OSPF（Open Shortest Pass First 开放最短路径优先），一个链路状态协议。

区别于距离矢量路由协议，OSPF 每个路由器都掌握所在区域上所有路由器的链路状态信息，了解整个网络的拓扑情况，因此可以独立的计算出到达任意目的地的路由。

另外介绍一下 RIP 的缺点：RIP 是一步一步和邻居问路，走一步看一步，并且 RIP 以跳数为计算方式，不科学。

OSPF 特点

  1. OSPF 是无类路由协议，支持 VLSM。（可变长度子网掩码）

  2. 组播地址 224.0.0.5 代表所有 OSPF 路由器的组，224.0.0.6 代表 DR(指定路由器 DesignatedRouter) /BDR(备份指定路由器 BackupDesignatedRouter)

    可以把组播地址看成一个微信群号，任何成员（组播源）往微信群（组播IP）里发送消息（组播数据），这个群里的成员（组播接收者）都会接收到此消息。

  3. SPF（最短路径优先算法）

    SPF算法也被称为Dijkstra算法，这是因为最短路径优先算法SPF是由荷兰计算机科学家狄克斯特拉于1959年提出的。 
SPF算法将每一个路由器作为根（ROOT）来计算其到每一个目的地路由器的距离，每一个路由器根据一个统一的数据库会计算出路由域的拓扑结构图，该结构图类似于一棵树，在SPF算法中，被称为最短路径树。

  4. OSPF 支持认证。

    OSPF支持报文验证功能，只有通过验证的报文才能接收，否则将不能正常建立邻居关系。
OSPF协议支持两种认证方式——区域认证和链路认证。
使用区域认证时，一个区域中所有的路由器在该区域下的认证模式和口令必须一致；
OSPF链路认证相比于区域认证更加灵活，可专门针对某个邻居设置单独的认证模式和密码。
如果同时配置了接口认证和区域认证时，优先使用接口建立OSPF邻居。

每种认证方式又分为简单验证方式、MD5验证模式和Key chain验证模式。
简单验证模式在数据传递过程中，认证密钥和密钥ID都是明文传输，很容易被截获；
MD5验证模式下的密钥是经过MD5加密传输，相当于简单验证模式更为安全；
Key chain验证模式可以同时配置多个密钥，不同密钥可单独设置生效周期等。

# 原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_57636278/article/details/121036855

OSPF 区域及其作用

OSPF 协议中的区域（Area）概念用于优化大型网络的路由管理。通过将网络划分为多个区域，OSPF 减少了路由器的负载，提高了网络的扩展性和稳定性。每个区域内的路由器只维护本区域的链路状态信息（LSDB），避免链路状态数据库过大，有助于 OSPF 在大型网络中的高效应用，并通过骨干区域（Area 0）与其他区域交换路由信息。

