OSPF動態路由協議筆記之(三) : 域內基本配置和抓包分析
通過前兩節筆記，已經介紹了OSPF的基本工作原理。包括如何建立鄰居關系和鄰接關系，鏈路狀態數據庫（LSDB）的同步過程，OSPF報文類型，報文結構，以及鏈路狀態信息通告（LSA）的頭部結構等。
本節筆記主要介紹OSPF（區域內）的基本配置方法，補充OSPF區域的概念，以及對建立關系和同步LSDB的過程進行抓包分析，以此驗證整個OSPF的工作過程。
OSPF區域
在繼續介紹下面的內容之前，我們需要先補充一下OSPF區域的概念。OSPF支持將一組網段組合在一起，這樣的一個組合稱為一個區域。
划分OSPF區域可以縮小路由器的LSDB規模，減少網絡流量。
要點①：區域內的詳細拓撲信息不向其他區域發送
區域內的詳細拓撲信息不向其他區域發送，區域間傳遞的是抽象的路由信息，而不是詳細的描述拓撲結構的鏈路狀態信息。每個區域都有自己的LSDB，不同區域的LSDB是不同的。路由器會為每一個自己所連接到的區域維護一個單獨的LSDB。由於詳細鏈路狀態信息不會被發布到區域以外，因此LSDB的規模大大縮小了。
要點②：Area 0為骨干區域，每個區域都必須連接到骨干區域
Area 0為骨干區域，為了避免區域間路由環路，非骨干區域之間不允許直接相互發布路由信息。因此，每個區域都必須連接到骨干區域。
要點③：ABR和ASBR的概念
運行在區域之間的路由器叫做區域邊界路由器ABR（Area Boundary Router），它包含所有相連區域的LSDB。運行在自治系統（AS）之間的路由器叫自治系統邊界路由器ASBR（Autonomous System Boundary Router），是指和其他AS中的路由器交換路由信息的路由器，這種路由器會向整個AS通告AS外部路由信息。
在規模較小的企業網絡中，可以把所有的路由器划分到同一個區域中，同一個OSPF區域中的路由器中的LSDB是完全一致的。OSPF區域號可以手動配置，為了便於將來的網絡擴展，推薦將該區域號設置為0，即骨干區域。
OSPF（區域內）的基本配置方法
打開華為模擬器eNSP，創建拓撲圖：
網絡中有三台路由器AR1，AR2以及AR3，分配環回（loopback）口地址以及端口IP地址分別如下圖所示。AR1和AR2之間的網段為172.16.100.0/24，AR1和AR3之間的網段為172.16.200.0/24，三台路由器均處於同一個區域內(area 0)，即骨干區域。
Step 1：基本配置。為各路由器配置物理接口地址和loopback口地址，此處省略。
Step 2：配置區域內OSPF路由協議。如下圖所示，以AR1為例，首先配置OSPF使用的router-id號，進入OSPF進程。然后配置區域號為0的區域（即骨干區域），將需要OSPF協議學習的網段路由發布給其他路由器。（注：宣告網段時，網段后需填入反掩碼）
同理，AR2和AR3均使用同等的配置，如下圖所示：
此時稍待片刻，就能看到路由器界面提示OSPF的鄰居關系已經為Full，表示已成功建立。
查看路由表，可以發現已經生成OSPF的路由，路由的優先級為10。
Step 3：配置OSPF認證。
華為系列路由器運行OSPF時，支持兩種認證方式：區域認證和接口認證。
OSPF支持簡單認證及加密認證功能，加密認證對潛在的攻擊行為有更強的防范性。OSPF認證可以配置在接口或區域上，配置接口認證方式的優先級高於區域認證方式。
① 配置簡單認證和加密認證功能
Ⅰ、配置簡單認證，參數plain表示使用顯示密碼，參數cipher表示使用密文密碼，參數null表示不認證。接口或區域上都可以運行。
命令： ospf authentication-mode { simple [ [ plain ] <plain-text> | cipher <cipher-text>] | null }
Ⅱ、配置加密認證，MD5是一種保證鏈路認證安全的加密算法（具體配置已在舉例中給出），參數key-id表示接口加密認證中的認證密鑰ID，它必須與對端上的key-id一致。
命令： ospf authentication-mode { md5 | hmac-md5 } [ key-id { plain <plain-text >| [ cipher ] <cipher-text>} ]
② 配置區域認證和接口認證示例
Ⅰ、區域配置示例：以AR1和AR2為例，使用加密認證（MD5算法），兩路由器均需配置同樣的認證方式，加密方式兩邊應該保持一致。
AR2和AR1配置方法一致，此處省略。
Ⅱ、接口配置示例：以AR1和AR3為例，需分別進入端口進行配置。使用加密認證（MD5算法），兩路由器均需配置同樣的認證方式，加密方式兩邊應該保持一致。
AR3和AR1配置方法一致，此處省略。
Step 4：查看OSPF鄰居建立情況
命令： display ospf peer
查看ospf鄰居關系建立的情況。
注釋：State（狀態）為Full，為OSPF成功建立關系后的最終狀態。OSPF規定Hello報文每10秒發送一次，若40秒過去后仍沒收到對端的Hello報文，則自動結束OSPF鄰居關系。
