OSPF—開放最短路徑優先協議詳解---附：OSPF LSA 詳解
OSPF：開放式最短路徑優先協議
無類別鏈路狀態路由協議---公有協議--組播更新協議：224.0.0.5/6
觸發更新、週期更新（30min）；跨層封裝到網路層--協議號89
基於LSA更新導致更新量很大-----需要為中大型網路服務---週期的維護---結構化部署
結構化部署--區域劃分、地址規劃
資料包---5種基本資料包
HELLO -- 鄰居的發現、建立、保活
DBD --資料庫描述包 -- 資料庫目錄資訊
LSR --鏈路狀態請求
LSU ---鏈路狀態更新---攜帶各種LSA
LSack ----鏈路狀態確認
OSPF的狀態機
Down：本地一旦發出hello包，進入下一狀態
Init初始化：本地接收到的hello包中若存在本地的RID，進入下一狀態
2way雙向通訊：鄰居關係建立標誌
條件匹配：點到點網路直接進入下一狀態；MA網路將進行DR/BDR選舉（40S），非DR/BDR間不能進入下一狀態；
Exstart預啟動：使用類hello 的DBD包進行主從關係選舉，RID數值大為主，主優先進入下一狀態
Exchange準交換：使用真正的DBD進行資料庫目錄的共享，需要ACK；
Loading 載入：使用LSR/LSU/LSack來獲取未知的LSA資訊；
Full轉發：鄰接關係建立的標誌；
OSPF的工作過程
啟動配置完成後，本地收發hello包，建立鄰居關係，生成鄰居表；
再進行條件的匹配，匹配失敗將停留於鄰居關係，僅hello包週期保活即可；
匹配成功者間可以建立鄰接（毗鄰）關係，需要DBD共享資料庫目錄，LSR/LSU/LSack來獲取未知的LSA資訊，當收集完網路中所有的LSA後，生成資料表--LSDB
LSDB建立完成後，本地基於SPF選路規則，計算本地到達所有未知網段的最短路徑，然後將其載入到路由表中；完成收斂
收斂完成後--hello包週期保活
-- 30min週期的DBD比對，若不一致將使用LSR/LSU/LSack重新獲取
結構突變：
- 新增網段---直連新增網段的裝置使用DBD告知鄰居，鄰居再使用LSR/LSU/LSack來獲取
- 斷開網段---直連斷開網段的裝置使用DBD告知鄰居，鄰居再使用LSR/LSU/LSack來獲取
- 無法溝通---dead time 計時到後，鄰居關係斷開，刪除所有從該鄰接處學習到的所有LSA資訊；
名詞註解：
LSA：鏈路狀態通告--在不同條件下產生不同的拓撲或路由資訊，被分為各種類別；
LSDB：鏈路狀態資料庫---所有的LSA的集合
OSPF收斂：LSA洪泛 LSDB同步
配置：
r1(config)#router ospf 1 //啟動時需要配置程序號，僅具有本地意義
r1(config-router)#router-id 1.1.1.1
router-id全網唯一 router-id順序：手工----環回介面上最大數值的ip地址----物理介面最大數值----無程序
宣告：1、啟用 2、拓撲 3、區域劃分
r1(config-router)#network 1.1.1.1 0.0.0.0 area 0
r1(config-router)#network 12.1.1.1 0.0.0.0 area 0
在宣告時必須攜帶反掩碼
區域劃分規則：
- 星型結構------所有非骨幹必須直連到骨幹區域 區域0為骨幹 大於0為非骨幹
- ABR--區域邊界路由器
啟動配置完成後，鄰居間使用hello包建立鄰居關係，生成鄰居表：
Hello包----用於鄰居的發現、關係的建立和保活
鄰居間hello包中必須有4個引數完成一致，否則無法建立鄰居關係：
- hello 和dead time 2、區域ID 3、認證欄位 4、末梢區域標記
r2#show ip ospf neighbor 檢視鄰居表
Neighbor ID Pri State Dead Time Address Interface
1.1.1.1 0 FULL/ - 00:00:32 12.1.1.1 Serial1/0
3.3.3.3 0 FULL/ - 00:00:36 23.1.1.2 Serial1/1
狀態機
鄰居關係建立後，進行條件匹配，匹配失敗為鄰居關係，hello包週期保活即可；
匹配成功將使用DBD/LSR/LSU/LSack獲取未知的LSA資訊，生成LSDB---資料庫表：
r2#show ip ospf database 檢視資料庫的目錄
r2#show ip ospf database router 1.1.1.1 具體檢視某條LSA
類別 番號
DBD包：exstart和exchange均出現； exstart狀態時，沒有攜帶目錄資訊，僅用於主從關係選舉；