一、OSPF 区域的两大分类：

  1. 骨干区域（Area 0）：

    • 必须有且唯一：每个 OSPF 网络中必须有一个骨干区域，且只能有一个。

    • 连接其他非骨干区域：骨干区域必须连接所有非骨干区域，负责区域间的路由信息传递。

    • 一般无终端用户：骨干区域通常不包含终端用户。

  2. 非骨干区域：

    • 根据实际需求划分：这些区域根据网络拓扑和终端用户分布进行划分。

    • 必须连接 Area 0：所有非骨干区域必须直接或间接与 Area 0 相连，用来连接终端用户和资源。

二、OSPF 区域的详细分类（基于外部路由关系）：

  1. 标准区域（Standard Area）：

    • 可以接收完整的链路状态更新和路由汇总信息，具备基本的区域特性。

  2. 骨干区域（Area 0）：

    • 除了承担标准区域的功能外，还负责在不同区域间传递路由信息。

  3. 存根区域（Stub Area）：

    • 不接收来自自治系统（AS）外部的路由信息，仅依赖默认路由访问外部网络，减少路由表大小。

  4. 完全存根区域（Totally Stub Area, TStub）：

    • 不接收外部 AS 路由信息及其他区域的路由信息，仅依赖默认路由，这进一步减少了路由表中的信息量。

  5. 不完全存根区域（Not-So-Stubby Area, NSSA）：

    • 类似于存根区域，但允许接收通过 LSA Type 7 发送的外部路由信息，并将其转换为 LSA Type 5，以便在其他区域中传播。

路由器身份

一、从整体网络视角

  • ABR（区域边界路由器）：
    作用：连接不同 OSPF 区域，通常在骨干区域（Area 0）与其他区域间传播路由信息。
    职责：将本区域路由摘要发送至 Area 0，Area 0 的 ABR 再将其传播至其他区域，确保区域间的路由可达性。

  • ASBR（自治系统边界路由器）：
    作用：连接 OSPF 网络与非 OSPF 网络。
    职责：将非 OSPF 网络的路由信息引入 OSPF 网络，通过生成 Type 5 或 Type 7 LSA 来传播外部路由。

二、从单一区域的视角

  • 内部路由器：
    定义：所有接口位于同一区域内的路由器。
    职责：维护所在区域的链路状态数据库（LSDB），参与路由计算与信息传播。

  • 主干路由器：
    定义：连接骨干区域（Area 0）的路由器。
    职责：在 Area 0 内传递和处理路由信息，确保非骨干区域互通。

三、从单个网段的视角

  • DR（指定路由器）：
    定义：在多访问网络中负责收集与传播 LSA 的路由器。
    职责：集中处理 LSA 交换，减少泛洪流量，维护网段内路由信息。

  • BDR（备份指定路由器）：
    定义：DR 的备份，DR 失效时接替其工作。
    职责：在 DR 不可用时接替其职责。

  • DRothers：
    定义：非 DR 和 BDR 的路由器。
    职责：通过 DR 和 BDR 间接交换 LSA，不直接参与路由转发。

DR/BDR 的选举

选举 DR/BDR 的目的与作用

在一个区域中，只需要DR作为区域中心与区域外路由器建立邻居关系，并收集所有链路状态信息，这样可以减少大量开销，节省带宽，降低路由器压力。
（这里的区域指同一网段的路由器，区分area几区域）

在广播网络上，DR和BDR都使用组播地址224.0.0.6来接收链路状态更新报文。

在下面这个图中，RTA 与 RTB 只需要与 DR/BDR 建立邻接关系，而 RTA 与 RTB 之间只是邻居关系即可，可以发现，DR 可以减少广播型网络中邻接关系的数量。

选举 DR/BDR 的规则与过程

选举环境

  • OSPF 在多访问网络（如广播和 NBMA 网络）中进行 DR/BDR 的选举，而在点对点网络中不需要选举。

几种OSPF网络类型

1.广播多路访问型（如以太网）
2.非广播多路访问型NBMA（如Frame Relay帧中继，X.25广域网，ATM）
3.点到点型（如PPP，HDLC）
4.点到多点型

  • 每个多访问网络中的路由器都会参与选举，以确定一个 DR 和一个 BDR。

选举规则

  • 每个路由器都有一个 OSPF 接口的优先级值（默认是 1，范围是 0 到 255），可以通过配置更改。如果优先级为 0，该路由器不参与 DR/BDR 选举。

  • 在选举过程中，优先级最高的路由器被选为 DR，第二高的被选为 BDR。如果有多个路由器的优先级相同，则比较路由器的 Router ID（RID），RID 较高的被选为 DR/BDR。

