OSPF:开发式最短路径优先协议
2022-01-18 20:57:41 6 举报
AI智能生成
OSPF协议的总结
作者其他创作
大纲/内容
第一部分
OSPF协议的目的:
无类别链路状态型IGP协议;由于其基于拓扑进行更新收敛,故更新量会随着拓扑的变大而成指数上升;故OSPF协议为了能在大、中型网络中运行,需要结构化的部署----合理的区域划分、良好的地址规划 正常等开销负载均衡; 跨层封装协议,协议号89;<br>组播更新 224.0.0.5 224.0.0.6 触发更新+周期更新(30min)
判断路由协议的好坏:
1、收敛速度快 2、选择路径佳(前提防环) 3、占用资源少
一、OSPF的数据包 -- 5种:
hello包 -- 组播收发,用于邻居、邻接关系的发现、建立、周期保活
DBD -- 数据库描述包-- 本地LSDB(链路状态数据库)目录
LSR---链路状态请求 -- 用于询问对端本地未知的LSA信息
LSU-- 链路状态更新 -- 用于共享具体的每一条LSA信息
LSA--链路状态通告--具体的一条一条 路由或者拓扑信息,不是一种数据包,所有的LSA是使用LSU这种包来转发的;
LSack 链路状态确认 -- 确认包
OSPF的数据包是跨层封装于3层报头后方 ,协议号89
二、OSPF的状态机 -- 两台OSPF路由器间不同关系的阶段
Down 一旦接收到对端的hello包进入下一个状态
Init 初始化 若接收到的hello包中存在本地的RID,那么进入下一个状态机
2way 双向通讯 邻居关系建立的标志
条件:点到点网络直接进入下一个状态机;MA网络进行DR/BDR选举,非DR/BDR之间不能进入下一个状态机;
Exstart预启动 使用不携带数据库目录信息的DBD包,进行主从关系的选举,RID数值大为主,优先进入下一个状态机
exchange准交换 使用携带数据库目录信息的DBD包,进行目录共享,需要ACK确认<br>
loading加载 接收到其他邻接的目录信息后,和本地进行比对,若本地存在未知的LSA信息,将使用LSR询问对端,对端使用LSU来更新这些LSA信息,直至双方数据库一致;<br>LSU需要ACK确认;
Full 转发 标志着邻接关系已经建立;
三、OSPF的工作过程
路由器上启动OSPF协议后,直连的邻居间,开始组播收发hello包,hello包中将存储本地已知邻居的RID,在双方RID均已知的情况下,建立邻居关系,生成邻居表;
邻居关系建立后,邻居间将进行条件匹配,匹配失败将停留为邻居关系,仅hello周期保活即可;匹配成功者间将进行邻接关系的建立;
邻接关系间的路由器,将使用DBD/LSR/LSU/LSack来获取本地未知的所有LSA信息;使得同一区域内所有路由器的数据库完全一致;---- 数据库表;
当本地数据库完成同步后,将数据库-->有向图-->树型结构图-->将本地到达所有未知网段的最短路径加载于本地路由表中;
收敛完成,仅hello包周期保活即可;正常每30min,邻接关系间再进行一次DBD的对比,若一致及正常;若不一致将马上进行同步;
结构突变:触发更新
1、断开网段 直连断开网段的设备,直接使用LSU告知邻接,需确认
2、新增网段 直连新增网段的设备,直接使用LSU告知邻接,需确认
3、无法沟通 hello time 对应的 dead time ;dead time 到时时,断开邻居关系,去除基于该邻接共享的LSA计算所得路由;
子主题
子主题
四、OSPF的基础配置
[r1]ospf 1 router-id 1.1.1.1 启动时,定义进程号,仅具有本地意义;建议配置RID;<br>RID格式为ipv4地址,且需要全网唯一; 手工配置--环回接口上取最大数值的ip地址---物理接口上最大ip地址的数值
宣告:1、区域划分 2、接口激活协议 3、传递接口信息<br>[r1-ospf-1]area 0<br>[r1-ospf-1-area-0.0.0.0]network 1.1.1.1 0.0.0.0<br>[r1-ospf-1-area-0.0.0.0]network 12.1.1.0 0.0.0.255
