3.CCNP闫辉视频笔记OSPF

简介

• OSPF（开放式最短路由优先协议）
• IGP
• LS 发送的是LSA(链路状态通告Link Status Advertisement)，包含的是拓扑信息。加入LSDB，用SPF计算出Routing Table
• VLSM/CIDR
• 四层协议 三层报头中的上层协议号为89

• 7中邻接关系
• 7中LSA
• 5中报文
• 3张表
  • 邻居表（邻接数据库）
  • 拓扑表（LSDB）
  • 路由表（转发数据库）

链路状态协议特点

• 链路状态路由协议比距离矢量路由协议更加了解网络拓扑
• 每台路由器都会保存同一区域的拓扑
• 不会产生环路

OSPF区域

• 两个层次
  • 骨干区域（area 0），或者叫传输区域
  • 非骨干区域
• 减少路由表表项
  • OSPF中没有自动汇总的概念，因为OSPF中传递的是LSA，而不是路由条目。
  • 不能进行域内汇总，只能进行域间汇总和域外汇总。
• 将拓扑变更的影响限制在一个区域内
• 特定LSA泛洪停止在域边界上，不同类型的LSA有不同的传递性

名词

骨干路由 backbone routers

ABR area border router 区域边界路由器将其他区域连接到area 0

OSPF邻接关系

在OSFP中，对邻居关系(Neighbor)和邻接关系(Adjacency)严格区分。

邻居关系是指三层直连，邻接是指7层FULL邻接关系。

• P2P WAN
  • 两端邻居成为FULL邻接关系
• LAN 
  • 邻居与DR和BDR形成FULL邻接关系
  • DROTHER之间形成two-way state
• 只有当邻接关系建立起来了，才能交换LSA，并同步LSDB。
• LSA是泛洪的。

OSPF算法计算

也叫Dijkstra算法

• 同一个区域内的所有路由器拥有相同的LSDB
• 度量值称为cost，将每段路径用10^8/BW(bit/s)计算，然后求和，得到整条路径的cost

LSA

OSPF和RIP一样，既支持周期发送，也支持触发发送。

序列号

最小值 0x8000 0001

最大值 0x7FFF FFFF

序列号使用的最右边的棒棒糖型空间

OSPF报文类型

• HELLO
  • Hello timer：10s或者30s，取决于接口类型。
  • Dead timer是发送周期的4倍，修改hello时间，dead时间将自动变为4倍，反过来，修改了dead不会改变hello。
• DBD（Database Description）
  • LSDB的摘要信息，防止不必要的LSA交换
• LSR（Link-State Request）
  • 请求自己没有的LSA
• LSU（Link-State Update）
  • 包含LSR请求的LSA信息
• LSAck（Link-State Acknowledgment）
  • 确认收到了LSU中的LSA，有多少条LSA，就有多少LSAck进行确认

OSPF的确认机制

• 显示确认 使用LSU确认LSR使用LSAck确认LSU
• 隐式确认（基于序列号的确认机制） 不使用额外的报文确认，而是用相同序列的同类型报文进行确认。如DBD

OSPF包封装

Router ID的选择：

1. 手工配置
2. 所有状态为UP UP的环回口中选举最大的IP地址
3. 所有状态为UP UP的物理接口最大的IP地址

Router ID和Area ID都可以用点分十进制表示。

HELLO报文

• Router ID
• Hello and dead intervals *
• Neighbors 包含邻居的RID
• Area ID *
• Router priority 在P2P接口中，这个字段是没有意义的
• DR IP address
• BDR IP address
• Authentication password *
• Stub area flag *

*表示建立邻接关系必须协调成功的条目

邻接关系建立过程的7种状态

1. Down 初始状态，接口被宣告进OSPF，没有发送任何报文
2. Init 通过接口发送一份Hello
3. Two-Way 通过接口收到了一份Neighbor字段包含自身RID的Hello
4. Exstart 交互3个不带LSA报头的DBD，选择Master/Slave
5. Exchange 由Master发起的带有LSA报头的DBD信息交互
6. Loading 交互LSR LSU以及LSAck实现LSDB的同步
7. Full 一旦LSDB同步，邻接关系到达Full