选举过程

  1. DR 的选举：所有参与选举的路由器根据优先级比较，优先级最高的成为 DR。如果有多个优先级相同，则 Router ID 较高者当选。

  2. BDR 的选举：在选出 DR 后，优先级次高（或 Router ID 次高）的路由器会被选为 BDR。

  3. 没有重新选举的条件：

    • 当 DR 或 BDR 已经选举完成后，即使有新的路由器加入，它们不会自动抢占现有的 DR 和 BDR，除非现有的 DR 或 BDR 失效或者被移除。

  4. DR/BDR 的职责：

    • DR 负责在网络中作为路由更新的转发者，减少网络中的 LSA（链路状态通告）泛洪。

    • BDR 在 DR 失效时立即接管 DR 的职责，避免选举的延迟。

选举示例

假设有三个路由器 R1、R2 和 R3，配置如下：

  • R1：优先级 2，Router ID 为 192.168.1.1

  • R2：优先级 1，Router ID 为 192.168.1.2

  • R3：优先级 1，Router ID 为 192.168.1.3

在这种情况下：

  • R1 的优先级最高，因此它会被选为 DR。

  • R3 和 R2 优先级相同，比较 Router ID，R3 的 Router ID 较高，因此它会被选为 BDR。

最后是 DR/BDR 选举的几个小注意点：

1.只要是多路访问型网络（广播和NBMA），就会选举DR，BDR。

2.不同网段间选DR，BDR，而不是每个OSPF区域为单位选举。

3.DR，BDR，DRothers 说的都是接口，不是设备。

4.设备优先级设置为0不参与选举；DR，BDR不可以抢占；DR down掉后，BDR直升DR，重新选举BDR。

5.OSPF系统启动后，若40s内没有新设备接入就会开始选举，所以为保证DR与BDR的选举不发生意外，建议优先配置想成为DR与BDR的设备。

OSPF 工作过程概述

  1. 邻居关系的建立：OSPF 使用组播地址在所有启用 OSPF 协议的接口上发送 Hello 包，建立邻居关系并形成邻居表。

  2. 交换链路状态信息（LSA）：建立邻居关系后，路由器互相发送 LSA（链路状态信息），共享路由信息。

  3. 形成链路状态数据库（LSDB）：每台路由器通过接收并存储 LSA，形成其所在区域的 LSDB。

  4. SPF 算法计算最佳路径：路由器通过无环的 SPF 算法计算从源到目的的最佳路径，将结果放入路由表中。

这与 EIGRP 类似，不同的是 OSPF 不是直接交换路由表，而是交换 LSA 来逐步建立完整的拓扑信息。

一、OSPF 邻居关系的建立过程

OSPF 的邻居关系有两个层次：

  • 邻居（Neighbor）：路由器之间交换了 Hello 包，但尚未交换 LSA。

  • 邻接（Adjacency）：在邻居基础上，路由器间交换了 LSA 并同步了 LSDB。

邻居关系的状态变化：

  1. Down：邻居的初始状态，表示路由器未收到任何 Hello 包。

  2. Attempt（NBMA 网络特有）：表示没有收到 Hello 包，但路由器在周期性发送 Hello 包。如果在 RouterDeadInterval 内没有收到 Hello 包，状态回到 Down。

  3. Init：路由器已收到来自邻居的 Hello 包，但自己尚未被邻居识别，还未建立双向通信。

  4. 2-Way：双向通信已经建立，路由器彼此在对方的 Hello 包中。到达 2-Way 状态意味着成功建立了邻居关系，但尚未建立邻接关系。

  5. ExStart：邻接关系建立的第一步，路由器开始互相发送 DD（Database Description）报文以商定主从关系，确认初始 DD 序列号。

  6. Exchange：路由器通过 DD 报文互相交换 LSDB 的摘要信息。

  7. Loading：路由器通过 LSR（链路状态请求）请求缺失的 LSA，并通过 LSU（链路状态更新）报文发送 LSA。

  8. Full：LSDB 完全同步，邻接关系正式建立。

二、OSPF 的路由更新过程

  1. 触发更新：OSPF 支持拓扑变化时的触发更新，一旦检测到链路变化或新增链路，立即发送更新报文。

  2. 周期性更新：即使没有拓扑变化，OSPF 每 30 分钟会进行一次更新，确保路由信息的一致性。

  3. LSA 处理过程：

    • 当路由器收到新的 LSA 时，首先检查该 LSA 是否已存在于本地 LSDB 中。

      • 如果该 LSA 是新的，路由器会将其加入 LSDB，回复 LSAck 确认，并继续将该 LSA 泛洪至其他邻居。同时通过 SPF 算法重新计算路由并更新路由表。

