动态路由协议——OSPF及配置

OSPF（链路状态路由协议）路由协议概述

按照AS分类

As是指由同一个技术管理机构管理、使用统一选路策略的一些路由器的集合。
【1】按自治系统分为
IGP:内部网关路由协议，运行在As内部的路由协议，主要解决As内部的选路问题，发现、计算路由。
主要:RIP1/RIP2、OSPF、ISIS、EIGRP（思科私有协议）
EGP:外部网关路由协议，运行在As与As之间的路由协议，他解决As之间选路问题。通常有BGP

【2】按协议类型分类
距离矢量路由协议:RIP1/2、BGP（路径矢量协议）、EIGRP（高级距离矢量协议)
路由器对全网拓扑不完全了解。是"传说的路由"，A发路由信息给B，B加上自己的度量值又发给c，路由表里的条目是听来的。

OSPF

在链路状态路由协议中路由器对全网拓扑完全了解。是"传信的路由"，a将信息放在一封信里发给B，B对其不做任何改变，拷贝下来，并将自己的信息放在另一封信里，两封信一起给c，这样，信息没有任何改变和丢失，最后所有路由器都收到相同的一堆信，这一堆信就是LSDB。然后，每个路由器运用相同的SPF算法，以自己为根，计算出SPF Tree(即到达目的地的各个方案），选出最佳路径，放入路由表中。

工作过程：

邻居列表，链路状态数据库，路由表

形成路由：

OSPF接口发送Hello包，建立邻居关系，之后学习链路状态信息（互相发送LSA链路状态通告相互通告路由），形成链路状态数据库。再通过Dijkstra算法(SPF算法)，计算最短路径树（cost最小）后放入路由表。

OSPF区域

为了适应大型的网络，OSPF在AS内划分多个区域，每个OSPF路由器只维护所在区域的完整链路状态信息，然后将一个区域的LSA简化和汇总后由边界路由（ABR）转发给另一个区域。

1. 区域的ID可以表示为十进制的数字或者是一个IP。
2. 区域的划分上，一般Area 0是骨干区域，其他为非骨干区域，非骨干区域无法直接通信，所有通信必须经过骨干区域。

Router ID ：

OSPF区域内唯一标识路由器的IP地址

Router ID选取规则：
选取路由器loopback接口上数值最高的IP地址
如果没有loopback接口，在物理端口中选取IP地址最高的
上面两个都是自动选取的，下面这个是手动选取的规则：
使用router-id命令指定Router lD

DR和BDR：

当多台OSPF路由器连到同一个多路访问网段时，如果每两台路由器之间都相互交换LSA，那么该网段将充满着众多LSA条目，为了能够尽量减少LSA的传播数量，这时候需要一个路由器和所有的路由器互换LSA，减少LSA的数量，那么这个路由器被称为DR；在选DR的时候，也会选出一个作为备份，称为BDR；最后其他路由器（DRothers）只和DR和BDR形成邻接关系。

DR和BDR的选举方法：
自动选举DR和BDR：
网段上Router ID最大的路由器将被选举为DR，第二大的将被选举为BDR
手工选择DR和BDR：
优先级范围是0～255，数值越大，优先级越高，默认为1·
如果优先级相同，则需要比较Router lD
如果路由器的优先级被设置为0，它将不参与DR和BDR的选举
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，但是它不能强制更换已经存在的DR或BDR路由器

在OSPF中使用224.0.0.5和224.0.0.6作为组播地址，选举时，大家都是用组播地址224.0.0.5发送Hello包（这个时候路由器都认为自己是DR），当DR和BDR选出来后，DR和BDR使用224.0.0.5发送，其他路由器使用224.0.0.6发送。

OSPF的度量值为COST

COST=10⁸/BW
最短路径是基于接口指定的代价（cost）计算的

接口类型	COST（108/BW）
Gigabit Ethernet	0.1
fast Ethernet	1
Ethernet	10
电话线56K	1785

OSPF的5个数据包：

承载在IP数据包内，使用协议号89

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DBD/ LSU，每个LSA需要被分别确认

OSPF的7个状态

状态	作用
down状态	初始化，没有来自邻居的Hello包
init状态	收到第一个Hello包
2 Way 状态	双向建立会话，邻居表都建立完成
Exstart状态	建立主从关系
Exchange状态	交换摘要信息，到确认信息收到
Loading状态	加载详细信息
full状态	完全连接