上述回顯信息表明，由於默認OSPF路由器優先級（數值為1）相同，但R2的Router ID 10.1.0.2大於R1的Router ID 10.1.0.1，所以R2為DR，R1為BDR。
命令： ospf dr-priority
修改R1的DR優先級。
默認情況下，DR/BDR的選舉采用的是非搶占模式。路由器優先級修改后，不會自動重新選舉DR。因此，需要重置R1和R2間的OSPF鄰居關系。
先關閉然后再打開R1上的Gigabit Ethernet 0/0/1接口，重置R1和R2間的OSPF鄰居關系。
重置后，可以看到DR已由172.16.100.2轉變為172.16.100.1。
命令： display ospf routing
查看OSPF路由表。
關於如何通過OSPF路由表計算區域內的路由，將會放到下一節筆記進行說明。
OSPF報文抓包分析
OSPF報文擁有共五種報文類型，主要根據OSPF Header的Message Type進行區分，以下就按照不同的報文類型，對OSPF的報文字段進行分析。
① Hello Packet（Hello報文）
OSPF協議使用Hello報文來建立和維護相鄰鄰居路由器之間的鄰居關系。僅用來向鄰居路由器證明自己的存在。
Hello報文被周期性（Hello Interval，默認為10秒）地發向鄰居路由器接口發送，如果在設定的死亡時間（Router Dead Interval，默認為40秒，通常至少是Hello包發送時間間隔的4倍）內沒有收到對方OSPF路由器發送來的Hello報文，則本地路由器會認為該對方路由器無效。
報文內容包括一些定時器設置、DR、BDR以及本路由器已知的鄰居路由器。整個Hello報文格式如下表所示。
| 字段 |
長度 |
功能 |
| Network Mask |
4字節 |
發送Hello報文接口所在的子網掩碼。 |
| HelloInterval |
2字節 |
指定發送Hello報文的時間間隔，默認為10秒。 |
| Options |
1字節 |
可選項，包括： E：允許泛洪AS-external-LAS； MC：允許轉發IP組播報文； N/P：允許處理Type 7 LSA; DC：允許處理按需鏈路。 |
| Router Priority |
1字節 |
指定DR優先級，默認為1。數值越大越優先。如果設為0，則表示本路由器不參與DR/BDR選舉。 |
| Router Dead Interval |
4字節 |
指定路由器失效時間，默認為40秒。如果在此時間內沒有收到鄰居路由器發來的Hello報文，則認為該鄰居路由器已失效。 |
| Designated Router |
4字節 |
指定DR的接口IP地址 |
| Backup Designated Router |
4字節 |
指定BDR的接口IP地址 |
| Active Neighbor |
4字節 |
指定鄰居路由器的RID。可以指定多個鄰居路由器RID |
② Data Description（數據庫描述報文）
DD報文是用來描述本地路由器的鏈路狀態數據庫（LSDB），在兩個OSPF路由器初始化連接時要交換DD報文，進行LSDB數據庫同步。
DD報文內容部分包括：DD報文序列號和LSDB中每一條LSA的頭部等。對端路由器根據所收到的DD報文中的LSA頭部，判斷出自己的LSDB中是否已有這條LSA。
由於數據庫的內容可能相當長，所以可能需要多個數據庫描述報文來描述整個數據庫。所以有三個專門用於標識數據庫描述報文序列的比特位，即DD報文格式中的I、M和M/S這三位。接收方對報文的重新排序使其能夠真實地復制數據庫描述報文。
DD交換過程按詢問/應答方式進行，在DD報文交換中，一台為Master（主）角色，另一台為Slave（從）角色。Master路由器向從路由器發送它的路由表內容，並規定起始序列號，每發送一個DD報文，序列號加1，Slave則使用Master的序列號進行確定應答。但是顯然，主從之間的關系會因每個DD交換的不同而不同。網絡中的所有路由器會在不同時刻作用，在這個過程中既可能是主路由器又可能是從路由器。
對於的各字段說明如下表所示。
| 字段 |
長度 |
功能 |
| Interface MTU |
2字節 |
指出發送DD報文的接口在不分段的情況下，可以發出的最大IP報文長度。 |
| Options |
1字節 |
可選項，包括： E：允許泛洪AS-external-LAS； MC：允許轉發IP組播報文； N/P：允許處理Type 7 LSA; DC：允許處理按需鏈路。 |
| I |
1比特 |
指定在連續發送多個DD報文，如果是第一個DD報文則置1，其它的均置0。 |
| M |
1比特 |
指定在連續發送多個DD報文，如果后續還有報文需傳達則置1，如果是最后一個DD報文則置0。 |
| M/S |
1比特 |
設置進行DD報文雙方的主從關系，如果本端是Master角色，則置1，否則置0。 |