区域划分规则:<br>1、星型结构 -- 区域0为骨干 大于0为非骨干 非骨干区域必须直连骨干区域<br>ABR--区域边界路由器 两个区域间必须依靠ABR连接
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:<br>hello包 -- 组播收发 周期发送 -- hello time 10s 或30s dead time 为hello time 4倍 邻居间hello包中有一些参数必须完全一致,否则无法建立邻居关系;<br>Hello 和dead time 、区域ID、认证参数、末梢区域标记;另外在华为的设备中OSPF要求邻居间接口上配置的ip地址,其掩码长度必须一致;[r2]display ospf peer 查看邻居表<br>[r2]display ospf peer brief 查看邻居关系简报
当邻居关系建立后,邻居间进行条件匹配,匹配失败,将保持为邻居关系;匹配成功,将建立为邻接关系,邻接关系将使用DBD/LSR/LSU/LSack来获取本地未知的所有LSA信息,同步生成数据库表---LSDB 链路状态数据库<br>[r2]display ospf lsdb 查看数据库表
数据库表同步完成后,邻接间的互动完成,仅hello包保活;之后本地基于本地的数据库表;<br>转换为有向图,再转换为树形结构,最终将本地到达所有未知网段的最短路径,加载于本地的路由表中:
五、关于OSPF协议从邻居建立成为邻接的条件
在点到点网络中,所有的邻居关系必然成为邻接关系
在MA网络中从邻居到邻接前将利用一个周期的dead time;进行DR/BDR选举;<br>先比较这些参选接口的优先级,默认1,取值范围0-255;越大越好,0标识不参选;<br>DR优先级最大,BDR次大;选举非抢占,故若希望干涉选举,需要重启ospf进程,或者将非DR/BDR修改为0;
第二部分
一、关于OSPF的不规则区域问题<br>1、远离骨干的非骨干<br>2、不连续骨干
解决方案:<br>1、tunnel 在骨干区域与非法ABR间建立一条隧道,之后将该隧道链路宣告到OSPF协议中<br>缺点:<br>1)周期的hello与更新,包括触发更新,将一致占用中间穿越区域;<br>2)选路不佳
2、OSPF的虚链路 <br>由非法ABR设备,通过直连区域的合法ABR进行授权,来转发路由<br>由于没有新增链路,故不存在选路不佳问题<br>[r2]ospf 1 <br>[r2-ospf-1]area 1 两台ABR间的直连区域(同时处于该区域)<br>[r2-ospf-1-area-0.0.0.1]vlink-peer 4.4.4.4 对端ABR的RID<br><br>[r2]display ospf vlink<br><br>缺点:虚链路上的两台ABR间的周期资源占用问题;<br>1)在思科中,取消两台设备的周期行为,hello、更新均收发一次;--不可靠<br>2)在华为中,保留周期--占资源
3、多进程双向重发布;<br>ospf多进程:一台路由器上的多个进程,每个进程拥有自己的数据库,独立计算路由条目,且计算所有不共享;最终将所有最佳路径加载于同一张路由表内;<br>路由器的一个接口只能工作在一个进程中;<br>可用于解决不规则区域,将不规则位置工作不同的进程中,实现分开,之后利用重发布技术来共享路由表; 解决了选路不佳和资源占用的问题<br>[r4]ospf 1 <br>[r4-ospf-1]import-route ospf 2 <br>[r4-ospf-1]q<br>[r4]ospf 2 <br>[r4-ospf-2]import-route ospf 1
二、OSPF的数据库表
