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OSPF知识点整理

news 2025/8/4 7:45:28

一、OSPF 基本概念

1.1 协议定位与特点

OSPF 是一种链路状态路由协议，属于 IGP（内部网关协议），主要用于自治系统（AS）内部的路由计算。其核心特点包括：

无类别路由协议：支持 VLSM 和 CIDR，能更高效地利用 IP 地址空间；
链路状态驱动：每个路由器会收集网络中所有链路的状态信息（如带宽、开销），并同步到整个区域；
基于 SPF 算法：使用 Dijkstra 算法（最短路径优先算法）计算最短路径，生成无环路的路由表；
分层设计：通过划分区域（Area）减少路由信息传递量，提高协议扩展性；
触发更新：链路状态变化时立即发送更新，收敛速度快；
支持认证：可通过明文或 MD5 认证防止路由欺骗。

1.2 核心术语

链路（Link）：路由器接口及其连接的网络（如以太网段、串口链路）；
链路状态（Link State）：链路的属性，包括接口 IP 地址、子网掩码、开销（Cost）、连接的邻居等；
LSA（Link State Advertisement，链路状态通告）：路由器发送的携带链路状态信息的报文；
LSDB（Link State Database，链路状态数据库）：每个路由器维护的、包含本区域所有 LSA 的数据库，同一区域内所有路由器的 LSDB 完全一致；
区域（Area）：OSPF 网络的逻辑划分，用于减小 LSDB 规模、限制 LSA 传播范围；
RID（Router ID）：路由器在 OSPF 网络中的唯一标识（通常为路由器的一个环回接口 IP 或物理接口 IP）。

二、OSPF 区域划分

OSPF 通过区域划分实现分层设计，核心目的是减少路由信息传递量、降低设备计算压力。

2.1 区域类型与作用

骨干区域（Area 0）：所有非骨干区域必须直接或间接与骨干区域相连，负责区域间路由信息的传递，是 OSPF 网络的核心；
非骨干区域：除 Area 0 外的其他区域，按功能可分为：
- 标准区域：可接收所有类型的 LSA；
- Stub 区域：不接收 Type 5 LSA（外部路由信息），由 ABR（区域边界路由器）发布默认路由替代；
- Totally Stub 区域：不接收 Type 3、4、5 LSA，仅保留 Type 1、2 LSA 和 ABR 发布的默认路由；
- NSSA（Not-So-Stubby Area）：允许引入外部路由（通过 Type 7 LSA），但不接收其他区域的 Type 5 LSA；
- Totally NSSA：不接收 Type 3、4、5 LSA，仅保留 Type 1、2、7 LSA 和 ABR 发布的默认路由。

2.2 区域边界设备

IR（Internal Router，内部路由器）：所有接口均属于同一区域的路由器；
ABR（Area Border Router，区域边界路由器）：连接多个区域（至少包含一个骨干区域）的路由器，负责区域间 LSA 的转换与传递；
ASBR（Autonomous System Boundary Router，自治系统边界路由器）：连接 OSPF 区域与其他 AS（如 RIP、BGP 网络）的路由器，负责引入外部路由（生成 Type 5 LSA）。

三、LSA 类型及作用

LSA 是 OSPF 传递链路状态信息的核心载体，不同类型的 LSA 负责传递不同场景的路由信息，其传播范围和内容各不相同。

LSA 类型	名称	产生者	传播范围	核心内容
Type 1	路由器 LSA	所有路由器	本区域内	路由器接口的链路状态、邻居信息
Type 2	网络 LSA	DR（指定路由器）	本区域内	广播 / NBMA 网络中所有路由器的 RID
Type 3	网络汇总 LSA	ABR	跨区域（除源区域）	区域间的汇总路由信息
Type 4	ASBR 汇总 LSA	ABR	跨区域（除源区域）	ASBR 的位置信息（用于定位 ASBR）
Type 5	AS 外部 LSA	ASBR	整个 OSPF 域（除 NSSA）	外部路由信息（如引入的 RIP 路由）
Type 7	NSSA 外部 LSA	NSSA 区域的 ASBR	仅在 NSSA 区域内	NSSA 区域引入的外部路由，由 ABR 转换为 Type 5 LSA

