OSPF：开放式最短路径优先协议

一、 OSPF协议特点

1.无类别链路状态路由协议，是一种地图式协议，现使用OSPFV2 （有v1、v2、v3）

2.跨层封装到3层，协议号为89

3.OSPF更新地址：使用组播或单播更新，组播地址为224.0.0.5、224.0.0.6（DR/BDR专用）

4.OSPF更新方式：使用周期更新加触发更新，周期时间为30分钟（LSA状态刷新）---存在ACK和hello机制，但依然每30min周期一次，作用在于核查；

5.仅支持等开销负载均衡

6.需要结构化的部署---区域划分、地址规划

7.OSPF支持路由汇总（仅仅在某些特殊的路由器支持汇总）---链路状态协议，不会自动汇总

8.OSPF支持区域的划分---划分区域的优势：1.减少LSA的传输范围  2.减少LSA的数量

9.OSPF非常消耗路由器资源，一个cisco设备上最大支持31个OSPF路由进程

10.OSPF使用 cost（相当于带宽）来计算metric;管理距离为110

二、OSPF的数据包：

Hello：用于邻居的发现、建立、保活

DBD：数据库描述包---主要用于携带数据库目录

LSR ：链路状态请求包---获取未知LSA

LSU ：链路状态更新包 ---携带各种LSA，用于应答LSR

LSACK：链路状态确认包--- 可靠性使用

三、OSPF的状态机---邻居间关系的各个阶段

Down：关闭状态。  一旦本地发出hello包便进行下一状态

Init ：初始化状态。接收到的Hello包中若存在本地的Router-ID，那么进入下一状态

Two-way：双向通信状态。邻居关系建立的标志。之后进行条件匹配：

1、点到点网络直接进入下一状态   2、MA网络将进行DR/BDR选举（40S），非DR/BDR间不能进入下一状态

Exstart： 预启动状态。使用类似Hello包的DBD包来进行主从关系选举。Router-ID数值大为主；主优先进入下一状态

Exchange： 准交换状态。使用真实的DBD包来共享数据库目录，需要ACK确认---该状态已经开始发送LSR，但是没有LSU的发送

Loading：加载状态。使用LSR/LSU/LSack来获取未知的LSA信息

Full：转发状态。邻接关系建立的标志

四、OSPF的工作过程：

启动协议后，本地向所有邻居使用224.0.0.5组播发出hello包，在收集到其他邻居的hello包后，若邻居的包中存在本地Router-ID，那么邻居关系建立，生成邻居表；之后进行条件匹配，匹配失败将停留于邻居关系，仅hello包周期保活即可；匹配成功可以建立邻接关系；

邻接关系间先使用DBD包来共享拓扑目录，之后使用LSR/LSU/LSack来获取未知的LSA信息，生成LSDB---数据库表；

数据库建立完成后，本地基于SPF最短路径选路规则，计算本地到达所有未知网段的最短路径，然后将其加载到路由表中；

收敛完成后，hello包周期保活；每30min周期使用DBD包进行比对；若比对结果一致，继续保活即可；若不一致将使用LSR/LSU/LSack来获取未知的信息。

五、OSPF的配置：

1. 启动时需要配置进程号，进程号仅具有本地意义；

R1(config)#router ospf 1   

2. 配置Router-ID(建议)

R1(config-router)#router-id 1.1.1.1  

3.宣告 

R1(config-router)#network 1.1.1.1 0.0.0.0 area 0
R1(config-router)#network 12.1.1.0 0.0.0.255 area 0   

启动配置完成后，邻居间使用hello包建立邻居关系，生成邻居表：

4.查看邻居表

R2#show ip ospf neighbor  

 

当邻居关系建立后，邻居间进行条件匹配；匹配失败将停留于邻居关系，仅hello包周期保活；若条件匹配成功，将建立邻接关系，邻接关系的重要标志---1、使用DBD包     2、共享了LSA 

当邻居间收发完DBD包后，会使用LSR/LSU/LSack来获取未知的LSA信息，生成LSDB--数据库表；

5. 查看数据库表

R2#show ip ospf database  

 

再之后，本地基于数据库表，启用最短路径选路规则，计算本地达到所有未知网段的最短路径，然后将其加载路由表中：

6.查看路由表

R2#show ip route     

路由表中部分简写字母表示：

O表示本地区域内的路由，本地通过拓扑计算所得

O IA 表示域间路由---其他区域的路由，通过ABR导入

O E1/2 表示其他路由协议计算后，通过ASBR重发布进入

O N1/2 表示其他路由协议计算后，通过ASBR重发布进入，同时本地处于NSSA区域；

 

