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HCIA笔记7--OSPF协议入门

news 来源：原创 2025/7/4 9:29:09

文章目录

- - 0. 路由分类
  - 1. OSPF介绍
  - - 1.1 概念
    - 1.2 报文类型
  - 2. 邻接关系的建立
  - - 2.1 邻居关系的建立
    - 2.2 邻接关系的形成
    - 2.3 ospf状态机
  - 3. DR与BDR
  - - 3.1 为什么要有DR和BDR？
    - 3.2 DR和BDR的选举原则
  - 4. ospf的配置
  - - 4.1 内部优先级
  - 5. 问题
  - - 5.1 三层环路如何解决？
  - Ref

0. 路由分类

直连路由
静态路由：需要管理员手动配置的路由
动态路由
- IGP(internal Gateway Protocol)内部网关协议,运行在AS内部；主要协议有：RIP、OSPF、ISIS、EIGRP(思科)
- EGP(External Gateway Protocol)外部网关协议，运行在AS之间

1. OSPF介绍

OSPF: Open Shortest Path First 开放最短路径优先

1.1 概念

LSA: Link State Advertcment; 链路状态通告，主要包含了网段信息。
LSDB：Link State DataBase, ospf路由器中来存储链路状态信息的数据库。
RID: router ID, 在ospf网络中唯一标识一台路由器。

主要工作流程：
在这里插入图片描述
ospf路由器通过将LSA信息泛洪，获得整个ospf网络的链路状态信息，进而形成各自的LSDB。根据形成了的LSDB,使用SPF算法生成一颗最短路径树；最终通过路由计算，比较路由表中的表项，添加到路由表中。

1.2 报文类型

hello报文
DD(Database Description)报文
LSR(Link State Request)报文
LSU(Link State Update)报文
LSACK(Link State Acknowledgment)报文

2. 邻接关系的建立

在ospf网络中，两个路由器间要完成LSA信息的交互，首先就要先进行邻接关系的建立。

邻接关系的建立分为两个阶段：

邻居关系的建立
邻接关系的形成

2.1 邻居关系的建立

在这里插入图片描述

邻居关系的建立是通过hello 报文完成的。

路由器A向路由器B发送Hello报文，报文中表明自己并没有发现B。
路由器B收到报文后意识到邻居A的存在，在发往路由器A的报文中声明这一点。路由器B的状态由Down变为Init。
路由器A收到路由器B的报文，自己意识到了邻居的存在。在B发来的报文中B意识到A的存在。A直接进入2-way状态。但A需要再发一个Hello报文, 在报文中声明自己知道了B邻居的存在。
路由器B收到报文，知道路由器A了解到自己的存在。路由器B进入2-way状态。

Hello报文除了负责邻居关系的建立，还负责维护邻居关系(保活)。
Hello报文10s发送一次(Hello Time), 如果在40s内没有收到对端的Hello报文，则认为邻居关系失效，变为Down状态。

2.2 邻接关系的形成

邻接关系的形成分为两个阶段，第一阶段主要是获取LSDB的目录，相互之间了解缺少对方的哪部分报文；第二阶段进行真正的LSA链路数据表项之间的请求交换。

第一阶段开始，会发送两个空的DD报文进行主从选举，RID大的成为主路由器。选举完成之后，开始交互真正的DD报文，真正报文在交互过程中，从路由器的DD报文序列号使用主路由器发过来的序列号，主路由器的DD报文序列号使用从路由器的序列号加一。这样一种确认的机制叫作隐式确认，它保证了DD报文之间交互的可靠性。
在这里插入图片描述
第二阶段就是真正的链路信息交换了，这里用到的是显示确认机制。

从路由器向主路由器发送LSR(链路信息请求)报文，主路由器发送带有链路信息LSU(链路信息更新）报文给从路由器；最后从路由器收到LSU后再发给主路由器对于这一条链路信息的确认LSACK报文。

不断重复上面的过程，直到从路由器跟主路由器的LSDB同步了。

在这里插入图片描述

2.3 ospf状态机

在这里插入图片描述

3. DR与BDR

DR(Designated Router): 指定路由器
BDR(Backup Designated Router): 备份指定路由器
DR other: 非DR各BDR的其他路由器

