OSPF协议简介及单区域OSPF路由简单实例-云计算-互联网-天达云

OSPF协议简介及单区域OSPF路由简单实例
更新：HHH 时间：2023-1-7

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前言

OSPF路由协议是用于网际协议（IP）网络的链路状态路由协议。该协议使用链路状态路由算法的内部网关协议（IGP），在单一自治系统（AS）内部工作。适用于IPv4的OSPFv2协议定义于RFC 2328，RFC 5340定义了适用于IPv6的OSPFv3。

开放式最短路径优先（Open Shortest Path First，OSPF）是目前广泛使用的一种动态路由协议，它属于链路状态路由协议，具有路由变化收敛速度快、无路由环路、支持变长子网掩码（VLSM）和汇总、层次区域划分等优点。在网络中使用OSPF协议后，大部分路由将由OSPF协议自行计算和生成，无须网络管理员人工配置，当网络拓扑发生变化时，协议可以自动计算、更正路由，极大地方便了网络管理。但如果使用时不结合具体网络应用环境，不做好细致的规划，OSPF协议的使用效果会大打折扣，甚至引发故障。

OSPF协议是一种链路状态协议。每个路由器负责发现、维护与邻居的关系，并将已知的邻居列表和链路费用LSU(Link State Update)报文描述，通过可靠的泛洪与自治系统AS(Autonomous System)内的其他路由器周期性的交互，学习到整个自治系统的网络拓扑结构;并通过自治系统边界的路由器注入其他AS的路由信息，从而得到整个Internet的路由信息。每隔一个特定时间或当链路状态发生变化时，重新生成LSA，路由器通过泛洪机制将新LSA通告出去，以便实现路由的实时更新。

一：OSPF的基本概念和工作过程

1.1：OSPF路由协议概述

1.1.1：自治系统（AS）

多个路由跑相同路由进程协议的区域成为AS区域系统。

1.1.2：内部网关协议（IGP）

在区域内部跑的进程协议

如：RIP，OSPF，ISIS等

1.1.3：外部网关协议（EGP）

在区域外跑的进程协议

1.1.4：OSPF是链路状态路由协议

1.2：OSPF的工作过程

1.2.1：建立邻居列表

如图，A通过建立邻接关系，学习到所有的链路状态信息，即所有的网段信息。

1.2.2：链路状态数据库

A将学习到的链路状态信息存储在自己的链路状态数据库中。

1.2.3：形成路由表

A的链路状态数据库通过 Dijkstra算法算出A到达每一个地点的最短路径，形成最短路径树。最终生成路由表。

1.3：OSPF的基本概念

1.3.1：OSPF区域

OSPF在AS内划分多个区域，其中必须有个骨干区域，且骨干区域有且仅有一个。骨干区域负责区域间路由信息传播。

另，其他区域必须经过骨干区域转发，所有区域必须和骨干区域直接连接！

其他称作标准区域或非主干区域。

区域ID可以表示层一个十进制的数字。即area 0（0-9）

每个OSPF路由器只维护所在区域的完整链路状态信息

1.3.2：Router ID

OSPF区域内唯一标识路由器的IP地址。

1.3.3：Router ID选取规则

优先选取loopback接口最为Router ID，因为loopback是路由器上的虚接口，这样的话，即使物理端口损坏也不影响Router ID。

也可以使用 router-id 命令指定Router ID。这个命令是我们常用的。

1.3.4：DR 和 BDR

DR ，BDR 和其他路由中

1 DR：区域当中的主路由，有且仅有一个

2 BDR:区域当中的备份路由，有且仅有一个

3 除了DR 和 BDR 都是其他路由

其他路由器只和 DR 和 BDR 形成邻接关系。主路由负责通告信息，备份路由负责准备顶替 DR

其他路由器发送信息只能到达DR 和BDR（一个组播），DR再发送通告信息（第二个组播）。其中存在两个组播信息。

DR 和 BDR 负责监控其他路由发来的信息。

1.3.5：DR 和 BDR 的选举方法

路由优先级也被称为路由的“管理距离”，是一个正整数，范围0~255，它用于指定路由协议的优先级。

常见的OSPF路由优先级为110.

1.3.6：DR 和 BDR 的选举过程

路由器的优先级可以影响一个选举过程，但是他不能强制更换已经存在的DR或BDR路由器。

即，我们第一个启动的OSPF路由器就会变成DR。第二个启动的OSPF的路由器会变成BDR。而第三个和以后开启的路由器即使路径再短，也无法更改现有的DR 和 BDR。

1.3.7：OSPF的组播地址

224.0.0.5 DR/BDR发出的

224.0.0.6 其他路由发出的

1.3.8：OSPF的度量值为COST

COST=10^8/BW BW(带宽) COST 数制越小越好，说明带宽越高

COST越低，带宽越高，路径越短。

最短路径是基于接口指定的代价cost计算的

二：OSPF的数据包类型

2.1：OSPF数据包

承载在IP数据包内，使用协议号89

2.2：OSPF的包类型

OSPF的包类型	描述
Hello包	用于发现和维持邻居关系，选举DR 和BDR
数据库描述包（DBD）	用于向邻居发送摘要信息以同步链路状态数据库
链路状态请求包（LSR）	在路由器收到包含新信息的DBD后发送，用于请求更详细的信息
链路了状态更新包（LSU）	收到LSR后发送链路状态通告（LSA），一个LSU数据包可能包含几个LSA
链路状态确认包（LSAck）	确认已经收到LSU，每个LSA需要被分别确认

三：OSPF邻接关系

3.1：OSPF邻接关系的建立（7个状态）（重点）

状态	描述
Down状态	只知道自己的ID，不知道其他任何路由器
Init状态（初始化状态）	Down状态的端口接收到Hello信息后，自动激活init状态，此时，只能接收Hello包，不能发送Hello包
2-Way状态	route系统加载完成后从Init状态进入2-Way状态。2-Way状态中既可以接收Hello包也可以发送Hello包（选举出两个最大的Router ID，但是并不会确定主从路由身份）
ExStart状态(准启动状态)	确定主从路由身份。即确定DR和BDR身份。
Exchange状态	交换DBD信息库，同时接收到后也会有LSACK包。
Loading状态	最繁忙状态，包的种类最多，有LSR,LSU（包含多个LSA），LSACK，形成的路由表
Full 状态	稳定状态开始转发数据包