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OSPF(开放最短路径优先)

news 来源：原创 2025/6/30 17:46:12

一、ospf简介

OSPF是基于链路状态的内部网关协议，与距离矢量协议不同，链路状态协议通告的是链路状态而不是路由表。OSPF是用于自治系统（AS）内部的路由决策,特点有，收敛速度快，安全性好，避免环路。
目前ipv4主要用OSPFV2版本，而ipv6则是OSPFv3版本。

二、OSPF工作流程

1、建立邻居

  • 路由器通过周期性的发送hello报文，来发现并维护邻居关系。
  • 如果两台路由器的参数相匹配，比如区域id，版本，认证方式等，就会建立邻居关系。
  • 邻居关系建立后就会进行条件匹配（在BMA或NBMA网络中通过优先级比较和RID对比来选举DR和BDR）,如果条件匹配成功则进入后续状态，匹配失败则停留在邻居阶段，仅仅依靠hello报文保活
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2、链路状态信息同步

  • DR/BDR选举，在以太网中，为了减少链路状态信息的交换次数，设置了选举指定路由器和备份指定路由器。选举依据优先级和router id ，高优先级的路由器当选。优先级一样，则router id 大的当选。
  • 链路状态通告，当邻居关系建立成功后，路由器会向邻居发送LSA，其中包含了路由器的链路状态信息，如接口的ip，子网掩码，邻居等，LSA会在ospf区域类传播，确保所有的路由器都能获取到相同的链路状态信息，
  • 数据库同步，收到LSA的路由器会和自己的LSDB中的进行对比，若收到的LSA是新的或者是更优的，就将其添加到LSDB中，并传播该LSA给邻居。
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3、路由计算

  • 利用最短路径优先算法，计算到达各个目的网络的最短路径，路由器将路径信息转换成路由条目，添加到路由表中。路由表中包含网络地址，下一跳地址，出接口信息，路由器将依据路由表转发数据包。

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4、路由更新

基于组播进行更新（224.0.0.5 /224.0.0.6）
支持触发更新，每30分钟进行一次周期更新

三、OSPF区域

为了适应大型网络，OSPF在AS内划分了多个区域，每个路由器只用维护自己所在区域的链路状态信息
区域划分的优点为:
尽量减少路由条目，使得拓扑的变化只影响本区域内部

区域划分的规则：

  • 星型结构
  • 骨干区域为0区；大于0的为非骨干区域
  • 所有非骨干区域必须连接在骨干区域上
  • 两个区域相连时必须存在ABR（域间路由器）

Router-ID : 路由器标识符，用于在一个ospf域中唯一的标识一台路由

四OSPF数据包类型

1.HELLO包

  • 发现和维护邻接关系：用于邻居节点的发现，建立初始连接，并周期性发送以维持邻接状态。

  • 协商参数一致性：检查凝聚节点的参数（如区域id，hello时间，认证方式等）是否匹配。

2.DBD包（数据库描述包）

  • 同步链路状态数据库：在邻接关系建立初期，主从路由器通过交换DBD包，描述本地LSDB中的链路状态摘要。
  • 主从关系协商：确定数据同步的主从角色（router Id大的一方为主路由器）

3.链路状态请求包（LSR）

  • 请求特定的LSA信息：当路由器发现本地LSDB中缺少或存在过时的LAS时，向邻居发送LSR 包，请求完整的LSA数据。

4.链路状态更新包（LSU）

  • 发送完整的LSA数据，响应LSR请求，或主动泛洪最新的LSA信息，确保全网LSDB一致。

5.链路状态确认包（LSACK）

  • 确认LSA可靠传输：接收方收到LSU后，向发送方返回lsack包，确保lsa已正确接收，避免数据丢失。

五、OSPF状态机

Down状态

  • 初始状态：路由器未在接口上收到来自任何邻居的hello数据包，或邻居通信中断
  • 周期性发送hello数据包，（默认10秒或30秒），尝试发现邻居。
  • 当收到合法的hello包时，若hello包中未含自身router id 时，则进入init状态。

Init状态

  • 路由器收到邻居的hello包，但尚未被邻居识别。

  • 验证hello包中的参数一致性

  • 区域id是否匹配（是否在同一个区域）

  • 认证方式和密钥是否一致

  • hello时间和dead时间是否匹配

  • 当邻居的hello包中发现自身router Id：确认双向通信建立，进入Two-Way状态

Two-Way状态

  • 双向通信完成：双方hello包中均含对方router id，邻居关系初步建立。
    核心功能：

  • DR/BDR选举（仅在广播型网络和NBMA网络中）：
    接口优先级（默认为1,0-255）和router id决定选举结果.
    优先级就高的为DR，次高为BDR;优先级相同时，router Id大的为DR

  • 广播网络中需要同步LSDB的节点(如DR和BDR,DR和DROther)进入Exstart状态

  • 点到点网络或不需要同步的场景（如p2p，loopback接口）直接进入exstart状态，无须选举DR与BDR

Exstart状态

  • 主从关系协商阶段：两台路由器准备交换DBD包，需要先确认主路由器和从路由器
  • router Id较大的一方成为主路由器，负责控制dbd包的发送顺序。
  • 主从关系协商完成：双方达成一致，进入exchange状态。