      • 如果收到的 LSA 已存在，则根据序列号判断是否较新。序列号较大的 LSA 为较新版本：

        • 如果本地 LSA 较旧，则更新本地 LSDB 并继续泛洪该 LSA，同时通过 SPF 算法重新计算最佳路径。

        • 如果本地 LSA 较新，则将本地较新的 LSA 泛洪给邻居。

泛洪机制

泛洪是 OSPF 更新 LSA 的重要机制。路由器收到 LSA 后会将其从除接收接口外的所有接口发送出去，确保 LSA 在网络中快速传播并保持同步。

这一过程确保了网络中的所有路由器可以通过互相交换信息，快速获得最新的路由信息并更新其路由表。

报文封装和 5 种报文类型

OSPF 报文封装

OSPF 报文封装在 IP 报文中，协议号为 89。

OSPF 报文类型

  1. Hello 报文：

    • 作用：最常用的 OSPF 报文，用于发现并维护邻居关系。在广播网络（如以太网）和 NBMA 网络中，还用于选举 DR（指定路由器）和 BDR（备份指定路由器）。

    • 主要内容：Router ID、邻居列表、Hello 间隔、RouterDeadInterval 等参数。

  2. DD 报文（Database Description，数据库描述报文）：

    • 作用：在两台 OSPF 路由器进行 LSDB（链路状态数据库）同步时，使用 DD 报文描述各自的 LSDB 内容。DD 报文类似一个目录清单，包含 LSA（链路状态广告）条目的头部信息。

    • 主要内容：LSA 头部信息，如 LSA 类型、链路状态 ID、序列号等，用于快速比较 LSA 的新旧。

  3. LSR 报文（Link State Request，链路状态请求报文）：

    • 作用：当两台路由器交换完 DD 报文后，如果一台路由器发现对方的 LSDB 中有自己缺少的 LSA，会发送 LSR 报文，明确请求对方发送这些缺失的 LSA。

