20-ospf技术

发布于：2025-07-25 ⋅ 阅读:(17) ⋅ 点赞:(0)

OSPF路由协议

一 RIP的不足

  • RIP以跳数评估的路由并非最优路径
  • RIP协议限制网络直径不能超过16跳，最大跳数16导致网络尺度小
  • RIP收敛速度慢，RIP定期路由更新
    • 更新计时器：定期路由更新的时间间隔，默认30秒
    • 失效计时器：失效计时器内未收到更新，路由失效，默认180秒
    • 清除计时器：清除计时器内未收到更新，路由清除，默认240秒
  • 更新发送和全部路由表浪费网络资源，每隔30s向对方发送全部路由。

二 OSPF简介

  • 定义
    • OSPF，开放式最短路径优先
    • OSPF是IETF开发的一种链路状态路由协议，基于带宽的度量值。
    • OSPF采用SPF算法计算路由（最短路径优先算法），保证了无路由环路。
    • OSPF通告邻居关系维护路由，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封装于IP，协议号为89，组播地址224.0.0.5与224.0.0.6

三 OSPF的基本工作原理

1. OSPF基本协议模型

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  • OSPF四张表

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2. OSPF基本概念

(1) Router ID
  • 一台路由器如果要运行OSPF协议，则必须存在Router ID（RID）
  • RID是一个32位无符号整数，可以在一个自治系统中唯一标识一台路由器。
  • RID可以手工配置，也可以自动生成（最好手动配置）
  • 一个OSPF协议可以开多个进程
  • 如果没有通过命令指定RID，将按照一下顺序生成RID
    • 如果当前设备配置了Loopback接口，将选取所有Loopback接口上数值最大的IP地址作为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。
(2) LS

  • LS（链路状态）：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Router ID、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接口开销默认为1

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(3) LSA

  • LSA（链路状态通告）：按一定格式封装后的链路状态信息。

    • LSA 1：路由器链路状态通告

      描述路由器所有直连链路或接口的状态、开销，以及该接口所属区域等信息。同时还会列出路由器的邻居路由器。

      每台路由器都会发起自己的LSA 1（路由器LSA）

    • LSA 2：传送网络链路状态通告（网络LSA）

      描述一个多路访问网络（如以太网）以及连接到该网络的所有路由器。具体包括该网络的网络掩码，以及连接到这个网络上的所有路由器的路由器 ID 等信息。

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(4) LSDB

  • LSDB（链路状态数据库）

    • 每台OSPF路由器都有一个LSDB，用于存储LSA
    • 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。

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(5) SPF

  • SPF（最短路径算法）

    • 以自己LSA 1为根，进行SPF计算。
    • 各OSPF路由器单独进行SPF计算，互不影响。

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  • SPF路由开销计算例子

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3. OSPF网络类型

  • Broadcast广播多路访问：以太网接口
  • P2P（点到点）：PPP HDLC接口
  • NBMA（非广播多点访问网络）：帧中继接口 （不常用）
  • P2MP（点到多点） （不常用）

4. OSPF报文类型与封装

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  • 包含在各种报文中的LSA信息

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  • LSA报文头部

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  • OSPF报文直接封装在IP报文中，协议号为89.

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  • OSPF报文的目的地址

  • 点到点中，hello发送周期为30s，过期时间4个周期120s

    广播多路中，hello发送周期为10s，过期时间4个周期40s

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5 OSPF流程

  • 建立邻居关系（点对点）

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  • 维持邻居关系（点对点）

    • 邻居之间通告交换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，从邻居表删除。

  • DR/BDR的选举(广播多路访问)

    • 采用DR/BDR建立邻接关系，可以降低需要维护的邻接关系数量。

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  • DR/BDR的选举原则

    • 首先比较Hello报文携带的优先级
      • 优先级最高的被选举为DR，优先级次高的被选举为BDR
      • 优先级为0的不参与选举
    • 优先级一致的情况下，比较Router ID
      • Router ID越大越优先
    • 保持稳定原则
      • 当DR/BDR已经选举完毕，就算一台具有更高优先级的路由器变为有效，也不会替换该网段中已经选举的DR/BDR成为新的DR/BDR。
      • 当DR失效时，BDR成为DR

  • 邻居关系无法建立的原因

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  • 邻居状态变换（邻居关系）

    Attempt状态在帧中继接口，不用管。

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  • 邻居状态变换（邻接关系）

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  • 邻居关系建立的标志（2-Way）

    邻居关系建立完成后开始选举DR

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  • 同步数据库完成的标志（Bull）

    在同步之前，先选举Master主从关系

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  • 处于Loading状态表示需要更新LSA

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  • 超时重传机制

    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

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6. LSA泛与老化

  • 泛洪新LSA

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    • 当有新的LSA生成或收到时，这条新的LSA应当被泛洪

    • 泛红新的LSA生成或收到时，只需要使用LS Update报文和Ls Ack

      • 当RTA有新的LSA要泛洪时，RTA向RTB发送一个LS Update报文，在这个报文里包含这条LSA。
      • 收到新的LSA之后，RTB向RTA泛洪一个LS Ack报文进行确认。

    • 当在两个处于完全邻接状态（邻居状态为Full）的路由器之间泛洪一个LSA时，邻居状态不受影响。

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  • 广播网络中LSDB更新

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

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  • OSPF LSA老化

    • LSA不老化的缺点：当网络长时间中断，故障网络中的设备发起的LSA长时间无效，但仍然存储在LSDB中，浪费设备内存。
    • OSPF LSA采用递增老化
      • LSA自发起时，到达最大老化时间后，从LSDB中清除。
      • OSPF最大老化时间3600秒，LSA头部的老化时间字段用于计时

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  • OSPF LSA老化与全网刷新

    • 正常OSPF网络的路由维护

      • LSA老化时间到达最大老化时间的一半(30分钟)，发起路由器随机等待一段时间后重新发起该LSA，然后洪泛，刷新所有路由器LSDB。
      • 新发起的LSA序列号加1，老化时间为0.

    • LSA在整个洪泛过程中，除老化时间外，其余各字段都不变。

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四 OSPF区域划分

1. OSPF协议分区域管理以及路由器角色

骨干路由器：只要有一个接口位于骨干区域就是骨干路由器

区域内部路由器、区域边界路由器ABR、骨干区域、自治系统边界路由器ASBR

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  • 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。

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  • OSPF协议区域LSA发布

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