精通企業網絡當中網紅協議OSPF協議

時間 2019-11-21

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OSPF協議

OSPF協議的工做機制相似於我們的中國地圖同樣，我們認拿着地圖到達目標地點，路由器運行OSPF後，也會有一張相似於地圖的東西，叫作LSDB（鏈路狀態數據庫）那麼，路由器會利用這個LSDB（地圖）去尋找到達其餘路由器的最優路徑（執行SPF算法）。把尋找好的最優路徑用筆記記錄（就是放在路由表中）下來，以便於之後再去這個地方的時候，直接看下筆記上面的路徑就能夠了算法

OSPF協議的區域概念
中國的首都是北京，我們中國34個省，每個省份都是牢牢的挨着，而且相互鏈接着
在OSPF協議當中，有區域的概念，好比area 0、area 一、area 2等區域咱們能夠把area 0看做是北京，是最核心的一個區域，把area 一、area 2等區域看做成非北京區域數據庫

OSPF的原理

OSPF原理總結：
一、全部路由器都使能OSPF進程，並在一個區域中把本身的網段接口宣告
（network）進去
二、而後全部使能OSPF進程的設備之間交互LSA（鏈路狀態通告）直到全部的
設備上的LSDB（鏈路狀態數據庫）都同樣便可
三、而後在根據LSDB進行SPF計算，算出本身到達其餘設備的最優路由出來
四、將算出的最優路由放入IP路由表中網絡

OSPF報文格式

OSPF協議是網絡層協議 IP協議號爲89號ide

OSPF協議報文結構分爲OSPF頭部+OSPF數據包注意：OSPF數據包一共有5個oop

 Hello 報文
 DD（Database Description）報文
 LSR（LSA Request）報文
 LSU（LSA Update）報文
 LSACK（Link State Acknowledgment）報文學習

OSPF數據包類型

HELLO報文

Hello報文做用：
一、維護鄰居狀態
二、選擇DR與BDR優化

DBD（DD）報文

第一份DBD報文做用：
一、選擇主從關係，用來控制序列號的順序
二、無任何LSA的信息命令行

非第一份DBD報文做用：
一、用來描述LSA的頭部信息3d

LSR報文

LSR報文做用：
一、請求對方的LSA信息
二、裏面無LSA頭部內容日誌

LSU報文

LSU報文做用：
一、這個報文中才含有真正LSA的拓撲信息和網絡信息

LSACK報文

LSAck報文做用：
一、用於確認從對方收到的LSU報文
二、LSAck裏面包括LSA的頭部信息

總結：

DD、LSR、LSU、LSAck與LSA的關係：
 DD報文中包含LSA頭部信息，包括LS Type、LS ID、Advertising Router 、LS Sequence Number、LS Checksum。
 LSR中包含LS Type 、LS ID和Advertising Router 。
 LSU中包含完整的LSA信息。
 LSAck中包含LSA頭部信息，包括LS Type、LS ID、Advertising Router、LS Sequence Number、LS Checksum。

OSPF Router ID

什麼是route id？
和ip地址相似的32位的值，做爲一臺設備的標識符企業網中的設備少則幾臺多則幾十臺甚至幾百臺，每臺路由器都須要有一個惟一的ID用於標識本身。

手動配置route id

    router id 8.8.8.8        #本地全局生效
    ospf 1 router-id 8.8.8.8    #本地ospf進程生效 生產環境優先選擇這樣

 配置自動選舉route id（不建議）
   若是設備存在多個邏輯接口地址（如環回口loo1口），則路由器使用邏輯接口中最大的IP地址做爲Router ID
   若是沒有配置邏輯接口，則路由器使用物理接口的最大IP地址做爲Router ID

 Router ID選舉規則以下：
   手動配置OSPF路由器的Router ID（一般建議手動配置）；
   若是沒有手動配置Router ID，則路由器使用Loopback接口中最大的IP地址做爲Router ID；
   若是沒有配置Loopback接口，則路由器使用物理接口中最大的IP地址做爲Router ID。

OSPF的路由器Router ID從新配置後，能夠經過重置OSPF進程來更新Router ID。

reset ospf process   ------Y

 華爲這邊比較奇葩   優先選擇第一個UP接口做爲router id

OSPF協議狀態機

咱們在敲命令配置OSPF的時候，當兩臺路由器之間相互配置好OSPF協議後，會在顯示屏上面出現以下信息這些相似於廣告信息就是OSPF的日誌信息，從中能夠看出OSPF的創建過程有以下幾個階段