Two-Way状态并不是同时到达的。到达了Two-Way State之后，MA网段将进行DR选举。

在进入Exstart State之后，将交换3个DBD，以确立主从关系（Master/Slave），由RID更大的作为Master。

图中，I指initial，M指more，M/S指Master/Slave。

在Exchange State阶段中，由Master主导DBD交换。

OSPF小特性

• MTU更改
• 在OSPF中，Loopback口将会处理成一台stub host，其路由以32位主机路由通告出去，可以防止路由黑洞。

DR/BDR选举

选举原则

1. 参与该MA网段的路由器接口的OSPF优先级，越高越好（0-255），缺省值是1。值为0，表示不参与选举。
2. 该MA网段所连接的路由器的RID，越高越好。

选举时间为wait time，从第一台路由器到达Two-Way State开始计算，默认为40s或者120s，是必须选满的。

选举完成之后，就不再进行选举了。与根桥选举不同，根桥选举是时时进行的。

特点：

• DR/BDR无法被抢占
• DR挂了，BDR会立即抢占成为新的DR，新的BDR通过在所有DROther之间重新选举得出
• DR和BDR是接口级别概念，每个MA网段的DR和BDR是单独选举的
• BDR并不是必需的，可以使用ip ospf priority 0将除了DR以外的接口置为0。这个在FR中很重要，只将HUB节点作为DR，没有BDR。
• 如果一个网段中，没有DR和BDR，所有都为DROther，2-way state，不会有任何邻接关系，也没有任何LSA传递。

只要一个接口开启了OSPF进程，该接口会立即监听224.0.0.5，仅当该节点成为DR或BDR时，该接口才会同时监听224.0.0.5和224.0.0.6。

所有路由器发送给DR和BDR的报文的目的地址都是.6，DR发给其他路由器的是.5。

OSPF路由器类型

ABR 连接骨干区域和非骨干区域

ASBR 连接其他路由协议AS

LSA类型

LSA类型1：Router LSA

• 传递范围： 在该区域内泛洪，不穿越ABR
• 通告者： 区域内的每个路由器将发送一条Router LSA，用Router ID标识
• 包含内容： 纯拓扑信息，包括宣告进该区域的所有直连链路的前缀、掩码和网络类型、度量值
• Link-ID： 通告该LSA的RID
• ADV Router： 通告该LSA的RID

LSA类型2：Network LSA

• 传播范围： 在该区域内泛洪，不穿越ABR
• 通告者： DR
• 包含内容： 纯拓扑信息，该MA网段所连接的Router的RID、该MA网段的掩码
• Link-ID： DR接口的IP地址
• ADV Router： DR的RID

LSA类型3：Summary LSA

用来传递域间路由的

这里的Summary只是一个名字，默认是不做汇总的

• 传递范围： 除了本区域外的所有区域
• 通告者： ABR
• 包含内容： 纯路由信息，一条域间路由对应一条Summary LSA
• Link-ID： 3类LSA路由的前缀
• ADV Router： ABR的RID，每跨域一个ABR都会自动改写为该ABR的RID

LSA类型4：Summary ASB LSA

• 传递范围： 除了ASBR所在区域的所有区域
• 通告者： ABR
• 包含内容： 拓扑信息，
• Link-ID： ASBR RID
• ADV Router： ABR RID，每跨域一个ABR都会自动改写为该ABR的RID

LSA类型5：External LSA

• 传递范围： 整个AS
• 通告者： ASBR
• 包含内容： 纯路由信息，一条域外路由对应一条External LSA
• Link-ID： 5类LSA路由的前缀
• ADV Router： ASBR的RID，不会改变

