园区网路由

OSPF网络类型

七大状态

状态 状态描述
Down OSPF最开始的状态
Init 初始化状态，收到对端发来Hello报文后状态为Init，但Hello报文中不含自己的Router ID
two-way 收到的Hello报文中包含有自己的Router ID ，则状态为2-way
Exstart 信息交换初始化状态，交互第一个DD报文，开始建立邻接状态
Exchange 信息交换状态，交互其余所有的DD报文
Loading 交互LSR，LSU，LSACK报文
Full 完全邻接状态
  • Down：发送hello报文
  • Init：接收到邻居发来的hello报文，但是该hello报文中没有自己的router id
  • Two-way：接收到的hello报文中，有自己的router-id，选举DR/BDR
  • Exstart: 交互第一个dd 报文，确认主从关系，保证传输可靠
  • Exchange：交互数据库描述信息
  • Loading：数据库同步
  • Full：完全邻接状态

建立邻居关系

  • OSPF使用Hello报文发现和建立邻居关系
  • 在以太网链路上，缺省时，OSPF采用组播的形式发送Hello报文（目的地址224.0.0.5）
  • OSPF Hello报文中包含了路由器的RouterID、邻居列表等信息

6.2.1

同步数据库

6.2.2

DD报文部分字段解释

  • I：当发送连续多个DD报文时，如果这是第一个DD报文，则置为1，否则置为0
  • M (More)：当发送连续多个DD报文时，如果这是最后一个DD报文，则置为0。否则置为1，表示后面还有其他的DD报文
  • MS (Master/Slave)：当两台OSPF路由器交换DD报文时，首先需要确定双方的主从关系，RouterID大的一方会成为Master。当值为1时表示发送方Master
  • DD sequence number：DD报文序列号。主从双方利用序列号来保证DD报文传输的可靠性和完整性

OSPF网络类型

为什么要有网络类型

  • 因为OSPF运行在不同的链路层就会有不同的问题，比如运行在以太网，默认为广播的网络环境下，就会存在共享网段中邻居数量多的问题，占用设备资源的问题，所以有了多种网络类型来适应不同的网络环境

OSPF有四种网络类型

  • 广播类型（Broadcast）
  • 非广播类型（NBMA）
  • 点到点类型（P2P）
  • 点到多点类型（P2MP）

链路层协议

  • 当链路层协议是Ethernet，OSPF网络类型默认是Broadcast

  • 当链路层协议是fr（帧中继）时，国内都已经不用了，OSPF运行在这个网络环境中，默认使用NBMA的网络类型 （不常见）

  • 数据链路层运行的协议为PPP或者HDLC时，默认的网络类型为P2P

  • 点到多点就是多个点到点（不常见）

DR和BDR

广播网络中的问题

一个共享网段中，存在多个OSPF路由器，同步信息效率低

  • 任何一台路由器都会与其余所有路由器建立邻接关系，会形成n*(n-1)/2个邻接关系，管理复杂
  • 重复的发送和接收数据库信息，浪费带宽和设备资源

6.2.3

DR

DR（Designated Router）：指定路由器

  • 其他所有路由器都与DR建立邻接关系，和DR交换链路状态信息
  • 其他路由器之间不建立邻接关系，不直接交换链路状态信息

6.2.4

BDR

BDR（Backup Designated Router）：备份指定路由器

  • 为了规避单点故障风险，通过选举BDR，在DR失效时快速接管DR的工作
  • 当一个网段中，具有多个ospf路由器的时候，为了快速和可靠的实现ospf数据库同步，需要指定一个路由器，也就是DR
  • 选举为DR后，本网段中其他所有路由器，仅仅和DR同步消息，所以DR就拥有全部的数据库信息，所以DR非常重要
  • 如果DR一旦出现故障，会导致DR与其他所有的路由器的邻接关系失效，数据库无法同步信息，也无法进行路由计算和数据转发
  • 所以为了规避单点故障风险，会选举备份指定路由器，也就是BDR
  • 在DR失效时，BDR可以快速接管DR的工作

6.2.5

DR和BDR的作用

  • 减少邻接关系，降低设备负担
  • 降低OSPF协议流量
  • 加快数据库同步

DR与BDR的选举规则

DR/BDR的选举是非抢占式的

DR/BDR的选举是基于端口的

  • 接口的DR优先级越大越优先
  • 接口的DR优先级相等时，RouterID越大越优先

每个网段中DR只有一个，BDR可以没有，DR必须有一个，如果没有DR，邻居将会一直卡在Two-way状态，无法建立邻接，无法full

当DR优先级为0时,不参加DR选举，直接变成DR-other

哪个接口先配置IP地址和OSPF，哪个接口会成为DR

6.2.6

不同网络类型中DR与BDR的选举操作

OSPF网络类型 是否选举DR 是否和邻居建立邻接关系
P2P 否 是
Broadcast 是 DR与BDR、DRother建立邻接关系，BDR与DR、DRother建立邻接关系，DRother之间只建立邻居关系
NBMA 是 DR与BDR、DRother建立邻接关系，BDR与DR、DRother建立邻接关系，DRother之间只建立邻居关系
P2MP 否 是

