动态路由-OSPF协议（链路状态路由协议）

一、OSPF协议概述

1、含义

• OSPF是一种链路状态路由协议。
  OSPF(Open Shortest Path First开放式最短路径优先）是一个内部网关协议(Interior Gateway Protocol，简称IGP），用于在单一自治系统（autonomous system,AS）内决策路由。是对链路状态路由协议的一种实现，隶属内部网关协议（IGP），故运作于自治系统内部。著名的迪克斯彻（Dijkstra）算法被用来计算最短路径树。OSPF支持负载均衡和基于服务类型的选路，也支持多种路由形式，如特定主机路由和子网路由等。

2、自治系统

• 自治系统（AS）由同一个技术管理结构使用统一选路策略的一些路由器的集合。

1. 内部网关协议（IGP）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)
2. 外部网关协议（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。BGP等

3、度量值

度量值为cost
cost=10^8/BW
最短路径是基于接口指定的代价cost
十兆=10
百兆=1
千兆=0.1
越小越好

二、分类

1、距离矢量路由协议

• 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。

2、链路状态路由协议

• 链路状态路由协议: OSPF、ISIS
  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。

3、OSPF和RIP区别

三、OSPF区域

1、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。

2、区域ID

区域ID可以表示成一个十进制的数字。
也可以表示成一个IP。

3、区域分类

骨干区域Area 0
作为中央实体，其他区域与之相连，骨干区域编号为 0，在该区域中，各种类型的 LSA 均允许发布。
非骨干区域

• 标准区域：除骨干区域外的默认的区域类型，在该类型区域中，各种类型的 LSA 均允许发布。
• 末梢区域 ：即 STUB 区域，该类型区域中不接受关于 AS外部的路由信息，即不接受类型 5 的AS外部LSA，需要路由到自治系统外部的网络时，路由器使用缺省路(0.0.0.0)，末梢区域中不能包含有自治系统边界路由器 ASBR。
• 完全末梢区域 ：该类型区域中不接受关于 AS 外部的路由信息，同时也不接受来自 AS 中其他区域的汇总路由，即不接受类型 3、类型 4、类型 5 的 LSA，完全末梢区域也不能包换有自治系统边界路由器 ASBR。

3. 虚链路
   指一 条通过一个非骨干区域连接到骨干区域的链路
   口虚链路的目的

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

四、OSPF的’1-7’

1、一个Router ID

1. Router ID是OSPF区域内唯一标识路由器的IP地址
2. 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。
可以使用router-id命令指定Router ID。

3. DR和BDR的选举方法
   ①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。
   ②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 ID。
如果路由器的优先级被设置为0，它将不参与DR和DBR的选举。

2、两个组播地址

• OSPF有两个组播地址

224.0.0.5是选举时，发送第一个Hello包和DRothers监控时所用地址。
224.0.06是DR和BDR监控时所用地址。
OSPF的特点

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

3、三个关键表格

1. OSPF 链路状态路由协议有三个关键的表

邻居列表
链路状态数据库
路由表

2. 工作过程
   ①通过各个路由的传信过程建立邻接关系。
   ②再学习所有链路状态信息，这时所有路由对整个网络结构都了解清楚了。
   ③ 把全部的信息放入链路状态数据库。
   ④再通过SPF算法计算出最短路径树。
   ⑤最后生成路由表。
   

4、四种网络类型

OSPF将网络划分为4种类型

1. 点到点网络(Point-to-Point)，自动发现邻居,不需DR/BDR、组播224.0.0.5。
2. 广播多路访问网络(Broadcast MultiAccess, BMA)，自动发现邻居、选DR/BDR、 组播224.0.0.5、 224.0.0.6。
3. 非广播多路访问网络(None Broadcast MultiAccess, NBMA)，手工指定邻居、选DR/BDR、 单播。
4. 点到多点网络(Point-to-Multipoint)，自动发现邻居，不需DR/BDR.组播224.0.0.5。

5、五个包类型

封装在IP数据包内，协议号89

类型	功能
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

6、六种LSA类型

OSPF6种LSA类型

类型代码	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

每一种区域中允许泛洪的LSA

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*	不允许	不允许
NSSA	允许	允许	不允许	允许

7、七种状态

OSPF7种状态
邻居状态机:

