网络基础19--OSPF路由协议单区域

一. RIP的不足

• 跳数评估非最优路径：RIP以跳数作为度量值，不考虑带宽，可能导致次优路径选择。

• 网络规模限制：最大跳数为16，限制了网络规模。

• 收敛速度慢：更新周期长（默认30秒），失效和清除计时器分别为180秒和240秒。

• 资源浪费：定期发送完整路由表，占用带宽。

二. OSPF简介

• 定义：开放式最短路径优先（Open Shortest Path First），IETF 开发的一种链路状态的路由协议。

• 特点：

  • OSPF使用带宽作为度量值（Cost = 参考带宽/接口带宽，默认参考带宽100Mbps）。

  • OSPF采用SPF算法计算路由，从算法上保证了无路由环路。

  • OSPF通过邻居关系维护路由，避免了定期更新对带宽的消耗

  • OSPF路由更新效率高，网络收敛快，适用于大中型网络

  • OSPF报文封装于IP，协议号89，组播地址224.0.0.5与224.0.0.6。

三. OSPF基本工作原理

   1. OSPF基本协议模型

OSPF协议模型--四张表：

• 邻居表：记录邻居路由器信息。

• LSDB（链路状态数据库）：存储LSA（链路状态通告）。

• OSPF路由表：通过SPF算法计算的路由。

• 全局路由表：最优路由表。

2. OSPF基本概念--Router ID（RID）：

• RID是一个32比特无符号整数，唯一标识路由器，优先选择Loopback接口的最大IP地址，其次选择物理接口的最大IP地址。

• RID可以手工配置，也可以自动生成。没有通过命令指定RID，将按照如下顺序自动生成一个RID：

• 如果当前设备没有配置Loopback接口，将选取它所有已经配置IP地址且链路UP的接口上数值最大的IP地址作为RID。

4. OSPF基本概念--LS

链路状态（LS）：路由器周边的链路的状态

       直连网段状态：通过接口网段和接口状态感知。描述直连网段：（网段，掩码，接口开销）

      直连拓扑状态：通过OSPF邻居和邻居状态感知。描述直连拓扑：（邻居RouterID，连接接口，接口开销）

      接口开销：OSPF参考带宽/ 接口带宽

            • OSPF参考带宽默认为100Mbps。

            • Loopback接口的开销默认为1。

5.OSPF基本概念------LSA

    链路状态通告（LSA）：按一定格式封装后的链路状态信息。

           （1） LSA 1（路由器LSA）：路由器链路状态通告，描述直连网段和拓扑。每台路由器都会发起自己的LSA 1

          （2） LSA 2（网络LSA）：传送网络链路状态通告。由DR生成，描述广播网络中的路由器。

6. OSPF基本概念-----LSDB

链路状态数据库（LSDB）

    （1）每台OSPF路由器都有一个LSDB，用于存储LSA。

    （2）同一个区域中的OSPF路由器的LSDB一致。

               • LSA封装在LSU报文中，在区域内洪泛，最终达到区域内LSDB一致。

               • LSA在洪泛过程中内容保持不变。

7. OSPF基本概念----SPF

8. OSPF基本概念--OSPF网络类型

   以太网接口、PPP HDLC接口用的比较多，另外两个基本不用了。

9. OSPF基本概念--OSPF报文类型与封装

OSPF报文直接封装在IP报文中，协议号为89。

10. OSPF报文的目的地址

11.维持邻居关系(点对点)

• 邻居之间通过交换Hello报文，确认邻居是否工作正常

• 如果在一定的时间间隔内，收不到邻居发来的Hello报文，就认为邻居已经失效，从邻居表中删除。

12. DR/BDR的选举(广播多路访问)

•  DR/BDR选举原则：

13. 邻居关系无法建立原因总结

14. OSPF邻居建立与维护

• 邻居状态机：

  • Down → Init → 2-Way → ExStart → Exchange → Loading → Full。

      DOWN、Init、two-way：

       ExStart和Exchange：

        Loading和Full：

             • OSPF协议包具备超时重传机制

             • OSPF协议包具备序列号，对重复包不做处理

• 报文类型：

  • Hello：建立和维护邻居关系。

  • DD（Database Description）：描述LSDB摘要。LSA头部信息:包括LS Type, LS ID, Advertising Router和LS Sequence Number

  • LSR（Link State Request）：请求详细LSA信息。只有LS Type, LS ID和Advertising Router简化LSA头部

  • LSU（Link State Update）：发送LSA详细信息。包括LSA头部和具体的链路状态信息

  • LSAck（Link State Acknowledgment）：确认LSA接收。LSA头部信息:包括LS Type, LS ID, Advertising Router和LS Sequence Number

15. 泛洪新LSA

16. 广播网络中LSDB更新

• 在广播和NBMA网络中，链路状态发生变化时，主要是通过DR路由器发送更新报文。

17. OSPF LSA洪泛与老化

四. OSPF区域划分

• 区域作用：减少LSDB规模，提高收敛速度。

• 区域类型：

  • 骨干区域（Area 0）：其他区域必须与之相连。

  • 非骨干区域：通过ABR（区域边界路由器）连接到骨干区域。

• 路由器角色：

  • 内部路由器：所有接口在同一区域。

  • ABR：连接多个区域的路由器。

  • ASBR（自治系统边界路由器）：将外部路由引入OSPF。

• OSPF区域号

           • OSPF路由域：运行OSPF路由协议的网络。

          • OSPF区域：OSPF是一种支持划分多区域的协议。Area ID：32位，用数字或IP地址表示。

• OSPF协议区域LSA发布

五. OSPF单区域配置

• 基本配置命令：

  • 启动OSPF进程：router ospf 。

  • 指定Router ID：router-id 。

  • 宣告网络：network area 。

• 示例配置：

• 验证命令：

  • 查看路由表：display ospf routing。

六 总结

• OSPF通过链路状态算法和分层区域设计，解决了RIP的不足，适合大中型网络。

• 单区域配置简单，适用于小型网络；多区域设计可扩展性强，需合理规划骨干区域。

• 掌握邻居建立、DR选举、LSA洪泛等机制是配置和排错的关键。