通常狀況下，OSPF的狀態機分爲以下幾個過程

鄰居過程

 Down：這是鄰居的初始狀態，表示沒有從鄰居收到任何信息。
 Init：在此狀態下，路由器已經從鄰居收到了Hello報文，可是本身的Router ID不在所收到的Hello報文的鄰居列表中，表示還沒有與鄰居創建雙向通訊關係。
 2-Way：在此狀態下，路由器發現本身的Router ID存在於收到的Hello報文的鄰居列表中，已確承認以雙向通訊。

鄰居創建過程以下：
一、RTA和RTB的Router ID分別爲1.1.1.1和2.2.2.2。當RTA啓動OSPF後，RTA會發送第一個Hello報文。此報文中鄰居列表爲空，此時狀態爲Down，RTB收到RTA的這個Hello報文，狀態置爲Init。
二、RTB發送Hello報文，此報文中鄰居列表爲空，RTA收到RTB的Hello報文，狀態置爲Init。
三、RTB向RTA發送鄰居列表爲1.1.1.1的Hello報文，RTA在收到的Hello報文鄰居列表中發現本身的Router ID，狀態置爲2-way。
四、RTA向RTB發送鄰居列表爲2.2.2.2的Hello報文，RTB在收到的Hello報文鄰居列表中發現本身的Router ID，狀態置爲2-way。

由於鄰居都是未知的，因此Hello報文的目的IP地址不是某個特定的單播地址。鄰居從無到有，OSPF採用組播的形式發送Hello報文（目的地址224.0.0.5）

DR和BDR的選舉及做用

在運行OSPF的MA網絡包括廣播型和NBMA網絡，會存在兩個問題：
由於在同一個區域的路由器必須的保證他們的LSDB（鏈路狀態數據庫）是同樣的，所以在一個有n個路由器的網絡，會造成(n×(n−1))/2個鄰接關係，咱們能夠作一些優化，在一個MA網絡中選出一個DR角色出來，DR（Designated Router）即指定路由器和BDR（Backup Designated Router）和DROther（非DR路由器）

規定：DR/BDR和BDR能夠創建FULL的鏈接關係   DROther之間只能創建2-way的關係

DR和BDR監聽的地址爲224.0.0.6
DROther監聽的地址爲224.0.0.5

DROther路由器將路由信息發往226.0.0.6這個目標地址，由於這個目標ip地址是DR或者BDR設備監聽的，而後DR設備會監聽到這些路由信息，DR設備會把路由信息發往224.0.0.5這個IP地址，由於224.0.0.5這個IP地址是全部運行OSPF的路由器監聽的，這樣全部的路由器都可以收到這個路由信息

DR做用：

一、減小鏈接關係數量也就是full的關係
二、產生LSA-2

選舉規則：

DR/BDR的選舉是基於接口的。
接口的DR優先級越大越優先。
接口的DR優先級相等時，Router ID越大越優先。

注意：

優先級爲0是不參與DR與BDR的選舉的
通常建議人工干預進行DR和BDR的選擇
只有MA的網絡纔會選擇DR和BDR
P2P和P2MP中不選舉DR和BDR
接口優先級默認狀況是1 取值範圍就是0~255

命令

[R1-GigabitEthernet0/0/0]ospf dr-priority ?
  INTEGER<0-255>  Router priority value
[R1-GigabitEthernet0/0/0]ospf dr-priority 1
經過命令怎麼查看
<R1>display ospf interface GigabitEthernet 0/0/0

         OSPF Process 10 with Router ID 1.1.1.1
                 Interfaces 

 Interface: 192.168.12.1 (GigabitEthernet0/0/0)
 Cost: 10      State: BDR       Type: Broadcast    MTU: 1500  
 Priority: 1
 Designated Router: 192.168.12.2
 Backup Designated Router: 192.168.12.1
 Timers: Hello 10 , Dead 40 , Poll  120 , Retransmit 5 , Transmit Delay 1 
<R1>

選舉的過程：

一、首先選擇的是DROther集合
二、而後選擇的是BDR
三、最後選擇的是DR

問題：
一、左邊DR、BDR、DROther是誰？
二、右邊DR、BDR、DROther是誰？

線路恢復後：
一、DR是誰？BDR是誰？DROther是誰？
二、當DR出現故障後，DR是誰？BDR是誰？DROther是誰？
三、當DR恢復後，DR是誰？BDR是誰？DROther是誰？

