路由协议基础-OSPF协议学习

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OSPF协议:Open Shortest Path First,是一种用于网际协议(IP)网络的链路状态路由协议。该协议使用链路状态路由算法的内部网关协议(IGP),在单一的自治系统(AS)内部工作。在OSPF协议中,路由器会将自己的链路状态信息一次性的泛洪(Flooding)给所有其他的路由器,来传递有关路由的信息。OSPF原生支持VLSM与CIDR。

OSPF报文:OSPF报文是直接封装在IP报文中的,其报文种类有5种:Hello报文(Hello Packet)、数据库描述报文(Database Description Packet,DD Packet)、链路状态请求报文(Link-State Request Packet, LSR Packet)、链路状态更新报文(Link-State Update Packet,LSU Packet)、链路状态确认报文(Link-State Acknowledgement Packet,LSAck Packet)。

开销:开销值是RTT、链路吞吐量、链路可用(可靠)性等衡量因素的无量纲整数表达。OSPF网路中通常采用链路的带宽来定义路由的开销。

OSPF区域性概念:OSPF网络具有区域化的结构。OSPF网络中,路由器有角色之分,不同角色的路由器具有不同的功能,且每台路由器都有一个独一无二的路由器身份号(Router Identification,Router-ID)

OSPF区域化结构:一个OSPF网络可以划分成多个区域(Area),每个区域都有一个标号,称为Area-ID。OSPF网络必须包含一个骨干区域(Area-ID为0),且骨干区域只有1个,其余区域称为非骨干区域。

内部路由器:Internal Router,该路由器的所有接口均属于同一个区域

区域边界路由器:ABR(Area Border Router),该路由器的接口部分属于Area 0,部分属于其他区域

自治系统边界路由器:ASBR(Autonomous System Boundary Router),该路由器的接口部分属于本自治系统,部分接口与本自治系统之外的网络相连,并且可以将外部的网络信息引入进本OSPF网络。

OSPF支持4种网络类型:广播多路访问型(Broadcast multiAccess)、非广播多路访问型(None Broadcast MultiAccess,NBMA)、点到点型(Point-to-Point,或P2P网络)、点到多点型(Point-to-MultiPoint,或P2MP网络)

广播多路访问型网络如:Ethernet、Token Ring、FDDI。在这样的网络中必须要有1个DR(Designated Router)和BDR(Backup Designated Router)

NBMA型网络如:Frame Relay、X.25、SMDS。这类网络允许多路访问,但是不提供广播能力。在这样的网络中必须要有1个DR和BDR

Point-to-Point:点对点网络,一个物理上的串行电路连接或者是逻辑上的,不需要DR和 BDR,邻居是自动发现的。网络如:PPP、HDLC

point-to-multipoint:点对多点网络.不需要DR和BDR

Link-State:链路状态,其实指的就是路由器的接口状态。link(链路)可以理解为Interface(接口)的意思

LSA:Link-State Advertisement,链路状态通告。LSA是链路状态信息的主要载体,链路状态信息主要是包含在LSA中并通过LSA的通告(泛洪)来实现共享的。

OSPFv2 LSA类型:

