華為OSPF理論和配置命令

OSPF要求每臺(tái)運(yùn)行OSPF的路由器都了解整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的鏈路狀態(tài)信息，這樣才能計(jì)算出到達(dá)目的地的最優(yōu)路徑。OSPF的收斂過程由鏈路狀態(tài)公告LSA（LinkStateAdvertisement）泛洪開始，LSA中包含了路由器已知的接口IP地址、掩碼、開銷和網(wǎng)絡(luò)類型等信息。收到LSA的路由器都可以根據(jù)LSA提供的信息建立自己的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫LSDB（LinkStateDatabase），并在LSDB的基礎(chǔ)上使用SPF算法進(jìn)行運(yùn)算，建立起到達(dá)每個(gè)網(wǎng)絡(luò)的最短路徑樹。最后，通過最短路徑樹得出到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)路由，并將其加入到IP路由表中。OSPF直接運(yùn)行在IP協(xié)議之上，使用IP協(xié)議號(hào)89。OSPF有五種報(bào)文類型，每種報(bào)文都使用相同的OSPF報(bào)文頭。Hello報(bào)文：最常用的一種報(bào)文，用于發(fā)現(xiàn)、維護(hù)鄰居關(guān)系。并在廣播和NBMA（None-BroadcastMulti-Access）類型的網(wǎng)絡(luò)中選舉指定路由器DR（DesignatedRouter）和備份指定路由器BDR（BackupDesignatedRouter）。DD報(bào)文：兩臺(tái)路由器進(jìn)行LSDB數(shù)據(jù)庫同步時(shí)，用DD報(bào)文來描述自己的LSDB。DD報(bào)文的內(nèi)容包括LSDB中每一條LSA的頭部（LSA的頭部可以唯一標(biāo)識(shí)一條LSA）。LSA頭部只占一條LSA的整個(gè)數(shù)據(jù)量的一小部分，所以，這樣就可以減少路由器之間的協(xié)議報(bào)文流量。LSR報(bào)文：兩臺(tái)路由器互相交換過DD報(bào)文之后，知道對(duì)端的路由器有哪些LSA是本地LSDB所缺少的，這時(shí)需要發(fā)送LSR報(bào)文向?qū)Ψ秸?qǐng)求缺少的LSA，LSR只包含了所需要的LSA的摘要信息。LSU報(bào)文：用來向?qū)Χ寺酚善靼l(fā)送所需要的LSA。LSACK報(bào)文：用來對(duì)接收到的LSU報(bào)文進(jìn)行確認(rèn)。鄰居和鄰接關(guān)系建立的過程如下：Down：這是鄰居的初始狀態(tài)，表示沒有從鄰居收到任何信息。Attempt：此狀態(tài)只在NBMA網(wǎng)絡(luò)上存在，表示沒有收到鄰居的任何信息，但是已經(jīng)周期性的向鄰居發(fā)送報(bào)文，發(fā)送間隔為HelloInterval。如果RouterDeadInterval間隔內(nèi)未收到鄰居的Hello報(bào)文，則轉(zhuǎn)為Down狀態(tài)。Init：在此狀態(tài)下，路由器已經(jīng)從鄰居收到了Hello報(bào)文，但是自己不在所收到的Hello報(bào)文的鄰居列表中，尚未與鄰居建立雙向通信關(guān)系。2-Way：在此狀態(tài)下，雙向通信已經(jīng)建立，但是沒有與鄰居建立鄰接關(guān)系。這是建立鄰接關(guān)系以前的最高級(jí)狀態(tài)。ExStart：這是形成鄰接關(guān)系的第一個(gè)步驟，鄰居狀態(tài)變成此狀態(tài)以后，路由器開始向鄰居發(fā)送DD報(bào)文。主從關(guān)系是在此狀態(tài)下形成的，初始DD序列號(hào)也是在此狀態(tài)下決定的。在此狀態(tài)下發(fā)送的DD報(bào)文不包含鏈路狀態(tài)描述。Exchange：此狀態(tài)下路由器相互發(fā)送包含鏈路狀態(tài)信息摘要的DD報(bào)文，描述本地LSDB的內(nèi)容。Loading：相互發(fā)送LSR報(bào)文請(qǐng)求LSA，發(fā)送LSU報(bào)文通告LSA。Full：路由器的LSDB已經(jīng)同步。RouterID是一個(gè)32位的值，它唯一標(biāo)識(shí)了一個(gè)自治系統(tǒng)內(nèi)的路由器，可以為每臺(tái)運(yùn)行OSPF的路由器上可以手動(dòng)配置一個(gè)RouterID，或者指定一個(gè)IP地址作為RouterID。如果設(shè)備存在多個(gè)邏輯接口地址，則路由器使用邏輯接口中最大的IP地址作為RouterID；如果沒有配置邏輯接口，則路由器使用物理接口的最大IP地址作為RouterID。