OSPF技术连载1：OSPF基础知识，7000字总结！

来源：网络技术联盟站

你好，这里是网络技术联盟站。

OSPF（开放最短路径优先）是一种用于在IP网络中选择路由的内部网关协议（IGP）。它是一个开放标准协议，由RFC 2328定义，广泛应用于大型企业网络和互联网。

OSPF的基本概念

1. 路由器ID

在OSPF中，每个路由器都有一个唯一的路由器ID（Router ID），用于标识自己。路由器ID可以是一个IPv4地址，通常是路由器的一个接口IP地址。如果没有明确配置路由器ID，OSPF会根据一组规则自动选择一个。

例如，假设我们有三个路由器，它们的接口IP地址分别是192.168.1.1、192.168.1.2和192.168.1.3。在这种情况下，路由器ID可以是其中任意一个IP地址。

2. 邻居关系

OSPF使用邻居关系（Neighbor Relationship）来交换路由信息。当两个OSPF路由器在它们的接口之间建立了邻居关系后，它们就可以互相交换路由信息。

例如，假设我们有两个相邻的OSPF路由器A和B，它们的接口分别是192.168.1.1和192.168.1.2。当它们通过这两个接口建立邻居关系后，它们就可以开始交换路由信息。

3. OSPF区域

OSPF将网络划分为不同的区域（Area），并使用OSPF区域之间的区域间路由（Inter-Area Routing）和区域内路由（Intra-Area Routing）来确定最佳路径。

例如，假设我们有一个大型企业网络，划分为三个区域：区域0、区域1和区域2。区域0是骨干区域（Backbone Area），连接了所有的OSPF区域。区域1和区域2是非骨干区域，它们通过区域间路由与骨干区域连接。

4. OSPF区域类型

OSPF定义了不同类型的区域，包括骨干区域（Backbone Area）、标准区域（Standard Area）、NSSA区域（Not-So-Stubby Area）和Totally NSSA区域。

骨干区域是连接所有区域的主要区域。标准区域是普通的OSPF区域。NSSA区域是一种特殊类型的区域，可以连接到其他非OSPF域。Totally NSSA区域是NSSA区域的变体，更加灵活。

OSPF工作原理

OSPF使用链路状态路由（Link State Routing）算法来计算最短路径。它通过交换链路状态数据库（Link State Database）来了解整个网络的拓扑结构。

OSPF路由器之间通过洪泛（Flooding）方式交换链路状态信息。每个OSPF路由器都将自己的链路状态信息发送给相邻的路由器，并将接收到的链路状态信息存储在链路状态数据库中。然后，每个OSPF路由器都可以使用Dijkstra算法来计算最短路径。

OSPF报文类型

Hello报文

Hello报文是OSPF用于发现和维护邻居关系的重要报文类型。它的主要目的是交换路由器的相关信息以确定邻居是否可达和协商OSPF参数。

Hello报文的字段包括：

• Router ID：发送Hello报文的路由器的ID。
• Area ID：发送Hello报文的路由器所属的OSPF区域ID。
• Network Mask：网络掩码。
• Hello Interval：发送Hello报文的时间间隔。
• Dead Interval：判定邻居路由器失效的时间间隔。

DD报文

DD（Database Description）报文用于交换链路状态数据库的摘要信息。它允许路由器之间比较彼此的数据库，以确定需要交换的更新信息。

DD报文的字段包括：

• Area ID：发送DD报文的路由器所属的OSPF区域ID。
• Interface MTU：发送DD报文的接口的最大传输单元。
• Options：用于指定OSPF的选项和功能。
• Sequence Number：序列号，用于标识DD报文的顺序。
• LSA Headers：链路状态数据库中每个LSA的摘要信息。

LSR报文

LSR（Link State Request）报文用于请求邻居路由器发送缺失的链路状态数据。当一个路由器在其链路状态数据库中缺少某个LSA时，它可以发送LSR报文来请求邻居路由器发送该LSA。

LSR报文的字段包括：

• Area ID：发送LSR报文的路由器所属的OSPF区域ID。
• Link State Requests：要请求的LSA列表。

LSU报文

LSU（Link State Update）报文用于向邻居路由器发送链路状态数据。当一个路由器检测到网络拓扑发生变化时，它会生成LSU报文，并将更新的链路状态数据发送给邻居路由器。