Exchange状态

  • LSDB摘要同步阶段：主路由器通过交换dbd包，传递本地lsdb中的lsa头部信息（如lsa类型，链路状态id，通告路由器等）
  • 主路由器发送携带lsa头部列表的dbd包，序号递增；从路由器接收后返回dbd包，并确认序号。
  • 接收方对比本地lsdb，标记缺失或过时的lsa
  • 双方完成lsdb摘要对比，进入loading状态。

Loading状态

-请求缺失的lsa的完整数据：路由器根据exchange阶段发现的缺失lsa，向邻居发送链路状态请求包（LSR）,获取对应的lsa

  • 所有的LSA获取并确认，进入FULL状态。

FULL状态

  • 邻接关系完全建立：双方LSDB完全一致，可基于LSD运行Dijkstra算法计算最短路径树，生成路由表
  • 若超过dead时间未收到hello包，或者lsdb同步失败，可能退回到Down状态，重新建立邻接。

Attempt状态（仅用于NBMA网络）

  • 非广播多路访问网络（NBMA）特有：用于描述对静态配置邻居的轮询状态（如帧中继，atm网络）
  • 当邻居配置为静态邻居，且未收到其hello包时，路由器定期向该邻居单播发送hello包，尝试建立连接。
  • 若持续未响应，维持Attempt状态；若收到响应，则进入Two-Way状态

状态机转变

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在ar5上查看状态机：

  • 收到了AR7发送的hello包，邻居状态由down转换成init状态

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  • 再次收到hello包，且包含自己的router id，转变成two-way状态

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  • 发送DD报文进入Exstart状态

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  • 交互DD报文并发送LSR请求LSU，并进入Exchange状态

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  • 交互完毕进入Loading状态

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  • 最后是full状态

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六、基础配置

[R1]ospf 1 router-id 1.1.1.1 确定ospf进程的同时配置RID  
[R1-ospf-1]area 0  创建0区/进入0区
[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]network 1.1.1.1 0.0.0.0
[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]network 12.1.1.0 0.0.0.255
反掩码：掩码反过来
[R1]display ospf peer 查看详细邻居关系   
[R1]display ospf lsdb 查看数据库表的目录 
[R1]display ospf lsdb router 2.2.2.2  打开具体的数据库目录内容
[R2]display ip routing-table protocol ospf  查看由OSPF生成的路由表

实验拓扑

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配置命令

AR3

[Huawei]ospf 1 router-id  3.3.3.3
[Huawei-ospf-1]area 1
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.1]network  192.168.1.0 0.0.0.255

AR1

	
[Huawei]ospf 1 router-id  1.1.1.1	
[Huawei-ospf-1]area 1
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.1]network 192.168.1.0 0.0.0.255
[Huawei-ospf-1]area 0
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0]network 192.168.2.0 0.0.0.255

[R1]display ospf peer 查看详细邻居关系

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[R1]display ospf lsdb 查看数据库表的目录
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[R1]display ospf lsdb router 2.2.2.2
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display ip routing-table protocol ospf 查看由OSPF生成的路由表

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AR2

	
[Huawei]ospf 1 router-id  2.2.2.2[Huawei-ospf-1]area 0[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0]network  192.168.2.0 0.0.0.255[Huawei-ospf-1]area 2[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.2]network  192.168.3.0 0.0.0.255

AR4

	
[Huawei]ospf 1 router-id  4.4.4.4[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.2]network  192.168.3.0 0.0.0.255

七、拓展配置

选举DR/BDR时修改接口优先级

[R1-GigabitEthernet0/0/0]ospf dr-priority 3 更改参选接口的优先级为3<R1>reset ospf process  重启ospf进程

在邻居间接口上做认证

[R1-GigabitEthernet0/0/0]ospf authentication-mode md5 1 cipher 123456

手工汇总

在ABR（域间路由器）上将A区域的路由共享到B区域时，方可进行手工汇总的配置。

[R2-ospf-1-area-0.0.0.0]abr-summary 1.0.0.0 255.0.0.0

沉默接口

沉默接口—仅接收不发送路由协议信息，只能用于连接用户PC的接口去使用。

[R1-ospf-1]silent-interface g 0/0/1 设置沉默接口

加快收敛

邻居间直连接口的hello time 和dead time 时间若不一致 将不能建立邻居关系 ；同时修改时也不建议修改的过小 / 不建议修改时间

[R1-GigabitEthernet0/0/0]ospf timer hello 10 
修改hello  time 时间为10s
[R1-GigabitEthernet0/0/0]ospf timer dead 40
修改 dead time 时间为40s

缺省路由

在连接外网的边界路由器上，配置一条缺省路由信息后，该设备将向内网发送信息，是的内部所有ospf设备，生成缺省路由，下一跳全部指向边界路由起方向，但是边界路由器通往外网的路由条目仍需网络管理员手工边写。

[R3-ospf-1]default-route-advertise always

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