OSPF筆記

一、OSPF

• Open Shortest Path First  開放式最短路徑優先；屬於鏈路狀態路由協議
• OSPF被IP協議封裝，工作在網絡層之上的一種路由協議，協議號為89
• OSPF路由信息傳遞與路由計算分離，基於SPF算法，以累計鏈路開銷作為選路參考值
• OSPF四張表：鄰居表、鏈路狀態數據庫、OSPF路由表、全局路由表

二、OSPF報頭

• Version（1字節）：版本v2代表v4網絡，v3代表v6網絡
• Type（1字節）：類型；ospf報文的類型；一共五種（看下面OSPF報文，type1-5順序）
• Pack Length（2字節）：總長度；包括報文頭部+數據
• Router ID（4字節）：發送該報文的路由器標識（router id）
• Area ID（4字節）：發送該報文的所屬區域
• checksum（2字節）：校驗和，包含了除認證字段的整個報文的校驗和
• Auth Type（2字節）：驗證類型；0：驗證 1：簡單驗證 2：MD5認證
• Authentication（8字節）：驗證信息；0代表沒有 1為明文密碼 2為key id

三、OSPF報文

1. hello 報文：發現和建立鄰居關系
1. 鄰居發現：自動發現鄰居路由器
2. 鄰居建立：完成hello報文中的參數協商，建立鄰居關系
3. 鄰居保持：通過keepalive機制，檢測鄰居運行狀態
4. hello報文：

   　　

2. DD 建立鄰接關系：交互鏈路狀態數據庫摘要（DD報文兩種情況：不攜帶LSA摘要信息的DD報文和攜帶LS摘要信息的DD報文）
3. LSR 鏈路狀態請求：請求特定的鏈路狀態信息
4. LSU 鏈路狀態更新：發送詳細的鏈路狀態信息（擁有完成LSA）
5. LACK 鏈路狀態確認：發送確認報文

HELLO報文中影響鄰居關系的因素：

• router id（不沖突）
• area id（一致）
• 認證類型（一致）
• 認證數據（一致）
• Hello時間間隔（一致）
• Hello失效時間（一致）
• N bit和E bit取值（一致）

DD、LSR、LSU、LSAck與LSA的關系：

　　DD報文：攜帶LSDB所有LSA的摘要信息；摘要信息包括：type、Ls id、Advertising Router、ls age（老化時間）、seq（序列號）、chksum（校驗和）等信息

　　

　　LSR：攜帶LSA的標識；type、Ls id、Advertising Router

　　

　　LSU：攜帶LSA的頭部以及鏈路狀態

　　

　　LACK：包含LSA摘要信息，跟DD報文一樣

　　

OSPF協議router ID如何確認

• 管理員手動配置ospf的router id優先級最高
• 默認使用路由器的全局router id；全局router id：設備第一個配置的IP成為router ID；手動配置全局ID：router id X.X.X.X 需要重啟生效
• 手動配置---->loopback最大--->物理接口最大/或者第二大（一般思科遵循此選舉辦法，華為設備建議手動配置）

