OSPF笔记

一、OSPF

• Open Shortest Path First  开放式最短路径优先；属于链路状态路由协议
• OSPF被IP协议封装，工作在网络层之上的一种路由协议，协议号为89
• OSPF路由信息传递与路由计算分离，基于SPF算法，以累计链路开销作为选路参考值
• OSPF四张表：邻居表、链路状态数据库、OSPF路由表、全局路由表

二、OSPF报头

• Version（1字节）：版本v2代表v4网络，v3代表v6网络
• Type（1字节）：类型；ospf报文的类型；一共五种（看下面OSPF报文，type1-5顺序）
• Pack Length（2字节）：总长度；包括报文头部+数据
• Router ID（4字节）：发送该报文的路由器标识（router id）
• Area ID（4字节）：发送该报文的所属区域
• checksum（2字节）：校验和，包含了除认证字段的整个报文的校验和
• Auth Type（2字节）：验证类型；0：验证 1：简单验证 2：MD5认证
• Authentication（8字节）：验证信息；0代表没有 1为明文密码 2为key id

三、OSPF报文

1. hello 报文：发现和建立邻居关系
1. 邻居发现：自动发现邻居路由器
2. 邻居建立：完成hello报文中的参数协商，建立邻居关系
3. 邻居保持：通过keepalive机制，检测邻居运行状态
4. hello报文：

   　　

2. DD 建立邻接关系：交互链路状态数据库摘要（DD报文两种情况：不携带LSA摘要信息的DD报文和携带LS摘要信息的DD报文）
3. LSR 链路状态请求：请求特定的链路状态信息
4. LSU 链路状态更新：发送详细的链路状态信息（拥有完成LSA）
5. LACK 链路状态确认：发送确认报文

HELLO报文中影响邻居关系的因素：

• router id（不冲突）
• area id（一致）
• 认证类型（一致）
• 认证数据（一致）
• Hello时间间隔（一致）
• Hello失效时间（一致）
• N bit和E bit取值（一致）

DD、LSR、LSU、LSAck与LSA的关系：

　　DD报文：携带LSDB所有LSA的摘要信息；摘要信息包括：type、Ls id、Advertising Router、ls age（老化时间）、seq（序列号）、chksum（校验和）等信息

　　

　　LSR：携带LSA的标识；type、Ls id、Advertising Router

　　

　　LSU：携带LSA的头部以及链路状态

　　

　　LACK：包含LSA摘要信息，跟DD报文一样

　　

OSPF协议router ID如何确认

• 管理员手动配置ospf的router id优先级最高
• 默认使用路由器的全局router id；全局router id：设备第一个配置的IP成为router ID；手动配置全局ID：router id X.X.X.X 需要重启生效
• 手动配置---->loopback最大--->物理接口最大/或者第二大（一般思科遵循此选举办法，华为设备建议手动配置）

四、OSPF工作状态

• dowm：
  • 邻居初始状态；表示没有从邻居收到任何信息，此状态下可以发送hello报文，发送间隔为poll interval通常和router dead interval间隔相同
• attempt：
  • 此状态只有在NBMA网络中存在。
• init：
  • 此状态已经从邻居收到hello报文，但hello报文中不包含自己route id，将邻居的router id添加到hello报文中再发送出去。
• to-way：
  • 收到含有自己router id的hello包进入2-way状态，建立邻接关系；根据网络类型选举DR/BDR
• ex-start：
  • 这是形成邻接关系的第一个步骤；进入此状态向邻居发送DD报文（不携带LSA摘要信息的DD报文）主要确认主从路由器（router id较大称为主master）
  • 为什么要选举主从路由器；通过DD报文序列号+1机制实现隐式确认，保障数据可靠传输； 
  • I（init）置1，表示第一个DD报文     M（more）置1表示后续还有其他DD报文     MS（master）置1表示自己为master
  • 
• ex-change
  • 将自身LSDB中所有LSA信息摘要信息通过DD报文进行交换，实现LSDB同步；（DD报文好处：传递的是邻居之间没有的LSA头部信息，减少无用的LSA传递）
  • LSDB同步：就是邻居之间最终拥有相同的LSA的信息以及LSA的新旧程度
  • 摘要信息用途：
    • 标识唯一条LSA（由type、ls id、adv rtr三个参数标识一条LSA）
    • 用于判断LSA的新旧（seq（序列号）、chksum（校验和）、ls age（老化时间）三个参数判断新旧程度）
  • 

  •   

• loading
  • 相互发送LSR报文请求LSA，发送LS Updata通告LSA（交互LSR和LSU）
• full
  • 运行SPF算法，LSDB已经同步完成（主路由器优先进入full状态）

　　 

　　OSPF 邻居建立和LSDB同步过程：

　　