类别名 link-id(页面)<br>所有类别LSA均携带的信息<br> Type : Router 类别名 此处为1类<br> Ls id : 2.2.2.2 link-id 在目录中的页码号<br> Adv rtr : 2.2.2.2 通告者,该条LSA发出起源设备的RID<br> Ls age : 1255 老化时间,正常1800s周期归0,触发归0;最大老化3609s<br> Len : 48 长度<br> Options : ABR E <br> seq# : 80000016 序列号<br> chksum : 0x4baa 校验和码<br><br><br>LSA类别 传播范围 通告者 携带信息<br>LSA1 Router 单区域,本地所在区域 单区域内的所有路由器 本地直连拓扑<br>LSA2 Network 单区域,本地所在区域 DR 单个MA网段的拓扑<br>LSA3summary 整个OSPF域 ABR 域间路由条目<br>LSA4 asbr 除ASBR所在区域外的 与ASBR在一个区域 ASBR所在位置<br> 整个ospf域 直连区域0的ABR<br> ASBR所在区域基于1类获取ASBR位置<br>LSA5 ase 整个OSPF域 ASBR 域外路由条目 <br>LSA7 nssa 单个NSSA区域 ASBR 域外路由条目 <br><br><br><br>LSA类别 link-id 通告者<br>LSA1 Router 通告者的RID 单区域内的所有路由器<br>LSA2 Network DR接口的ip地址 每个MA网段内的DR<br>LSA3summary 域间路由的目标网络号 ABR,在经过下一台ABR时,修改<br>LSA4 asbr ASBR的RID ABR,在经过下一台ABR时,修改<br>LSA5 ase 域外路由的目标网络号 ASBR <br>LSA7 nssa 域外路由的目标网络号 ASBR
三、OSPF优化--减少LSA的更新量
1、汇总 --- 减少骨干区域的路由条目数量
【1】汇总--OSPF协议不支持接口汇总,在一个区域内,邻接间传递的是拓扑信息,不能进行汇总;故只能在交互路由的边界设备进行汇总
1)域间路由汇总--在区域间的ABR上,交互区域间路由条目时进行汇总配置<br>[r2]ospf 1 <br>[r2-ospf-1]area 1 本地通过该区域1/2类LSA计算所得路由,可以汇总后传递给其他区域<br>[r2-ospf-1-area-0.0.0.1]abr-summary 3.3.0.0 255.255.252.0
2)域外路由汇总---ASBR在将外部的路由条目通过重发布协议,共享到OSPF协议中时;<br>可以进行汇总<br>[r4]ospf 1 <br>[r4-ospf-1]asbr-summary 99.1.0.0 255.255.252.0
2、特殊区域-- 减少非骨干区域的路由条目数量
【2】 特殊区域 -- 用于减少各个非骨干区域的LSA数量<br>不能为骨干区域,不能配置虚链路
[1] 同时不能存在ASBR <br>1)末梢区域--拒绝4/5类的LSA;由该区域连接骨干区域的ABR向该区域发布一条3类的缺省<br>[r2]ospf 1 <br>[r2-ospf-1]area 1 <br>[r2-ospf-1-area-0.0.0.1]stub <br>注:该区域内的所有路由器均需配置该命令<br><br>2)完全末梢区域 在末梢区域的基础上,进一步拒绝3类的LSA;仅保留一条3类的缺省路由<br>先将整个区域所有路由器配置为末梢区域;然后仅再在连接骨干区域的ABR上配置完全即可<br>[r2]ospf 1 <br>[r2-ospf-1]area 1 <br>[r2-ospf-1-area-0.0.0.1]stub no-summary