四、OSPF工作狀態

• dowm：
  • 鄰居初始狀態；表示沒有從鄰居收到任何信息，此狀態下可以發送hello報文，發送間隔為poll interval通常和router dead interval間隔相同
• attempt：
  • 此狀態只有在NBMA網絡中存在。
• init：
  • 此狀態已經從鄰居收到hello報文，但hello報文中不包含自己route id，將鄰居的router id添加到hello報文中再發送出去。
• to-way：
  • 收到含有自己router id的hello包進入2-way狀態，建立鄰接關系；根據網絡類型選舉DR/BDR
• ex-start：
  • 這是形成鄰接關系的第一個步驟；進入此狀態向鄰居發送DD報文（不攜帶LSA摘要信息的DD報文）主要確認主從路由器（router id較大稱為主master）
  • 為什么要選舉主從路由器；通過DD報文序列號+1機制實現隱式確認，保障數據可靠傳輸； 
  • I（init）置1，表示第一個DD報文     M（more）置1表示后續還有其他DD報文     MS（master）置1表示自己為master
  • 
• ex-change
  • 將自身LSDB中所有LSA信息摘要信息通過DD報文進行交換，實現LSDB同步；（DD報文好處：傳遞的是鄰居之間沒有的LSA頭部信息，減少無用的LSA傳遞）
  • LSDB同步：就是鄰居之間最終擁有相同的LSA的信息以及LSA的新舊程度
  • 摘要信息用途：
    • 標識唯一條LSA（由type、ls id、adv rtr三個參數標識一條LSA）
    • 用於判斷LSA的新舊（seq（序列號）、chksum（校驗和）、ls age（老化時間）三個參數判斷新舊程度）
  • 

  •   

• loading
  • 相互發送LSR報文請求LSA，發送LS Updata通告LSA（交互LSR和LSU）
• full
  • 運行SPF算法，LSDB已經同步完成（主路由器優先進入full狀態）

　　 

　　OSPF 鄰居建立和LSDB同步過程：

　　

　　 判斷一條LSA新舊：

• Seq（序列號）越大的越新，起始值：0x80000001  最大值：0x7fffffff
• 如果seq相同則比較chksum（檢驗和）越大越新
• chksum相同，則判斷LS age（老化時間）是否等於3600s，等於3600s最新
• 如果LS age不等於3600s則判斷ls age差值，如果大於900s則LS age小的最新，小於900s則認為相同
• 

• DR/BDR選舉
  • 根據優先級選舉DR/BDR；優先級高的優先；當優先級相同時router id大的優先；
  • 接口優先級0-255，0代表不選舉，默認是1，不具有搶占性；
  • 每條廣播/NBMA鏈路都必須選舉一個DR，默認會選舉BDR路由器（可選），鏈路上其他路由器稱為Drother
  • DR/BDR/Drother之間保持full的鄰接關系需要進行LSDB同步；Drother之間保持tao-way的鄰居關系，不進行LSDB同步；
  • DR/BDR 監聽：224.0.0.5和224.0.0.6        Drother監聽：224.0.0.5
  • 
• 鏈路總結：

• 網絡類型	hello時間	特點	缺省選擇	備注
  p2p	10s	以組播形式發送hello報文、DD報文、LSR報文、LSU報文、LSAck報文	當鏈路層協議是ppp、hdlc、lapb時，缺省情況下ospf網絡類型是P2P	不選舉DR/BDR
  NBMA	30s	以單播形式發送hello報文、DD報文、LSR報文、LSU報文、LSAck報文、NBMA網絡必須是全連通的， 即網絡中任意兩台路由器之間必須直連可達	當鏈路層協議是ATM時，缺省情況下ospf認為網絡類型是NBMA	DR與BDR/DRoute建立鄰接關系 BDR與DR/DRoute建立鄰接關系 DRoute之間只建立鄰居關系
  廣播（broadcast）	10s	通常以組播形式發送hello報文、LSU報文和LSAck報文，以單播形式發送DD報文和LSR報文	當鏈路層協議是ethernel、FDDI時，缺省情況下ospf認為網絡類型是broadcast
  P2MP	30s	以組播形式發送hello報文、以單播形式發送DD報文、LSR報文、LSU報文、LSAck報文、P2MP網絡中掩碼長度必須一致	必須手動指定	不選舉DR/BDR

