OSPF动态路由协议

单区域OSPF

1. 定义:

- OSPF（Open Shortest Path First） 是一种基于链路状态（Link-State） 的内部网关路由协议（IGP） ，采用 Dijkstra最短路径优先算法（SPF） 计算到达每个网络的最短路径。

2. rip的缺点：

|-------------|---------------------------------------|
| 以跳数为度量 | 跳数少不一定路径最优（如10M链路 vs 2M链路，跳数相同但带宽差异大） |
| 最大跳数16 | 限制网络直径，无法用于大型网络 |
| 收敛速度慢 | 更新计时器30秒、失效计时器180秒、清除计时器240秒 |
| 发送全部路由表 | 浪费带宽资源（1000条路由单次更新需160Kb） |

3. 基本协议模型

- 建立邻居：通过hello包探测和发现邻居形成ospf邻居表
- 发起路由：描述直连网段和直连拓扑，发起lsa，存放到自己的LSDB
- 传播路由：LSA洪泛，区域捏路由器的LSDB达到一致
- 计算路由：以自己的LSA1为跟进行spf计算，算出路由。

4. 基本工作原理（核心参数）

- Router ID（32为无符号整数，唯一标识一台路由器）

- - 选取顺序：

1. 1. 1. 手工配置
    2. Loopback接口最大的IP地址
    3. 物理接口最大的IP地址（需UP状态）

- 链路状态（LS）

- - 定义：路由器周边链路的状态
  - 内容：

- - - 直连网段状态
    - 直连拓扑状态
    - 接口开销

- 链路状态通告LSA

- - 链路状态通告（按照一定格式封装后的链路状态信息）

- 链路状态数据库LSDB

- - 每一个OSPF路由器中存储LSA的数据库

- SPF计算（最短路由优先算法--计算时每个路由器以自己的lsa为根）
- 区域

- - 骨干区域（area0）：必须存在且连续
  - 非骨干区域：必须直连Area0
  - 特殊区域------多区域中讲解
  - 区域划分目的：

- - - 减小LSDB
    - 隔离拓扑变化
    - 支持路由汇总

- 路由角色

- - DR
  - BDR
  - 为什么需要BR、BDR选举？

- - - 当全路由器互联需要n*（n-1）/2个邻接关系，而DR机制只需要一个星型的拓扑就可以

- - 选举规则

- - - 优先级（0-255 默认1）0不参与选举
    - 优先级高者当选DR，次高者当选BDR
    - 优先级相同，RouterID大的优先
    - DR失效 → BDR立即成为新DR → DRother竞争新BDR

- OSPF网络类型

- - Broadcast广播多路访问：以太网接口（如efg口）
  - P2P点到点：Serial口（不需要进行DR/BDR选举）

- ospf报文类型

|-----------------------------------|------------------|
| Hello | 发现并维持邻居关系 |
| DD（Database Description） | 描述LSDB摘要（仅LSA头部） |
| LSR（Link State Request） | 请求缺少的LSA |
| LSU（Link State Update） | 发送LSA更新 |
| LSAck（Link State Acknowledge） | 确认收到LSU |

- 邻居建立过程（接口状态）
  
  Down → Init → 2-Way → ExStart → Exchange → Loading → Full
  
  Down 未收到Hello
  Init 收到Hello（不含自己RID）
  2-Way 收到含自己RID的Hello（邻居建立）
  ExStart DD序列号协商（主从选举）下面有注释
  Exchange 交换DBD描述
  Loading 请求缺失LSA（LSR/LSU/LSAck）
  Full 邻接建立，LSDB同步完成
- 主从状态选举（准开始状态）

- - 根据RouterID进行选举（大的为主）

- LSA老化与刷新

- - 最大老化时间：3600秒
  - 刷新机制：老化时间到达1800秒（一半）时，发起路由器重新发起该LSA
  - 序列号+1，老化时间归零

- 度量值--cost

- - cost=参考带宽 / 接口带宽

5. 作用

- OSPF采用SPF算法计算路由，从算法上保证了无路由环路。
- OSPF通过邻居关系维护路由，避免了定期更新对带宽的消耗。
- OSPF路由更新效率高，网络收敛快，适用于大中型网络