六、邻接关系建立的条件

建立邻接或邻居关系与网络类型相关：

1.点到点网络：因为一个网段只能存在两个节点，故邻居关系必然建立为邻接关系

2.MA网络：由于距离矢量协议存在水平分割机制，故在MA网络不会出现重复更新；

但OSPF协议不适用于水平分割，就只能进行DR/BDR选举，所有的非DR/BDR间建立邻居关系，来避免大量的重复更新；

DR/BDR选举规则：

1. 比较参选接口优先级，优先级越大越优，默认参选接口为1，不参选接口为0，为0表示放弃选举（点到点网络接口为0），优先级取值范围 ：0-255

2. 若接口优先级相同，比较参选接口所在设备的Router-ID，数值越大越优

干涉DR/BDR选举的原因：

1、DR位置错误可能导致网络无法沟通（NBMA）

2、选择性能最佳的设备来担任DR

干涉DR/BDR选举的方法：

1. 修改接口优先级

R1(config)#interface fastEthernet 0/0
R1(config-if)#ip ospf priority 3     

2.重启所有设备的OSPF进程，因为选举是非抢占的，以保障网络的稳定性；

R1#clear ip ospf process
Reset ALL OSPF processes? [no]: yes  重启进程

七 、OSPF接口网络类型----OSPF协议在各种网络类型下其接口的工作方法

查看OSPF网络接口类型：

R1#show ip ospf interface loopback 0    

通过在不同接口上查看相关信息，整理得下表：

网络类型（接口）	OSPF工作方式（OSPF接口网络类型）	特点
Loopback	LOOPBACK	没有hello发出；32位主机路由发出
点到点（串行HDLC/PPP）	POINT_TO_POINT	hello time 10s，不选DR/BDR
BMA（以太网）	BROADCAST	hello time 10s，选DR/BDR
NBMA（MGRE）	POINT_TO_POINT	hello time 10s，不选DR/BDR

         

               

    

         

         

注：默认情况下OSPF协议在MGRE接口上依然使用POINT_TO_POINT工作方式；这种工作方式除不选举DR/BDR外，还要求邻居只能是一个，故在中心站点将出现邻居关系翻滚问题；

解决方案：

1. 修改OSPF在tunnel接口上的工作方式为BROADCAST

R1(config)#interface tunnel 0

R1(config-if)#ip ospf network broadcast

注：

1)若仅一台设备修改接口工作方式，那么由于方式中一种进行DR/BDR选举，另一种不选，故不能正常建立邻接关系；必须所有接口工作方式一致；

2)即便所有接口均工作在 broadcast 模式，但NBMA若构建的是中心到站点结构；当中分子站点由于不知道其他分支的存在，将出现DR位置问题；只能将DR放置于中心站点，不要BDR来解决；

2. 修改OSPF在tunnel接口上的工作方式为点到多点

R1(config)#interface tunnel 0
R1(config-if)#ip ospf network point-to-multipoint

点到多点工作方式最适合在NBMA构建为中心到站点（星型结构），或部分网状结构拓扑；

帮助路由器正常学习到所有的节点路由，不进行DR/BDR选举；并且hello time 为30s；

 

八、 补充

名词注解：

LSA：链路状态通告---在不同条件下产生不同类别的拓扑或路由信息，被LSU携带传输；

LSDB：链路状态数据库---网络中所有LSA的集合；

OSPF收敛：LSA洪泛    LSDB同步

结构突变及应对措施：

1. 新增 ---直连新增网段设备使用DBD告知邻居

2. 断开 ---直连断开网段设备使用DBD告知邻居

3. 断电，无响应---dead time到时删除邻居信息；

OSPF的区域划分规则：

1. 默认为星型拓扑

2. 必须存在ASBR---区域边界路由器

邻居间在hello包中存在4个必须完全一致的参数，否则无法建立邻居关系

1. Hello time和dead time（hello time 10s 或 30s；dead time 为hello time 的4倍）

2. 区域ID

3. 认证参数

4. 末梢区域标记

关于DBD包的三个知识点：

1. MTU 

 DBD包中携带各自接口的MTU值，邻居间必须完全一致，否则将卡在exstart或者exchange状态；

2. 隐性确认 

在exstart状态因为发送的是类hello 的DBD，故仅进行的隐性确认；

在exchange状态发送的是真实的DBD，故进行了正常的确认，也进行隐性确认 

3. 标记位-DBD包中的标记位   

I ---为1表示该包为本地发出的第一个DBD

A---为0表示该包为本地的最后一个DBD包

MS---为1代表主，为0代表从；

COST

Cost值=开销值=参考带宽/接口带宽 。默认参考带宽为100M；

OSPF选路=整段路径cost值之和最小为最佳

当接口带宽大于参考带宽时，度量为1；可能导致选路不佳；

修改参考带宽：

R1(config)#router ospf 1
R1(config-router)#auto-cost reference-bandwidth ?
  <1-4294967>  The reference bandwidth in terms of Mbits per second

切记所有设备的参考带宽需要一致。