[2] 存在ASBR <br>1)NSSA 非完全末梢区域 -- 该区域将拒绝4/5类LSA,由该区域连接骨干区域的ABR向该区域发布一条7类的缺省路由;该区域内的ASBR导入域外路由时,基于7类导入,之后通过该区域连接骨干的ABR传递到骨干区域时,转换为5类进入骨干区域;<br>NSSA设计的重点,不是减少该区域内ASBR产生的域外路由,而是网络中其他部分的ASBR产生的域外路由;<br><br>[r2]ospf 1 <br>[r2-ospf-1]area 1 <br>[r2-ospf-1-area-0.0.0.1]nssa 本区域内部所有设备均需配置<br><br>2)完成NSSA --- 在NSSA的基础上,进一步拒绝3类LSA的进入,由该区域连接骨干区域的ABR向该区域发布一条3类的缺省<br>先将该区域配置为NSSA区域,之后仅在该区域连接骨干的ABR上配置完全即可<br>[r2]ospf 1 <br>[r2-ospf-1]area 1 <br>[r2-ospf-1-area-0.0.0.1]nssa no-summary
第三部分
ospf扩展配置:
1、认证 ---在直连的邻居或邻接之间,配置身份核实秘钥来保障邻居、邻接间数据沟通的安全性
1)接口认证<br>在直连连接的接口上配置<br>[r6-GigabitEthernet0/0/1]ospf authentication-mode md5 1 cipher 123456<br>两端的模式、编号、秘钥必须完全一次
2)区域认证<br>[r1]ospf 1 <br>[r1-ospf-1]area 1 <br>[r1-ospf-1-area-0.0.0.1]authentication-mode md5 1 cipher 123456<br>将该路由器R1,所有属于区域1的接口全部进行认证
3)虚链路认证<br>[r10-ospf-1-area-0.0.0.4]vlink-peer 9.9.9.9 md5 1 cipher 123456
沉默接口
用于路由器连接PC终端设备的接口,这些接口为全网可达,会在路由协议中被宣告;故这些接口也会周期向下方的终端发送路由协议信息,造成资源占用,及安全问题;故这些接口需要关闭发送RIP/OSPF等协议数据包行为--沉默接口(被动接口) <br>切记不要配置到路由器与路由器相连的骨干接口,将导致邻居间无法收发路由信息,无法建立邻居关系<br>[r2]ospf 1 <br>[r2-ospf-1]silent-interface GigabitEthernet 0/0/2
加快收敛
通过修改邻居间hello 和dead time,可以实现加快收敛,但频率过高后也会占用更多硬件资源;故hello time为10s时,不太建议再加快; hello time 为30s时可以酌情修改;<br>邻居间的hello time和dead time 必须完成一致,否则无法建立邻居关系;<br>修改本端的hello time,本端的dead time自动4被关系匹配;对端时间不变,需要手工将两端配置完全一致;<br>[r2-GigabitEthernet0/0/0]ospf timer hello 10
缺省路由
1)3类缺省 特殊区域自动产生;末梢、完全末梢、NSSA、完全NSSA<br>末梢、完全末梢、完全NSSA这3中特殊区域,会在配置完成后,由该区域连接骨干区域的ABR向该区域内部发送;<br><br>在华为设备中,NSSA和完全NSSA,会在配置完成后,由该区域连接骨干区域的ABR向内部发布7类的缺省路由;<br><br>因此完全NSSA将拥有3类和7类两种缺省,内部优于外部,故信任3类;
2)5类缺省-- 外部路由,重发布产生的;<br>本地路由器的路由表中,存在任意方式产生的缺省路由后,通过专门的指令,将其重发布到OSPF协议中;<br>[r9]ospf 1 <br>[r9-ospf-1]default-route-advertise 将本地路由表中通过其他方式获取的缺省路由,重发布到内部的OSPF协议中 默认导入类型2路由<br><br>[r9-ospf-1]default-route-advertise always 强制重发布缺省路由--即便本地路由表中没有缺省路由,也强制向内部发布一条缺省路由 默认导入类型2路由<br><br><br>[r9-ospf-2]default-route-advertise type 1 修改为类型1;