  • Type-1 LSA:路由器LSA,Router LSA。每一台路由器都会产生1类LSA通告,用来描述路由器各个接口的接口类型、IP地址、开销值等信息。1类LSA同时也指出了路由器是不是ABR或ASBR,这些LSA通告只会在始发他们的区域内部进行泛洪扩散。通过命令 show ip ospf database router 可以查看数据库中列出的所有路由器 LSA 通告。
  • Type-2 LSA:网络LSA,Network LSA。2类LSA是DR产生的,主要用来描述该DR所在的二层网络的网络掩码以及该二层网络中总共保含了哪些路由器,且只能在产生它的区域中进行泛洪。使用命令 show ip ospf database network 可以查看网络 LSA 通告的信息。
  • Type-3 LSA:网络汇总LSA,Network summary LSA。3类LSA由ABR生成,它将一个区域内的网络通告给OSPF自治系统的其他区域(1类和2类LSA是被限制在区域内的),即ABR路由器将自己所在的多个Area中的1类和2类LSA转换为3类LSA。使用命令 show ip ospf database summary 可以显示链路状态数据库中的网络汇总 LSA 信息。
  • Type-4 LSA:ASBR汇总LSA,ASBR summary LSA.由ASBR所在的Area的ABR产生的,仅当区域中有ASBR时,才会产生4类LSA。4类LSA标识ASBR,并提供一条前往该ASBR的路由。前往外部自治系统的数据流要求路由表包含有关通告外部路由的 ASBR 的信息。链路状态 ID 被设置为 ASBR 的路由器 ID。使用命令 show ip ospf database asbr-summary 可以查看 ASBR 汇总 LSA 的信息。
  • Type-5 LSA:自治系统外部LSA,Autonomous system external LSA。5 类 LSA 描述了前往 OSPF 自治系统外的网络的路由(也包括 OSPF 自治系统外部的缺省路由),它由 ASBR 发送并被扩散到整个 AS。使用命令 show ip ospf database external 可以查看 5 类 LSA 的信息
  • Type-6 LSA:组成员LSA,Group membership LSA。是用在 OSPF 协议的一个增强版本――组播 OSPF 协议(MOSPF协议)中的。MOSPF 协议将数据包从一个单一的源地址转发到多个目的地,或者是一组共享 D 类组播地址的成员。
  • Type-7 LSA:NSSA外部LSA,NSSA External LSA。是指在非纯末梢区域(Not-So-Stubby Area, NSSA)内始发于 ASBR 路由器的 LSA 通告。NSSA 外部 LSA 通告几乎和 5 类 LSA 通告是相同的。只是不像 5 类 LSA 通告那样在整个 OSPF 自治系统内进行泛洪扩散,NSSA 外部 LSA 通告仅仅在始发这个 NSSA 外部 LSA 通告的非纯末梢区域内部进行泛洪扩散。可以通过命令 show ip ospf database nssa-external 来显示 NSSA 外部 LSA 通告的信息。
  • Type-8 LSA:BGP的外部属性LSA,External attributes LSA for BGP。是被提议作为运行内部 BGP 协议(iBGP 协议)的另一种选择,以便用来传送 BGP 协议的信息穿过一个 OSPF 域。这个 LSA 从来没有在大范围部署过,IOS 也不支持该 LSA。
  • Type-9to11 LSA:不透明LSA(Opaque LSA)。是由标准的 LSA 头部后面跟随专用信息组成的一类 LSA。这个信息字段可以直接由 OSPF 协议使用,或者由其他应用分发信息到整个 OSPF 域间接使用。
OSPFv2 LSA类型总结

OSPF的协议报文:OSPF报文是直接封装在IP报文中的。IP报文头部中的协议字段的值必须是89.

  • Version:版本字段,占1个字节
  • Packet Type:报文类型字段,区分OSPF的5种报文
  • Packet Length:包长度字段,占2个字节,指整个报文的长度
  • Router ID:路由器ID字段,占4个字节,指定发送报文的源路由器ID
  • Area ID:区域ID字段,占4个字节,指定发送报文的路由器所对应的OSPF区域号
  • Checksum:检验和字段,占2个字节,是对整个报文的检验和,用于对端路由器检验报文的完整性和正确性
  • AuType:认证类型字段,占2个字节,指定所采用的认证类型,0为不认证,1为进行简单认证,2为采用MD5方式认证
  • Authentication:认证字段,占8个字节,具体值根据不同认证类型而定:认证类型为不认证时,此字段没有数据,认证类型为简单认证时,此字段为认证密码,认证类型为MD5认证时,此字段为MD5摘要消息。

最短路径树:SPT,Shortest Path Tree。LSDB相当于是一张Area 0的详细地图,每台路由器都会将SPF算法(Shortest Path First Algorithm)作用于自己的路线图,选择出最优(即最小开销)的路径,这个过程也就是最短路径树的生成过程。

DR:Designated Router,指定路由器。在一个Broadcast网络或者NBMA网络中,通过Hello报文中携带的Router Priority和Router-ID的值的最大者(优先比较Router Priority)来选举DR。

BDR:Backup Designated Router,备份指定路由器。

OSPF邻居关系:如果两台相邻路由器彼此发送给对方的Hello报文的内容完全一致,则认为他们是彼此的邻居(Neighbor)路由器

OSPF邻接关系:邻居路由器间完成了LSDB同步后,邻居路由器就成为了彼此的邻接(Adjacency)路由器

  • 邻居路由器之间的二层网络是P2P网络或者P2MP网络,则它们一定会进入彼此之间的LSDB同步进程;
  • 邻居路由器之间的二层网络是Broadcast网络或者NBMA网络,且其中一台路由器是这个二层网络的DR或者BDR,那么它们一定会进入LSDB同步进程;如果它们都不是这个二层网络的DR或者BDR,则它们一定不会进入LSDB 同步进程。

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