OSPF的特点：

可适应大规模网络
路由变化收敛速度快
无路由环
支持变长子网掩码VLSM
支持区域划分
支持以组播地址发送协议报

配置命令

[R1]ospf 1 router-id 1.1.1.1
创建ospf进程，配置Router ID
[R1-ospf-1]area 0
创建区域0，区域0为骨干区域
[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]network 1.1.1.1 0.0.0.0
宣告直连路由，使用反掩码
[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]network 192.168.10.0 0.0.0.255

OSPF多区域

生成OSPF多区域的原因：

改善网络的可扩展性、快速收敛

OSPF的通信量

• 域内通信量(Intra-Area Traffic)
  单个区域内的路由器之间交换数据包构成的通信量
• 域间通信量(Inter-Area Traffic)
  不同区域的路由器之间交换数据包构成的通信量
• 外部通信量(External Traffic)
  OSPF域内的路由器与OSPF区域外或另一个自治系统内的路由器之间交换数据包构成的通信量

OSPF中的路由器的类型

• 内部路由器：路由器只保存本区域的链路状态信息
• 区域边界路由器（ABR）：连接区域与其他区域的路由器；将连接区域的链路状态信息总汇后发给区域0，并将其他区域的的链路状态信息发给连接的区域
• 自治系统边界路由器（ASBR）：用来连接OSPF区域和外部的路由器；并将外部路由注入到OSPF网络中

OSPF的区域类型：

骨干区域：area 0，OSPF区域的核心，其他区域都要连接到该区域
非骨干区域–根据能够学习的路由种类来区分
非骨干区域分为标准区域，末梢区域(stub)，完全末梢(Totally stubby)区域，非纯末梢区域(NSSA)。

末梢区域和完全末梢区域
满足以下条件的区域：
只有一个默认路由作为其区域的出口
区域不能作为虚链路的穿越区域
Stub区域里无自治系统边界路由器ASBR
不能骨干区域Area 0

末梢区域：没有LSA4、5、7通告

完全末梢区域：除一条LSA3的默认路由通告外，没有LSA3、4、5、7通告

末梢区域和完全末梢区域的作用，其主要目的是减少区域内的LSA条目以及路由条目，减少对设备CPU和内存的占用;
末梢区域和完全末梢区域中ABR会自动生成一条默认路由发布到末梢区域或完全末梢区域中。

链路状态数据库的组成：

• 每个路由器都创建了由每个接口、对应的相邻节点和接口速度组成的数据库

• 链路状态数据库中每个条目称为LSA_(链路状态通告)，常见的有六种LSA类型

链路状态通告(LSA)类型：

LSA类型	描述	用途
Type 1	路由器LSA	由区域内的路由器发出的，描述了路由器的的链路状态和花费，传递到整个区域内
Type 2	网络LSA	由区域内的DR发出的，描述了区域内变更信息，传递到整个区域内
Type 3	网络汇总LSA	ABR发出的，其他区域的汇总链路通告，描述了其他区域内某一网段的路由，区域间传递
Type 4	ASBR汇总LSA	ABR发出的，用于通告ASBR信息，确定ASBR的位置,不会出现在ASBR所属区域之内
Type 5	AS外部LSA	ASBR发出的，用于通告外部路由，告诉相同AS的路由器通往外部AS的路径，在整个AS中进行泛洪
Type 7	NSSA外部LSA	NSSA区域内的ASBR发出的，用于通告本区域连接的外部路由，与Type 5类似，仅在非纯末梢区域内进行泛洪，传递时会被ABR转换为LSA5

末梢区域和完全末梢区域配置命令

[R1]int g0/0/0
[R1-GigabitEthernet0/0/0]ip add 12.0.0.1 24
[R1-GigabitEthernet0/0/0]un sh
[R1-GigabitEthernet0/0/0]q
[R1]int loop 0
[R1-LoopBack0]ip add 1.1.1.1 32
[R1-LoopBack0]q
[R1]ospf
[R1-ospf-1]area 1
[R1-ospf-1-area-0.0.0.1]net 12.0.0.0 0.0.0.255
[R1-ospf-1-area-0.0.0.1]net 1.1.1.1 0.0.0.0
[R1-ospf-1-area-0.0.0.1]stub