五、LSA

• LSA（link state Advertisement）是路由器之間鏈路狀態信息的載體，LSA是LSDB最小的組成單位，也就是說LSDB是由一條條LSA構成的；一共6種LSA。
• LS age（16位）：此字段表示LSA生存時間，單位是秒
• LS type（8位）：此字段標識了LSA的格式和功能，常用的LSA類型有五種
• Link State ID（32位）：此字段是該LSA所描述的的那部分鏈路的標識，例如：router id等
• Advertising Router（32位）：此字段是產生此LSA的路由器的rouer ID
• LS sequence number（32位）：此字段用於檢測舊的和重復的LSA；序列號越大代表LSA越新。
• LSA checksum（16位）：校驗和
• Length（16位）：LSA總長度
• 1800s 更新一次   3600s失效

鏈路狀態信息

• 什么是鏈路？路由器之間相連的鏈路
• 什么是狀態？鏈路上各種網絡參數在某一個時刻的取值
• 鏈路的類型、接口IP地址及掩碼、鏈路上所連接的鄰居路由器、鏈路的帶寬（開銷 cost）

• 1類LSA
  • router lsa
  • 每個ospf路由器都會產生，描述路由器自身加入到ospf進程的直連鏈路的鏈路狀態；只在區域泛洪（右圖是建立鄰居關系后）
  • 1類LSA的鏈路狀態由4種組成link type來進行描述；Stubnet（描述自身直連的網絡號/掩碼）、p-to-p（描述點對點、點對多點鏈路鄰居）、transnet（描述廣播/NBMA鏈路上的鄰居）、virtual（描述虛鏈路）
  • 注意：廣播/NBMA 網絡里會出現一個偽節點概念，廣播網絡里ospf在計算拓撲的時候都把當成與偽節點相連，依次來計算路由拓撲。
  • 下面三張分別描述：stubnet、p-to-p、transnet

       

        

• 2類LSA
  • network lsa
  • 由DR路由產生，描述DR周邊網絡環境（包括拓撲和網絡號），只在本區域泛洪
  • （transNet：用於描述連接偽節點的信息，type2 LSA其實描述了偽節點連接的哪些節點）
  • 
• 3類LSA
  • network summary lsa
  • 網絡匯總lsa，由ABR路由器產生，將區域1、2類LSA做歸納，生成3類LSA泛洪到其他區域中。
  • 一條三類LSA只能傳遞一條路由；（如果1類2類LSA很多那么生成的三類LSA路由也會很多）
  • 
• 4類LSA
  • asbr summary lsa
  • 由ABR路由器產生，描述ASBR路由所在區域的位置　　
  • 
• 5類LSA
  • AS external LSA 自治系統外部LSA（外部引入路由）由ASBR路由器產生，用來通告網絡去往其他路由協議的LSA。
  • 外部路由通過重分布引入到ospf路由域中，以5類LSA進入ospf區域。引入外部路由時默認是type2的路由；
  • type 1：路由表始終顯示引入時開銷和AS內部路徑開銷之和
    • 同類型的路由，選擇cost小的，如果cost值相同則負載分擔，路由意義上選路方式，OSPF根據SPF算法自動選路；
  • type2：引入外部路由時在路由表中忽略AS內部路徑的開銷，僅顯示引入的開銷，cost默認是1；
    • 同類型的路由，優先比較引入時的開銷，引入時的開銷值小的優先，如果引入時開銷相同則比較AS內部路徑開銷，即選擇到ASBR近的優先，如果內部開銷也相同則負載分擔；管理意義上的選路方式，人為可控。
  • 
• 7類LSA
  • nssa external lsa
  • 由NSSA區域中的ABR/ASBR產生，描述到達外部網絡的信息
• 總結：

　　

六、OSPF區域

• OSPF將網絡划分成兩層區域結構
  • 一層為骨干區域（area 0）
  • 一層為非骨干區域（非area 0）
  • 非骨干區域一定要和骨干區域相連
• OSPF路由類型：
  • 區域內路由：由1類和2類LSA產生
    • 把整個OSPF的一棵大樹划分成幾個小樹；1類和2類LSA各自在樹內的計算路由
  • 區域間路由：由3類LSA產生          
    • 把各自樹內計算出的路由通過轉換成三類LSA在區域間傳遞，一條區域內路由只能轉換成一條區域間的路由
    • ABR將自身直連區域內路由轉化其他直連區域3類LSA，完成區域間路由計算；ABR將區域0中的3類LSA轉換成其他非骨干區域的3類
    • 區域間路由的計算方法：cost=自身到ABR的開銷+ABR到路由的開銷
  • 區域外路由：由5類和7類LSA產生

