开放式最短路径优先OSPF(Open Shortest Path First)协议是IETF定义的一种基于链路状态的内部网关路由协议。
RIP是一种基于距离矢量算法的路由协议，存在着收敛慢、易产生路由环路、可扩展性差等问题，目前已逐渐被OSPF取代。
OSPF概述
- 大中型网络使用最广泛的IGP协议
- 链路状态路由协议
- 无类别路由
- 使用组播（224.0.0.5和224.0.0.6）
- 收敛快
- 已开销（cost）作为度量值
- 采用SPF算法可以有效的避免环路
- 触发式更新（以较低频率（每30分钟）定期发送更新，被称为链路状态泛洪）
- 设置区域更新概率使得OSPF能够支持更大规模的网络（划分骨干区域、非骨干区域和特殊区域）
- 通过LSA（链路状态信息）的形式发布路由
- 支持手动汇总（在ABR和ASBR上配置）
OSPF区域
区域概述
| 术语 | 备注 |
|---|---|
| 区域（Area） | 为了适应大型网络，OSPF在AS内划分多个区域。区域是以接口划分。每个OSP路由器只维护所在区域的完整链路状态信息 |
| 区域ID（Area-ID） | 可以表示成一个十进制的数字，如：1，也可以表示为一个IP，如：1.1.1.1 |
| 区域优点 | 尽量减少LSDB大小，拓扑变化仅影响本区域内部 |
区域类型
划分多区域的作用，是为了减轻运行OSPF路由器的压力。
防环机制：划分了骨干区域和非骨干区域，所有非骨干区域通讯必须经过骨干区域中转，骨干区域传来的LSA不会再传回骨干区域。非骨干区域之间通信需要骨干区域转发。
| 类型 | 备注 |
|---|---|
| 骨干区域 | area-0，骨干区域，也称为传输区域 |
| 非骨干区域 | 非area-0，非骨干区域，称为末端区域 |
OSPF路由器角色
| 角色 | 备注 |
|---|---|
| IR | internal router （内部路由器）：所有接口都属于同一个区域 |
| BR | backbone router（骨干路由器）：至少有一个接口属于骨干区域 |
| ABR | Area border router（区域边界路由）：连接多个不同的区域，至少有一个接口属于骨干区域 |
| ASBR | Autonomous System Border（自制系统边界路由器）：将其他路由协议学习到的路由以引入的方式到OSPF进程中 |
OSPF核心工作流程
- 发现并建立邻居
- 传播LSA(区别基于DV算法的路由更新)【LSA内容：链路状态宣告，路由器接口，描述接口信息】
- 将LSA泛洪到区域中的所有OSPF路由器
- 收集LSA创建LSDB(链路状态数据库)
- 使用SPF算法计算到达每个目标网络的最短路径，存放于路由表
OSPF三张表
| 类型 | 含义 |
|---|---|
| 邻居表 | 记录所有邻居关系 |
| 链路状态数据库 | 记录所有链路状态信息 |
| 路由表 | 记录最佳路由 |
Router ID
- 运行OSPF协议前，必须选取的一个RID
- 用来唯一标识一台OSPF路由器
- RID可以手动配置，也可以自动生成
- RID选取规则顺序：1. 优先手动配置（推荐）；2. 活动回环接口中IP地址最高的；3. 活动物理接口中IP地址最高的
- 任何选举值都未配置是运行不了OSPF的（router id为0.0.0.0）
- RID选举具有非抢占性，修改除非重启OSPF进程（R1> reset ospf process）
OSPF数据包类型
OSPF数据包封装在IP协议之上，IP协议号89（ICMP 1, TCP 6, UDP 17）
| OSPF数据包 | 作用 |
|---|---|
| Hello | 建立并维护邻居关系 |
| Database Description（DD） | LSDB的摘要信息（仅包含LSA头部信息） |
| Links State Request（LSR） | 请求LSA |
| Links State Update（LSU） | 发送LSA（完整的LSA信息） |
| Link State Acknowledge （LSA） | 对LSU的确认 |
OSPF状态机制
只有2-Way和Full是稳定状态
| 状态 | 备注 |
|---|---|
| 失效状态（Down） | 没有收到Hello 包 |
| 初始状态（Init） | 收到了Hello 包，但是邻居列表不存在自己 |
| 双向通信状态 （2-Way） | 收到了Hello包，且在邻居列表里看到了自己，形成邻居关系 |
| 交换初始状态 （Exstart） | 决定交换信息时的路由器主从关系 |
| 交互状态 （Exchange） | 向邻居发送DD数据包 |