在為一臺(tái)運(yùn)行OSPF的路由器配置新的RouterID后，可以在路由器上通過重置OSPF進(jìn)程來更新RouterID。通常建議手動(dòng)配置RouterID，以防止RouterID因?yàn)榻涌诘刂返淖兓淖?。運(yùn)行OSPF的路由器之間需要交換鏈路狀態(tài)信息和路由信息，在交換這些信息之前路由器之間首先需要建立鄰接關(guān)系。鄰居（Neighbor）：OSPF路由器啟動(dòng)后，便會(huì)通過OSPF接口向外發(fā)送Hello報(bào)文用于發(fā)現(xiàn)鄰居。收到Hello報(bào)文的OSPF路由器會(huì)檢查報(bào)文中所定義的一些參數(shù)，如果雙方的參數(shù)一致，就會(huì)彼此形成鄰居關(guān)系。鄰接（Adjacency）：形成鄰居關(guān)系的雙方不一定都能形成鄰接關(guān)系，這要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)類型而定。只有當(dāng)雙方成功交換DD報(bào)文，并能交換LSA之后，才形成真正意義上的鄰接關(guān)系。路由器在發(fā)送LSA之前必須先發(fā)現(xiàn)鄰居并建立鄰居關(guān)系。本例中，RTA通過以太網(wǎng)連接了三個(gè)路由器，所以RTA有三個(gè)鄰居，但不能說RTA有三鄰接關(guān)系。OSPF的鄰居發(fā)現(xiàn)過程是基于Hello報(bào)文來實(shí)現(xiàn)的，Hello報(bào)文中的重要字段解釋如下：NetworkMask：發(fā)送Hello報(bào)文的接口的網(wǎng)絡(luò)掩碼。HelloInterval：發(fā)送Hello報(bào)文的時(shí)間間隔，單位為秒。廣播網(wǎng)絡(luò)中10S。Options：標(biāo)識(shí)發(fā)送此報(bào)文的OSPF路由器所支持的可選功能。具體的可選功能已超出這里的討論范圍。RouterPriority：發(fā)送Hello報(bào)文的接口的RouterPriority，用于選舉DR和BDR。Interfaceg0/0/0Ospfdr-priority0-2550不參與選舉，默認(rèn)1RouterDeadInterval：失效時(shí)間。如果在此時(shí)間內(nèi)未收到鄰居發(fā)來的Hello報(bào)文，則認(rèn)為鄰居失效；單位為秒，通常為四倍HelloInterval。DesignatedRouter：發(fā)送Hello報(bào)文的路由器所選舉出的DR的IP地址。如果設(shè)置為0.0.0.0，表示未選舉DR路由器。BackupDesignatedRouter：發(fā)送Hello報(bào)文的路由器所選舉出的BDR的IP地址。如果設(shè)置為0.0.0.0，表示未選舉BDR。Neighbor：鄰居的RouterID列表，表示本路由器已經(jīng)從這些鄰居收到了合法的Hello報(bào)文。（本課程不探討）如果路由器發(fā)現(xiàn)所接收的合法Hello報(bào)文的鄰居列表中有自己的RouterID，則認(rèn)為已經(jīng)和鄰居建立了雙向連接，表示鄰居關(guān)系已經(jīng)建立。驗(yàn)證一個(gè)接收到的Hello報(bào)文是否合法包括：如果接收端口的網(wǎng)絡(luò)類型是廣播型，點(diǎn)到多點(diǎn)或者NBMA，所接收的Hello報(bào)文中NetworkMask字段必須和接收端口的網(wǎng)絡(luò)掩碼一致，如果接收端口的網(wǎng)絡(luò)類型為點(diǎn)到點(diǎn)類型或者是虛連接，則不檢查NetworkMask字段；所接收的Hello報(bào)文中HelloInterval字段必須和接收端口的配置一致；所接收的Hello報(bào)文中RouterDeadInterval字段必須和接收端口的配置一致；所接收的Hello報(bào)文中Options字段中的E-bit（表示是否接收外部路由信息）必須和相關(guān)區(qū)域的配置一致。如圖所示，路由器在建立完成鄰居關(guān)系之后，便開始進(jìn)行數(shù)據(jù)庫同步，具體過程如下：鄰居狀態(tài)變?yōu)镋xStart以后，RTA向RTB發(fā)送第一個(gè)DD報(bào)文，在這個(gè)報(bào)文中，DD序列號(hào)被設(shè)置為X（假設(shè)），RTA宣告自己為主路由器。RTB也向RTA發(fā)送第一個(gè)DD報(bào)文，在這個(gè)報(bào)文中，DD序列號(hào)被設(shè)置為Y（假設(shè)）。RTB也宣告自己為主路由器。由于RTB的RouterID比RTA的大，所以RTB應(yīng)當(dāng)為真正的主路由器。RTA發(fā)送一個(gè)新的DD報(bào)文，在這個(gè)新的報(bào)文中包含LSDB的摘要信息，序列號(hào)設(shè)置為RTB在步驟2里使用的序列號(hào)，因此RTB將鄰居狀態(tài)改變?yōu)镋xchange。