多区域OSPF

1. 为什么要划分多区域的OSPF呢？

- 减少LSDB
- 减小LSA洪泛范围
- 可以做路由汇总
- 特殊区域优化（可以配置stub nssa区域等进一步减小路由表）

2. 多区域OSPF的规则：

- 非骨干区域必须和Area0相连
- Area0必须连续
- 区域间路由必须通过Area0传递

3. 几种特殊区域：

- Stub（末梢区域）

- - 核心特征：不允许45类LSA进入，允许学习123类LSA（含默认路由）
  - 限制条件：

- - - 所有路由器必须配置为stub
    - 不能有虚链路
    - 不能有ASBR
  ! ABR和区域内所有路由器都要配置
  R1(config-router)# area 1 stub
  R1(config-router)# area 1 default-cost 20 ! （可选）修改默认路由Cost
- Totally Stub（完全末梢区域）

- - 核心特征：不允许345类进入，只允许12类LSA（含有默认路由）
  ! 仅在ABR上添加no-summary
  R1(config-router)# area 1 stub no-summary
  
  ! 区域内其他路由器仍配置为普通stub
  R3(config-router)# area 1 stub
- NSSA（非纯末梢区域）

- - 核心特征：允许123类的基础上，允许7类LSA（外部路由）转换为5类LSA进行学习，不允许5类LSA。允许区域内有ASBR，LSDB包含12347类路由
  ! NSSA区域内所有路由器配置为nssa
  R6(config-router)# area 2 nssa
  R2(config-router)# area 2 nssa
  
  ! （可选）在NSSA ASBR上注入默认路由
  R2(config-router)# area 2 nssa default-information-originate
- Totally NSSA（完全非纯末梢区域）

- - 在nssa基础上禁止3类LSA
  R6(config-router)# area 2 nssa no-summary
  R6(config-router)# area 2 default-cost 20 ! （可选）
  
  ! 区域内其他路由器配置为普通nssa
  R2(config-router)# area 2 nssa

4. 路由汇总---减少路由数量

复制代码

区域间汇总	
area <区域号> range <网络> <掩码>            	在ABR上汇总3类LSA
外部路由汇总	
summary-address <网络> <掩码>	               在ASBR上汇总5类/7类LSA

5. 几种类型的LSA

|--------|----------------------------|---------------------|---------------------|------------------------------|---------------------------------------|
| 类型 | 名称 | 产生者 | 传播范围 | 通告内容 | 核心作用 |
| 1类 | Router-LSA（路由器LSA） | 每台路由器 | 本区域内部 | 自身直连链路的状态、Cost、邻居信息 | 描述路由器自身的链路状态，是本区域拓扑的基础 |
| 2类 | Network-LSA（网络LSA） | DR（指定路由器） | 本区域内部 | 该广播网段内所有相连路由器的RID | 描述广播型多路访问（如以太网）网络的拓扑，配合1类LSA使用 |
| 3类 | Summary-LSA（汇总LSA） | ABR（区域边界路由器） | 跨区域传播（本区域→其他区域） | 区域间的网络前缀和Cost | 将本区域的路由通告给其他区域，实现区域间通信 |
| 4类 | ASBR-Summary-LSA | ABR | 跨区域传播（本区域→其他区域） | ASBR的Router-ID和到达ASBR的Cost | 告诉其他区域"ASBR在哪里"，配合5类LSA使用 |
| 5类 | AS-external-LSA（自治系统外部LSA） | ASBR（自治系统边界路由器） | 全网传播（除特殊NSSA区域） | 外部路由（如RIP/静态路由/直连引入）的网段和Cost | 将OSPF域外的路由通告到整个OSPF网络 |
| 7类 | NSSA-LSA | ASBR（位于NSSA区域内） | NSSA区域内部 | 外部路由（同5类LSA内容） | 在NSSA（非完全末梢区域）内引入外部路由，由ABR转换为5类LSA后传出 |

6. 各类特殊区域支持的LSA：

|--------------------|-------|------------|----------|----|-------------------------|
| 区域类型 | 1&2类 | 3类 | 4&5类 | 7类 | 默认路由来源 |
| 骨干/普通区域 | ✅ | ✅ | ✅ | ❌ | 手动（default-information） |
| Stub区域 | ✅ | ✅ | ❌（禁止4/5） | ❌ | ABR自动注入3类默认路由 |
| Totally Stub区域 | ✅ | ❌（禁止3/4/5） | ❌ | ❌ | ABR自动注入3类默认路由（唯一3类） |
| NSSA区域 | ✅ | ✅ | ❌（禁止4/5） | ✅ | ASBR手动注入7类默认路由 |
| Totally NSSA区域 | ✅ | ❌（禁止3/4/5） | ❌ | ✅ | ABR自动注入3类默认路由 |

