OSPF笔记整理
一、OSPF 基础特性
1. 技术背景（对比 RIP）
- RIP 的缺陷：最大跳数 15 限制、周期性发送全路由表（占用带宽）、收敛慢、以跳数为度量值、易产生环路、30 秒更新间隔。
- OSPF 的改进：无跳数限制（支持大规模组网）、组播更新变化的路由信息、收敛快（触发更新）、以 Cost 为度量值、用 SPF 算法防环、30 分钟周期性更新 LSA（链路状态通告）。
2. 核心特点
- 传递拓扑信息和路由信息（RIP 仅传递路由表）。
- 协议号为 89，报文直接封装在 IP 报文中。
- 广泛应用于互联网，是主流路由协议。
二、OSPF 核心组件
1. 三张关键表
- 邻居表：记录邻居路由器的状态和关系（如邻居 ID、地址、状态）。
- 拓扑表（LSDB，链路状态数据库）：存储全网链路状态信息（LSA），是 SPF 算法计算路由的基础。
- 路由表：由 SPF 算法计算生成，记录最优路由（通过
dis ip routing-table pro ospf查看）。
2. 五种报文类型
| 报文类型 | 类型值 | 作用 | 关键字段 / 特性 |
|---|---|---|---|
| Hello 报文 | 1 | 发现 / 建立 / 保活邻居关系 | 包含网络掩码、Hello 间隔（默认 10s）、Dead 间隔（默认 40s）、DR/BDR 信息、邻居 Router-ID 等；组播地址 224.0.0.5。 |
| DBD（数据库描述报文） | 2 | 交换 LSDB 中 LSA 的摘要信息 | 含 LSA 头部（摘要）、DD 序列号（确保传输有序）、主从标识（Master 由 Router-ID 大的路由器担任）。 |
| LSR（链路状态请求报文） | 3 | 请求本地缺少或更新的 LSA | 携带 “LSA 三元组”（链路状态类型、链路状态 ID、通告路由器），唯一标识需请求的 LSA。 |
| LSU（链路状态更新报文） | 4 | 发送请求的完整 LSA | 可包含多个 LSA；MA 网络中，DROTHER 向 224.0.0.6（DR/BDR 监听）发送，DR 再向 224.0.0.5（所有 OSPF 路由器监听）泛洪。 |
| LSAck（链路状态确认报文） | 5 | 确认收到 LSU | 包含需确认的 LSA 头部（20 字节 / 个）。 |
3. LSA（链路状态通告）
（1）LSA 头部（20 字节）
- 包含：链路状态类型、老化时间（最大 3600s，1800s 周期归零）、链路状态 ID、通告路由器（Router-ID）、序列号（判断新旧）、校验和等。
（2）6 种核心 LSA 类型
| 类型 | 名称 | 通告者 | 传输范围 | 描述内容 |
|---|---|---|---|---|
| Type 1 | 路由器 LSA | 所有路由器 | 本区域内 | 描述路由器直连链路（类型、Cost 等），含链路 ID、链路数据、链路类型（如 P2P、广播网、末梢网）。 |
| Type 2 | 网络 LSA | DR（指定路由器） | 本区域内 | 描述广播 / NBMA 网络中所有路由器的链路及掩码，LS ID 为 DR 的 IP 地址。 |
| Type 3 | 网络汇总 LSA | ABR（区域边界路由器） | 跨区域（仅相邻区域） | 描述其他区域的网段路由，以子网形式传播。 |
| Type 4 | ASBR 汇总 LSA | ABR | 全 OSPF 域 | 描述 ASBR（自治系统边界路由器）的位置，LS ID 为 ASBR 的 Router-ID。 |
| Type 5 | AS 外部 LSA | ASBR | 全 OSPF 域（特殊区域除外） | 描述引入的外部路由（如其他 AS 的路由）。 |
| Type 7 | NSSA 外部 LSA | NSSA 区域的 ASBR | 仅 NSSA/Totally NSSA 区域 | 描述 NSSA 区域引入的外部路由，ABR 会将其转换为 Type 5 LSA 通告到其他区域。 |
三、OSPF 工作机制
1. 邻居与邻接关系建立
- 邻居关系：通过 Hello 报文交互，双方互相发现（状态为 2-way）。
- 邻接关系：邻居间同步 LSDB 后形成（状态为 Full），仅在需要交换 LSA 的路由器间建立（如 DR 与所有路由器、BDR 与所有路由器）。
2. DR/BDR 选举（广播 / NBMA 网络）
- 目的：减少邻接关系数量（避免 n (n-1)/2 的复杂度），优化路由信息交换。
- 规则：优先级（0-255，默认 1）高者优先；优先级相同则 Router-ID 大的优先。
- 特性：无抢占性，需原 DR/BDR 失效或重置 OSPF 进程才会重新选举。
- 关系：DR 与 BDR、DR 与 DROTHER（非 DR/BDR）、BDR 与 DROTHER 为邻接关系；DROTHER 之间仅为邻居关系（2-way）。
3. 工作流程
- 建立邻居：通过 Hello 报文确认可达性，选举 DR/BDR。
- 同步 LSDB：邻接路由器交换 DBD（LSA 摘要）→ 发送 LSR 请求缺失 LSA → 用 LSU 发送完整 LSA → 用 LSAck 确认。
- 计算路由：基于 LSDB，通过 SPF 算法计算最短路径，生成路由表。