- DBD包中攜帶MTU，強制要求鄰接間MTU值必須一致，否則將卡在該狀態
- 在exstart狀態的DBD時，使用隱型確認；---基於序列號
從使用主的DBD序號來確認主的資訊
- 標記位 I 為1標識本地發出的第一個DBD 包
M為0標識本地的發出最後一個DBD包
MS為1標識主，為0標識從
當LSDB同步完成後，本地基於資料庫最短選路規則，計算到達所有未知網段的最短路徑，然後將其載入到路由表中：
O - OSPF, IA - OSPF inter area
N1 - OSPF NSSA external type 1, N2 - OSPF NSSA external type 2
E1 - OSPF external type 1, E2 - OSPF external type 2
使用O標識OSPF本區域內通過拓撲計算所得路由
使用O IA標識其他區域路由器通過ABR匯入所得
使用O E1/2標識其他協議或其他程序產生後，通過ASBR重發布進入
使用O N1/2標識其他協議或其他程序產生後，通過ASBR重發布進入，同時本地處於NSSA特殊區域；
管理距離為110；度量為cost值；
Cost值=開銷值=參考頻寬/介面頻寬 預設參考頻寬為100M；
OSPF優選cost值之和最小的路徑；
注：到介面實際頻寬大於參考頻寬時，度量為1；可能導致選路不佳
可以修改預設的參考頻寬，切記整個網路所有裝置參考頻寬需一致
r1(config-router)#auto-cost reference-bandwidth ?
<1-4294967> The reference bandwidth in terms of Mbits per second
r1(config-router)#auto-cost reference-bandwidth 1000
OSPF的鄰居建立成為鄰接關係的條件
基於網路型別------點到點 MA多路訪問
在點到點網路中，鄰居關係必須成為鄰接關係，否則無法正常收斂
在MA網路若全網均為鄰接關係，那麼將可能出現大量重複性的LSA洪泛；
為避免該現象，將進行DR/BDR的選舉；所有的非DR/BDR間不得建立成為鄰接關係；
選舉規則：1、先比較介面優先順序----- 預設1；大優；0標識不參選，點到點介面預設為0；
2、優先順序相同，比較裝置的RID，數值大優；
干涉選舉的方法：
- 修改DR最大優先順序，BDR次大
r1(config)#interface fastEthernet 0/0
r1(config-if)#ip ospf priority 3
注：DR選舉非搶佔，故修改優先順序後必須重啟裝置的OSPF程序
r1#clear ip ospf process
Reset ALL OSPF processes? [no]: yes
- 修改DR最大優先順序，BDR次大；剩餘所有裝置優先順序修改為0；
不需要重啟裝置的程序；切記不得將所有裝置優先順序修改為0，至少必須存在DR；
- OSPF的介面網路型別----OSPF協議在不同網路型別下的介面上，不同的工作方式；
OSPF介面工作方式
r1#show ip ospf interface lo0 檢視OSPF協議在某個介面上的工作方式
網路型別 OSPF介面工作方式
環回 LOOPBACK 無hello包 以32位主機掩碼傳送路由
點到點（HDLC/PPP） POINT_TO_POINT hello time 10s 不選DR
BMA （乙太網） BROADCAST hello time 10s 選DR
NBMA （MGRE） POINT_TO_POINT hello time 10s 不選DR
注：點到點的工作方式，僅適用於一個網段兩個節點的網路；
故在MGRE環境下若適用tunnel口預設的工作方式，那麼一個網段內若存在兩個以上節點將出現鄰居關係翻滾；
解決方法：
- 所有節點修改 BROADCAST
r1(config)#interface tunnel 0 r1(config-if)#ip ospf network broadcast //修改介面工作方式為broadcast注：若MGRE環境下，不同介面處於不同的網路型別；若hello time一致將建立鄰居關係，當工作機制的不同導致LSA更新出現問題；必須所有節點處於相同的工作方式
注2：MGRE環境下，若構建的OSPF工作環境不是一個全連結構（網段內所有裝置間均建立鄰居關係），那麼一旦使用broadcast工作方式，就必須將DR固定在中心站點位置，否則將出現DR位置混亂，導致網路無法正常收斂；
- 所有節點修改為點到多點模式；
點到多點為cisco為OSPF協議額外設定的工作方式
