OSPF协议详解，路由协议学习必备知识

OSPF概述

OSPF是IETF定义的一种基于链路状态的内部网关路由协议。目前针对IP4协议使用的是OSPFVersion 2( RFC2328 );针对IPv6协议使用OSPF Version 3( RFC2740)。

OSPF有以下优点:

• 基于SPF算法，以“累计链路开销”作为选路参考值
• 采用组播形式收发部分协议报文
• 支持区域划分
• 支持对等价路由进行负载分担
• 支持报文认证

应用场景

大型企业网络中通常部署OSPF实现各个楼宇的网络之间的路由可达

• 核心和汇聚层部署在OSPF骨千区域。
• 接入和汇聚层部署在OSPF非骨千区域

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• 接入层: 接入层利用光纤、双绞线、同轴电缆、无线接入技术等传输介质，实现与用户连接，并进行业务和带宽的分配。接入层目的是允许终端用户连接到网络，因此接入层交换机具有低成本和高端口密度特性。
• 汇聚层: 汇聚层为接入层提供基于策略的连接，如地址合并，协议过滤,路由服务，认证管理等。通过网段划分实现与网络隔离，可以防止网络故障蔓延和影响到核心层。汇聚层同时也可以提供接入层虚拟网之间的互连，控制和限制接入层对核心层的访问，保证核心层的安全和稳定。
• 核心层: 核心层的功能主要是实现骨干网络之间的优化传输，核心层任务的重点通常是几余能力、可靠性和高速的传输。

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基本术语

Router ID

Router ID用于在自治系统中唯一标识一台运行OSPF的路由器，不能网络的中的其他路由器Router ID重复。它是一个32位的无符号整数。 Router ID选举规则如下:

• 手动配置OSPF路由器的Router ID(建议手动配置)
• 如果没有手动配置Router ID，则路由器使用Loopback接口中最大的IP地址作为Router ID
• 如果没有配置Loopback接口，则路由器使用物理接口中最大的IP地址作为Router ID

注意: Router ID一旦选定，之后如果要更改的话就需要重启OSPF进程。

区域

• OSPF Area用于标识一个OSPF的区域。
• 区域是从逻辑上将设备划分为不同的组，每个组用区域号( Area ID ) 来标识
• OSPF的区域ID是一个32bit的非负整数，按点分十进制的形式( 与IPV4地址的格式一样)呈现例如Area0.0.0.1。为了简便起见，我们也会采用十进制的形式来表示

度量值

• OSPF使用Cost( 开销 )作为路由的度量值。每一个激活了OSPF的接口都会维护一个接口Cost值，缺省的100 Mbit/s接门Cost =

  

  。其中100 Mbit/s为OSPF指定的缺省参考值，该值是可配置的。
• OSPF以“累计cost”为开销值，也就是流量从源网络到目的网络所经过所有路由器的出接口的cost总和。

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在实际应用中，推荐根据接口带宽大小手动配置Cost值，而不是修改OSPF参考带宽

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度量值修改举例

在规划流量路径时，推荐将汇聚层直连链路Cost值>接入层所有链路Cost值之和，这样可以保证从接入层访问R1或R2时，流量可通过接入层路由器直达R1或R2 以上图为例。R1和R2位于企业网中的汇聚层，R1和R2的直连链路属于区域0，R1有一个直连网段10.0.1.1/32通过在区域0。

• 在缺省情况下，R4到达10.0.1.1/32的路由存在两个下一跳。
• 修改Cost之后，R4到达10.0.1.1的路由仅存在一个下一跳。

ABR

ABR为area border router的缩写 释义：区域边界路由器 用于将一个或多个OSPF区域边界上、将这些区域连接到主干网络的路由器

ASBR

ASBR为Autonomous System Boundary Router的缩写  释义：自治系统边界路由器ASBR位于OSPF自治系统和非OSPF网络之间。ASBRs可以运行OSPF和另一路由选择协议（如RIP），把OSPF上的路由发布到其他路由协议上。发出的LSA5，用于向自治系统区域通告网络拓扑

三大表项

邻居表

OSPF有三张重要的表项，OSPF邻居表、LSDB和OSPF路由表。对于OSPF的邻居表，需要了解:

• OSPF在传递链路状态信息之前，需先建立OSPF邻居关系。
• OSPF的邻居关系通过交互Hello报文建立。
• OSPF邻居表显示了OSPF路由器之间的邻居状态，使用display ospf peer查看。