　　 判断一条LSA新旧：

• Seq（序列号）越大的越新，起始值：0x80000001  最大值：0x7fffffff
• 如果seq相同则比较chksum（检验和）越大越新
• chksum相同，则判断LS age（老化时间）是否等于3600s，等于3600s最新
• 如果LS age不等于3600s则判断ls age差值，如果大于900s则LS age小的最新，小于900s则认为相同
• 

• DR/BDR选举
  • 根据优先级选举DR/BDR；优先级高的优先；当优先级相同时router id大的优先；
  • 接口优先级0-255，0代表不选举，默认是1，不具有抢占性；
  • 每条广播/NBMA链路都必须选举一个DR，默认会选举BDR路由器（可选），链路上其他路由器称为Drother
  • DR/BDR/Drother之间保持full的邻接关系需要进行LSDB同步；Drother之间保持tao-way的邻居关系，不进行LSDB同步；
  • DR/BDR 监听：224.0.0.5和224.0.0.6        Drother监听：224.0.0.5
  • 
• 链路总结：

• 网络类型	hello时间	特点	缺省选择	备注
  p2p	10s	以组播形式发送hello报文、DD报文、LSR报文、LSU报文、LSAck报文	当链路层协议是ppp、hdlc、lapb时，缺省情况下ospf网络类型是P2P	不选举DR/BDR
  NBMA	30s	以单播形式发送hello报文、DD报文、LSR报文、LSU报文、LSAck报文、NBMA网络必须是全连通的， 即网络中任意两台路由器之间必须直连可达	当链路层协议是ATM时，缺省情况下ospf认为网络类型是NBMA	DR与BDR/DRoute建立邻接关系 BDR与DR/DRoute建立邻接关系 DRoute之间只建立邻居关系
  广播（broadcast）	10s	通常以组播形式发送hello报文、LSU报文和LSAck报文，以单播形式发送DD报文和LSR报文	当链路层协议是ethernel、FDDI时，缺省情况下ospf认为网络类型是broadcast
  P2MP	30s	以组播形式发送hello报文、以单播形式发送DD报文、LSR报文、LSU报文、LSAck报文、P2MP网络中掩码长度必须一致	必须手动指定	不选举DR/BDR

五、LSA

• LSA（link state Advertisement）是路由器之间链路状态信息的载体，LSA是LSDB最小的组成单位，也就是说LSDB是由一条条LSA构成的；一共6种LSA。
• LS age（16位）：此字段表示LSA生存时间，单位是秒
• LS type（8位）：此字段标识了LSA的格式和功能，常用的LSA类型有五种
• Link State ID（32位）：此字段是该LSA所描述的的那部分链路的标识，例如：router id等
• Advertising Router（32位）：此字段是产生此LSA的路由器的rouer ID
• LS sequence number（32位）：此字段用于检测旧的和重复的LSA；序列号越大代表LSA越新。
• LSA checksum（16位）：校验和
• Length（16位）：LSA总长度
• 1800s 更新一次   3600s失效

链路状态信息

• 什么是链路？路由器之间相连的链路
• 什么是状态？链路上各种网络参数在某一个时刻的取值
• 链路的类型、接口IP地址及掩码、链路上所连接的邻居路由器、链路的带宽（开销 cost）

• 1类LSA
  • router lsa
  • 每个ospf路由器都会产生，描述路由器自身加入到ospf进程的直连链路的链路状态；只在区域泛洪（右图是建立邻居关系后）
  • 1类LSA的链路状态由4种组成link type来进行描述；Stubnet（描述自身直连的网络号/掩码）、p-to-p（描述点对点、点对多点链路邻居）、transnet（描述广播/NBMA链路上的邻居）、virtual（描述虚链路）
  • 注意：广播/NBMA 网络里会出现一个伪节点概念，广播网络里ospf在计算拓扑的时候都把当成与伪节点相连，依次来计算路由拓扑。
  • 下面三张分别描述：stubnet、p-to-p、transnet

       

        