小特性

O E1和O E2

• 当外部路由引入是，需强制添加Seed Metric（种子度量值）。
• 对于OSOF而言，如果将BGP路由重分发进入，默认为1；所有其他外部路由缺省Seed Metric为20。
• 当我们更加关心内网路径好坏的时候，可以手动指定类型1，逐跳累加cost。
• （config-router）#redistributed eigrp 90 subnets metric-type 1

汇总

域间汇总：需要在该区域的所有ABR上实施对3类LSA汇总

ospf的汇总是在进程内设置的，不是链路的。

(config-router)#area 0 range 202.10.8.0 255.255.252.0

该命令之后可以加cost，调整度量值，也可以加not-advertise，不通告该汇总，这样明细和汇总路由都不会有，相当于路由过滤。

但是，这种路由过滤的方法并不推荐。正常做法是：

(config)#ip prefix-list 10 seq 10 deny 202.10.8.0/23 ge 24 le 24

(config)#ip prefix-list 10 permit 0.0.0.0/0 le 32

(config-router)#area 1 filter-list prefix 10 in

域外汇总：需要再ASBR上对5类LSA汇总

(config-router)#summary-address 192.168.8.0 255.255.252.0

OSPF LSDB过载保护

(config-router)#max-lsa maximum-number

改变cost

(config-if)#ip ospf cost <1-65535>

或者

(config-router)#auto-cost reference-bandwidth ref-bw

改变cost计算公式中的分子，ref-bw单位是Mbits，默认是100，也就是10^8bps。

OSPF建邻接的条件

1. 相同的hello时间和dead时间
2. 直连接口属于相同的区域
3. 使用相同的认证类型和密钥
4. 相同的末节区域标识
5. 相同的MTU
6. 相同的网络类型

OSPF特殊区域

Stub区域

目的

过滤4/5类LSA

部署条件

1. 建议只有一个ABR，否则每个ABR都会发送缺省路由，可能导致内网路由器根据自己的情况选择它认为更近的缺省路由，从而产生次优路径。
2. 同区域内的所有路由器全部配置为stub路由器
3. 没有ASBR
4. 不能是区域0
5. 没有虚链路

部署

(config-router)#area 1 stub

在该区域的所有路由器上部署STUB特性，ABR将入区域方向的4/5类LSA同时过来，同时该ABR会主动向区域内部下放一条O IA的0.0.0.0/0的3类缺省路由，Seed Metric为1。