總結：
一、DR/BDR是非搶佔的進行選擇的
二、首先選擇的是DROther
三、而後選擇的是BDR
四、最後選擇的是DR

鄰接過程

 ExStart：鄰居狀態變成此狀態之後，路由器開始向鄰居發送DD報文。Master/Slave關係是在此狀態下造成的，初始DD序列號也是在此狀態下肯定的。在此狀態下發送的DD報文不包含鏈路狀態描述。
 Exchange：在此狀態下，路由器與鄰居之間相互發送包含鏈路狀態信息摘要的DD報文。
 Loading：在此狀態下，路由器與鄰居之間相互發送LSR報文、LSU報文、LSAck報文。
 Full：LSDB同步過程完成，路由器與鄰居之間造成了徹底的鄰接關係。

OSPF協議網絡類型

數據鏈路層協議類型多種多樣，工做機制也各不相同。
爲適配多種數據鏈路層協議，必須考慮各種鏈路層協議在組網時的應用場景。
[R1-GigabitEthernet0/0/1]ospf network-type

P2P網絡

P2P網絡鏈接了一對路由器，廣播、組播數據包均可以轉發。
P2P網絡的例子：兩臺經過PPP（Point-to-Point Protocol）鏈路相連的路由器網絡。
特色：
僅兩臺路由互連

查看OSPF的鄰居狀態

經過抓包能夠看到目的ip地址都是224.0.0.5

結論
DR和BDR監聽的地址爲224.0.0.6
DROther監聽的地址爲224.0.0.5
P2P全部報文都是224.0.0.5

詳細查看OSPF在接口下的信息

觀察P2P網絡類型的狀態機的變化過程

結論：在P2P中是沒有2-way鄰居關係的，說明P2P類型下，是不須要選擇DR和BDR的

OSPF在P2P網絡類型不一樣網段之間創建鄰居關係

問題：P2P鏈路上兩邊不在同一個網段，full關係可以創建起來嗎？

廣播型網絡

廣播型網絡的例子：經過以太網鏈路相連的路由器網絡。
兩臺或兩臺以上的路由器經過共享介質互連。
支持廣播、組播。

其中，DR是123.0.0.5
BDR是123.0.0.4
DROther是123.0.0.3

在R3的G0/0/0接口抓包看到的現象

總結：廣播類型報文中所使用的地址
Hello報文：組播報文：224.0.0.5
DBD報文：單播報文
LSR報文：單播報文
LSU報文：單播、組播報文.5或者.6
LSACK報文：單播、組播報文 .5或者.6

廣播網絡下不一樣網段

將R3的G0/0/0地址改成192.168.1.1/24，看看R3可否能夠和R四、R5創建OSPF關係起來？

網絡類型混合

左邊是P2P 右邊是廣播網絡看下是否可以創建起OSPF的關係

在R1這邊查看OSPF的接口狀態是P2P

在R2這邊查看OSPF的接口狀態時Broadcast狀態

R1和R2已經創建起OSPF的FULL的鄰接關係了

R2和R1已經創建起OSPF的FULL的鄰接關係了

在R1上面查看狀態機以下

在R2上面查看狀態機以下

NBMA和P2MP

OSPF配置介紹

什麼是反掩碼

反掩碼也叫作通配符

計算方式：反掩碼=255.255.255.255-掩碼
好比：192.168.1.1/24
反掩碼=255.255.255.255-255.255.255.0=0.0.0.255

注意：
 反掩碼中的0表示的意思就是精確值
 反掩碼中的255表示的意思就是任意值
有的工程師可能會寫反掩碼爲0.0.0.0（0.0.0.0表示精確匹配）

在R1的area 1當中
network 192.168.12.0 0.0.0.255
或者
network 192.168.12.1 0.0.0.0

R1配置以下命令：

intterface loopback 0
ip address 1.1.1.1 32
[R1]ospf 10 router-id 1.1.1.1   推薦這種方式配置router id
[R1]ospf 10   進入ospf進程裏面
[R1-ospf-10]area 1   進入ospf的區域1當中
[R1-ospf-10-area-0.0.0.1]network 192.168.12.0 0.0.0.255  是在咱們區域1當中宣告咱們的網段

R2配置以下命令：

intterface loopback 0
ip address 2.2.2.2 32
[R1]ospf 10 router-id 2.2.2.2   推薦
[R2]ospf 10   進入ospf進程裏面
[R2-ospf-10]area 1   進入ospf的區域1當中
[R2-ospf-10-area-0.0.0.1]network 192.168.12.0 0.0.0.255   是在咱們區域1當中宣告咱們的網段