ABR：連接多個區域並且至少一個活動的接口屬於區域0的路由器

IR：區域顳部路由器，所有接口都屬於同一個區域的路由器

ASBR：連接其他自治系統的路由器稱為ASBR

 

虛鏈路介紹：

• 主要創建vlink的路由器都是ABR
• vlink永遠屬於區域0的鏈路
• vlink只能在非骨干區域創建，只能跨越一個非骨干區域
• 特使區域不能創建vlink
• 用於修復不連續的骨干區域
• 將非骨干區域和骨干區域相連起來
• 可以作為區域0的備用路線，能不用就不用
• 配置：骨干區域配置vlink-peer X.X.X.X：非骨干區域的IP地址　　非骨干區域：vlink-peer X.X.X.X：骨干區域IP地址   

 

特殊區域介紹：

• stub區域（末節區域）
  • 不允許5類LSA在該區域泛洪，不會產生4類LSA；
  • ABR為該區域產生一條3類LSA的缺省路由用於訪問外部路由；區域試圖下：default-cost修改缺省路由的開銷
  • 通過3類的LSA用於訪問區域間的路由；
  • 該區域的所有路由器都要配置成末節區域
• totally stub（完全末節區域）
  • 不允許5類LSA在該區域泛洪，不產生3類和4類lsa
  • 該區域的ABR產生一條3類的LSA用於訪問區域間路由和外部路由
  • 該區域的ABR路由配置成完全末節區域，IR路由器配置成末節區域
  • 和ASBR在同一個區域路由如何計算外部路由？
    • Cost=自身到ASBR的開銷+引入時的開銷（5類）    next-hop=自身到asbr的下一跳
  • 和ASBR不在同一個區域的路由器如何計算外部路由？
    • Cost=自身到ABR的開銷+ABR到ASBR的開銷（4類）+引入時的開銷（5類）   next-hop=自身到asbr的下一跳
• nssa
  • 允許本區域ASBR引入外部路由，以7類LSA形式引入；
  • 只能在本區域泛洪，不能在其他區域泛洪
  • 不允許其他區域的ASBR產生的5類LSA泛洪，不產生4類LSA
  • NSSA區域的ABR產生一條7類缺省路由，用於訪問其他區域引入外部路由
  • NSSA區域ABR將7類LSA轉成5類LSA泛洪到其他區域，如果有多個ABR則router ID大的ABR去做7轉5；nssa translator-always 這條命令可以指定某個ABR做7轉5；
• totally nssa
  • 允許本區域的ASBR引入外部路由，以7類的LSA方式引入
  • 不允許其他ASBR產生的5類LSA泛洪，不產生4類LSA
  • 不產生3類lsa，由NSSA區域的ABR產生一條3類LSA的缺省路由，用於訪問區域間路由
  • NSSA區域的ABR產生一條7類LSA的缺省路由，用於訪問其他區域引入的外部路由（存在兩條缺省路由，一條3類，一條7類，優選3類的LSA的缺省路由）
  • 7類LSA只能在NSSA區域泛洪，不能泛洪到其他區域
  • NSSA區域的ABR將7類LSA轉成5類LSA泛洪到其他區域，如果有多個ABR，則router id大的ABR去做7轉5；nssa translator-always
• 