[R2]int g0/0/0
[R2-GigabitEthernet0/0/0]ip add 12.0.0.2 24
[R2-GigabitEthernet0/0/0]un sh
[R2-GigabitEthernet0/0/0]int g0/0/1
[R2-GigabitEthernet0/0/1]ip add 23.0.0.2 24
[R2-GigabitEthernet0/0/1]un sh
[R2-GigabitEthernet0/0/1]q
[R2]int loop 0
[R2-LoopBack0]ip add 2.2.2.2 32
[R2-LoopBack0]q
[R2]ospf
[R2-ospf-1]area 0
[R2-ospf-1-area-0.0.0.0]net 23.0.0.0 0.0.0.255
[R2-ospf-1-area-0.0.0.0]net 2.2.2.2 0.0.0.0
[R2-ospf-1-area-0.0.0.0]area 1
[R2-ospf-1-area-0.0.0.1]net 12.0.0.0 0.0.0.255
[R2-ospf-1-area-0.0.0.1]stub
[R2-ospf-1-area-0.0.0.1]undo stub
[R2-ospf-1-area-0.0.0.1]stub no-summary
[R2-ospf-1-area-0.0.0.1]q

[R3]int g0/0/1
[R3-GigabitEthernet0/0/1]ip add 23.0.0.3 24
[R3-GigabitEthernet0/0/1]un sh
Info: Interface GigabitEthernet0/0/1 is not shutdown.
[R3-GigabitEthernet0/0/1]int g0/0/0
[R3-GigabitEthernet0/0/0]ip add 32.0.0.3 24
[R3-GigabitEthernet0/0/0]un sh
Info: Interface GigabitEthernet0/0/0 is not shutdown.
[R3-GigabitEthernet0/0/0]q
[R3]int loop 0
[R3-LoopBack0]ip add 3.3.3.3 32
[R3-LoopBack0]q
[R3]ospf
[R3-ospf-1]area 0
[R3-ospf-1-area-0.0.0.0]net 23.0.0.0 0.0.0.255
[R3-ospf-1-area-0.0.0.0]net 32.0.0.0 0.0.0.255
[R3-ospf-1-area-0.0.0.0]net 3.3.3.3 0.0.0.0
[R3-ospf-1-area-0.0.0.0]q

[R4]int g0/0/1
[R4-GigabitEthernet0/0/1]ip add 26.0.0.4 24
[R4-GigabitEthernet0/0/1]un sh
[R4-GigabitEthernet0/0/1]int g0/0/0
[R4-GigabitEthernet0/0/0]ip add 32.0.0.4 24
[R4-GigabitEthernet0/0/0]un sh
[R4-GigabitEthernet0/0/0]q
[R4]int loop 0
[R4-LoopBack0]ip add 4.4.4.4 32
[R4-LoopBack0]q
[R4]ospf
[R4-ospf-1]area 0
[R4-ospf-1-area-0.0.0.0]net 32.0.0.0 0.0.0.255
[R4-ospf-1-area-0.0.0.0]net 4.4.4.4 0.0.0.0
[R4-ospf-1-area-0.0.0.0]area 2
[R4-ospf-1-area-0.0.0.2]net 26.0.0.0 0.0.0.255

[R5]int g0/0/1
[R5-GigabitEthernet0/0/1]ip add 26.0.0.5 24
[R5-GigabitEthernet0/0/1]un sh
[R5-GigabitEthernet0/0/1]int g0/0/0
[R5-GigabitEthernet0/0/0]ip add 45.0.0.5 24
[R5-GigabitEthernet0/0/0]un sh
[R5-GigabitEthernet0/0/0]q
[R5]int loop 0
[R5-LoopBack0]ip add 5.5.5.5 32
[R5-LoopBack0]q
[R5]ospf
[R5-ospf-1]area 2
[R5-ospf-1-area-0.0.0.2]net 26.0.0.0 0.0.0.255
[R5-ospf-1-area-0.0.0.2]net 45.0.0.0 0.0.0.255
[R5-ospf-1-area-0.0.0.2]net 5.5.5.5 0.0.0.0
[R5-ospf-1-area-0.0.0.2]q