4. 状态机（邻居 / 邻接关系转换）
- 邻居状态：Down（初始）→ Init（收到 Hello 但未确认）→ 2-way（双方确认，稳定状态）。
- 邻接状态：Exstart（协商主从）→ Exchange（交换 LSA 摘要）→ Loading（请求 / 接收 LSA）→ Full（LSDB 同步，稳定状态）。
- 关键条件：2-way 需 Router-ID 无冲突、掩码 / 区域 ID/Hello 间隔 / Dead 间隔一致；Full 需 MTU 一致、网络类型一致。
四、区域划分与特殊区域
1. 基本区域规则
- 骨干区域（Area 0）：所有非骨干区域必须与之直接相连，避免区域间环路。
- 非骨干区域：不能直接相连，需通过骨干区域通信。
- 路由器类型：IR（区域内）、BR（骨干）、ABR（连接骨干与非骨干）、ASBR（连接外部 AS）。
2. 特殊区域（减少 LSA 泛洪，优化路由表）
| 区域类型 | 特征 | 禁止的 LSA | 缺省路由 | 配置命令 |
|---|---|---|---|---|
| Stub（末梢区域） | 无 ASBR，不接收外部路由 | Type 4/5 | ABR 自动下发 Type 3 缺省（优先级 10） | area X stub |
| Totally Stub（完全末梢） | 不接收外部及其他区域路由 | Type 3/4/5 | ABR 自动下发 Type 3 缺省 | area X stub no-summary |
| NSSA（非纯末梢） | 有 ASBR，可引入外部路由（Type 7） | Type 4/5 | 华为自动下发 Type 7 缺省（优先级 150） | area X nssa |
| Totally NSSA（完全非纯末梢） | 不接收其他区域及外部路由（除本区域引入） | Type 3/4/5 | ABR 下发 Type 3 缺省 | area X nssa no-summary |
五、路由聚合与防环
1. 路由聚合（手动聚合 LSA，减少路由条目）
- ABR 聚合（Type 3 LSA）：在 ABR 上对区域内路由聚合后发布到其他区域，命令：
area X abr-summary 网络地址 掩码。 - ASBR 聚合（Type 5/7 LSA）：在 ASBR 上对引入的外部路由聚合，命令：
asbr-summary 网络地址 掩码。 - 聚合后会生成黑洞路由，防止环路。
2. 防环机制
- 区域内：通过 SPF 算法（最短路径优先）计算无环路由。
- 区域间：严格遵循 “非骨干区域必须连接骨干区域” 的划分原则，避免环路。
六、高级配置与优化
1. 网络类型（影响 DR 选举、报文发送方式）
| 网络类型 | 适用场景 | DR/BDR 选举 | Hello 间隔 | Dead 间隔 | 报文发送方式 |
|---|---|---|---|---|---|
| Broadcast（广播） | 以太网 | 是 | 10s | 40s | 组播（224.0.0.5） |
| P2P（点到点） | PPP 链路 | 否 | 10s | 40s | 组播 |
| NBMA（非广播多点可达） | 帧中继 | 是 | 30s | 120s | 单播（需手动指定邻居） |
| P2MP（点到多点） | 手动配置（如从 NBMA 转换） | 否 | 30s | 120s | 模拟组播（需手动指定邻居） |
2. 安全与过滤
- 认证：区域认证（
area X authentication-mode md5 密钥）、接口认证（interface X ospf authentication-mode md5 密钥），接口认证优先级更高。 - 静默接口：禁止接口发送 OSPF 报文（
silent-interface 接口），避免路由信息泄露。 - 路由过滤：通过 ACL 在进口（
filter-policy ACL import）或出口（area X filter ACL export）过滤 LSA，影响下游路由。
3. 收敛优化
- 调整 Hello 间隔（
ospf timer hello X）和 Dead 间隔（ospf timer dead X）。 - 修改重传时间（默认 5s，
ospf timer retransmit X）。 - 统一参考带宽（
bandwidth-reference X），确保 Cost 计算准确（Cost = 参考带宽 / 链路带宽，默认参考带宽 100M）。
4. 缺省路由
- Type 3 缺省：特殊区域（Stub/Totally Stub）由 ABR 自动下发。
- Type 5 缺省：ASBR 手动配置（
default-route-advertise），优先级 150。 - Type 7 缺省：NSSA 区域由 ABR 下发（华为自动，华三需手动）。
七、常见问题与故障
- 邻居关系建立失败：Router-ID 冲突、区域 ID 不一致、认证密码不匹配、掩码 / Hello 间隔 / Dead 间隔不一致、特殊区域标记不一致、无 DR（所有路由器优先级为 0）。
- 邻接状态卡壳：MTU 不一致（卡在 Exstart/Exchange）、网络类型不一致（状态 Full 但无法学习路由）。
- LSA 更新异常：序列号或校验和错误、老化时间超时（3600s）。