• 總結：

• 特點	stub 區域	totally stub區域	nssa區域	totall nssa區域
  是否必須位於AS邊緣	是	是	否	否
  ABR數量	1個	1個	1個或者多個	1個或者多個
  是否允許有ASBR	不允許	不允許	允許一個或者多個	允許一個或者多個
  是否允許虛連接穿過	不允許	不允許	不允許	不允許
  type 3 LSA	允許	不允許	允許	不允許
  type 4 LSA type 5 LSA	不允許	不允許	不允許	不允許
  type 7 LSA	不允許	不允許	允許	不允許
  缺省路由	自動生成一條默認路由；下一跳是所在區域內的ABR路由器接口地址；	自動生成一條默認路由；下一跳是所在區域內的ABR路由器接口地址；	自動生成一條默認路由；下一跳是所在區域內的ABR路由器接口地址；	自動生成兩條默認路由；一條3類，一條7類
  允許的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
  不允許的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、路由匯總

• 區域間路由匯總
  • 只能在ABR上執行。只能對直連區域的路由匯總（即對區域內的路由）
  • 匯總路由的開銷默認繼承明細路由中開銷最大的值
  • 明細路由全部失效，匯總路由也會失效（哪怕明細路由只有一條可達，匯總路由也不會失效）
  • 如果區域有多個ABR，所有ABR都要執行匯總，否則失去匯總的效果
• 外部路由匯總
  • 只能在ASBR上執行
  • 匯總路由開銷類型繼承明細路由的開銷類型，如果明細路由開銷類型不一致則默認為type2
  • NSSA區域的外部路由匯總可以在ASBR上執行，也可以再NSSA區域的ABR執行

八、路由過濾

• 過濾工具filter-policy 
• import方向：對接收路由設置過濾策略，只有通過過濾策略的路由才被添加到路由表中，但不影響對外發布路由。ospf路由信息記錄在lsdb中，實際上只是對ospf計算出來的路由進行過濾，不能對LSA過濾
• export方向：通過引入外部路由后通過filter-policy對引入路由發布時進行過濾，將滿足條件的外部路由轉換為type5、type7發布出去。先引入路由，再過濾。filete-policy acl name filter-export

九、OSPF防環

• 區域內
  • 在區域內每個路由器都維護一個獨立的lsdb，根據SPF算法得出最優路由，算法本身防環。
區域間：
• 所有非骨干區域必須和骨干區域相連，區域間路由需要通過骨干區域中轉。
• ABR只能將本區域內部路由注入到area 0（ABR存在其他區域的路由不會注入到area0中）但可以將區域內部路由以及區域間的路由注入到非0區域
• ABR從非骨干區域收到type-3LSA不能用於區域間路由計算
• ABR不會將area 0內部路由信息type-3再注入該區域中（情景：三角網絡架構其中路由器1、2為區域0，與另一台路由器3非0區域相連，路由1通過路由器3把type-3路由信息傳遞到了路由器2，路由器2不會把該type-3路由信息再此傳遞給路由器1）
區域外（mpls）
• ospf通過down位防環，3類LSA DN比特不僅可以防環還可以優化數據轉發；DOWN比特在把多協議BGP引入到ospf時3類LSA自動添加，其他PE設備如果檢測到3類LSA中down位 置位就拒絕再引回BGP（自動完成）
• ospf 通過tag防環，主要針對5類和7類；在MPLS VPN環境下，會把BGP的AS號放到5、7類的tag字段，其他PE設備檢測到TAG位和自身的AS號相同就拒絕路由。display ospf lsdb ase 可以看到TAG 值

OSPF 不能建立原因：

1. 路由器接口未參與OSPF 進程
2. 網絡一二層故障
3. 路由器接口被設置為passive接口
4. Hello 包被acl 攔截
5. MA 網絡子網掩碼不匹配
6. Hello包時間間隔不匹配
7. 認證類型和認證密鑰不匹配
8. 區域ID 和 router id
9. Stub/NSSA 區域選項不匹配
10. P2MP 中FR沒有配置broadcast
11. 企圖用接口輔助地址建立鄰居