LSU报文的字段包括：

• Area ID：发送LSU报文的路由器所属的OSPF区域ID。
• LSA Headers：要传输的链路状态数据的摘要信息。

LSAck报文

LSAck（Link State Acknowledgment）报文用于确认接收到的链路状态数据。当一个路由器接收到LSU报文后，会发送LSAck报文作为回应，通知发送方链路状态数据已成功接收。

LSAck报文的字段包括：

• Area ID：发送LSAck报文的路由器所属的OSPF区域ID。
• LSA Headers：已接收到的链路状态数据的摘要信息。

OSPF LSA类型

Router-LSA（Type 1）

Router-LSA是用于描述路由器与其直连网络之间的连接状态和链路成本的LSA类型。每个OSPF路由器都会生成一个Router-LSA来描述自己的链路状态信息。

Router-LSA的字段包括：

• 路由器ID：生成该LSA的路由器的唯一标识符。
• 连接类型：描述与路由器相连的网络类型，如点对点、广播、虚拟链路等。
• 链路数据：描述与路由器直接相连的网络和链路的信息，包括IP地址、子网掩码、链路类型、链路状态等。
• 链路状态：描述链路的状态，如启用、禁用、DR（设计者路由器）等。

Network-LSA（Type 2）

Network-LSA用于描述多个路由器连接的广播网络的状态。当OSPF路由器连接到一个共享网络时，它们会生成一个Network-LSA来描述该网络的状态。

Network-LSA的字段包括：

• 路由器ID：生成该LSA的路由器的唯一标识符。
• 网络地址：广播网络的IP地址。
• DR（设计者路由器）：指定负责该网络的DR路由器的ID。
• 邻居路由器：与该网络直接相连的OSPF邻居路由器的ID。

Network-summary-LSA（Type 3）

Network-summary-LSA用于描述区域内部网络和区域之间的网络汇总信息。它由区域边界路由器（ABR）生成，用于在区域之间传递网络汇总信息。

Network-summary-LSA的字段包括：

• 路由器ID：生成该LSA的ABR的唯一标识符。
• 汇总网络地址：网络汇总的IP地址。
• 目标区域ID：接收网络汇总信息的目标区域的ID。
• 路由器指示位：指示接收方是否应将该网络视为区域边界路由器。

ASBR-summary-LSA（Type 4）

ASBR-summary-LSA用于描述区域边界路由器（ASBR）与其他区域之间的网络汇总信息。它由ASBR生成，用于在不同区域之间传递外部网络的汇总信息。

ASBR-summary-LSA的字段包括：

• 路由器ID：生成该LSA的ASBR的唯一标识符。
• 汇总网络地址：网络汇总的IP地址。
• 目标区域ID：接收网络汇总信息的目标区域的ID。
• 路由器指示位：指示接收方是否应将该网络视为区域边界路由器。

AS-external-LSA（Type 5）

AS-external-LSA用于描述来自其他自治系统（AS）的外部网络的信息。它由ASBR生成，并用于向OSPF域内部传递外部网络的路由信息。

AS-external-LSA的字段包括：

• 路由器ID：生成该LSA的ASBR的唯一标识符。
• 外部网络地址：来自其他AS的外部网络的IP地址。
• 路径类型：指示路径类型，如Type 1（区域内路径）或Type 2（区域间路径）。
• 路径成本：指示到达该外部网络的成本。

NSSA LSA（Type 7）

NSSA LSA用于描述在NSSA区域中来自其他自治系统（AS）的外部网络的信息。它类似于AS-external-LSA，但用于在NSSA区域内部传递外部网络的路由信息。

NSSA LSA的字段和AS-external-LSA类似，但有一些特定的区别，如NSSA区域的特殊属性和转换机制。

Opaque LSA（Type9/Type 10/Type 11）

Opaque LSA是用于扩展OSPF协议以支持特定的扩展功能和应用的LSA类型。它具有更加灵活的结构，可以用于传递各种自定义的信息。

Opaque LSA的类型包括：

• Type 9：用于扩展OSPF以支持OSPFv2的TE（Traffic Engineering）扩展。
• Type 10：用于扩展OSPF以支持OSPFv3的TE扩展。
• Type 11：用于扩展OSPF以支持广域网（WAN）连接的信息交换，如多协议标签交换（MPLS）。