3)7类缺省 --- NSSA或完全NSSA,自动由该区域连接骨干的ABR发出,但在完全NSSA中还会产生3类缺省,故完全NSSA中7类缺省无意义;<br>默认5类一样也是类型2;<br><br>[r6-ospf-1-area-0.0.0.3]nssa default-route-advertise <br> 手工产生7类缺省,前提在NSSA区域中 <br><br><br>若一台设备同时学习到的多条不同类别的缺省路由:<br>内部优于外部 故 3类优于5/7<br>若均为5类 或均为7类 类型1优于类型2 类型相同,比较优先级,优先级相同比较cost值,完全一致负载均衡;<br><br>若5、7类相遇,类型1优于类型2;类型相同,比较优先级,优先级相同比较cost值,完全一致5类优于7类;
第四部分
【1】用关于OSPF状态机的问题
1)在MA网络中(进行DR/BDR选举)存在7种状态机<br>init是路由器A收到邻居B的hello包,但该hello包中没有A的RID;
2)在点到点网络init状态机在判断可以建立邻居后,直接进入exstart状态机;没有2way状态机----6种状态机<br>在点到点网络实际仅存在邻接关系;在MA网络(选举DR/BDR)网络中存在邻居和邻接关系;
3)若邻接间的数据库默认一致,将不需要进入loading状态机;
4)在hello时间较大时,比如p2mp和nbma工作方式,默认hello time为30s;<br>hello包收发的间隔较大,从down状态到init需要很长时间的等待,故在两种状态机,存在一个尝试状态机;
5)华为设备中ospf存在加速建邻机制--- 在两台路由器进行过一次邻接关系建立后,双方存在对端的缓存信息后;二次建邻时将快速完成状态机的切换;--前提是缓存未删除---认证或拥塞
【2】关于OSPF的DBD包--- 排序问题(隐性确认问题)
首先在exstart状态机,邻接设备间会使用不携带LSA头部信息的DBD包进行主从关系的选举,该选举的作用决定了那台设备优先进入exchange状态机的顺序;<br>同时在exchange状态时,邻接间将收发携带LSA头部信息的DBD包;可能由于LSA头部信息较多,将多次收发DBD,也需要进行排序;<br>所以主优先进入exchange,主在exchange优先发送DBD,在发送一个DBD后,需要接收到对端的DBD后,才能发出下一个DBD;目的在于避免两端同时发送携带LSA的DBD报头,导致链路拥塞; 故为了顺序正常,DBD需要进行隐性确认;
隐性确认:<br>从在收到主的DBD包后,复制该DBD包的序列号回复DBD;<br>在主或从未完成所有LSA头部信息的共享前,对端设备需要使用空包(不携带LSA信息,但复制了对端序列号的DBD)来完成确认;<br>隐性确认可以让ospf协议在exchange状态机取消ACK的确认;
DBD报头中存在标记位来告知邻接,是不是本地第一个DBD和最后一个DBD,同时标记主从关系;<br>I 为1 标识本地第一个DBD M位为一标识不是本地最后一个DBD<br>MS 位为1标识主,为0标识从; 第一次收发的DBD两端均人为是主;<br>DBD包中将携带接口的MTU值,两端MTU不一致将卡在exstart或exchange状态机;<br>默认华为不检测接口的MTU;<br>[r7]interface GigabitEthernet 0/0/1<br>[r7-GigabitEthernet0/0/1]ospf mtu-enable 开启接口mtu检测
「3]ink-id相同的问题
若一台ABR将两条3类LSA导入其他区域;同时这两条LSA的link-id会相同;<br>假设:短掩码网段先进入,link-id正常显示;长掩码进入时link-id加反掩码<br>20.1.0.0/16--link-id 20.1.0.0 <br>20.1.0.0/24--link-id 20.1.0.255 <br>若长掩码先进入,再短掩码进入时,长掩码的信息被刷新为反掩码;
「4」OSPF选路规则
