数通之OSPF
OSPF（Open Shortest Path First）开放式最短路径优先，使用基于带宽的度量值；采用SPF算法计算路由，从算法上保证了无路由环路；通过邻居关系维护路由，避免了定期更新对带宽的消耗；更新效率高，网络收敛快；
工作原理
基本协议模型
- 建立邻居-通过 Hello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，区域内路由器的LSDB达到一致
- 计算路由-以自己的LSA 1为根进行SPF计算，算出路由
基本概念
- Router ID：32比特无符合整数，在唯一标识一台路由器，若要运行OSPF则必须存在Router ID。可以自动生成，也可手动配置
- LS ：路由器周边的链路状态。
直连接口状态通过接口网段和接口状态感知，用网段、掩码、接口开销描述直连网段；直连拓扑状态通过OSPF邻居和邻居状态感知，用邻居Router ID、连接接口、接口开销描述直连拓扑；接口开销为OSPF参考带宽（默认为100Mbps）/接口带宽（Loopback接口默认为1） - LSA：链路状态通告，按一定格式封装后的链路信息。
LSA 1为路由器链路状态通告，每台路由器都会发起自己的LSA1；LSA 2为传送网络链路状态通告
- LSDB：链路状态数据库，每台OSPF路由器都有一个LSDB，用于存储LSA。同一个区域中的OSPF路由器的LSDB一致。
LSA封装在LSU报文中，在区域内洪泛，最终达到区域内LSDB一致。LSA在洪泛过程中内容保持不变。 - SPF：OSPF路径开销计算。以自己LSA为根，进行SPF计算，各OSPF路由器单独计算互不影响。计算以自己为根，到目标网段的出接口开销和。OSPF度量值为cost(开销)，以链路的接口带宽为依据。计算方法：10 的8 次方除以带宽。
- 网络类型：Broadcast广播多路访问：以太网接口；NBMA（on-Broadcast Multi-Access，非广播多点访问网络）：帧中继接口；P2MP（Point-to-MultiPoint，点到多点）；P2P（Point-to-Point，点到点）：PPP HDLC接口
报文类型与封装：
OSPF 报文类型 作用 Hello 建立并维护邻居关系 Database Description（DD） 数据库内容的汇总（仅包含LSA头部） Link State Request（LSR） 请求自己没有的或者比自己更新的链路状态详细信息 Link State Update（LSU) 链路状态更新信息（LSA头部和内容） Link State Acknowledge（LSAck） 对LSU的确认 OSPF报文直接封装于IP报文中，协议号89，组播地址224.0.0.5/6
| 链路层帧头 | IP Header | OSPF Packet | 链路层帧尾 |
邻居状态：DOWN、Init、two-way、Exstart、Exchange、Loading、Full
当在规定时间内没有收到回应，认为包丢失，重发包，协议包具备序列号接收方对重复包不做处理当有新的LSA生成或收到时，这条新的LSA应当被洪泛。洪泛新的LSA时，只需要使用LS Update报文和LS Ack报文。以上图为例，当RTA中若有一条新的LSA需要洪泛时，只需要向RTB发送一条LS Update报文，报文中包含新的LSA，RTB接收该条LS Update后向RTA发送一条LS Ack报文进行确认。当处于完全邻居状态的两台路由器（状态均为Full），洪泛新的LSA时邻居关系不受影响
各种报文中的LSA信息
Packet类型 LSA信息 Database Description LSA头部信息:包括LS Type, LS ID, Advertising Router和LS Sequence Number LS Request 只有LS Type, LS ID和Advertising Router简化LSA头部 LS Update 完整的LSA信息，包括LSA头部和具体的链路状态信息 LS Ack LSA头部信息:包括LS Type, LS ID, Advertising Router和LS Sequence Number
邻居关系建立失败的原因
| 参数 | 配置要点 |
|---|---|
| Router id | 每台OSPF路由器的router id必须唯一 |
| area id | 同一网段的所有端口应配置在同一区域 |
| Interface network-type | 同一网络接口的类型要相同，即hello时间与hellodown时间双方要一致 |
| network mask | 除了点到点网络之外，同一网段的所有端口应当配置相同的掩码 |
| authentication type | 同一区域的验证类型必须一致 |
| authentication data | 同一网段的验证码必须一致 |
| extern option | 配置stub区域或者NSSA时，区域内的所有路由器都需要指定stub特性或者NSSA特性 |
| peer | NBMA网络上的邻居需要手动指定 |
基本配置
启动OSPF
Router(config)# router ospf <进程号> 配置Router ID
Router(config-router)# router-id <A.B.C.D> #手动配置Router ID
Router(config)# interface loopback0
Router(config-if)# ip address <RID> 255.255.255.255 #通过环口自动生成宣告直连网段
Router(config-router)# network <网络地址> <通配符掩码> area <区域号>调整OSPF参数
Router(config)# interface GigabitEthernet0/0
Router(config-if)# ip ospf cost <自定义值> ! 默认值基于带宽 #修改接口开销