Area 1成为Stub Area，R2将过滤4/5类LSA，同时将发送缺省路由。

部署之前

部署之后

假设Area 1还有一个ABR R6，那么R6也下放缺省路由，可能产生次优路由。

防止次优路由的方法：在R6上，使用area 1 default-cost修改默认cost，改高一些。

Totally Stub区域

目的

过滤3/4/5类LSA

部署

在ABR上部署，内网路由器上并不需要加no-summary参数

(config-router)#area 1 stub no-summary

部署之后

次末节区域

Not-So-Stubby Areas（NSSA）

过滤4/5类路由

允许区域内部有ASBR

NSSA中的ASBR将外部路由重分发进来的时候，就是以7类LSA发送的，仅在NSSA内存在。

NSSA中的ABR把从内到外的7类LSA转换成5类LSA，一个NSSA只能有一个ABR（RID最大）充当转换器。

7类LSA与区域是相关的，在R1上以O N2表示，并转换为O E2的5类LSA发送给Area 0。

凡是能发送5类LSA的都是ASBR，因此R1的身份变成了ABR/ASBR，也变成了5类LSA的ADV Router。

因此，NSSA内部的ASBR R3并不为外界知道，外界知道的是转换器R1作为ASBR。

forward address就是用来告知真正需要转发的是R3而不是R1。

NSSA中的ABR默认不会向区域内部下放缺省路由，建议下放。

下放方法是：

(config-router)#area 2 nssa default-information-roginate

 O N2 0.0.0.0/0 Seed-Metric = 1

完全次末节区域

过滤3/4/5类LSA

主动下放缺省路由 O IA 0.0.0.0/0 Seed-Metric = 1

(config-router)#area 2 stub no-summary

加表优先级

O > O IA > O E1/E2 == O N1/N2

OSPF不规则区域

网络设计时，不要使用不规则区域。不规则区域的产生，大多是由于项目割接。这里提供的是临时应急方案。

远离骨干区域的非骨干区域

单点双向重分发

在没有与Area 0直连的ABR上，使用OSPF双进程，启用单点双向重分发。

(config)#router ospf 110

(config-router)#redistribute ospf 100 subnets

(config)#router ospf 100

(config-router)#redistribute ospf 110 subnets

缺点：全部是O E2路由。

tunnel

在没有与Area 0直连的ABR上，建立一个Tunnel链路连接到离其最近的Area 0中的ABR路由器上。在这两台ABR上对Tunnel配置IP地址为同一个IP子网段，并且将其宣告进OSPF的Area 0.

让tunnel状态为Up的条件有3个：

（1）配置了tunnel接口的IP地址；

（2）配置了源地址和目的地址；

（3）源和目的地址之间要有可达的路由。

R1(config)#int tunnel 1

R1(config-if)#ip add 31.1.1.1 255.255.255.0

R1(config-if)#tunnel source 1.1.1.1

R1(config-if)#tunnel destination 3.3.3.3

R3(config)#int tunnel 3

R3(config-if)#ip add 31.1.1.3 255.255.255.0

R3(config-if)#tunnel source 3.3.3.3

R3(config-if)#tunnel destination 1.1.1.1

这样就建立了逻辑接口tunnel。1.1.1.1和3.3.3.3必须有可达路由，这样tunnel口才能up up。

在ospf进程内宣告tunnel接口的IP地址，如果此时源地址和目的地址(分别是1.1.1.1和3.3.3.3)也宣告进了ospf进程，将造成ospf邻接关系翻动现象。

因此，只有将1.1.1.1和3.3.3.3做成静态路由，就可以同时解决翻动现象和tunnel up up的问题了。

缺点：配置量大且繁琐。

Virtual-Link

在没有与Area 0直连的ABR和离其最近的Area 0中的ABR路由器上部署。

不能跨域骨干区域和特殊区域。

R1(config-router)#area 2 virtual-link 93.3.3.3

R3(config-router)#area 2 virtual-link 91.1.1.1

Virtual-Link是一根按需链路，DoNotAge LSA，简称DNA，也就是说LSA的老化计数器不会计数。

Virtual-Link没有Hello时间和Dead时间

被分割的Area 0

OSPF认证

不管是链路级认证还是区域级认证，密钥id和密钥字符串是配置在接口（包括Virtual-Link）上的，因此每个网段内保持一致即可。

链路级认证

明文认证

(config-if)#ip ospf authentication-key cisco

(config-if)#ip ospf authentication

密文认证

(config-if)#ip ospf message-digest-key 13 md5 cisco

(config-if)#ip ospf authentication message-digest

区域级认证

明文认证

(config-if)#ip ospf authentication-key cisco

(config-router)#area 0 authentication

密文认证

(config-if)#ip ospf message-digest-key 13 md5 cisco

(config-router)#area 0 authentication message-digest

针对于虚链路认证

如果在R1和R2上做了Area 0的区域级认证，由于虚链路是area 0的一部分，因此虚链路上不做认证，邻接关系是起不来的。

因此，还需要在虚链路两端配置密钥，并在R3上开启Area 0的区域级认证

OSPF网络类型

1. Loopback 只有环回口是Loopback的，其他类型接口都不能改为Loopback无论接口掩码多少，都以/32主机路由通告
2. Point-To-Point Serial/ISDN BRI/FR point2point SubIf支持组播，没有DR HELLO时间10s
3. Broadcast Ethernet支持组播，有DR HELLO时间10s
4. NBMA FR主接口/FR多点子接口不支持组播，有DR HELLO时间30s
5. Point-To-Multipoint 默认情况不会是这种支持组播，没有DR HELLO时间30s
6. Point-To-Multipoint Non-Broadcast 默认情况不会是这种 不支持组播，没有DR HELLO时间30s