[R6]int g0/0/0
[R6-GigabitEthernet0/0/0]ip add 45.0.0.6 24
[R6-GigabitEthernet0/0/0]un sh
[R6-GigabitEthernet0/0/0]q
[R6]int loop 0
[R6-LoopBack0]ip add 6.6.6.6 32
[R6-LoopBack0]q
[R6]ospf
[R6-ospf-1]area 2
[R6-ospf-1-area-0.0.0.2]net 45.0.0.0 0.0.0.255
[R6-ospf-1-area-0.0.0.2]net 6.6.6.6 0.0.0.0
[R6-ospf-1-area-0.0.0.2]q

路由的重分发

在大型的企业中，可能在同一网内使用到多种路由协议，为了实现多种路由协议的协同工作，路由器就需要使用路由重分发，将其学习到的一种路由协议通过另一种路由协议广播出去。

配置命令

[R1]rip 1
[R1-rip-1]import-route ospf 1 cost 3
把ospf协议注入到rip进行路由重分发，路径类型缺省为路径类型2（外部开销)，成本开销为3(对于rip的度量值是跳数)，rip中重分发ospf要指定cost的值，最大为15跳
[R1-rip-1]ospf 1
[R1-ospf-1]import-route rip 1 type 1 cost 1
把外部rip协议注入到OSPF进行路由重分发，使用路径类型1(内部开销+外部开销），成本开销为1(COST=100M/BW)

default-route-advertise always ------ OSPF重分发默认路由
import-route direct ---------------------OSPF重分发直连路由
import-route static ----------------------OSPF重分发静态路由

NSSA区域

概念

NSSA区域是OSPF RFC的补遗，LSA类型7仅在此区域泛红，有类似于末梢区域和完全末梢区域的优点，也可以包含ASBR。

区域内对应的LSA类型

区域类型	1&2	3	4&5	7
骨干区域（区域0）	允许	允许	允许	不允许
非骨干区域、非末梢区域	允许	允许	允许	不允许
末梢区域	允许	允许	不允许	不允许
完全末梢区域	允许	不允许（有一条默认路由）	不允许	不允许
NSSA	允许	允许	不允许	允许

OSPF路径和地址汇总

路径类型
优先级：1表示最高的优先级，4表示最低的优先级
路由表添加路由条目时，如果目的网段相同，会选择优先级高的路由条目添加到路由表中

区域内路径：优先级1
区域外路径：优先级2
类型1的外部路径：优先级3
类型2的外部路径：优先级4

OSPF地址汇总的作用：

地址汇总也是通过减少泛洪的LSA数量节省资源
可以通过屏蔽一些网络不稳定的细节来节省资源
减少路由表中的路由条目

OSPF地址汇总

虚链路概念

虚链路是一条通过一个非骨干区域链接到骨干区域的链路，这是一种应急措施，用于本来这个区域连接区域0的ABR损坏。

虚链路的目的：

• 通过一个非骨干区域连接一个区域到骨干区域

• 通过一个非骨干区域连接一个分段的骨干区域两边的部分区域

配置虚链路的规则及特点：

• 虚链路必须配置在两台ABR路由器之间
• 传送区域不能是一个末梢区域
• 虚链路的稳定性取决于其经过的区域的稳定性
• 虚链路有助于提供逻辑冗余

配置命令

[R1]ospf 1
[R1-ospf-1]area 1
[R1-ospf-1-area-0.0.0.1]vlink-peer 1.1.1.1
互相指定被穿越区域两端的ABR的路由ID
[R2]ospf 1
[R2-ospf-1]area 1
[R2-ospf-1-area-0.0.0.1]vlink-peer 2.2.2.2

[R2]dis ospf vlink
查看本地上通过虚链路建立的OSPF邻居关系

实验配置

[R1]int g0/0/0
[R1-GigabitEthernet0/0/0]ip add 192.168.10.1 24
[R1-GigabitEthernet0/0/0]un sh
[R1-GigabitEthernet0/0/0]int loop 0
[R1-LoopBack0]ip add 1.1.1.1 32
[R1-LoopBack0]q
[R1]ip route-static 0.0.0.0 0 192.168.10.2 #配置默认路由