Router(config-router)# passive-interface <接口名> #配置被动接口（不发送OSPF报文），常用于连接用户的接口多区域划分
单区域存在LSDB庞大，占用内存大，SPF计算开销大；LSA洪泛范围大，拓扑变化影响范围大；路由不能被汇总，路由表庞大，查找路由开销大
基本概念
区域分类
骨干区域：Area 0，OSPF的Area 0必须是连续的，不能被分割。
非骨干区域：必须和Area 0直接相连，非骨干区域之间不能直接交换路由信息，必须通过Area 0。
特殊区域：具有特殊性质的区域
LSDB
多区域链路状态数据库，每个区域都有自己独立的LSDB，SPF计算独立运行。LSA洪泛和LSDB同步只在区域内进行。
ABR
OSPF对区域间路由信息的描述，OSPF只知道本区域的拓扑结构，并不知道其他区域的拓扑结构，其他区域的路由信息，依靠本区域的ABR来描述。
ABR先计算区域内的LSA 1、2，并为计算出来的路由向其他区域发起LSA 3，而且为Area 0中的LSA 3向其他区域重新发起LSA 3。
ASBR
OSPF通过ASBR来描述外部路由的可达性，ASBR为外部路由发起LSA5，在整个OSPF路由域中洪泛。
LSA分类
| 名称 | 发起路由器 | 洪泛范围 | 作 用 | LSA描述 | Link state ID | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Router LSA(路由器LSA) | OSPF路由器 | 区域内 | 描述路由器的直连拓扑信息 | 每一个路由器都会生成。这种LSA描述某区域内路由器端口链路状态的集合。只在所描述的区域内泛洪。 | 生成这条LSA的路由器的Router ID |
| 2 | Network LSA(网络LSA) | DR | 区域内 | 描述多路访问网络DR邻接的一组路由器 | 由DR生成，用于描述广播型网络和NBMA网络。这种LSA包含了该网络上所连接路由器的列表。只在该网络所属的区域内泛洪。 | 所描述网段上DR的端口IP地址 |
| 3 | Summary LSA(汇总LSA) | ABR | 区域内 | 描述区域间的路由信息 | 由区域边界路由器（ABR）产生，描述到AS内部本区域外部某一网段的路由信息，在该LSA所生成的区域内泛洪 | 所描述的目的网段的地址 |
| 4 | ASBR LSA | ABR | 区域内 | 描述区域间ASBR的可达性 | 由区域边界路由器（ABR）产生，描述到某一自治系统边界路由器（ASBR）的路由信息，在ABR所连接的区域内泛洪（ASBR所在区域除外） | 所描述的ASBR的Router ID |
| 5 | External LSA(外部路由LSA) | ASBR | OSPF路由域(除特殊区域) | 描述OSPF外部路由 | 由自治系统边界路由器（ASBR）产生，描述到AS外部某一网段的路由信息，在整个AS内部泛洪 | 所描述的目的网段的地址 |
| 7 | NSSA LSA | NSSA ASBR | 区域内 | 描述NSSA区域的OSPF外部路由 |
在4、5报文洪泛时，4在洪泛至ABR进入下一区域时，会将报文中的Router ID修改为ABR的Router ID告诉下一区域的OSPF路由器访问ASBR时需要通过该ABR。
路由聚合/汇总
ABR或ASBR将具有相同前缀的路由信息聚合后发布到其它区域
减少LSA3类、LSA5类的数目，减少路由信息
减小路由表的规模
提高路由器的运算速度
特殊区域
Stub区域
若一个区域不管外部目的地在何处都需要发送数据到ABR，通过ABR到达ASBR，那么这个区域就可以配置为Stub区域（末梢区域）
Stub区域是一个不允许AS外部LSA通告在其内部进行泛洪的区域。不允许4、5类LSA进入区域进行洪泛，拒绝学习4、5类LSA。但会有default LSA为了弥补无法学习5类 LSA做为summary LSA加入该区域，通过ABR进行宣告。外部路由的改变无法影响Stub区域
Stub区域路由器的路由表条目：默认路由＋区域间路由＋区域内路由
限制条件：Stub区域内所有路由器必须拥有想相同链路状态数据库；末梢区域的路由器不能是ASBR路由器；一个末梢区域可以拥有多台ABR路由器，但是因为缺省路由的原因，区域内部路由器不能确定哪一台路由器才是到达ASBR路由器的最优的网关
完全Stub区域
不仅使用缺省路由到达OSPF自主系统外部的目的地址，而且使用缺省路由到达这个区域外部的所有目的地址。完全末梢区域的ABR将不仅阻塞AS外部LSA，而且阻塞所有的汇总LSA，但除了通告缺省路由的那一条类型3的LSA。
该区域拒绝所有的External LSA（5类LSA）；拒绝具体的Sumamry LSA（4类和5类），但与Stub区域一样有Default LSA作为Summary LSA注入区域。因为拒绝5类LSA和具体的3、4类LSA，所以LSDB更小、路由信息更稳定、路由数量越小
NSSA区域
NSSA区域能够将自治域外部路由引入并传播到整个OSPF自治域中，同时又不会学习来自OSPF网络其它区域的外部路由
允许外部路由通告到OSPF自主系统内部，而同时保留自主系统的其余部分的末梢区域特征。在NSSA区域内的ASBR将始发类型7的LSA来通告那些外部的目的网络。这些NSSA外部LSA将在整个NSSA区域中进行泛洪，但是Type 7 LSAs会被ABR路由器转换成 Type 5 LSAs之后泛洪到骨干区域。
NSSA系统外部LSA （NSSA External LSA）：始发于ASBR路由器的，用来通告到达OSPF自主系统外部的目的地或者OSPF自主系统外部的缺省路由的LSA。NSSA外部LSA通告只在始发这个七类LSA的NSSA区域中进行泛洪 。
完全NSSA区域
完全非纯末梢区域允许外部路由通告到OSPF自主系统内部，并使用缺省路由到达这个区域外部的所有目的地址。
完全非纯末梢区域的ABR将不仅阻塞AS外部LSA，而且阻塞所有的汇总LSA，但除了通告缺省路由的那一条类型3的LSA。
缺省路由发布总结