拓扑优于路由 1/2LSA计算所得路由优于3/4/5/7类计算所得<br>内部优于外部 3类优于4/5/7类<br>类型1优于类型2 E1优于E2,N1优于N2,E1优于N2,N1优于E2;<br>E1与N1相遇,或E2与N2相遇,先比总度量(起始+沿途)小优;度量一致5类优于7类<br><br>同一路由本地基于骨干区域和非骨干均学习到,不比较度量,直接优选骨干--非骨干传递的路由无效<br>OSPF的区域水平分割:区域标号为A的3类LSA,不能回到区域A;避免环路产生
【5】FA-转发地址(正常OSPF区域收到的5类LSA不存在FA值;)
产生FA的条件:
1、5类LSA ---- 假设R2为ASBR,g0/0口工作的OSPF中,g0/1口工作在非ospf协议或不同ospf进程中;若g0/1也同时宣告在和g0/0相同的OSPF进程中,同时该接口的工作方式为广播型;<br>将在5类LSA中出现FA地址,地址为R2连接R3网段中R3的接口ip;
2、7类LSA---必然出现FA地址<br>假设R9为ASBR,S0/0口工作的OSPF中,S0/1口工作在非ospf协议或不同进程中;<br>S0/1未运行OSPF--FA地址为R9上最后宣告的环回地址(个别IOS也可能是最大环回接口ip地址),若R9没有环回接口;FA地址为R9上最后宣告的物理接口地址(个别IOS也可能是最大的物理接口ip地址)
R9的S0/1也工作OSPF协议中,S0/1接口工作方式为广播,那么FA地址为R10接口ip;<br>S0/1的工作方式为点到点,那么FA地址为R9的s0/1口ip<br>切记:在FA地址出现后,4类LSA无效;人为过滤掉4类LSA,依然可达域外;<br> 当4类LSA存在,却人为过滤了到达FA地址的路由,那么将无法访问域外;<br> 一旦出现FA地址,所有的选路计算均基于FA地址进行;<br> 1、针对存在FA的5/7类路由,4类LSA无意义,仅递归到FA地址;若FA地址被策略过滤导致不可达;<br> 2、路由表中的度量是到FA地址的度量,不是到ASBR的度量;
【6】NP位+E位 P位被加密,故抓包时看不见P位;
正常NSSA区域内的1类LSA中,N=1 E=0 标识该区域转发7类LSA,不转发5类<br>非NSSA区域E=1 N=0 标识可以转发5类,不能转发7类<br>P位为1,标识该区域将执行7类转5类; P为0,不能7转5;<br>区域0连接到两个非骨干区域,这两个非骨干假设为区域1和区域2;区域1/2同时连接同一个外部协议,且同时进行了重发布配置;区域1为NSSA区域,区域2为非NSSA区域;那么此时的区域1,P位=0不能进行7转5;故骨干区域只能收到从区域2来的外部路由;<br>若NSSA和非NSSA均将同一条域外路由向内部传递,仅非NSSA区域可以实现;<br>若区域1和区域2均为NSSA区域,那么ABR的RID大区域进行7转5,另一个区域不转,<br>故同一条域外路由,骨干区域只能收到从一个NSSA区域传递的外部路由;若以上条件中,两个区域均为非NSSA区域,那么P位无效,故两个区域的路由均回进入骨干区域;
【7】SFP算法 –OSPF防环机制
1、在同一个区域每台路由具有一致的LSDB<br>2、每台路由器以自己为根计算到达每个目标的最短路径(最小cost值)<br>3、必须区域划分--<br>优势-1)域间汇总减少路由条目数量<br>2)汇总路由是在所有明细路由均消失后才删除,网络更稳定<br>3)区域划分后不同类别的LSA传播范围不同,控制更新量<br>总结:观看OSPF防环文档<br>过程--基于本地LSDB(1/2类LSA)生成--生成有向图--基于有向图来进行最短路径树生成<br>最短路径树,关注本地LINK-ID的LSA开始--》基于该LSA内提及到点到点或传输网络信息再查看link-id递归到下一条信息;基于所有点到点和传输网络信息生成最短路径树主干;<br>然后用树中每台设备的末梢网络信息补充路由表,完成收敛;
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