每种类型的Opaque LSA具有自己特定的字段和用途，可以根据需要灵活地定义和使用。

OSPF 路由器类型

区域内路由器（Internal Router）

区域内路由器是位于同一OSPF区域内的路由器，它们只与同一区域内的其他路由器交互。区域内路由器的主要功能是转发区域内的数据包，维护LSDB（链路状态数据库），计算并选择最佳路径。

区域内路由器的特点包括：

• 在同一区域内的所有路由器都是区域内路由器。
• 区域内路由器只与同一区域内的其他路由器交换LSA信息。
• 用于区域内的内部路由选择和转发数据包。

区域边界路由器（ABR）

区域边界路由器是连接两个或多个OSPF区域的路由器。它们在不同区域之间扮演着关键的桥梁角色，负责在区域之间转发数据包，并进行网络汇总和分发。

区域边界路由器的特点包括：

• 在连接多个区域的边缘处。
• 可以同时属于多个区域，通常至少属于一个区域。
• 负责在区域之间转发数据包。
• 进行区域间的网络汇总和分发。

骨干路由器（Backbone Router）

骨干路由器是位于OSPF中骨干区域（Backbone Area）内的路由器。骨干区域是连接所有区域的主要区域，骨干路由器负责转发来自其他区域的数据包。

骨干路由器的特点包括：

• 在骨干区域内，连接所有区域。
• 用于转发来自其他区域的数据包。
• 负责维护骨干区域的拓扑信息。

自治系统边界路由器（ASBR）

自治系统边界路由器是连接OSPF域与其他自治系统（AS）的路由器。它们负责在OSPF域与外部网络之间交换路由信息，并进行外部网络的汇总和分发。

自治系统边界路由器的特点包括：

• 连接OSPF域与其他自治系统（AS）。
• 负责在OSPF域与外部网络之间交换路由信息。
• 进行外部网络的汇总和分发。

OSPF 路由类型

Intra Area

Intra Area路由用于在同一OSPF区域内选择路由，并用于在该区域内转发数据包。当数据包需要从源到达目的地时，Intra Area路由通过查找区域内的最短路径来选择下一跳。

Intra Area路由的特点包括：

• 在同一OSPF区域内选择路由。
• 负责在区域内转发数据包。
• 使用区域内部链路状态数据库（LSDB）计算最短路径。

Inter Area

Inter Area路由用于在不同OSPF区域之间选择路由，并用于在区域之间转发数据包。当数据包需要从源区域到达目的区域时，Inter Area路由通过查找区域间的最短路径来选择下一跳。

Inter Area路由的特点包括：

• 在不同OSPF区域之间选择路由。
• 负责在区域之间转发数据包。
• 使用区域间链路状态数据库（LSDB）计算最短路径。

第一类外部路由（Type 1 External）

第一类外部路由是来自其他自治系统（AS）的外部路由，在OSPF域内部传递并进行成本计算，用于转发到其他区域和AS。当数据包需要到达其他AS时，第一类外部路由将起到关键作用。

第一类外部路由的特点包括：

• 来自其他AS的外部路由。
• 在OSPF域内部传递。
• 通过在区域间链路状态数据库（LSDB）中计算成本来选择下一跳。

第二类外部路由（Type 2 External）

第二类外部路由是来自其他自治系统（AS）的外部路由，在OSPF域内部传递，并将其成本设置为固定值，用于转发到其他区域和AS。与第一类外部路由相比，第二类外部路由不进行成本计算。

第二类外部路由的特点包括：

• 来自其他AS的外部路由。
• 在OSPF域内部传递。
• 将其成本设置为固定值，不进行成本计算。

OSPF 区域类型

普通区域（Normal Area）

普通区域是标准的OSPF区域类型，包含所有OSPF功能，并可以与其他区域进行完全的LSA交换。普通区域内的路由器可以直接与同一区域内的其他路由器进行通信，并交换链路状态信息。

普通区域的特点包括：

• 路由器可以与同一区域内的其他路由器进行完全的LSA交换。
• 支持区域内部的内部路由选择和转发数据包。
• 可以与其他区域之间进行区域间路由选择和转发数据包。