    • 主要内容：请求的 LSA ID、LSA 类型等，用于指定需要的 LSA。

  4. LSU 报文（Link State Update，链路状态更新报文）：

    • 作用：回应 LSR 报文，发送所请求的 LSA 给邻居，以便对方更新其 LSDB。LSU 报文也可用来主动通告网络拓扑变化。

    • 主要内容：具体的 LSA 数据，包含链路状态信息、序列号、老化时间等。

  5. LSAck 报文（Link State Acknowledgment，链路状态确认报文）：

    • 作用：当路由器收到 LSU 报文后，必须发送 LSAck 报文来确认接收到的 LSA。这确保 LSA 更新过程中的可靠性，防止信息丢失。

    • 主要内容：确认的 LSA 头部信息，用于确保对方收到更新。

这五种报文通过相互协作，完成 OSPF 的邻居发现、链路状态同步和路由信息传播，确保网络中的路由器能持续更新并同步最新的网络拓扑信息。

OSPF 的 6 种常用 OSPF LSA 类型

  1. LSA Type 1：Router LSA：

    • 由谁产生：每台路由器为所属区域生成。

    • 作用：描述该区域内路由器链路的状态和代价信息。一个边界路由器（ABR）可能为每个连接的区域生成多个 Type 1 LSA。

    • 传播范围：仅限于其所在的 OSPF 区域，不跨区域传播。

  2. LSA Type 2：Network LSA：

    • 由谁产生：由指定路由器（DR）生成。

    • 作用：包含该网络中所有连接路由器的链路状态和代价信息。只有 DR 能够监测和生成此类信息。

    • 适用范围：广播网络或 NBMA 网络中，表示连接在同一网段的所有路由器。

  3. LSA Type 3：Summary LSA：

    • 由谁产生：由区域边界路由器（ABR）生成。

    • 作用：汇总并通告从 ABR 到其他区域（尤其是主干区域 area 0）的路由信息。它通常会汇总区域内的路由信息并通告给其他区域，而不是传递详细的路由信息。

    • 适用范围：跨区域传播，主要用于连接区域到 area 0 的链路信息。

  4. LSA Type 4：ASBR Summary LSA：

    • 由谁产生：由 ABR 生成。

    • 作用：通告 ASBR（自治系统边界路由器）的路由信息。与 LSA Type 3 不同，Type 4 LSA 用于描述从区域到 ASBR 的路由，而不是区域内部的路由。

    • 适用范围：用于其他区域了解如何到达 ASBR。

  5. LSA Type 5：External LSA：

    • 由谁产生：由 ASBR 生成。

    • 作用：通告自治系统外部的路由信息。Type 5 LSA 会在整个 OSPF 域中传播（除了 Stub 和完全 Stub 区域）。

    • 适用范围：用于通告从 OSPF 域外引入的外部路由（如 BGP 引入的路由）。

  6. LSA Type 7：NSSA LSA：

    • 由谁产生：由 ASBR 在 NSSA（不完全存根区域）生成。

    • 作用：通告 NSSA 区域内的外部路由信息。Type 7 LSA 在 NSSA 区域内部生成，但可通过 ABR 转换为 Type 5 LSA，以便传播到其他区域。

    • 适用范围：仅用于 NSSA 区域，允许外部路由信息的有限传播。

这些 LSA 类型通过不同的路由器和区域之间的协作，确保 OSPF 网络中路由信息的精确传播和同步，优化整个网络的路由选择。

配置命令

1. OSPF 基础配置

配置 OSPF 并启用区域

# 进入OSPF配置模式
[Huawei] ospf 1 router-id 1.1.1.1

# 在指定接口上启用OSPF（假设接口为GigabitEthernet0/0/0）
[Huawei-ospf-1] area 0
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0] network 192.168.1.0 0.0.0.255

# 退出到全局模式
[Huawei-ospf-1] quit

2. 配置 OSPF 的认证

配置简单认证

# 进入接口模式（假设接口为GigabitEthernet0/0/0）
[Huawei] interface GigabitEthernet0/0/0

# 启用OSPF的简单密码认证
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0] ospf authentication-mode simple huawei123

配置 MD5 认证

# 进入接口模式
[Huawei] interface GigabitEthernet0/0/0

# 启用OSPF的MD5认证
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0] ospf authentication-mode md5 1 huawei123

3. 查看 OSPF 状态

查看 OSPF 基本信息

# 查看OSPF进程、Router ID、区域等信息
[Huawei] display ospf

查看邻居状态

# 查看与OSPF邻居的邻接关系状态
[Huawei] display ospf peer

查看 LSA 信息

# 查看OSPF的LSA信息
[Huawei] display ospf lsdb

4. 配置 OSPF 的 DR/BDR 优先级

配置接口优先级来影响 DR/BDR 选举

# 进入接口模式（假设接口为GigabitEthernet0/0/0）
[Huawei] interface GigabitEthernet0/0/0

# 设置OSPF接口优先级
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0] ospf dr-priority 100

5. 配置 OSPF 的区域类型

配置 OSPF 存根区域（Stub Area）

# 进入OSPF进程配置模式
[Huawei] ospf 1

# 将area 1配置为存根区域
[Huawei-ospf-1] area 1
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.1] stub

配置 OSPF 完全存根区域（Totally Stub Area）

# 配置完全存根区域
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.1] stub no-summary

6. 配置 OSPF 静态路由重分发

在 OSPF 中重分发静态路由

# 进入OSPF进程配置模式
[Huawei] ospf 1

# 重分发静态路由到OSPF
[Huawei-ospf-1] import-route static

完。