7. 链路拓扑分析（各类lsa要用的情况）

8. 相关命令

复制代码

show ip ospf neighbor              ! 查看邻居状态
show ip ospf database              ! 查看LSDB
show ip ospf interface             ! 查看接口OSPF信息
show ip route ospf                 ! 查看OSPF路由
show ip protocols                  ! 查看OSPF协议状态
show ip ospf statistics            ! 查看OSPF统计
debug ip ospf events               ! 调试OSPF事件
debug ip ospf adj                  ! 调试邻居建立

// 查看各种的lsa
LSA类型				思科查看命令															说明
1类 	show ip ospf database router				查看所有1类LSA，或后面加具体的LSA-ID查看单条
2类 	show ip ospf database network				查看所有2类LSA，由DR产生
3类 	show ip ospf database summary				查看所有3类LSA，由ABR产生，描述区域间路由
4类 	show ip ospf database asbr-summary	查看所有4类LSA，由ABR产生，描述ASBR的位置
5类 	show ip ospf database external			查看所有5类LSA，由ASBR产生，描述OSPF域外路由
7类 	show ip ospf database nssa-external	查看所有7类LSA，只在NSSA区域内存在
查看LSDB统计	show ip ospf database summary	快速查看各类LSA的数量
查看特定区域的LSDB	show ip ospf database [area-id]	例如 show ip ospf database area 0

router ospf 1                         ! 启用OSPF进程1
router-id 1.1.1.1                     ! 设置Router ID
network 192.168.1.0 0.0.0.255 area 0  ! 通告直连网络
network 10.0.0.0 0.0.0.3 area 0       ! 通告点对点链路
area 1 stub                           ! 配置Stub区域
area 1 range 10.1.0.0 255.255.252.0   ! 区域间汇总
redistribute static subnets           ! 重分发静态路由
default-information originate         ! 下发默认路由
passive-interface FastEthernet0/0     ! 接口不发送Hello（被动接口）

ps：一般配置的时候越详细越好，尤其是宣告网段的时候，有具体的ip就配具体的ip

9. OSPF路由重发布与环路控制

路由重发布

- 定义：在连接不同路由协议的边界路由器上，把从一个协议学到的路由信息，转换成另一种协议的格式并广播出去
- 作用：在一个大型网络中常常会混用多种不同的路由协议，这些协议各自为政，互不通信，需要路由重发布进行翻译实现全网路由互通。
- 重发布的四种类型：

|-------------|-------------------------------------------------------------|-----------------|
| 重发布类型 | 配置命令（思科） | 说明 |
| 重发布直连 | redistribute connect subnets metric <值> metric-type <1/2> | 将直连接口所在网段引入OSPF |
| 重发布静态 | redistribute static subnets metric <值> metric-type <1/2> | 将静态路由引入OSPF |
| 重发布其他协议 | redistribute rip subnets metric <值> metric-type <1/2> | 将RIP路由引入OSPF |
| 重发布默认路由 | default-information originate [always] | 向OSPF域注入默认路由 |

路由环路控制：

- OSPF的路由类型以及优先级

|--------|--------------|----------|------------|
| 优先级 | 路由类型 | 路由表标记 | LSA类型 |
| 最高 | 区域内路由 | O | 1类、2类 |
| ↓ | 区域间路由 | O IA | 3类 |
| ↓ | 1类外部路由 | O E1 | 5类（Type 1） |
| ↓ | 2类外部路由 | O E2 | 5类（Type 2） |
| ↓ | 1类NSSA路由 | O N1 | 7类（Type 1） |
| 最低 | 2类NSSA路由 | O N2 | 7类（Type 2） |

- 关于E1和E2外部路由对比：

|------------|-----------------------|--------------------|
| 对比项 | E1（Type 1） | E2（Type 2） |
| Cost计算 | 外部Cost + 累加内部Cost | 仅外部Cost（不累加内部） |
| 默认类型 | ❌ 不是（需手动指定） | ✅ 是默认 |
| 选路效果 | 随进入OSPF域深度增加而增大 | 整个AS内Cost不变 |
| 推荐场景 | 需要反映内部路径优劣时 | 简单场景，只关心外部开销 |

10. 常见OSPF不能建立邻居的原因：

- 物理层问题：

- - 接口未启用
  - 物理链路不通

- ospf配置问题

- - 区域id配置不同
  - Routerid配置相同
  - 区域编号不匹配
  - （一般是Hello包中的几个参数不同的问题）
  - 网络类型问题（点对点和广播型网络混用）

11. 假如一个拓扑发生了更新，那么网络是收敛的情况是什么样的？

- 拓扑变更 → 本地生成新 LSA 打包 LSU → 全网泛洪（每一个邻居） + LSAck 确认同步 LSDB → 每台设备独立跑 SPF 算最短路径 → 更新路由表 → 全网收敛完成