| 加载状态（Loading） | LSR和LSU交换 |
| 完全邻接状态 （Full） | LSDB同步完成，形成邻接关系 |
OSPF工作流程（数据包和状态切换过程）
OSPF第一阶段是使用Hello包建立双向通信的过程，称为邻居关系
Exstart：序列号x，I=1表示是第一个发送的DD包，M=1表示后面还有DD包，MS=1表示我是主（初始都是主），通过比较Router ID值大的一方为主，向主发送的DD报文中序列号会变成主的序列号，同时这才是真正的DD报文
OSPF第二阶段是通过交换LSA达到LSDB同步，建立邻接关系
OSPF邻居建立条件（必须三层直连）
Hello报文用来发现和维持OSPF邻居关系
- RID唯一
- Hello/Dead时间间隔一致（默认Dead时间是Hello时间的4倍） 【 [R1-GigabitEthernet0/0/0] ospf timer hello 5】
- 区域ID一致
- 认证（如果启用了认证）一致
- 链路MTU大小一致（华为默认不开启检查，思科默认开启）
- 子网掩码一致（以太网环境）
- 网络地址一致
- 末梢区域设置一致（Option）
OSPF网路类型：基于接口
缺省情况下，OSPF认为以太网的网络类型是广播类型，PPP、HDLC的网络类型是点对点类型。
DR和BDR
只要是多路访问BMA和NBMA网络中，为了减少邻接关系的数量，从而减少数据包交换次数，最终节省带宽，降低对路由器处理能力的压力，选举DR和BDR
| 术语 | 备注 |
|---|---|
| DR | Designed Router，指定路由器，类似班长、总经理 |
| BDR | Backup DR，备用DR，类似副班长、副总经理 |
| DRothers | 类似普通学生、普通员工 |
| 关系 | DR、BDR、DRothers之间都保持邻接关系（Full），DRothers之间保持邻居关系（2-Way） |
| 地址 | 224.0.0.6向DR和BDR发送链路状态更新 224.0.0.5向所有OSPF路由器发送 |
| 选举规则 | 首先比较Hello报文中鞋带的优先级 1. 优先级范围0-255，默认=1 2. 优先级最高的被选举为DR，优先级次高的被选举为BDR 3. 优先级为0的不参与选举 优先级一致的情况下，比较RID，越大越优先。选举具有非抢占性，除非当DR和BDR都失效或重启OSPF进程 |
OSPF度量值：Cost，开销
在每一个运行OSPF的接口上，都维护这一个接口Cost
Cost=10^8/BW(bps)=100Mbps/BW=接口带宽参考值/接口带宽
到一个目标网络的度量值=
从源到目标所有出站接口的Cost值累加（数据方向）
从源到本路由器沿途所有入站接口的Cost值累加（路由方向）
OSPF 配置
| 命令 | 备注 |
|---|---|
| ospf 1 router-id 1.1.1.1 | 开启OSPF,进程号缺省值为1，手动配置Router ID |
| area 0/0.0.0.0 | 配置区域 |
| network 192.168.0.0 0.0.0.255 | 宣告网络，即指定运行OSPF的接口；使用反掩码来匹配（255.255.255.255-掩码） |
| display ospf peer brief | 显示OSPF邻居信息 |
| ospf timer hello 10 | 修改Hello包发送间隔 |
| ospf timer dead 40 | 修改Hello包超时时间 |
| display ospf interface g0/0/0 | 显示OSPF接口信息 |
| ospf dr-priority 100 | 修改OSPF接口优先级 |
| ospf cost 10 | 修改开销，范围1-65535，缺省为1 |
| bandwidth-reference 100 | 调整带宽参考值，默认为100Mbps，需要在整个OSPF网络中统一进行调整 |
| reset ospf process | 重启OSPF进程 |
| default-route-advertise always | OSPF发布缺省路由（没有缺省路由，必须要有always参数） |
| display ospf lsdb | 查看ospf链路状态数据库信息 |
OSPF认证命令
如果同时配置认证，接口认证优先生效。
| 命令 | 备注 |
|---|---|
| int g0/0/0 ospf authentication-mode md5 1 cipher 111.com | 配置接口认证 |
| ospf 1 area 0 authentication-mode md5 1 cipher 111.com | 配置区域认证 |
1 | # AR1 |