路由器接口的角色分类

  • DR：指定路由器
  • BDR：备份指定路由器
  • DR-other：其他路由器
    • 同网段中，接口既不是DR，也不是BDR，就是DR-other

路由器接口的角色概述

  • DR，BDR，DR-other都是指的接口，不是指的路由器
  • 是在同一网段中选举DR，不是在一个区域中选举DR
  • 在运行OSPF的路由器的多个接口角色可能相同，也可能不同
    • 比如：同一台路由器1个接口是DR，另外1个接口是DR-other

DR优先级

查看接口的DR优先级

1
2
3
4
5
6
7
8
9
[R1]display ospf interface

	 OSPF Process 1 with Router ID 3.3.3.3
		 Interfaces 

 Area: 0.0.0.0      (MPLS TE not enabled)    ##优先级，默认1
 IP Address      Type         State    Cost       Pri           DR              BDR 
 192.168.23.3    Broadcast    BDR      1          1             192.168.23.2    192.168.23.3
 192.168.34.3    Broadcast    DR       1          1             192.168.34.3    192.168.34.4

优先级默认为1

修改接口的DR优先级

1
2
3
[R1-GigabitEthernet0/0/0]ospf dr-priority 100               //修改接口优先级为100
<R3>reset ospf process                                      //重启OSPF进程
Warning: The OSPF process will be reset. Continue? [Y/N]:y

OSPF数据库

OSPF数据库

OSPF数据库

  • OSPF数据库中，包含的是自己的链路状态信息，以及从邻居设备所学习过来的链路状态信息
  • 而OSPF协议，正是通过链路状态信息，才可以将最终的路由条目计算出来，用于指导数据转发

查看OSPF数据库

1
<R1>display ospf lsdb

LSDB：链路状态数据库

  • 作用：存储LSA

LSA：链路状态通告

  • LSA是什么：用于计算路由的网段信息和拓扑信息
  • 拓扑信息：拓扑图（我是谁，我连着谁）
  • 网段信息：IP地址，掩码，cost值
  • 拓扑信息和网段信息作用是什么？ 计算路由， 他们都属于计算路由的源材料
  • 所以：LSA包含就是拓扑信息和网段信息，而拓扑信息和网段信息又是计算路由的原材料
  • 所以LSA就是计算路由的原材料
  • 数据库同步的过程，其实就是,邻居之间，LSA交换的过程

OSPF数据库解析

查看OSPF数据库

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
<R1>display ospf lsdb 

	 OSPF Process 1 with Router ID 1.1.1.1
		 Link State Database 

		         Area: 0.0.0.0
 Type      LinkState ID    AdvRouter          Age  Len   Sequence   Metric
 Router    2.2.2.2         2.2.2.2            186  36    8000000C       1
 Router    1.1.1.1         1.1.1.1            186  36    8000000F       1
 Network   192.168.12.1    1.1.1.1            186  32    80000009       0
 Sum-Net   192.168.45.0    2.2.2.2            186  28    80000008       3

LSA结构

LSA结构

  • Type：类型：表示的是LSA的各种类型
  • LinkState ID：名字：表示的是LSA的名字
  • AdvRouter：通告路由器：表示的是产生这个LSA的路由器的router-id
  • Age：年龄：表示的是LSA的老化时间，最大时间是3600s
  • Len：长度：表示的是LSA的大小（单位是字节）
  • Sequence：序列号：表示的LSA的新旧程度，数值越大表示越新
  • Metric：度量值：表示链路的度量值

常见的LSA类型

类型 名称 描述
1 路由LSA
（Router LSA）		 每个设备都会产生，描述了区域内路由器的网段信息、拓扑信息与开销值
2 网络LSA
（Network LSA）		 由DR产生，辅助1类LSA完善区域内的拓扑信息和掩码
3 网络汇总LSA
（Network Summary LSA）		 由ABR产生，描述区域内某个网段的路由，该类LSA主要用于区域间路由的传递
4 ASBR汇总LSA
（ASBR Summary LSA）		 由ASBR产生，描述到ASBR的路由
5 AS外部LSA
（AS External LSA）		 由ASBR产生，用于描述到达OSPF的外部路由
7 非完全末梢区域LSA
(NSSA LSA)		 由ASBR产生，用于描述到达OSPF的外部路由