1. Down: 邻居状态机的初始状态，是指在过去的Dead-Interval时间内没有收到对方的Hello报文或OSPF没启动时。
2. Init: 本状态表示经收到了邻居的Hello报文，但是该报文中列出的邻居中没有包含我的Router ID (对方并没有收到我发的HELLO报文)。
3. 2-Way; 本状态表示双方互相收到了对端发送的Hello报文，建立邻居关系。在广播和NBMA类型的网络中，两个接口状态DROther的路由器之间将停留在此状态。
4. ExStart:在此状态下，路由器和它的邻居之间通过互相交换DD报文(该报文并不包含实际的内容，只包含一些标志位)来决定发送时的主/从关系。建立主/从关系主要是为了保证在后续的DD报文交换中能够有序的发送。
5. Exchange: 路由器将本地的LSDB用DD报文来描述，并发给邻居。
6. Loading:路由器发送LSR报文向邻居请求对方的DD报文。
7. Full: 在此状态下，邻居路由器的LSDB中所有的LSA本路由器全都有了。即本路由器和邻居建立了邻接(adjacency) 状态。

五、OSPF实验

1、OSPF小实验1

R1
u t m
Info: Current terminal monitor is off.
sy
Enter system view, return user view with Ctrl+Z.
[Huawei]user-interface console 0
[Huawei-ui-console0]idle-timeout 0 0
[Huawei-ui-console0]q
[Huawei]int loop0
[Huawei-LoopBack0]ip add 1.1.1.1 32
[Huawei-LoopBack0]int g0/0/0
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]ip add 12.0.0.1 24
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]un sh
Info: Interface GigabitEthernet0/0/0 is not shutdown.
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]q
[Huawei]ospf
[Huawei-ospf-1]area 2
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.2]network 1.1.1.1 0.0.0.0
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.2]network 12.0.0.0 0.0.0.255
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.2]q

R2
u t m
Info: Current terminal monitor is off.
sy
Enter system view, return user view with Ctrl+Z.
[Huawei]user-interface console 0
[Huawei-ui-console0]idle-timeout 0 0
[Huawei-ui-console0]q
[Huawei]int loop0
[Huawei-LoopBack0]ip add 2.2.2.2 32
[Huawei-LoopBack0]int g0/0/0
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]ip add 12.0.0.2 24
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]un sh
Info: Interface GigabitEthernet0/0/0 is not shutdown.
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]int g0/0/1
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]ip add 23.0.0.1 24
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]un sh
Info: Interface GigabitEthernet0/0/1 is not shutdown.
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]q
[Huawei]ospf
[Huawei-ospf-1]area 2
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.2]network 12.0.0.0 0.0.0.255
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.2]net
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.2]network 2.2.2.2 0.0.0.0
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.2]q
[Huawei]ospf
[Huawei-ospf-1]area 0
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0]net
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0]network 23.0.0.0 0.0.0.255

R3
u t m
Info: Current terminal monitor is off.
sy
Enter system view, return user view with Ctrl+Z.
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[Huawei-LoopBack0]ip add 3.3.3.3 32
[Huawei-LoopBack0]int g0/0/0
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]ip add 23.0.0.2 24
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]un sh
Info: Interface GigabitEthernet0/0/0 is not shutdown.
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]int g0/0/1
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]ip add 34.0.0.1 24
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]un sh
Info: Interface GigabitEthernet0/0/1 is not shutdown.
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]q
[Huawei]ospf
[Huawei-ospf-1]area 0
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0]network 3.3.3.3 0.0.0.0
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0]network 23.0.0.0 0.0.0.255
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0]network 34.0.0.0 0.0.0.255
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0]q

R4
u t m
Info: Current terminal monitor is off.
sy
Enter system view, return user view with Ctrl+Z.
[Huawei]user-interface console 0
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[Huawei-ui-console0]q
[Huawei]int loop0
[Huawei-LoopBack0]ip add 4.4.4.4 32
[Huawei-LoopBack0]int g0/0/0
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]ip add 34.0.0.2 24
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]un sh
Info: Interface GigabitEthernet0/0/0 is not shutdown.
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]int g0/0/1
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]ip add 45.0.0.1 24
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]un sh
Info: Interface GigabitEthernet0/0/1 is not shutdown.
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]q
[Huawei]ospf
[Huawei-ospf-1]area 0
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0]network 34.0.0.0 0.0.0.255
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0]network 4.4.4.4 0.0.0.0
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0]q
[Huawei-]ospf
[Huawei-ospf-1]area 1
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.1]un network 45.0.0.0 0.0.0.255
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.1]q

R5
u t m
Info: Current terminal monitor is off.
sy
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[Huawei-LoopBack0]ip add 5.5.5.5 32
[Huawei-LoopBack0]int g0/0/0
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]ip add 45.0.0.2 24
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]un sh
Info: Interface GigabitEthernet0/0/0 is not shutdown.
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]int g0/0/1
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]ip add 56.0.0.1 24
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]un sh
Info: Interface GigabitEthernet0/0/1 is not shutdown.
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]q
[Huawei]ospf
[Huawei-ospf-1]area 1
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.1]network 5.5.5.5 0.0.0.0
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.1]network 45.0.0.0 0.0.0.255
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.1]network 56.0.0.0 0.0.0.255
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.1]q

