什么是OSPF？OSPF的工作流程概述

什么是OSPF

OSPF（OPen Shortest Path First）開放最短路徑優(yōu)先，由IETF開發(fā)的基于鏈路狀態(tài)的自治系統(tǒng)內(nèi)部路由協(xié)議（IGP）采用Dijkstra的最短路徑優(yōu)先算法來計算和選擇路由。

該協(xié)議關注網(wǎng)絡中鏈路或者接口的狀態(tài)、帶寬、利用率、延時等。使用SPF算法計算和選擇路由，OSPF 將協(xié)議包直接封裝在 IP 包中，協(xié)議號 89。并且OSPF以組播形式發(fā)送協(xié)議報文，減少鏈路帶寬資源浪費。

OSPF的工作流程概述

工作流程主要有四個階段：

尋找鄰居、建立鄰接關系、鏈路狀態(tài)信息傳遞、計算路由

尋找鄰居

在網(wǎng)絡中尋找可能與自己交換鏈路狀態(tài)信息的周邊路由器，可以交換鏈路狀態(tài)信息的路由器互為鄰居（Neighbor）

建立鄰接關系

鄰接關系（Adjacency）可以抽象的想象成一條虛擬的鏈路，用于鄰居路由器之間傳遞鏈路狀態(tài)信息，且只有建立了鄰接關系才能傳遞

鏈路狀態(tài)信息傳遞

OSPF路由器將建立描述網(wǎng)絡鏈路狀態(tài)的LSA（Link State Advertisement - 鏈路狀態(tài)公告），建立鄰接關系的OSPF路由器之間將交互LSA，最終形成包含整個網(wǎng)絡完整鏈路狀態(tài)信息的LSDB（Link State DataBase）鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫

計算路由

獲取完整的LSDB過后，OSPF區(qū)域內(nèi)的每個路由器將會對著區(qū)域的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)有相同的認識，如何根據(jù)LSDB的信息，運用SPF算法計算出路由，且避環(huán)路的產(chǎn)生。

如何建立鄰居關系

OSPF進程啟動后，以224.0.0.5進行組播發(fā)送Hello包，用以尋找鄰居， Hello包里面包含了：

始發(fā)路由器的Router-id
始發(fā)路由器接口的區(qū)域ID（Area ID）
始發(fā)路由器接口的子網(wǎng)掩碼
選定的DR路由器
路由器的優(yōu)先級
等信息

其中建立鄰居關系的前提是：雙方接口UP``雙方接口IP地址在同一網(wǎng)段``雙方接口在同一區(qū)域一臺路由器可以有很多鄰居，也可以同時成為幾臺或者其他的路由器鄰居，所有的信息都會存在鄰居表內(nèi)。 通過互收Hello包，將狀態(tài)轉(zhuǎn)換為Init狀態(tài)，之后兩邊Hello包內(nèi)協(xié)商某些參數(shù)后，才能確定為鄰居，狀態(tài)修改為2-Way當雙方鏈路狀態(tài)信息交互成功后，鄰居狀態(tài)修改為Full，就表明鄰居之間鏈路狀態(tài)信息已經(jīng)同步

Init：
初始化[收到了對方的Hello報文，但Hello報文中的鄰居字段沒有本機的Router-ID]
2-Way：
鄰居關系[雙方互相發(fā)現(xiàn)，收到了對方的Hello報文，并且報文中包含了乙方路由的Router-ID，并且確認了DR/BDR的角色關系]

BR與BDR選舉

在未選舉BR與BDR的狀態(tài)下，鏈路中的鄰接關系將變得非常巨大，消耗巨大的網(wǎng)絡資源，可以由上圖公式可算得網(wǎng)絡內(nèi)鄰接關系的數(shù)量，為了解決這個問題，在OSPF引入了DR與BDR的概念。

本意是在網(wǎng)絡中選舉一臺DR（Designated Router）指定路由器負責描述用LSA描述該網(wǎng)絡類型以及網(wǎng)絡內(nèi)其他路由器，同時，他們也負責鏈路狀態(tài)信息交互過程。 同樣在選舉DR的同時也在選舉BDR（Backup Designated Riyter）指定備份路由器簡單的說就是DR的備份，DR掛了就由他頂上，提升了可靠性

選舉規(guī)則

首先優(yōu)先級數(shù)字大的優(yōu)先選擇，默認優(yōu)先級都是1

再接著是Router-id大的優(yōu)先

Router-id

用來表述路由器的身份，產(chǎn)生的方法，有兩種手動配置一個可存在/不可存在的IPv4的地址格式作為Router-ID，自動選舉在所有環(huán)回口中選舉IP地址最大的作為Route-ID，在所有物理接口中選舉IP地址最大的作為Router-ID，建議是用手動方式配置一個環(huán)回口的IP地址作為Router-ID

鏈路狀態(tài)信息傳遞

通過在路由器之間發(fā)送LSA（Link State Advertisement）鏈路狀態(tài)公告來交換鏈路狀態(tài)信息，通過獲取對方LSA，來同步乙方OSPF區(qū)域內(nèi)的鏈路狀態(tài)信息。

為避免網(wǎng)絡資源浪費，OSPF 路由器采取路由增量更新的機制發(fā)布 LSA，即只發(fā)布鄰居缺失的鏈路狀態(tài)給鄰居

路由計算

路由計算

• 首先評估一臺路由器到另一臺路由器所需的開銷（Cost）
• 同步區(qū)域內(nèi)的所有路由器的LSDB
• 使用SPF算法計算出路由

數(shù)據(jù)庫同步的工作流程

• 向鄰接路由器發(fā)送DD報文，通告本地LSDB中所有LSA的摘要信息
• 收到DD后，與本地LSDB對比，向?qū)Ψ桨l(fā)送LSR報文，請求發(fā)送本機所需的LSA的完整信息
• 收到LSR后，把對方所需的LSA的完整信息打包為一條LSU報文，發(fā)送至對方
• 收到LSU后，向?qū)Ψ交貜蚅SAck報文，進行確認

