Google，或者一所大学，一家大企业的全球网络。
  • 核心特征：
    • 统一的管理控制：通常由一个单一的组织(如ISP、大型企业、教育机构)运营和管理；内部管理员可以完全自主地决定如何路由数据包。
    • 拥有唯一的标识符：每个AS都被分配一个全球唯一的编号，称为AS号；公有AS号：1-64511,64512-65535（最初保留，现也可用），用于在互联网上交换路由；私有AS号：64512-65535（一部分），用于内部场景，不必与互联网交换。
  • 为什么需要AS？网络分层的必要性：
    • 如果没有AS，互联网上的数十万台路由器将需要运行同一个路由协议（比如一个全球性的OSPF），交换全球所有网络的路由信息。将导致：
      • 路由表爆炸：每台路由器存储数百万条路由，无法处理；
      • 策略无法实施：网络所有者无法控制流量如何进出自己的网络；
      • 管理混乱：任何一个小网络的变化都会波及全球。
    • 内部自洽：每个AS内部使用IGP(OSPG\IS-IS/ RIP)来管理路由；管理员可以自由选择IGP、调整链路、优化内部路径，无需告知外部；高效、快速地将数据包送达AS内部的任何目的地；
    • 外部互联：不同的AS之间，使用EGP(BGP)来交换路由信息；AS的边界路由器(运行BGP)负责：学习外部路由，从其他AS那里得知"如何到达互联网的其他部分"；宣告内部路由：告诉其他AS"如何到达我管理的网络"；决定"接受哪些外部路由"、"向谁宣告我的路由"、"优先使用哪个上游或对等AS的链路"。
    • 举例：
      • 我的家庭网络不属于一个AS，只是通过运营商（电信）的AS接入互联网；
      • 公司网络：如果公司规模大，在不同城市有数据中心，并申请了自己的IP地址段和AS号，就是一个AS；
      • 腾讯云：有自己的IP地址和AS号，在腾讯云内部，使用OSPF等管理数据中心网络；在外部，通过BGP与电信、联通、移动以及其他云服务商互联，设计策略以实现高速、低成本、高可用的网络访问。
• 网络收敛：当网络拓扑结构发生变化（如，一条链路断开、路由器故障、新增一条路径等）时，网络中所有路由器更新其路由表，最终对网络拓扑达成一致、正确认知的过程。
  • 收敛速度：网络从"出现问题"到"恢复稳定"所需的时间。
• 拓扑信息和路由信息： 拓扑信息是"全网连接关系"，类似于城市地图（显示所有道路和交叉口） 路由信息"具体怎么走"，类似于导航路径（从这里到目的，走哪条路，在哪个路口转弯）