• 2类LSA
  • network lsa
  • 由DR路由产生，描述DR周边网络环境（包括拓扑和网络号），只在本区域泛洪
  • （transNet：用于描述连接伪节点的信息，type2 LSA其实描述了伪节点连接的哪些节点）
  • 
• 3类LSA
  • network summary lsa
  • 网络汇总lsa，由ABR路由器产生，将区域1、2类LSA做归纳，生成3类LSA泛洪到其他区域中。
  • 一条三类LSA只能传递一条路由；（如果1类2类LSA很多那么生成的三类LSA路由也会很多）
  • 
• 4类LSA
  • asbr summary lsa
  • 由ABR路由器产生，描述ASBR路由所在区域的位置　　
  • 
• 5类LSA
  • AS external LSA 自治系统外部LSA（外部引入路由）由ASBR路由器产生，用来通告网络去往其他路由协议的LSA。
  • 外部路由通过重分布引入到ospf路由域中，以5类LSA进入ospf区域。引入外部路由时默认是type2的路由；
  • type 1：路由表始终显示引入时开销和AS内部路径开销之和
    • 同类型的路由，选择cost小的，如果cost值相同则负载分担，路由意义上选路方式，OSPF根据SPF算法自动选路；
  • type2：引入外部路由时在路由表中忽略AS内部路径的开销，仅显示引入的开销，cost默认是1；
    • 同类型的路由，优先比较引入时的开销，引入时的开销值小的优先，如果引入时开销相同则比较AS内部路径开销，即选择到ASBR近的优先，如果内部开销也相同则负载分担；管理意义上的选路方式，人为可控。
  • 
• 7类LSA
  • nssa external lsa
  • 由NSSA区域中的ABR/ASBR产生，描述到达外部网络的信息
• 总结：

　　

六、OSPF区域

• OSPF将网络划分成两层区域结构
  • 一层为骨干区域（area 0）
  • 一层为非骨干区域（非area 0）
  • 非骨干区域一定要和骨干区域相连
• OSPF路由类型：
  • 区域内路由：由1类和2类LSA产生
    • 把整个OSPF的一棵大树划分成几个小树；1类和2类LSA各自在树内的计算路由
  • 区域间路由：由3类LSA产生          
    • 把各自树内计算出的路由通过转换成三类LSA在区域间传递，一条区域内路由只能转换成一条区域间的路由
    • ABR将自身直连区域内路由转化其他直连区域3类LSA，完成区域间路由计算；ABR将区域0中的3类LSA转换成其他非骨干区域的3类
    • 区域间路由的计算方法：cost=自身到ABR的开销+ABR到路由的开销
  • 区域外路由：由5类和7类LSA产生

ABR：连接多个区域并且至少一个活动的接口属于区域0的路由器

IR：区域颞部路由器，所有接口都属于同一个区域的路由器

ASBR：连接其他自治系统的路由器称为ASBR

 

虚链路介绍：

• 主要创建vlink的路由器都是ABR
• vlink永远属于区域0的链路
• vlink只能在非骨干区域创建，只能跨越一个非骨干区域
• 特使区域不能创建vlink
• 用于修复不连续的骨干区域
• 将非骨干区域和骨干区域相连起来
• 可以作为区域0的备用路线，能不用就不用
• 配置：骨干区域配置vlink-peer X.X.X.X：非骨干区域的IP地址　　非骨干区域：vlink-peer X.X.X.X：骨干区域IP地址   

 

特殊区域介绍：

• stub区域（末节区域）
  • 不允许5类LSA在该区域泛洪，不会产生4类LSA；
  • ABR为该区域产生一条3类LSA的缺省路由用于访问外部路由；区域试图下：default-cost修改缺省路由的开销
  • 通过3类的LSA用于访问区域间的路由；
  • 该区域的所有路由器都要配置成末节区域
• totally stub（完全末节区域）
  • 不允许5类LSA在该区域泛洪，不产生3类和4类lsa
  • 该区域的ABR产生一条3类的LSA用于访问区域间路由和外部路由
  • 该区域的ABR路由配置成完全末节区域，IR路由器配置成末节区域
  • 和ASBR在同一个区域路由如何计算外部路由？
    • Cost=自身到ASBR的开销+引入时的开销（5类）    next-hop=自身到asbr的下一跳
  • 和ASBR不在同一个区域的路由器如何计算外部路由？
    • Cost=自身到ABR的开销+ABR到ASBR的开销（4类）+引入时的开销（5类）   next-hop=自身到asbr的下一跳
• nssa
  • 允许本区域ASBR引入外部路由，以7类LSA形式引入；
  • 只能在本区域泛洪，不能在其他区域泛洪
  • 不允许其他区域的ASBR产生的5类LSA泛洪，不产生4类LSA
  • NSSA区域的ABR产生一条7类缺省路由，用于访问其他区域引入外部路由
  • NSSA区域ABR将7类LSA转成5类LSA泛洪到其他区域，如果有多个ABR则router ID大的ABR去做7转5；nssa translator-always 这条命令可以指定某个ABR做7转5；
• totally nssa
  • 允许本区域的ASBR引入外部路由，以7类的LSA方式引入
  • 不允许其他ASBR产生的5类LSA泛洪，不产生4类LSA
  • 不产生3类lsa，由NSSA区域的ABR产生一条3类LSA的缺省路由，用于访问区域间路由
  • NSSA区域的ABR产生一条7类LSA的缺省路由，用于访问其他区域引入的外部路由（存在两条缺省路由，一条3类，一条7类，优选3类的LSA的缺省路由）
  • 7类LSA只能在NSSA区域泛洪，不能泛洪到其他区域
  • NSSA区域的ABR将7类LSA转成5类LSA泛洪到其他区域，如果有多个ABR，则router id大的ABR去做7转5；nssa translator-always
• 

