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OSPF路由协议

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系列 - 网络转发模型

链路状态路由协议，是目前业内使用非常广泛的IGP协议之一。 针对IPv4协议使用的是OSPF Version（RFC2328） 2；针对IPv6协议使用OSPF Version 3（RFC2740）。 运行OSPF路由器之间交互的是LS（Link State，链路状态）信息，OSPF路由器将网络中的LS信息收集起来，存储在LSDB中，路由器都清楚区域内的网络拓扑结构，有助于计算无环路径。 采用SPF算法计算达到目的地最短路径。

  1. Router-ID（Router Identifier，路由器标识符）：用于在一个OSPF域中唯一的标志一台路由器。可以手工，亦可系统自动配置
  2. OSPF Area：标志一个OSPF的区域，区域是从逻辑上将设备划分为不同的组，每个组用区域号标识
  3. Cost：使用Cost（开销）作为路由的度量值。笼统的说，一条OSPF路由器的Cost值是从目的网段到本路由器沿途所有入接口的Cost值累加

Cost值=“100Mbit/s” / 接口带宽，其中"100Mbit/s"为缺省值，可以配置

  1. LSA（Link State Advertisement）：传播链路状态信息的数据包，每个OSPF路由器都会生成LSA，描述它与邻居之间的链路状态和网络拓扑
  2. LSDB（Link State Database）：存储链路状态信息的数据库，包含所有收到的LSA
  1. Hello：周期性发送，发现和维护OSPF邻居关系
  2. Database Description：描述本地LSDB的摘要信息，用于两台设备进行数据库同步
  3. Link State Request：用于向对方请求所需要的LSA，设备只有在OSPF邻居双方成功交换DD报文后才会发出LSR报文
  4. Link State Update：用于向对方发送其所需要的LSA
  5. Link State ACK：用于确认收到的LSA信息

OSPF的工作过程分为3个大步骤，分别是建立双向邻居关系、形成邻接关系、计算路由。完成上述关系，分别会形成3张表。

假设目前有设备Router ID 1.1.1.1 R1 与Router ID 2.2.2.2 R2 需要建立关系。

  1. OSPF邻居表 1）R1 向 R2 发送 Hello 报文 2）R2 将 R1 添加到自己得邻居表，将 R1 的状态更新为 Init。并返回一个 Hello 报文，告诉 R1 自己发现了它 3）R1 收到返回的报文后，将 R2 添加到自己得邻居表，并将 R2 的状态设置为 2-Way 4）R1 重新向 R2 发送 Hello 报文，告诉自己发现了 R2，此时 R2 将邻居表中的 R1 状态也切换为 2-Way 5）此时邻居关系已经建立完毕
  2. LSDB表 1）R1 和 R2 之间会协商主/从（Master/Slave）关系，以Router ID更大的R2为主，此时双方为Ex-start状态 2）进入Exchange状态，双方交换DD报文，用于描述自己拥有的LSA摘要信息 3）双方确认摘要信息后，明确了缺少的LSA信息，随后进入Loading状态，一方发送LSA请求，一方回复LSU，交换LSA的完整信息 4）当LSA信息交换完成后，进入Full状态，邻接关系建立结束
  3. OSPF路由表 计算路径消耗，构建路由表

一般情况下，链路两端的OSPF接口网络类型必须一致，否则双发无法建立邻居关系。

  1. P2P(Ponint-to-Point，点对点) 典型的例子是PPP链路，当接口采用PPP封装时，OSPF在该接口上采用的缺省网络类型为P2P。 P2P指一段链路上只能连接两台网络设备的环境。
  2. BMA(Broadcast Multiple Access，广播式多路访问) 典型的例子是Ethernet，接口采用Ethernet封装时，OSPF在该接口上采用的缺省网络类型为BMA。 BMA也被称为Broadcast，指允许多台设备接入，支持广播的环境。 3. NBMA(Non-Broadcast Multiple Access，非广播式多路访问) 4. P2MP(Ponint to Multi-Point，点到多点)

MA(Multi-Access)多路访问网络中，如果每台OSPF路由器都与其他所有的路由器建立OSPF邻接关系，便会导致网络中存在过多的OSPF邻接关系，增加设备负担，并增加了网络中泛洪的OSPF报文数量。 当拓扑出现变更时，网络中的LSA泛洪可能会造成带宽的浪费和设备资源的损耗。

  1. DR(Designated Router，指定路由器)：DR、BDR会和其他的OSPF建立邻接关系，DR拥有全网的LSA信息，并能将链路信息同步给其他路由。

选取时根据指定的优先级，若有相同优先级设备，Router ID更大者胜出

  1. BDR(Backup Designated Router，备用指定路由器)：会监控DR的状态，并在DR发生故障时接替其角色
  2. DR other路由器：DR other之间不会建立全毗邻的OSPF邻接关系，双方停滞在2-way状态

OSPF域是一系列使用相同策略的连续OSPF网络设备构成的网络。

  1. 单区域 如果OSPF域仅仅只有一个区域，随着网络规模越来越大，OSPF路由器的数量越来越多，会导致不少问题： 1）LSDB庞大，OSPF路由表规模增加，引起路由器资源消耗多，设备性能下降，影响数据转发 2）基于庞大的LSDB进行路由计算变得困难 3）网络拓扑变更时，LSA全域泛洪和全网SPF(Shortest Path First，最短路径优先算法)重计算带来巨大负担
  2. 多区域 将一个OSPF域划分成多个区域，能使OSPF支撑更大规模的组网，又不少优点： 1）减少了LSA泛洪的范围，把拓扑变化的影响控制在区域内，达到网络优化的目的 2）区域边界可以做路由汇总，减小路由表规模 3）多区域提高了网络扩展性，有利于组件大规模的网络

OSPF路由器根据位置或功能不同，有下面几种类型：

  1. 区域内路由器(Internal Router)
  2. 区域边界路由器(Area Border Router)：用于两个区域间互相连接
  3. 骨干路由器(Backbone Router)：若划分了多区域，必须有Area 0，其他区域必须与Area 0区域相连，并其他区域不能直接相连（防止产生环），需要通过Area 0来进行通信，该区域的ABR可称为BR
  4. 自治系统边界路由器(AS Boundary Router)：用作路由协议的引入，如Area 1使用OSPF协议，Area x使用了RIP协议
更新于 2022-07-26
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