这些网络类型是高层的概念，与物理接口的类型没有一一对应的关系，也就是说，串口可以是点到点的，也可以是广播的。

修改网络类型

(config-if)#ip ospf network + TYPE

NBMA

(config-if)#ip ospf network non-broadcast

(config-router)#neighbor + IP地址

这里指neighbor只需要单向指就可以了，不需要双向。应用场景：

在帧中继环境中，由于Hub接单和Spoke节点物理相聚很远，一般在Hub上单向指S1/S2/S3就可以了。

NUMA中，Hello时间为30s

Point-To-Multipoint

(config-if)#ip ospf network point-to-multipoint

支持组播，有DR

自动生成关于直连邻居接口的/32主机路由

Point-To-Multipoint Non-broadcast

(config-if)#ip ospf network point-to-multipoint non-broadcast

不支持组播，无DR

自动生成关于直连邻居接口的/32主机路由

在sh ip ospf interface中看不到non-broadcast，只有在sh run中可以看到

OSPF在帧中继中的部署

在帧中继环境中，应用OSPF会比其他环境复杂很多。

帧中继概念回顾

星型拓扑

PVC

DLCI 相当于MAC地址

LMI 本地管理接口有三类：ANSI/CISCO/Q933a

帧中继映射 本地DLCI与对端IP地址

有两种方式：

自动映射 Inverse-ARP(目的IP地址为0.0.0.0，本地DLCI )

自动开启

关闭命令：(config-if)#no frame-relay inverse-arp

(config-if)#no arp frame-ralay

手工映射

只能发送单播，不能发送组播和广播，但是可以发送伪广播

伪广播在DLCI自动映射中是自动开启的，在DLCI手工映射中是手工开启的

帧中继拓扑

R1作为HUB节点，R2和R3作为SPOKE节点，分别从R1建立两条PVC通往R2和R3。

配置步骤：

1.将R1~R6的serial口上，设置封装类型frame-relay，并打上时钟率（模拟器不需要）

(conig-if)#encapsulation frame-relay ietf

2.在R4~R6上，配置以太网接口IP地址，运行某个IGP（如EIGRP）

3.将R4~R6模拟为帧中继交换机

(config)#frame-relay switching

4.将R4~R6上的serial口上，在数据链路层上，配置为DCE。不能打时钟率（物理层概念）

(config-if)#frame-relay intf-type dce

5.定义lmi类型

(config-if)#frame-relay lmi-type ansi

6.在真实环境中，R1、R2、R3之间距离很远，为了使其在逻辑上在同一网段，因此必须在R4~R6上创建tunnel接口

如：

R4(config)#interface tunnel 45

R4(config-if)#tunnel source 45.1.1.4

R4(config-if)#tunnel destination 45.1.1.5

R4(config-if)#frame-relay route 102 interface tunnel 45 500(任意一个DLCI号)