Router LSA详解

Router LSA详解

Router LSA（1类LSA）：

  • 每台OSPF路由器都会产生
  • 它描述了该路由器的拓扑信息、接口网络信息、度量值
  • Router LSA只能在所属的区域内传播
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
<R2>display ospf lsdb router 2.2.2.2             //查看名字为2.2.2.2的LSA

	 OSPF Process 1 with Router ID 2.2.2.2
		         Area: 0.0.0.0
		 Link State Database 

  Type      : Router                             //Router表示是1类LSA
  Ls id     : 2.2.2.2                            //表示这条LSA的名字，是该路由器的RouterID
  Adv rtr   : 2.2.2.2                            //发布这条LSA的路由器，用RouterID表示
  Ls age    : 982                                //链路状态老化时间：此字段表示LSA已经生存的时间，单位是秒
  Len       : 36                                 //是一个包含LSA头部在内的LSA的总长度值
  Options   :  E                                 //每一个bit都对应了OSPF所支持的某种特性
  seq#      : 8000000f                           //链路状态序列号：当LSA每次有新的实例产生时，序列号就会增加
  chksum    : 0xff30                             //校验和：用于保证数据的完整性和准确性。
  Link count: 1                                  //作用：描述了设备的拓扑信息、网段信息、度量值
   * Link ID: 192.168.23.2                       //特点：每个设备都会产生1类LSA,1类LSA只能在区域内传输
     Data   : 192.168.23.2 
     Link Type: TransNet                         //连接类型           
     Metric : 1
     
//广播型网络中的1类LSA，给出我们的信息遗漏两个重要的因素
  1）我们连接DR的那个接口的IP地址的掩码信息是多少，1类的LSA没有告诉我们
     192.168.23.2的掩码是多少，学习1类LSA的邻居是无法感知到的
    
  2）通过1类的LSA，我们无法感知到邻居的存在，也无法感知用哪个接口连接着邻居
    只能感知到我们连接着DR

  所以，在广播型网络中，我们学习到拓扑信息和网段信息不全，没有办法精确的计算出来路由
  所以在广播型网络中，我们还需要2类LSA来弥补1类LSA的不足

LSA的三元组：链路状态类型、链路状态ID、通告路由器三元组唯一地标识了一个LSA
判断LSA新旧：链路状态老化时间、链路状态序列号 、校验和用于判断LSA的新旧

Link Type Link ID Link Data
Point-to-Point(P2P)：描述一个从本路由器到邻居路由器之间的点到点链路，属于拓扑信息 邻居路由器的Router ID 宣告该Router LSA的路由器接口的IP地址
TransNet：描述一个从本路由器到一个Transit网段(例如MA或者NBMA网段)的连接，属于拓扑信息 DR的接口IP地址 宣告该Router LSA的路由器接口的IP地址
stubNet：描述一个从本路由器到一个stub网段(例如Loopback接口)的连接，属于网段信息 宣告该RouterLSA的路由器接口的网络IP地址 该Stub网络的网络掩码

Network LSA详解

Network LSA详解

Network LSA（2类LSA）：

  • 由DR产生，描述本网段的链路状态，在所属的区域内传播
  • Network LSA记录了该网段内所有与DR建立了邻接关系的OSPF路由器，同时携带了该网段的网络掩码
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
[R2]display ospf lsdb network 192.168.23.2

	 OSPF Process 1 with Router ID 2.2.2.2
		         Area: 0.0.0.0
		 Link State Database 


  Type      : Network                    //表示是2类LSA
  Ls id     : 192.168.23.2               //这条LSA的名字，是该网段中DR这个接口的IP地址                                                   Adv rtr   : 2.2.2.2                    //AdvRouter：发布这条LSA的路由器是DR接口所在的那台OSPF路由器的RouterID
  Ls age    : 6                          
  Len       : 32                           
  Options   :  E                       
  seq#      : 8000000a 
  chksum    : 0x4a68
  Net mask  : 255.255.255.0              //作用：补全DR所在网段的掩码信息，同时记录了该网段内所有与DR建立邻接关系的OSPF路由器，
  Priority  : Low                          描述完整的区域内的拓扑信息
     Attached Router    2.2.2.2          //特点：DR产生2类LSA，2类LSA仅仅在区域内传输
     Attached Router    3.3.3.3          //最后两条信息，代表DR的管理范围
                                           也就是说：2.2.2.2 连接着DR，要和DR建立邻接关系，这个2.2.2.2归DR管理
                                           3.3.3.3 连接着DR，要和DR建立邻接关系，这个3.3.3.3归DR管理