OSPF简介

OSPF简介

OSPF协议具有以下特点：
OSPF把自治系统AS（Autonomous System）划分成逻辑意义上的一个或多个区域；
OSPF通过LSA（Link State Advertisement）的形式发布路由；
OSPF依靠在OSPF区域内各设备间交互OSPF报文来达到路由信息的统一；
OSPF报文封装在IP报文内，可以采用单播或组播的形式发送。

报文类型

LSA类型

LSA在各区域中传播的支持情况

路由器类型

OSPF协议中常用到的路由器类型如图所示。

路由类型

AS区域内和区域间路由描述的是AS内部的网络结构，AS外部路由则描述了应该如何选择到AS以外目的地址的路由。OSPF将引入的AS外部路由分为Type1和Type2两类。

表中按优先级从高到低顺序列出了路由类型。

区域类型

OSPF支持的网络类型

OSPF根据链路层协议类型，将网络分为如表7所列四种类型。

DR和BDR

在广播网和NBMA网络中，任意两台路由器之间都要传递路由信息。如图2所示，网络中有n台路由器，则需要建立n*(n-1)/2个邻接关系。这使得任何一台路由器的路由变化都会导致多次传递，浪费了带宽资源。为解决这一问题，OSPF定义了指定路由器DR和备份指定路由器BDR。通过选举产生DR（Designated Router）后，所有路由器都只将信息发送给DR，由DR将网络链路状态LSA广播出去。除DR和BDR之外的路由器（称为DR Other）之间将不再建立邻接关系，也不再交换任何路由信息，这样就减少了广播网和NBMA网络上各路由器之间邻接关系的数量。

选举DR前后对比图

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不是人为指定的，而是由本网段中所有的路由器共同选举出来的。路由器接口的DR优先级决定了该接口在选举DR、BDR时所具有的资格。本网段内DR优先级大于0的路由器都可作为“候选人”。选举中使用的“选票”就是Hello报文。每台路由器将自己选出的DR写入Hello报文中，发给网段上的其他路由器。当处于同一网段的两台路由器同时宣布自己是DR时，DR优先级高者胜出。如果优先级相等，则Router ID大者胜出。如果一台路由器的优先级为0，则它不会被选举为DR或BDR。

STUB区域

STUB区域是一些特定的区域，STUB区域的ABR不传播它们接收到的自治系统外部路由，在这些区域中路由器的路由表规模以及路由信息传递的数量都会大大减少。

STUB区域是一种可选的配置属性，但并不是每个区域都符合配置的条件。通常来说，STUB区域位于自治系统的边界，是那些只有一个ABR的非骨干区域。

为保证到自治系统外的路由依旧可达，该区域的ABR将生成一条缺省路由，并发布给STUB区域中的其他非ABR路由器。

配置STUB区域时需要注意下列几点：

骨干区域不能配置成STUB区域。

如果要将一个区域配置成STUB区域，则该区域中的所有路由器都要配置STUB区域属性。

STUB区域内不能存在ASBR，即自治系统外部的路由不能在本区域内传播。

虚连接不能穿过STUB区域。

NSSA区域

NSSA（Not-So-Stubby Area）区域是OSPF特殊的区域类型。NSSA区域与STUB区域有许多相似的地方，两者都不传播来自OSPF网络其它区域的外部路由。差别在于STUB区域是不能引入外部路由，NSSA区域能够将自治域外部路由引入并传播到整个OSPF自治域中。

当区域配置为NSSA区域后，为保证到自治系统外的路由可达，NSSA区域的ABR将生成一条缺省路由，并发布给NSSA区域中的其他路由器。

配置NSSA区域时需要注意下列几点：

骨干区域不能配置成NSSA区域。如果要将一个区域配置成NSSA区域，则该区域中的所有路由器都要配置NSSA区域属性。虚连接不能穿过NSSA区域。

邻居状态机

在OSPF网络中，为了交换路由信息，邻居设备之间首先要建立邻接关系，邻居（Neighbors）关系和邻接（Adjacencies）关系是两个不同的概念。

邻居关系：OSPF设备启动后，会通过OSPF接口向外发送Hello报文，收到Hello报文的OSPF设备会检查报文中所定义的参数，如果双方一致就会形成邻居关系，两端设备互为邻居。邻接关系：形成邻居关系后，如果两端设备成功交换DD报文和LSA，才建立邻接关系。

OSPF共有8种状态机，分别是：Down、Attempt、Init、2-way、Exstart、Exchange、Loading、Full。

Down：邻居会话的初始阶段，表明没有在邻居失效时间间隔内收到来自邻居路由器的Hello数据包。

Attempt：该状态仅发生在NBMA网络中，表明对端在邻居失效时间间隔（dead interval）超时前仍然没有回复Hello报文。此时路由器依然每发送轮询Hello报文的时间间隔（poll interval）向对端发送Hello报文。

Init：收到Hello报文后状态为Init。

2-way：收到的Hello报文中包含有自己的Router ID，则状态为2-way；如果不需要形成邻接关系则邻居状态机就停留在此状态，否则进入Exstart状态。