OSPF三張表

路由表

記錄了由SPF算法計算過后的路由

鄰居表

記錄鄰居關系和狀態(tài)

拓撲表

鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫

OSPF報文類型

• Hello報文 ：

  用于發(fā)現(xiàn)和建立鄰居關系，維護鄰居狀態(tài)

• DD報文 ：

  用于描述本地LSDB中所有的LSA摘要

• LSR報文 ：

  用于鏈路狀態(tài)請求，自身所要更新的鏈路狀態(tài)詳細信息

• LSU報文 ：

  用于鏈路狀態(tài)更新

• LSACK報文 ：

  用于鏈路狀態(tài)確認報文

OSPF多區(qū)域概念

分區(qū)域管理是為了環(huán)節(jié)單區(qū)域管理中，節(jié)點壓力過大的問題，將一個大區(qū)域劃分為多個小區(qū)域（Area）來管理，劃分之后的系統(tǒng)內(nèi)通信將劃為三種：區(qū)域內(nèi)通信、區(qū)域間通信、區(qū)域外部通信

區(qū)域內(nèi)通信

—在同一個區(qū)域內(nèi)的路由器之間的通信 路由角色可以叫IR，區(qū)域內(nèi)部路由器 用于內(nèi)部通信，所有接口都在同一個區(qū)域內(nèi)

區(qū)域間通信

不同區(qū)域的路由器之間的通信 路由器角色可以叫ABR，區(qū)域間路由器 用于區(qū)域之間通信

區(qū)域內(nèi)部通信

OSPF 域內(nèi)路由器與另一個自治系統(tǒng)內(nèi)的路由器之間的通信 路由器角色可以叫ASBR，自治系統(tǒng)邊界路由器 用于連接外部自治系統(tǒng)的路由器

OSPF區(qū)域類型

• 骨干區(qū)域 ：

  每個OSPF網(wǎng)絡中只能有一個骨干區(qū)域，一般都是Area 0，骨干區(qū)域主要用于連接其他非骨干區(qū)域，且每個非骨干區(qū)域必須要與骨干區(qū)域相連接

• 非骨干區(qū)域 ：

• 所有的非骨干區(qū)域必須和骨干區(qū)域相連接

OSPF的開銷計算

參考帶寬：

• 計算開銷的基準帶寬值
• 默認參考帶寬為100M
• 建議把網(wǎng)絡中最高的鏈路帶寬設置為參考帶寬。
• 參考帶寬僅本地有效

計算方法：

• 鏈路帶寬大于等于參考帶寬 Cost = 1
• 鏈路帶寬小于參考帶寬Cost = 參考帶寬/鏈路帶寬MB

OSPF的優(yōu)點

1. OSPF 區(qū)域內(nèi)的路由器對整個網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)有相同的認識，在此基礎上計算的路由不可能產(chǎn)生環(huán)路
2. 當網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)變更時，所有路由器能迅速獲得變更后的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡收斂速度快
3. 由于引入了Router ID的概念，OSPF區(qū)域內(nèi)的每臺路由器的行為都能很好地被跟蹤
4. 使用 SPF 算法計算路由，路由選擇與網(wǎng)絡能力直接掛鉤，選路更合理
5. OSPF 采用多種手段保證信息傳遞的可靠性、準確性，確保每臺路由器網(wǎng)絡信息同步，同時，避免了不必要的網(wǎng)絡資源浪費

OSPF基礎配置

[系統(tǒng)]ospf [ID] router-id [Router-ID]  #設置Router-id 
router-id [Router-ID] #在系統(tǒng)視圖下設置Router-ID 會被應用到所有的協(xié)議[全局]，其中在協(xié)議內(nèi)配置的Router-ID高
[進程]area [ID] #進入?yún)^(qū)域ID，區(qū)域的編號格式也是IPv4地址格式
[區(qū)域]network [network] [反網(wǎng)掩碼]#宣告網(wǎng)絡，反網(wǎng)掩碼也叫掩碼通配符
[進程]silent-interface [interface] #靜默接口
ospf network-type [broadcast | nbma | p2mp unicast | p2p | peer-address-check ] #手動修改網(wǎng)絡類型
[進程]ospf-router-advertise [always | permit-calculate-other | cost [Cost] | route-policy [name] | type [Type] | summary cost [cost]] #配置OSPF引入缺省路由，always，如果本機沒有配置默認路由，使用此參數(shù)可以參數(shù)一個描述默認路由的一個LSA發(fā)布出去，Cost為改默認路由的度量值，type為LSA的類型。
[接口]ospf timer hello [seconds] #修改Hello Time 計時器時間
[接口]ospf time dead [seconds] #修改鄰居失效時間
[接口]ospf dr-priority [priority] #修改啟用OSPF的接口的路由器優(yōu)先級
[接口]ospf cost [cost] #修改開銷值
bandwitdth-reference [value] #修改OSPF的參考帶寬
display ospf interface #顯示ospf接口信息
display ospf peer #顯示鄰居關系FULL為鄰接關系，2-Way為鄰居關系
display ospf lsdb #查看LSDB數(shù)據(jù)庫
display ospf routing #查看OSPF路由
display ospf lsdb #插件本地LSDB匯總情況
display ospf verbose #查看OSPF進程詳細信息
display ospf statistics #顯示OSPF統(tǒng)計信息
display ospf interface #查看OSPF接口信息
display ospf routing #查看OSPF路由信息
dispaly ospf statistics error #顯示ospf錯誤信息[排錯常用]