r1(config)#interface tunnel 0
r1(config-if)#ip ospf network point-to-multipoint
點到多點的工作：hello time30；無DR選舉；生成訪問各個節點的精確路由；
OSPF的不規則區域
【1】遠離骨幹的非骨幹區域 ----ABR必須同時工作於區域0，才能進行區域間的路由共享
【2】不連續骨幹---從X區域獲取到的路由資訊不得發往編號為X的區域；即便X區域連線
了本區域不同的ABR；---水平分割
解決方案：
- 普通tunnel---在兩臺ABR上建立隧道，然後將其宣告於OSPF協議中
缺點：週期的保活和更新，觸發的資訊均需要通過中間的穿越區域，對中間區域影響較大；
選路不佳；
OSPF協議若通過不同的區域學習到的相同的路由，優選區域0；若均為非骨幹，比較度量值；
- OSPF虛擬路---非骨幹區域間的ABR到骨幹區域的ABR處授權--建立一條虛鏈路
r2(config)#router ospf 1
r2(config-router)#area 1 virtual-link 4.4.4.4中間的穿越區域 對端的ABR的RID
因為沒有新的網段出現，故選路正常；為了避免週期的資訊對中間區域的影響，故停止虛鏈路間的所有周期行為-----不可靠
- 多程序雙向重發布
一臺裝置上若同時執行多個程序，那麼不同程序擁有不同的RID，生成各自的資料庫，當資料庫不共享；僅將各自計算所得路由加載於同一張路由表內；若多個程序工作於同一個介面上，僅最新啟動的程序生效；
在解決不規則區域時，讓連線兩個非骨幹區域的ABR裝置，將不同區域宣告到本地的不同程序下，之後使用重發布技術，進行路由共享即可；
r4(config)#router ospf 1
r4(config-router)#redistribute ospf 2 subnets
r4(config-router)#exit
r4(config)#router ospf 2
r4(config-router)#redistribute ospf 1 subnetsOSPF的資料庫表
OSPF協議基於LSU來共享LSA資訊；
LSA--鏈路狀態通告----拓撲或者路由資訊
在不同的條件下發出不同類別的LSA；
詳細檢視某條LSA：
r1#show ip ospf database router 1.1.1.1
類別名 link-id
無論哪種類別的LSA均存在以下引數：
LS age: 142 老化時間，週期1800歸0，也可觸發歸0；最大老化3609s
Options: (No TOS-capability, DC)
LS Type: Router Links 類別名，此處為1類
Link State ID: 1.1.1.1 link-ID，在目錄中的編號
Advertising Router: 1.1.1.1 通告者的RID
LS Seq Number: 80000004
Checksum: 0x65F9
Length: 60
Number of Links: 3
傳播範圍 通告者 攜帶資訊
LSA1 router 本區域 本地區域所有裝置 本地的直連拓撲
LSA2 network 本區域 DR MA網段部分的拓撲
LSA3 Summary 整個OSPF域 ABR O IA 域間路由
LSA4 asbr-summary 除ASBR所在區域外 ABR ASBR位置
的整個OSPF域
LSA5 External 整個OSPF域 ASBR O E 域外路由
LSA7 nssa-external NSSA區域內 ASBR O N 域外路由
離開該區域後轉換回5類
Link-ID 通告者
LSA1 router 通告者的RID 本地區域所有裝置
LSA2 network DR的介面IP地址 DR
LSA3 Summary O IA路由，目標網路號 ABR，在經過下一跳ABR時，修改為本地
LAS4 asbr-summary ASBR的RID ABR，在經過下一跳ABR時，修改為本地
LSA5 External O E 路由，目標網路號 ASBR（不修改）
LSA7 nssa-external O N路由，目標網路號 ASBR（不修改）
擴充套件配置
減少LSA的更新量
【1】手工彙總
- 域間路由彙總---只能在ABR上配置
r1(config)#router ospf 1
r1(config-router)#area 2 range 5.5.4.0 255.255.252.0
通過該區域的1/2類LSA計算所得路由才能彙總成功
- 域外路由彙總---ASBR上配置
r4(config)#router ospf 1