同理R3 R4 R5的OSPF配置相似於R1 R2的配置

配置完成以後經過命令查看是否配置成功

[R1]display ospf peer brief 

         OSPF Process 10 with Router ID 192.168.12.1
                  Peer Statistic Information
 ----------------------------------------------------------------------------
 Area Id          Interface                        Neighbor id      State    
 0.0.0.0          GigabitEthernet0/0/0             192.168.12.2     Full        
 ----------------------------------------------------------------------------
[R1]

在R1查看ospf學習到的路由

<R1>display ip routing-table protocol ospf 
Route Flags: R - relay, D - download to fib
------------------------------------------------------------------------------
Public routing table : OSPF
         Destinations : 2        Routes : 2        

OSPF routing table status : <Active>
         Destinations : 2        Routes : 2

Destination/Mask    Proto   Pre  Cost      Flags NextHop         Interface

   192.168.45.0/24  OSPF    10   3           D   192.168.12.2    GigabitEthernet0/0/0
  192.168.234.0/24  OSPF    10   2           D   192.168.12.2    GigabitEthernet0/0/0

OSPF routing table status : <Inactive>
         Destinations : 0        Routes : 0

<R1>

總結：
ospf這邊是基於接口劃分區域的在咱們OSPF區域當中其中area 0必須得有 area 0是骨幹區域其餘的非區域0叫非骨幹區域非骨幹區域必須鏈接到骨幹區域周邊

怎麼樣查看OSPF當中LSDB

<R2>display ospf lsdb 

         OSPF Process 10 with Router ID 192.168.12.2
                 Link State Database 

                         Area: 0.0.0.0
 Type      LinkState ID    AdvRouter          Age  Len   Sequence   Metric
 Router    192.168.234.3   192.168.234.3     1462  36    80000005       1
 Router    192.168.234.4   192.168.234.4     1374  36    80000006       1
 Router    192.168.12.2    192.168.12.2      1459  36    80000007       1
 Network   192.168.234.4   192.168.234.4     1462  36    80000003       0
 Sum-Net   192.168.45.0    192.168.234.4     1362  28    80000001       1
 Sum-Net   192.168.12.0    192.168.12.2      1554  28    80000001       1
 Sum-Net   192.168.2.0     192.168.234.4      327  28    80000001       2
 Sum-Net   192.168.1.0     192.168.12.2       367  28    80000001       2

                         Area: 0.0.0.1
 Type      LinkState ID    AdvRouter          Age  Len   Sequence   Metric
 Router    192.168.12.2    192.168.12.2      1572  36    80000004       1
 Router    192.168.12.1    192.168.12.1       325  48    80000007       1
 Network   192.168.12.1    192.168.12.1        80  32    80000003       0
 Sum-Net   192.168.45.0    192.168.12.2      1361  28    80000001       2
 Sum-Net   192.168.234.0   192.168.12.2      1554  28    80000001       1
 Sum-Net   192.168.2.0     192.168.12.2       326  28    80000001       3

OSPF的開銷計算方式

rip這邊是經過跳數來計算開銷
ospf協議是經過帶寬來計算開銷
OSPF的開銷計算公式爲帶寬參考值/帶寬

[RTA- GigabitEthernet0/0/0]ospf cost 20

通常能夠出接口上面修改開銷

OSPF認證

OSPF的認證方式分爲三種
不認證（默認狀況就是不認證）
接口下啓動OSPF認證
區域下啓用認證

OSPF認證的類型分爲二種
明文認證（在抓包的時候能夠看到密碼）
密文認證（在抓包的時候看不到密碼）

要麼兩端都不配置認證
要麼兩端都都配置simple認證
要麼兩端都都配置md5認證
（其實  ospf的認證  接口和區域是同樣的）由於認證在OSPF頭部當中，區域下認證的含義就是把該設備運行OSPF的全部接口都啓用該認證

例子：R1配置接口認證 R2在area 1配置區域認證

R1的配置

#
interface GigabitEthernet0/0/0
 ip address 192.168.12.1 255.255.255.0 
 ospf authentication-mode simple plain Huawei 
#

R2的配置

#
 area 0.0.0.1 
  authentication-mode simple plain Huawei 
#

怎麼檢查是否配置成功
你能夠把接口down一下而後再undo shutdown一下經過命令行檢查一下

[R1]display ospf peer brief 

         OSPF Process 10 with Router ID 192.168.12.1
                  Peer Statistic Information
 ----------------------------------------------------------------------------
 Area Id          Interface                        Neighbor id      State    
 0.0.0.1          GigabitEthernet0/0/0             192.168.12.2     Full        
 ----------------------------------------------------------------------------

看到full就成功了