网络基础19--OSPF路由协议（上）
一. RIP的不足
跳数评估非最优路径：RIP以跳数作为度量值，不考虑带宽，可能导致次优路径选择。
网络规模限制：最大跳数为16，限制了网络规模。
收敛速度慢：更新周期长（默认30秒），失效和清除计时器分别为180秒和240秒。
资源浪费：定期发送完整路由表，占用带宽。
二. OSPF简介
定义：开放式最短路径优先（Open Shortest Path First），IETF 开发的一种链路状态的路由协议。
特点：
OSPF使用带宽作为度量值（Cost = 参考带宽/接口带宽，默认参考带宽100Mbps）。
OSPF采用SPF算法计算路由，从算法上保证了无路由环路。
OSPF通过邻居关系维护路由，避免了定期更新对带宽的消耗
OSPF路由更新效率高，网络收敛快，适用于大中型网络
OSPF报文封装于IP，协议号89，组播地址224.0.0.5与224.0.0.6。
三. OSPF基本工作原理
1. OSPF基本协议模型
OSPF协议模型--四张表：
邻居表：记录邻居路由器信息。
LSDB（链路状态数据库）：存储LSA（链路状态通告）。
OSPF路由表：通过SPF算法计算的路由。
全局路由表：最优路由表。
2. OSPF基本概念--Router ID（RID）：
RID是一个32比特无符号整数，唯一标识路由器，优先选择Loopback接口的最大IP地址，其次选择物理接口的最大IP地址。
RID可以手工配置，也可以自动生成。没有通过命令指定RID，将按照如下顺序自动生成一个RID：
如果当前设备没有配置Loopback接口，将选取它所有已经配置IP地址且链路UP的接口上数值最大的IP地址作为RID。
4. OSPF基本概念--LS
链路状态（LS）：路由器周边的链路的状态
直连网段状态：通过接口网段和接口状态感知。描述直连网段：（网段，掩码，接口开销）
直连拓扑状态：通过OSPF邻居和邻居状态感知。描述直连拓扑：（邻居RouterID，连接接口，接口开销）
接口开销：OSPF参考带宽/ 接口带宽
• OSPF参考带宽默认为100Mbps。
• Loopback接口的开销默认为1。
5.OSPF基本概念------LSA
链路状态通告（LSA）：按一定格式封装后的链路状态信息。
（1） LSA 1（路由器LSA）：路由器链路状态通告，描述直连网段和拓扑。每台路由器都会发起自己的LSA 1
（2） LSA 2（网络LSA）：传送网络链路状态通告。由DR生成，描述广播网络中的路由器。
6. OSPF基本概念-----LSDB
链路状态数据库（LSDB）
（1）每台OSPF路由器都有一个LSDB，用于存储LSA。
（2）同一个区域中的OSPF路由器的LSDB一致。
• LSA封装在LSU报文中，在区域内洪泛，最终达到区域内LSDB一致。
• LSA在洪泛过程中内容保持不变。
7. OSPF基本概念----SPF
8. OSPF基本概念--OSPF网络类型
以太网接口、PPP HDLC接口用的比较多，另外两个基本不用了。
9. OSPF基本概念--OSPF报文类型与封装
OSPF报文直接封装在IP报文中，协议号为89。
10. OSPF报文的目的地址
11.维持邻居关系(点对点)
• 邻居之间通过交换Hello报文，确认邻居是否工作正常
• 如果在一定的时间间隔内，收不到邻居发来的Hello报文，就认为邻居已经失效，从邻居表中删除。
12. DR/BDR的选举(广播多路访问)
DR/BDR选举原则：
13. 邻居关系无法建立原因总结
14. OSPF邻居建立与维护
邻居状态机：
Down → Init → 2-Way → ExStart → Exchange → Loading → Full。
DOWN、Init、two-way：
ExStart和Exchange：
Loading和Full：
• OSPF协议包具备超时重传机制
• OSPF协议包具备序列号，对重复包不做处理
报文类型：
Hello：建立和维护邻居关系。
DD（Database Description）：描述LSDB摘要。LSA头部信息:包括LS Type, LS ID, Advertising Router和LS Sequence Number
LSR（Link State Request）：请求详细LSA信息。只有LS Type, LS ID和Advertising Router简化LSA头部
LSU（Link State Update）：发送LSA详细信息。包括LSA头部和具体的链路状态信息
LSAck（Link State Acknowledgment）：确认LSA接收。LSA头部信息:包括LS Type, LS ID, Advertising Router和LS Sequence Number
15. 泛洪新LSA
16. 广播网络中LSDB更新
• 在广播和NBMA网络中，链路状态发生变化时，主要是通过DR路由器发送更新报文。
17. OSPF LSA洪泛与老化
四. OSPF区域划分
区域作用：减少LSDB规模，提高收敛速度。
区域类型：
骨干区域（Area 0）：其他区域必须与之相连。
非骨干区域：通过ABR（区域边界路由器）连接到骨干区域。
路由器角色：
内部路由器：所有接口在同一区域。
ABR：连接多个区域的路由器。
ASBR（自治系统边界路由器）：将外部路由引入OSPF。
OSPF区域号
• OSPF路由域：运行OSPF路由协议的网络。
• OSPF区域：OSPF是一种支持划分多区域的协议。Area ID：32位，用数字或IP地址表示。
- OSPF协议区域LSA发布
五. OSPF单区域配置
基本配置命令：
启动OSPF进程：
router ospf <进程号>。指定Router ID：
router-id <RID>。宣告网络：
network <IP地址> <通配符> area <区域号>。
示例配置：
验证命令：
查看路由表：
display ospf routing。
六 总结
OSPF通过链路状态算法和分层区域设计，解决了RIP的不足，适合大中型网络。
单区域配置简单，适用于小型网络；多区域设计可扩展性强，需合理规划骨干区域。
掌握邻居建立、DR选举、LSA洪泛等机制是配置和排错的关键。