STUB区域

STUB区域通过汇总外部路由并使用默认路由减少区域内路由器的负担，并阻止来自其他区域的LSA信息。这样可以简化区域内的路由表，减少内存和计算资源的使用。

STUB区域的特点包括：

• 在STUB区域中，外部路由被汇总为默认路由。
• 区域内的路由器只需要维护默认路由，而不需要具体的外部路由信息。
• STUB区域不会接收来自其他区域的LSA信息。

Totally STUB区域

Totally STUB区域类似于STUB区域，但还阻止来自骨干区域的LSA信息。这样可以进一步简化区域内的路由表，并减少资源消耗。

Totally STUB区域的特点包括：

• 在Totally STUB区域中，外部路由被汇总为默认路由。
• 区域内的路由器只需要维护默认路由，而不需要具体的外部路由信息。
• Totally STUB区域不会接收来自骨干区域的LSA信息。

NSSA区域

NSSA（Not-So-Stubby Area）区域允许将外部路由引入OSPF区域，但LSA类型被修改以兼容OSPF，并提供更大的灵活性。NSSA区域允许在OSPF域内引入外部路由，同时保持区域内的资源消耗较低。

NSSA区域的特点包括：

• 允许在NSSA区域中引入外部路由。
• NSSA区域的ASBR（自治系统边界路由器）将外部路由转换为NSSA LSA类型。
• NSSA区域内的其他路由器可以接收和转发NSSA LSA。

Totally NSSA区域

Totally NSSA区域类似于NSSA区域，但还阻止来自骨干区域的LSA信息。这样可以进一步控制区域内的资源消耗，并提供更高的灵活性。

Totally NSSA区域的特点包括：

• 允许在Totally NSSA区域中引入外部路由。
• Totally NSSA区域的ASBR将外部路由转换为Totally NSSA LSA类型。
• Totally NSSA区域内的其他路由器可以接收和转发Totally NSSA LSA。

OSPF支持的网络类型

广播类型（Broadcast）

广播类型是指具有广播能力的网络类型，如以太网。广播类型网络支持多播和广播传输，OSPF可以直接在广播网络上运行。

广播类型网络的特点包括：

• 支持广播传输，允许多播和广播流量。
• 路由器可以通过广播通信，交换LSA信息。
• OSPF可以直接在广播网络上运行，无需额外的配置。

NBMA类型（Non-Broadcast Multi-Access）

NBMA类型是指非广播多点接入类型的网络，如帧中继、ATM等。这些网络不支持广播和多播传输，OSPF在NBMA网络上需要特殊的配置。

NBMA类型网络的特点包括：

• 不支持广播和多播传输。
• 路由器之间的通信需要经过专门配置。
• OSPF在NBMA网络上需要使用额外的配置选项，如配置邻居列表或使用特殊的Hello报文选项。

点到多点P2MP类型（Point-to-Multipoint）

点到多点P2MP类型是一种一对多连接的网络类型，允许一个OSPF路由器与多个其他路由器直接通信，无需逐个建立点到点连接。

点到多点P2MP类型网络的特点包括：

• 允许一个OSPF路由器与多个其他路由器直接通信。
• 无需逐个建立点到点连接。
• OSPF路由器可以使用单个Hello报文与所有相邻路由器进行邻居关系的建立。

点到点P2P类型（Point-to-Point）

点到点P2P类型是指一对一连接的网络类型，仅允许两个OSPF路由器之间建立点到点连接，如点到点链路或虚拟专用线路（VPN）。

点到点P2P类型网络的特点包括：

• 仅允许两个OSPF路由器之间建立点到点连接。
• 通常用于连接两个路由器的专用链路或虚拟专用线路（VPN）。
• 点到点连接通常具有较高的带宽和可靠性。

OSPF DR和BDR

DR（Designated Router）

DR（Designated Router）是在OSPF网络中被选举为网络中某一段子网的代表，负责与其他路由器交换链路状态信息并汇总网络拓扑信息。DR起到减少链路状态数据库（LSDB）更新开销的作用，从而提高网络性能。