• 总结：

• 特点	stub 区域	totally stub区域	nssa区域	totall nssa区域
  是否必须位于AS边缘	是	是	否	否
  ABR数量	1个	1个	1个或者多个	1个或者多个
  是否允许有ASBR	不允许	不允许	允许一个或者多个	允许一个或者多个
  是否允许虚连接穿过	不允许	不允许	不允许	不允许
  type 3 LSA	允许	不允许	允许	不允许
  type 4 LSA type 5 LSA	不允许	不允许	不允许	不允许
  type 7 LSA	不允许	不允许	允许	不允许
  缺省路由	自动生成一条默认路由；下一跳是所在区域内的ABR路由器接口地址；	自动生成一条默认路由；下一跳是所在区域内的ABR路由器接口地址；	自动生成一条默认路由；下一跳是所在区域内的ABR路由器接口地址；	自动生成两条默认路由；一条3类，一条7类
  允许的LSA	type 1 LSA type 2 LSA type 3 LSA	type 1 LSA type 2 LSA	type 1 LSA type 2 LSA type 3 LSA type 7 LSA	type 1 LSA type 2 LSA type 7 LSA
  不允许的LSA	type 4 LSA type 5 LSA type 7 LSA	type 3 LSA type 4 LSA type 5 LSA type 7 LSA	type 4 LSA type 5 LSA	type 3 LSA type 4 4 LSA type 5 LSA

七、路由汇总

• 区域间路由汇总
  • 只能在ABR上执行。只能对直连区域的路由汇总（即对区域内的路由）
  • 汇总路由的开销默认继承明细路由中开销最大的值
  • 明细路由全部失效，汇总路由也会失效（哪怕明细路由只有一条可达，汇总路由也不会失效）
  • 如果区域有多个ABR，所有ABR都要执行汇总，否则失去汇总的效果
• 外部路由汇总
  • 只能在ASBR上执行
  • 汇总路由开销类型继承明细路由的开销类型，如果明细路由开销类型不一致则默认为type2
  • NSSA区域的外部路由汇总可以在ASBR上执行，也可以再NSSA区域的ABR执行

八、路由过滤

• 过滤工具filter-policy 
• import方向：对接收路由设置过滤策略，只有通过过滤策略的路由才被添加到路由表中，但不影响对外发布路由。ospf路由信息记录在lsdb中，实际上只是对ospf计算出来的路由进行过滤，不能对LSA过滤
• export方向：通过引入外部路由后通过filter-policy对引入路由发布时进行过滤，将满足条件的外部路由转换为type5、type7发布出去。先引入路由，再过滤。filete-policy acl name filter-export

九、OSPF防环

• 区域内
  • 在区域内每个路由器都维护一个独立的lsdb，根据SPF算法得出最优路由，算法本身防环。
区域间：
• 所有非骨干区域必须和骨干区域相连，区域间路由需要通过骨干区域中转。
• ABR只能将本区域内部路由注入到area 0（ABR存在其他区域的路由不会注入到area0中）但可以将区域内部路由以及区域间的路由注入到非0区域
• ABR从非骨干区域收到type-3LSA不能用于区域间路由计算
• ABR不会将area 0内部路由信息type-3再注入该区域中（情景：三角网络架构其中路由器1、2为区域0，与另一台路由器3非0区域相连，路由1通过路由器3把type-3路由信息传递到了路由器2，路由器2不会把该type-3路由信息再此传递给路由器1）
区域外（mpls）
• ospf通过down位防环，3类LSA DN比特不仅可以防环还可以优化数据转发；DOWN比特在把多协议BGP引入到ospf时3类LSA自动添加，其他PE设备如果检测到3类LSA中down位 置位就拒绝再引回BGP（自动完成）
• ospf 通过tag防环，主要针对5类和7类；在MPLS VPN环境下，会把BGP的AS号放到5、7类的tag字段，其他PE设备检测到TAG位和自身的AS号相同就拒绝路由。display ospf lsdb ase 可以看到TAG 值

OSPF 不能建立原因：

1. 路由器接口未参与OSPF 进程
2. 网络一二层故障
3. 路由器接口被设置为passive接口
4. Hello 包被acl 拦截
5. MA 网络子网掩码不匹配
6. Hello包时间间隔不匹配
7. 认证类型和认证密钥不匹配
8. 区域ID 和 router id
9. Stub/NSSA 区域选项不匹配
10. P2MP 中FR没有配置broadcast
11. 企图用接口辅助地址建立邻居