Exstart：开始协商主从关系，并确定DD的序列号，此时状态为Exstart。

Exchange：主从关系协商完毕后开始交换DD报文，此时状态为Exchange。

Loading：DD报文交换完成即Exchange done，此时状态为Loading。

Full：LSR重传列表为空，此时状态为Full。

OSPF报文认证

OSPF支持报文验证功能，只有通过验证的OSPF报文才能接收，否则将不能正常建立邻居。

路由器支持两种验证方式：

区域验证方式

接口验证方式

当两种验证方式都存在时，优先使用接口验证方式。

OSPF路由聚合

路由聚合是指ABR可以将具有相同前缀的路由信息聚合到一起，只发布一条路由到其它区域。

区域间通过路由聚合，可以减少路由信息，从而减小路由表的规模，提高设备的性能。

OSPF有两种路由聚合方式：

ABR聚合

ABR向其它区域发送路由信息时，以网段为单位生成Type3 LSA。如果该区域中存在一些连续的网段，则可以通过命令将这些连续的网段聚合成一个网段。这样ABR只发送一条聚合后的LSA，所有属于命令指定的聚合网段范围的LSA将不会再被单独发送出去。

ASBR聚合

配置路由聚合后，如果本地设备是自治系统边界路由器ASBR，将对引入的聚合地址范围内的Type5 LSA进行聚合。当配置了NSSA区域时，还要对引入的聚合地址范围内的Type7 LSA进行聚合。

如果本地设备既是ASBR又是ABR，则对由Type7 LSA转化成的Type5 LSA进行聚合处理。

OSPF缺省路由

缺省路由是指目的地址和掩码都是0的路由。当设备无精确匹配的路由时，就可以通过缺省路由进行报文转发。由于OSPF路由的分级管理，Type3缺省路由的优先级高于Type5或Type7路由。

OSPF缺省路由通常应用于下面两种情况：

由区域边界路由器（ABR）发布Type3缺省Summary LSA，用来指导区域内设备进行区域之间报文的转发。

由自治系统边界路由器（ASBR）发布Type5外部缺省ASE LSA，或者Type7外部缺省NSSA LSA，用来指导自治系统（AS）内设备进行自治系统外报文的转发。

OSPF缺省路由的发布原则如下：

OSPF路由器只有具有对区域外的出口时，才能够发布缺省路由LSA。如果OSPF路由器已经发布了缺省路由LSA，那么不再学习其它路由器发布的相同类型缺省路由。即路由计算时不再计算其它路由器发布的相同类型的缺省路由LSA，但数据库中存有对应LSA。外部缺省路由的发布如果要依赖于其它路由，那么被依赖的路由不能是本OSPF路由域内的路由，即不是本进程OSPF学习到的路由。因为外部缺省路由的作用是用于指导报文的域外转发，而本OSPF路由域的路由的下一跳都指向了域内，不能满足指导报文域外转发的要求。

不同区域缺省路由发布原则如表8所示。

OSPF缺省路由发布原则

区域类型

OSPF路由过滤

OSPF支持使用路由策略对路由信息进行过滤。缺省情况下，OSPF不进行路由过滤。

OSPF可以使用的路由策略包括route-policy，访问控制列表（access-list），地址前缀列表（prefix-list）。

OSPF路由过滤可以应用于以下几个方面：

路由引入

OSPF可以引入其它路由协议学习到的路由。在引入时可以通过配置路由策略来过滤路由，只引入满足条件的路由。

引入路由发布

OSPF引入了路由后会向其它邻居发布引入的路由信息。

可以通过配置过滤规则来过滤向邻居发布的路由信息。该过滤规则只在ASBR上配置才有效。

路由学习

通过配置过滤规则，可以设置OSPF对接收到的区域内、区域间和自治系统外部的路由进行过滤。

该过滤只作用于路由表项的添加与否，即只有通过过滤的路由才被添加到本地路由表中，但所有的路由仍可以在OSPF路由表中被发布出去。

区域间LSA学习

通过命令可以在ABR上配置对进入本区域的Summary LSA进行过滤。该配置只在ABR上有效（只有ABR才能发布Summary LSA）。

区域间LSA学习与路由学习的差异

区域间LSA发布

通过命令可以在ABR上配置对本区域出方向的Summary LSA进行过滤。该配置只在ABR上配置有效。

OSPF多进程

OSPF支持多进程，在同一台路由器上可以运行多个不同的OSPF进程，它们之间互不影响，彼此独立。不同OSPF进程之间的路由交互相当于不同路由协议之间的路由交互。

路由器的一个接口只能属于某一个OSPF进程。

OSPF多进程的一个典型应用就是在VPN场景中PE和CE之间运行OSPF协议，同时VPN骨干网上的IGP也采用OSPF。在PE上，这两个OSPF进程互不影响。

OSPF RFC1583兼容

RFC1583是OSPFv2协议比较早的版本。

OSPF在计算外部路由时，由于RFC2328和RFC1583的路由计算规则不一致，可能会导致路由环路。为了避免路由环路的发生，RFC2328中提出了RFC1583兼容特性。

使能RFC1583兼容后，OSPF采用RFC1583的路由计算规则。不使能RFC1583兼容时，OSPF采用RFC2328的路由计算规则。

OSPF是根据5类LSA来计算外部路由的。RFC1583兼容特性主要用于路由器收到5类LSA后：

选择到达产生该LSA的ASBR或该LSA所描述的转发地址（Forwarding Address）的路径；选择到达相同目的地的外部路径。

缺省情况下，OSPF兼容RFC1583。