[R2]int g0/0/0
[R2-GigabitEthernet0/0/0]ip add 192.168.10.2 24
[R2-GigabitEthernet0/0/0]un sh
[R2-GigabitEthernet0/0/0]int g0/0/1
[R2-GigabitEthernet0/0/1]ip add 192.168.20.2 24
[R2-GigabitEthernet0/0/1]un sh
[R2-GigabitEthernet0/0/1]int loop 0
[R2-LoopBack0]ip add 2.2.2.2 32
[R2-LoopBack0]q
[R2]ip route-static 1.1.1.1 32 192.168.10.1 #配置静态路由
[R2]ospf
[R2-ospf-1]area 1
[R2-ospf-1-area-0.0.0.1]net 192.168.20.0 0.0.0.255
[R2-ospf-1-area-0.0.0.1]net 2.2.2.2 0.0.0.0
[R2-ospf-1-area-0.0.0.1]q
[R2]ospf
[R2-ospf-1]import-route direct
#ospf重分发直连路由
[R2-ospf-1]import-route static
#ospf重分发静态路由
[R2-ospf-1]q

[R3]int g0/0/1
[R3-GigabitEthernet0/0/1]ip add 192.168.20.3 24
[R3-GigabitEthernet0/0/1]un sh
[R3-GigabitEthernet0/0/1]int g0/0/0
[R3-GigabitEthernet0/0/0]ip add 192.168.30.3 24
[R3-GigabitEthernet0/0/0]un sh
[R3-GigabitEthernet0/0/0]int g0/0/2
[R3-GigabitEthernet0/0/2]ip add 192.168.40.3 24
[R3-GigabitEthernet0/0/2]un sh
[R3-GigabitEthernet0/0/2]int loop 0
[R3-LoopBack0]ip add 3.3.3.3 32
[R3-LoopBack0]q
[R3]ip route-static 0.0.0.0 0 192.168.40.5
[R3]ospf
[R3-ospf-1]area 0
[R3-ospf-1-area-0.0.0.0]net 192.168.30.0 0.0.0.255
[R3-ospf-1-area-0.0.0.0]net 3.3.3.3 0.0.0.0
[R3-ospf-1-area-0.0.0.0]area 1
[R3-ospf-1-area-0.0.0.1]net 192.168.20.0 0.0.0.255
[R3-ospf-1-area-0.0.0.1]q
[R3-ospf-1]default-route-advertise always
#ospf重分发默认路由
[R3-ospf-1]import-route direct
#ospf重分发直连路由
[R3-ospf-1]q

[R4]int g0/0/0
[R4-GigabitEthernet0/0/0]ip add 192.168.30.4 24
[R4-GigabitEthernet0/0/0]un sh
[R4-GigabitEthernet0/0/0]int g0/0/1
[R4-GigabitEthernet0/0/1]ip add 192.168.50.4 24
[R4-GigabitEthernet0/0/1]un sh
[R4-GigabitEthernet0/0/1]int loop 0
[R4-LoopBack0]ip add 4.4.4.4 32
[R4-LoopBack0]q
[R4]rip
[R4-rip-1]version 2
[R4-rip-1]undo summary
[R4-rip-1]net 192.168.50.0
[R4-rip-1]ospf
[R4-ospf-1]area 0
[R4-ospf-1-area-0.0.0.0]net 4.4.4.4 0.0.0.0
[R4-ospf-1-area-0.0.0.0]net 192.168.30.0 0.0.0.255
[R4-ospf-1-area-0.0.0.0]q
[R4-ospf-1]q
[R4]rip 1
[R4-rip-1]import-route ospf 1 cost 3
#把ospf协议注入到rip进行路由重分发
[R4-rip-1]ospf
[R4-ospf-1]import-route rip 1 cost 1
#把外部rip协议注入到OSPF进行路由重分发
[R4-ospf-1]q

[R5]int g0/0/0
[R5-GigabitEthernet0/0/0]ip add 192.168.40.5 24
[R5-GigabitEthernet0/0/0]un sh
[R5-GigabitEthernet0/0/0]int loop 0
[R5-LoopBack0]ip add 5.5.5.5 32
[R5-LoopBack0]q
[R5]ip route-static 0.0.0.0 0 192.168.50.3

[R6]int g0/0/0
[R6-GigabitEthernet0/0/0]ip add 192.168.50.6 24
[R6-GigabitEthernet0/0/0]un sh
[R6-GigabitEthernet0/0/0]int loop 0
[R6-LoopBack0]ip add 6.6.6.6 32
[R6-LoopBack0]q
[R6]rip
[R6-rip-1]version 2
[R6-rip-1]undo summary
[R6-rip-1]net 192.168.50.0
[R6-rip-1]net 6.0.0.0
[R6-rip-1]q