| DD Sequence Number |
4字節 |
指定所發送的DD報文序列號。主從雙方利用序列號來確保DD報文傳輸的可靠性和完整性。 |
| LSA Header |
4字節 |
指定DD報文中所包括的LSA頭部。可以指定多個LSA頭部。 |
因為DD報文僅在兩台OSPF路由器初始化連接時才進行DD交換，所以它沒有發送周期。之后的數據庫存同步是通過LSR、LSU和LSAck報文進行同步的。
③ Link State Request（鏈路狀態請求報文）
LSR報文用於請求相鄰路由器鏈路狀態數據庫中的一部分數據。當兩台路由器互相交換完DD報文后，知道對端路由器有哪些LSA是本LSDB所沒有的，以及哪些LSA是已經失效的，則需要發送一個LSR報文，向對方請求所需的LSA。
LSR報文內容包括所需的LSA摘要，主要包含三個字段：Link State Type，Link State ID，Advertising Router；具體格式如下圖所示：
LSR報文內容部分各字段說明如下表所示：
| 字段 |
長度 |
功能 |
| LS type |
4字節 |
OSPF指定所請求的LSA類型，總共11類，其中主要常用的共7類，其余均為特殊場景下應用，以下僅列出常見的LSA類型： 第一類：Router-LSA（路由器LSA）； 第二類：Network-LSA（網絡LSA）； 第三類：Network-Summary-LSA（網絡匯總LSA）； 第四類：ASBR-Summary-LSA（ASBR匯總LSA）； 第五類：AS-External-LSA（自治系統外部LSA）； 第七類：NSSA-External-LSA（NSSA外部LSA）。 |
| Link State ID |
4字節 |
用於指定ospf所描述的部分區域，該字段的使用方法根據不同的LSA類型而不同： 當為一類LSA時，該字段值是產生LSA 1的路由器的Router-ID； 當為二類LSA時，該字段值是DR的接口地址； 當為三類LSA時，該字段值是目的網絡的網絡地址； 當為四類LSA時，該字段值是ASBR的Router-ID； 當為五類LSA時，該字段值是目的網絡的網絡地址。 |
| Advertising Router |
4字節 |
指定產生此所要請求的LSA的路由器ID |
④ Link State Update（鏈路狀態更新報文）
LSU報文是回應LSR報文的請求，用來向對端路由器發送所需的LSA，內容是多條LSA完整內容的集合。
LSU報文內容部分包括此次共發送的LSA數量（Number of LSAs字段）和每條LSA（LSAs字段）的完整內容，如下圖所示。
LSU報文在支持組播和多路訪問的鏈路上是以組播方式將LSA泛洪出去的，並且對沒有收到對方確認應答（就是下面將要介紹的LSAck報文）的LSA進行重傳，但重傳時的LSA是直接送到沒有收到確認應答的鄰居路由器上，而不再是泛洪。報文內容部分字段如下表所示。
| 字段 |
長度 |
功能 |
| Number of LSA |
4字節 |
指定此報文中共發送的LSA數量。 |
| LSAs |
4字節 |
是一條條具體的LSA完整信息，后面的省略號表示可多條LSA。 |
⑤ Link State Acknowledge（鏈路狀態確認報文）
LSAck報文是路由器在收到對端發來的LSU報文后所發出的確認應答報文，內容是需要確認的LSA頭部（LSA Headers）。
LSAck報文根據不同鏈路以單播或組播形式發送。整個LSAck報文的格式如下圖所示。
Q：在OSPF路由協議中，組播地址224.0.0.5和224.0.0.6分別代表什么，在什么情況下使用？
組播地址224.0.0.5代表所有運行OSPF的路由器，DR，BDR向DRother發送DD，LS Request，LS Update報文時，其發送的目的地址是224.0.0.5。可以理解為：DRother偵聽224.0.0.5。
組播地址224.0.0.6代表所有角色為DR的路由器，DRother向DR，BDR發送DD，LS Request，LS Update報文時，其發送的目的地址是224.0.0.6。可以理解為：DR偵聽224.0.0.6。
通過本節筆記，補充了OSPF區域的概念，並介紹了OSPF（區域內）的基本配置方法，然后從建立鄰居關系，到LSDB同步，最后建立鄰接關系的各過程中，所使用的OSPF報文類型進行抓包分析。
下一節筆記，將會繼續介紹OSPF域內路由的基本知識，內容涵蓋一類LSA（Router-LSA）和二類LSA（Network-LSA），以及如何使用這兩類LSA通過SPF算法計算域內路由。
參考鏈接:
https://zhidao.baidu.com/question/117619837.html
https://blog.51cto.com/u_13532838/2079671
https://blog.csdn.net/weixin_33971130/article/details/90074768