3.1 为什么要有DR和BDR？

对于没有DR和BDR的网络中，要知道整个网络的链路信息，两两路由器之间就需要形成邻接关系。

如果网络中有n台路由器，在没有DR和BDR的网络中，则需要建立n(n-1)/2对邻接关系；而如果是在DR和BDR的网络中，其他路由器只需要各DR和BDR之间建立邻接关系，只需要建立2n-3对邻接关系即可。

而建立邻接关系的第二阶段会进行LSDB的交换，这部分报文比较大会浪费链路带宽；因此对DR other 之间的路由器只需建立邻居关系而不交换路由信息，因此可以大大节省链路带宽。
在这里插入图片描述

3.2 DR和BDR的选举原则

如果DR由于某种故障而失效，则网络中的路由器必须重新选举DR，并与新的DR同步。这需要较长的时间，在这段时间内，路由的计算有可能是不正确的。

为了能够缩短这个过程，OSPF提出了BDR（Backup Designated Router）的概念。BDR是对DR的一个备份，在选举DR的同时也选举出BDR，BDR也和本网段内的所有路由器建立邻接关系并交换路由信息。当DR失效后，BDR会立即成为DR。由于不需要重新选举，并且邻接关系已建立，所以这个过程非常短暂，这时还需要再重新选举出一个新的BDR，虽然一样需要较长的时间，但并不会影响路由的计算。

DR和BDR的选举原则：

首先比较优先级，优先级范围0~255，优先级数值越大越优先。
如果优先级相同，则比较RID, RID越大越优先。
如果网络中新增一台优先级更高的路由器，其不会被选为新的DR路由器, DR不能被抢夺，我们称之为DR的稳定性原则。
如果一台DR故障，则BDR直接成为新的DR, 然后在DR other中再选举一个新的BDR。
如果一台路由器的优先级为0，则路由器不具备选举权，它一定是DR other路由器。
DR和BDR基于接口选举，基于网段选举。

4. ospf的配置

在这里插入图片描述

ospf进程号，这里只使用进程1

ospf 1 route-id 1.1.1.1

ospf是分区域的，区域0是核心区域。

area 0

直连网段宣告

network 10.1.12.0 0.0.0.255
network 192.168.1.0 0.0.0.255

ospf在接口宣告了网段信息后就会向相应的直连网段发送Hello报文，开始邻居关系的建立。

精确宣告

network 10.1.12.2 0.0.0.0

还可以在接口下进行宣告

ospf enable area 1

查看ospf邻居信息

display ospf peer brief

查看ospf接口信息

display ospf interface g0/0/1

ospf的hello时间是能改的, 但一般不改。两台路由器之间hello时间不同无法建立邻居关系。

ospf timer hello

修改优先级

ospf dr-priority 0

4.1 内部优先级

如上面的图所示，如果路由器AR1与AR2之间有两条路由；一条是ospf的路径(10.1.12.0/24)，另外一条是静态路由(10.1.21.0/24)。

如果我们将静态路由的优先级设置为10，也就是与ospf的默认优先级一致。我们会发现最终路由表上的是ospf的这条路径。

这是因为路由器在比较完前缀和外部优先级后，继续比较内部优先级，

这所谓的内部优先级其实就是协认的默认优先级的大小。

ospf的默认优先值为10，静态路由的默认优先值为60，因此ospf更优先，因此加入路由表的是ospf的路径。

更加具体的在前面的路由器工作原理那里有提及，在这里实际解释内外优先级。内部优先级就是协议默认优先级，外部优先级就是可以配置的优先级。
在这里插入图片描述

5. 问题

5.1 三层环路如何解决？

IP报文中有TTL字段，每次经过一个路由器都会减去一；TTL值为0的时候，路由器就会丢弃该包
路由协议设计也会防止环路的产生。比如ospf会通过SPF算出到目标网段的路径，另一方面ospf有区域划分，非核心区域之间不直接相连也能阻止环的产生。

Ref

huawei-support

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0. 路由分类

1. OSPF介绍

1.1 概念

1.2 报文类型

2. 邻接关系的建立

2.1 邻居关系的建立

2.2 邻接关系的形成

2.3 ospf状态机

3. DR与BDR

3.1 为什么要有DR和BDR？

3.2 DR和BDR的选举原则

4. ospf的配置

4.1 内部优先级

5. 问题

5.1 三层环路如何解决？

Ref

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