LSDB

对于OSPF的LSDB，需要了解: LSDB会保存自己产生的及从邻居收到的LSA信息，本例中R1的LSDB包含了三条LSA。

• Type标识LSA的类型，AdvRouter标识发送LSA的路由器。
• 使用命令行display ospf lsdb查看LSDB表。

路由表

对于OSPF的路由表，需要了解:

• OSPF路由表和路由器路由表是两张不同的表。本例中OSPF路由表有三条路由。
• OSPF路由表包含Destination、Cost和NextHop等指导转发的信息。
• 使用命令display ospf routing查看OSPF路由表

路由器路由表通常称为全局路由表，并非所有OSPF路由都可以放到路由器路由表

报文格式和类型

相同头部格式

• OSPF一共定义了5种类型的报文，不同类型的OSPF报文有相同的头部格式。
• OSPF报文直接采用IP封装，在报文的IP头部中，协议号为89。

重要字段解释

• Version: 对于当前所使用的OSPFv2，该字段的值为2。
• Router ID: 表示生成此报文的路由器的Router ID。
• Area ID: 表示此报文需要被通告到的区域。
• Type: 类型字段。
• Packet length: 表示整个OSPF报文的长度，单位是字节。
• Checksum: 校验字段，其校验的范围是整个OSPF报文，包括OSPF报文头部
• Auth Type: 为0时表示不认证;为1时表示简单的明文密码认证;为2时表示加密0( MD5 ) 认证。
• Authentication: 认证所需的信息。该字段的内容随AuType的值不同而不同

报文类型

Hello报文

在邻居建立过程中，hello包会有两种形式，一种是端口刚宣告进OSPF协议中时，一种是端口发现对应的端口时。两者只有细微的差别。我们先看第一种hello报文：

image.png

图中区域2为OSPF报文的hello包：

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• network mask：表示发出这个报文接口的网络掩码；
• hello interval：表示hello时间，中括号内为单位秒，OSPF每隔10秒发送一个hello包，以确认邻居是否健在；
• options：表示一种标注，里面的（E）表示OSPF的区域类型，为1时表示为普通区域，为0时表示为特殊区域。（可以先这样理解，后面讲到Nssa区域时会有些不同）（N）表示OSPF区域是否为Nssa区域，1表示该区域为Nssa区域，0表示为非Nssa区域；
• router priority：表示路由的优先级；
• router dead interval：表示路由老化时间，一般为4倍的hello时间，超过40秒没有收到邻居发送的hello包，则认为邻居消失；
• designed router：表示DR，0.0.0.0表示为空；
• backup designed router：表示BDR，0.0.0.0表示为空。

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当接口发现邻居时，hello报文会增加一个active router的信息，表示邻居路由ID，同，通过hello报文选举DR，BDR，如下图：

image.png

DD报文

用于选举主从路由器，并发送LSA摘要

OSPF报问头部不再叙述，其DD报文里的要素依次为：

• Interface MTU：表示发送接口的MTU值，两个接口的这个值要相等，华为默认为0，不考虑MTU值；
• options：同hello报文内options含义相同；
• DB Description：用于选举主从路由器，其中：
• (I) 为1表示该报文用于选择主从路由器，为0表示不用选举；
• (M) 为1表示数据未发送完，还有后续报文，为0表示没有后续报文
• (MS)为1表示该路由器为主路由器，为0表示该路由器为从路由器
• DD Sequence：校验值，用于进行隐式确认。

在选举完主从路由器后，从路由会发送包含LSA摘要的DD报文。如下图：

此时，DB Description中的各参数均为0，同时将本路由的LSA摘要（在最底部）放入DD报文中，用于邻居进行LSA的对比更新。

LSR报文

用于请求LSA的详细信息，意思是告诉对方，我没有的LSA条目如下，你需要给我发过来。

OSPF报头各要素和其他报文一致，LSR报文内各要素分别为：

• LS Type：表示LSA的类型；
• Link state ID：表示网络编号。
• advertising router：表示产生该LSA条目的路由Id

LSU报文

当收到LSR请求报文后，路由器会通过LSU报文将LSA的详细条目进行发送

方框内包含了LSA的详细信息，分别是类型（type）、网络号(ID)、掩码（data）、度量值（metric）。

LSAck报文

当路由将LSDB数据库更新完毕后，会发送LSAck报文进行通告。

从上图的可知LSAck只包含LSA的摘要信息

LSA类型

LSA类型是OSPF中比较重要而且比较复杂，后续会有单独的文章详细介绍LSA类型的，上述是LSA类型的的概要信息。