目前，通过帧中继自动映射，R1可以ping通R2和R3。

但是，R2和R3之间并不能ping通。原因是：

当R2 ping R3时，目的IP地址是123.1.1.3，查路由表发现从serial 1/1发出；

serial 1/1是帧中继封装的，因此，必须将DLCI号封装进二层。但是，R2上并没有123.1.1.3和DLCI的映射关系。

此时，必须手动指定该映射，命令是：

R2(config-if)#frame-relay map ip 123.1.1.3 201 broadcast ietf

R3(config-if)#frame-relay map ip 123.1.1.2 301 broadcast ietf

这时，R2和R3可以相互ping通，R2的ping先发给R1，再发给R3。

但是，此时，R1并不能ping通自己。即

R1#ping 123.1.1.1

是不通的。

解决方法是：在R1上手动指定123.1.1.1的映射

R1(config-if)#frame-relay map ip 123.1.1.1 102 broadcast ietf

ping包先从R1发给R2，再从R2发回R1。不仅在帧中继环境中，在PPP或HDLC中，也是这样的。只有在以太网环境中，是在接口上打了个环，就通了。

帧中继环境中的OSPF 

假设帧中继环境中，只有自动映射，将所有的手工映射先删除掉。

NBMA网路类型

1.

为了建立邻居，需要在Hub节点手工指Neighbor，SPOKE节点不需要回指。

R1(config-router)#neighbor 123.1.1.2

R1(config-router)#neighbor 123.1.1.3

2.

由于轴幅型拓扑，只有HUB节点连接了所有其他节点。默认情况下，选举DR/BDR，可能造成某些节点缺乏某些路由信息。

为了保证路由传递没问题，需要手工修改接口的OSPF优先级，保证HUB为DR，spoke节点为DRother。

R1(config-if)#ip ospf priority 255

R2(config-if)#ip ospf priority 0

R3(config-if)#ip ospf priority 0

此时，

R1#ping 2.2.2.2 source 1.1.1.1

R1#ping 3.3.3.3 source 1.1.1.1

都是通的，但是R2#ping 3.3.3.3 source 2.2.2.2不通。原因是缺少映射。

3.

为了保证spoke节点所连接的下游网段内的PC可以互访，需要在spoke节点彼此指手工FR映射。

R2(config-if)#frame-relay map ip 123.1.1.3 201 broadcast ietf

R3(config-if)#frame-relay map ip 123.1.1.2 301 broadcast ietf

此时，R2#ping 3.3.3.3 source 2.2.2.2就通了。

broadcast网路类型

在R1~R3上，指定广播类型。由于支持组播发送，不需要手工指neighbor（FR Map开启伪广播功能）

(config-if)#ip ospf network broadcast

同样，需要手动指定优先级

R1(config-if)#ip ospf priority 255

R2(config-if)#ip ospf priority 0

R3(config-if)#ip ospf priority 0

彼此指手工FR映射。

R2(config-if)#frame-relay map ip 123.1.1.3 201 broadcast ietf

R3(config-if)#frame-relay map ip 123.1.1.2 301 broadcast ietf

P2MP Non-broadcast网络类型

(config-if)#ip ospf network point-to-multipoint non-broadcast

为了建立邻居，需要在Hub节点手工指Neighbor，SPOKE节点不需要回指。

R1(config-router)#neighbor 123.1.1.2

R1(config-router)#neighbor 123.1.1.3

在这种情况下，因为不选DR/BDR，不需要手工修改接口OSPF优先级

不需要手工帧中继映射，因为/32的主机路由

P2MP网络类型

(config-if)#ip ospf network point-to-multipoint

不需要指Neighbor

不需要修改OSPF优先级

不需要手工映射

在帧中继网络环境中，使用P2MP是最理想的。

但是，在考试中，一般会考“hub节点为P2MP，spoke节点为P2P”。

更改网络类型，然后修改Hello时间，使其一致。

此时，R2和R3之间ping不通，但是下游主机是可以ping通的。即：

R2#ping 3.3.3.3 不通

R2#ping 3.3.3.3 source 2.2.2.2 通

OSPF高级特性

注入缺省路由

1.

R1(config-router)#default-information originate

R1(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 INTERFACE

2.

R1(config-router)#default-information originate always

不管有没有0.0.0.0 0.0.0.0缺省路由，R1都会主动下放缺省路由

被动接口

OSPF的被动接口不能发送、接收任何报文。

(config-router)#passive-interfac loopback 0