r4(config-router)#summary-address 99.1.0.0 255.255.252.0
注：以上彙總均會自動生成空介面防環路由；
【2】特殊區域--不能為骨幹區域、不能存在虛鏈路
不能存在ASBR
- 末梢區域---拒絕4/5的LSA，ABR自動產生3類預設發向該區域
r5(config)#router ospf 1
r5(config-router)#area 1 stub 該區域所有的裝置均需要配置
- 完全末梢區域--在末梢區域的基礎上進一步拒絕3的LSA，僅保留一條3類的預設
先將該區域配置為末梢區域，然後僅在ABR上定義完全即可
r1(config-router)#area 2 stub no-summary
存在ASBR
NSSA--非完全末梢區域--該區域拒絕4/5類LSA；不自動產生3類預設；本地的5類LSA基於7類轉發，通過NSSA區域後轉回5類；
該特殊區域的意義在於拒絕其他區域的ASBR產生的4/5資料，又為了避免環路的出現，預設不自動產生預設路由，導致無法訪問其他的域外網段；故在管理員確定無環的情況下，可以手工新增預設路由
r4(config)#router ospf 1
r4(config-router)#area 1 nssa 該區域所有裝置配置
完全NSSA--在NSSA的基礎上進一步拒絕3的LSA，自動產生3類預設
先將該區域配置為NSSA，然後僅在ABR上定義完全即可
r3(config)#router ospf 1
r3(config-router)#area 1 nssa no-summary
切記：ISP所在位置的非骨幹區域不得配置為任何的特殊區域；
若ISP連線在其他的協議時，連線該協議的非骨幹區域也不得配置為任何特殊區域；
介面認證
介面明文
r1(config)#interface s1/1 //連線鄰居的介面上配置 r1(config-if)#ip ospf authentication //開啟介面明文認證需要，開啟後本地hello包中認證型別欄位被修改，若鄰居間不一致，將無法建立鄰居關係 r1(config-if)#ip ospf authentication-key cisco //定義明文認證的祕鑰介面密文
r2(config)#interface s1/1 r2(config-if)#ip ospf authentication message-digest // 開啟密文認證需要 r2(config-if)#ip ospf message-digest-key 1 md5 cisco123 // 配置祕鑰及編號
區域認證：
例：在R1上開啟關於區域0的明文或密文認證；實際就是在R1上所有的區域0介面配置了明文或密文的認證需求，修改了認證型別欄位而已
介面的祕鑰還需要到各個介面上逐一匹配
r2(config)#router ospf 1 r2(config-router)#area 1 authentication //區域明文 r2(config-router)#area 1 authentication message-digest //區域密文
虛鏈路認證
明文認證
r2(config-router)#area 1 virtual-link 4.4.4.4 authentication //先開啟明文認證需求 r2(config-router)#area 1 virtual-link 4.4.4.4 authentication-key cisco //在配明文認證密碼密文認證
r2(config-router)#area 1 virtual-link 4.4.4.4 authentication message-digest r2(config-router)#area 1 virtual-link 4.4.4.4 message-digest-key 1 md5 cisco123
被動介面---只接收不傳送路由協議資訊，僅用於連線使用者的介面，不得用於連線鄰居的介面
r2(config)#router ospf 1
r2(config-router)#passive-interface fastEthernet 0/0 //把介面改為被動加快收斂
r2(config)#interface s1/1
r2(config-if)#ip ospf hello-interval 10 //修改hello time
r2(config-if)#ip ospf dead-interval 40 //修改dead time切記：修改本端的hello time，本端的dead time將自動4倍關係匹配；
鄰居間hello 和 dead time必須一致；