R6
u t m
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sy
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[Huawei-LoopBack0]int g0/0/0
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]ip add 56.0.0.2 24
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]un sh
Info: Interface GigabitEthernet0/0/0 is not shutdown.
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]q
[Huawei]ospf
[Huawei-ospf-1]area 1
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.1]network 6.6.6.6 0.0.0.0
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.1]network 56.0.0.0 0.0.0.255
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2、OSPF小实验2

R1
u t m
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sy
Enter system view, return user view with Ctrl+Z.
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[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]un sh
Info: Interface GigabitEthernet0/0/0 is not shutdown.
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]int loop0
[Huawei-LoopBack0]ip add 1.1.1.1 32
[Huawei-LoopBack0]q
ip route-static 0.0.0.0 0 192.168.10.1

R2
u tm
Error: File can’t be found
u t m
Info: Current terminal monitor is off.
sy
Enter system view, return user view with Ctrl+Z.
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[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]un sh
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[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]int g0/0/1
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[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]un sh
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[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]int loop0
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[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.1]net 192.168.20.0 0.0.0.255
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.1]net 2.2.2.2 0.0.0.0
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.1]q
[Huawei-ospf-1]q
[Huawei]ip route-static 1.1.1.1 32 192.168.10.2
[Huawei]ospf
[Huawei-ospf-1]import-route static
[Huawei-ospf-1]import-route direct
[Huawei-ospf-1]dis th

R3
u t m
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sy
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[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]ip add 192.168.20.2 24
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]un sh
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[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]int g0/0/2
[Huawei-GigabitEthernet0/0/2]ip add 192.168.40.1 24
[Huawei-GigabitEthernet0/0/2]un sh
Info: Interface GigabitEthernet0/0/2 is not shutdown.
[Huawei-GigabitEthernet0/0/2]int loop0
[Huawei-LoopBack0]ip add 3.3.3.3 32
[Huawei-LoopBack0]q
[Huawei]ospf
[Huawei-ospf-1]a 0
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0]net 192.168.30.0 0.0.0.255
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0]a 1
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.1]net 192.168.20.0 0.0.0.255
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.1]net 3.3.3.3 0.0.0.0
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.1]q
[Huawei-ospf-1]q
[Huawei]ip route-static 0.0.0.0 0 192.168.40.2
[Huawei]q
[Huawei]ospf
[Huawei-ospf-1]default-route-advertise always
[Huawei-ospf-1]import-route direct
[Huawei-ospf-1]q

R4
u t m
Info: Current terminal monitor is off.
sy
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[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]un sh
Info: Interface GigabitEthernet0/0/0 is not shutdown.
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]int g0/0/1
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]ip add 192.168.50.1 24
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]un sh
Info: Interface GigabitEthernet0/0/1 is not shutdown.
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]int loop0
[Huawei-LoopBack0]ip add 4.4.4.4 32
[Huawei-LoopBack0]q
[Huawei]ospf
[Huawei-ospf-1]a 0
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0]network 192.168.30.0 0.0.0.255
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0]network 4.4.4.4 0.0.0.0
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0]q
[Huawei-ospf-1]rip
[Huawei-rip-1]net 192.168.50.0
[Huawei-rip-1]version 2
[Huawei-rip-1]un summary ri
[Huawei-rip-1]q
[Huawei]rip
[Huawei-rip-1]import-route ospf 1 cost 2
[Huawei-rip-1]ospf 1
[Huawei-ospf-1]import-route rip 1 type 1 cost 1
[Huawei-rip-1]default-route originate
[Huawei-rip-1]q

R5
u t m
Info: Current terminal monitor is off.
sy
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[Huawei]user-interface console 0
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[Huawei-ui-console0]q
[Huawei]int g0/0/0
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]ip add 192.168.40.2 24
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]un sh
Info: Interface GigabitEthernet0/0/0 is not shutdown.
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]int loop0
[Huawei-LoopBack0]ip add 5.5.5.5 32
[Huawei-LoopBack0]q
[Huawei]ip route-static 0.0.0.0 0 192.168.40.1

R6
u t m
Info: Current terminal monitor is off.
sy
Enter system view, return user view with Ctrl+Z.
[Huawei]user-interface console 0
[Huawei-ui-console0]idle-timeout 0 0
[Huawei-ui-console0]q
[Huawei]int g0/0/0
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]ip add 192.168.50.2 24
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]un sh
Info: Interface GigabitEthernet0/0/0 is not shutdown.
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]int loop0
[Huawei-LoopBack0]ip add 6.6.6.6 32
[Huawei-LoopBack0]q
[Huawei]rip
[Huawei-rip-1]network 192.168.50.0
[Huawei-rip-1]network 6.0.0.0
[Huawei-rip-1]version 2
[Huawei-rip-1]un summary
[Huawei-rip-1]q