DR的主要特点和作用包括：

• 在每个多播或非广播多点接入（NBMA）网络中，选举一个DR。
• DR负责与其他路由器交换Hello报文和链路状态信息（LSA）。
• DR汇总其他路由器的链路状态信息，并将其反映在区域内的LSDB中。
• 减少了网络中链路状态信息的交换和更新开销。
• DR能够减少链路状态信息更新的洪泛，提高网络的收敛速度。

BDR（Backup Designated Router）

BDR（Backup Designated Router）是作为DR的备份存在的路由器。BDR接收并转发来自其他路由器的链路状态信息，并在DR不可用时接替其角色成为新的DR。

BDR的主要特点和作用包括：

• 在每个多播或非广播多点接入（NBMA）网络中，选举一个BDR。
• BDR的功能与DR类似，但仅在DR不可用时才接替其角色。
• BDR负责与其他路由器交换Hello报文和链路状态信息（LSA）。
• BDR仅向其他路由器发送链路状态信息，不向其他BDR发送信息。
• BDR能够快速接管DR的角色，并确保网络中的DR角色不会出现间断。

DR和BDR的选举过程

在OSPF网络中，DR和BDR的选举过程是通过Hello报文的交换和优先级比较来实现的。以下是DR和BDR的选举过程：

1. 路由器在OSPF网络中发送Hello报文，其中包含自己的优先级。
2. 路由器接收到Hello报文后，比较对方的优先级与自己的优先级。
3. 优先级较高的路由器将成为DR，并将其选为DR的路由器作为BDR。
4. 如果优先级相同或未配置优先级，则使用路由器ID进行比较。
5. 如果路由器ID也相同，则通过回环接口的IP地址来决定选举结果。

通过以上选举过程，OSPF网络中的路由器将选举出DR和BDR，并建立相应的邻居关系。

DR和BDR的特点

DR和BDR之间建立邻居关系，这样可以实现更高效的链路状态信息交换和更新。以下是DR和BDR的特点：

• DR负责向BDR和其他路由器发送链路状态信息（LSA）。
• BDR仅向其他路由器发送链路状态信息，不向其他BDR发送信息。
• DR和BDR之间维护特殊的邻居关系，确保在DR发生故障时BDR可以接替其角色。
• DR和BDR的选举过程通过Hello报文的交换和优先级比较来实现。

通过DR和BDR的特点和选举过程，OSPF网络能够减少链路状态信息的洪泛和更新开销，提高网络的性能和可靠性。

OSPF简单配置示例

我会介绍三个厂商的：

华为（Huawei）

拓扑图

配置示例

[R1] ospf 1 router-id 1.1.1.1
[R1-ospf-1-area-0.0.0.0] network 192.168.1.0 0.0.0.255
[R1-ospf-1-area-0.0.0.0] network 10.0.0.0 0.0.0.255

[R2] ospf 1 router-id 2.2.2.2
[R2-ospf-1-area-0.0.0.0] network 192.168.1.0 0.0.0.255
[R2-ospf-1-area-0.0.0.0] network 20.0.0.0 0.0.0.255

思科（Cisco）

拓扑图

配置示例

Router1(config)# router ospf 1
Router1(config-router)# router-id 1.1.1.1
Router1(config-router)# network 192.168.1.0 0.0.0.255 area 0
Router1(config-router)# network 10.0.0.0 0.0.0.255 area 0

Router2(config)# router ospf 1
Router2(config-router)# router-id 2.2.2.2
Router2(config-router)# network 192.168.1.0 0.0.0.255 area 0
Router2(config-router)# network 20.0.0.0 0.0.0.255 area 0

Juniper（Juniper Networks）

拓扑图

配置示例

set protocols ospf area 0.0.0.0 interface ge-0/0/0.0
set protocols ospf area 0.0.0.0 interface ge-0/0/1.0

set protocols ospf area 0.0.0.0 interface ge-0/0/0.0
set protocols ospf area 0.0.0.0 interface ge-0/0/2.0

这些示例仅为演示目的，实际的配置可能因设备型号和操作系统版本而有所不同。在实际配置时，请参考各个厂商的官方文档和设备手册进行详细配置。

总结

OSPF是一种强大而灵活的内部网关协议，它提供了可靠的路由选择机制。通过理解OSPF的基本概念和工作原理，您可以更好地配置和管理您的网络。