四、邻居与邻接关系建立

OSPF 路由器需先建立邻居关系，再根据网络类型（如广播、点对点）决定是否升级为邻接关系（Adjacency），只有邻接关系才会交换 LSA。

4.1 邻居关系建立过程（状态机）

Down：初始状态，未收到任何 Hello 报文；
Init：收到邻居的 Hello 报文（包含自身 RID），但未在对方 Hello 报文中发现自己的 RID；
2-Way：在邻居的 Hello 报文中发现自己的 RID，双方确认 “互相发现”，此时为邻居关系；
- 广播 / NBMA 网络中，会通过选举 DR/BDR（备份指定路由器）决定是否建立邻接关系（仅 DR/BDR 与所有路由器建立邻接，非 DR/BDR 之间仅维持邻居关系）；
ExStart：邻接关系建立的准备阶段，交换 DD（数据库描述）报文，协商主从关系；
Exchange：主从路由器交换 DD 报文（携带 LSDB 摘要信息）；
Loading：根据 DD 报文对比 LSDB，请求缺失的 LSA（通过 LSR 报文），接收并确认 LSA（通过 LSU、LSAck 报文）；
Full：双方 LSDB 完全同步，邻接关系稳定。

4.2 Hello 报文与 DR/BDR 选举

Hello 报文：周期发送（广播网络默认 10s，点对点网络默认 30s），用于发现邻居、维持邻居关系，包含 Hello 时间、死亡时间（默认 4 倍 Hello 时间）、区域 ID、认证信息等；
DR/BDR 选举：在广播 / NBMA 网络中，为减少邻接关系数量（避免 n*(n-1)/2 的连接），选举 DR 和 BDR：
- 优先级（0-255，默认 1）高者优先，优先级为 0 的路由器不参与选举；
- 优先级相同则 RID 大的路由器获胜；
- 选举后 DR/BDR 身份固定（除非故障），非 DR/BDR 仅与 DR/BDR 交换 LSA。

五、SPF 算法与路由计算

OSPF 通过 SPF 算法（Dijkstra 算法）计算最短路径，核心步骤如下：

构建拓扑图：基于 LSDB 中的 Type 1/2 LSA，生成以本地路由器为根的网络拓扑图；
计算最短路径：以 “开销（Cost）” 为度量值（Cost=100Mbps / 接口带宽，如 100Mbps 以太网 Cost=1，10Mbps 以太网 Cost=10），计算到每个目标网络的最短路径；
生成路由表：将最短路径对应的网络地址、出接口、下一跳等信息加入路由表；
区域间路由：ABR 通过 Type 3 LSA 传递区域间路由，本地路由器将其作为 “外部路由”（优先级低于区域内路由）；
外部路由：ASBR 通过 Type 5/7 LSA 传递外部路由，分为两类：
- E1：外部路由开销 + 内部路径开销；
- E2（默认）：仅外部路由开销，适合外部路由开销远大于内部路径的场景。

六、基本配置示例

6.1 单区域配置

Router> enable
Router# configure terminal
Router(config)# router ospf 100  # 启动OSPF进程，进程号100（本地有效）
Router(config-router)# router-id 1.1.1.1  # 指定RID（建议配置环回接口IP）
Router(config-router)# network 192.168.1.0 0.0.0.255 area 0  # 宣告网络到Area 0（反掩码表示网络范围）
Router(config-router)# network 10.0.0.0 0.255.255.255 area 0  # 宣告环回接口所在网络

6.2 多区域配置（ABR 配置）

Router(config)# router ospf 100
Router(config-router)# router-id 2.2.2.2
Router(config-router)# network 192.168.1.0 0.0.0.255 area 0  # 连接骨干区域
Router(config-router)# network 192.168.2.0 0.0.0.255 area 1  # 连接非骨干区域Area 1

6.3 验证命令

show ip ospf neighbor  # 查看邻居状态
show ip ospf database  # 查看LSDB
show ip route ospf     # 查看OSPF路由
show ip ospf interface  # 查看接口OSPF配置（如Hello时间、DR/BDR）