鄰居狀態(tài)變?yōu)镋xchange以后，RTB發(fā)送一個(gè)新的DD報(bào)文，該報(bào)文中包含LSDB的描述信息，DD序列號(hào)設(shè)為Y+1（上次使用的序列號(hào)加1）。即使RTA不需要新的DD報(bào)文描述自己的LSDB，但是作為從路由器，RTA需要對(duì)主路由器RTB發(fā)送的每一個(gè)DD報(bào)文進(jìn)行確認(rèn)。所以，RTA向RTB發(fā)送一個(gè)內(nèi)容為空的DD報(bào)文，序列號(hào)為Y+1。發(fā)送完最后一個(gè)DD報(bào)文之后，RTA將鄰居狀態(tài)改變?yōu)長oading；RTB收到最后一個(gè)DD報(bào)文之后，改變狀態(tài)為Full（假設(shè)RTB的LSDB是最新最全的，不需要向RTA請(qǐng)求更新）。鄰居狀態(tài)變?yōu)長oading之后，RTA開始向RTB發(fā)送LSR報(bào)文，請(qǐng)求那些在Exchange狀態(tài)下通過DD報(bào)文發(fā)現(xiàn)的，而且在本地LSDB中沒有的鏈路狀態(tài)信息。RTB收到LSR報(bào)文之后，向RTA發(fā)送LSU報(bào)文，在LSU報(bào)文中，包含了那些被請(qǐng)求的鏈路狀態(tài)的詳細(xì)信息。RTA收到LSU報(bào)文之后，將鄰居狀態(tài)從Loading改變成Full。RTA向RTB發(fā)送LSACK報(bào)文，用于對(duì)已接收LSA的確認(rèn)。此時(shí)，RTA和RTB之間的鄰居狀態(tài)變成Full，表示達(dá)到完全鄰接狀態(tài)。OSPF定義了四種網(wǎng)絡(luò)類型，分別是點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，廣播型網(wǎng)絡(luò)，NBMA網(wǎng)絡(luò)和點(diǎn)到多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)是指只把兩臺(tái)路由器直接相連的網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)運(yùn)行PPP的64K串行線路就是一個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的例子。廣播型網(wǎng)絡(luò)是指支持兩臺(tái)以上路由器，并且具有廣播能力的網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)含有三臺(tái)路由器的以太網(wǎng)就是一個(gè)廣播型網(wǎng)絡(luò)的例子。OSPF可以在不支持廣播的多路訪問網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行，此類網(wǎng)絡(luò)包括在hub-spoke拓?fù)渖线\(yùn)行的幀中繼（FR）和異步傳輸模式（ATM）網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)的通信依賴于虛電路。OSPF定義了兩種支持多路訪問的網(wǎng)絡(luò)類型：非廣播多路訪問網(wǎng)絡(luò)（NBMA）和點(diǎn)到多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)（PointToMulti-Points）。NBMA:在NBMA網(wǎng)絡(luò)上，OSPF模擬在廣播型網(wǎng)絡(luò)上的操作，但是每個(gè)路由器的鄰居需要手動(dòng)配置。NBMA方式要求網(wǎng)絡(luò)中的路由器組成全連接。P2MP:將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)看成是一組點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于不能組成全連接的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)使用點(diǎn)到多點(diǎn)方式，例如只使用PVC的不完全連接的幀中繼網(wǎng)絡(luò)。每一個(gè)含有至少兩個(gè)路由器的廣播型網(wǎng)絡(luò)和NBMA網(wǎng)絡(luò)都有一個(gè)DR和BDR。DR和BDR可以減少鄰接關(guān)系的數(shù)量，從而減少鏈路狀態(tài)信息以及路由信息的交換次數(shù)，這樣可以節(jié)省帶寬，降低對(duì)路由器處理能力的壓力。一個(gè)既不是DR也不是BDR的路由器只與DR和BDR形成鄰接關(guān)系并交換鏈路狀態(tài)信息以及路由信息，這樣就大大減少了大型廣播型網(wǎng)絡(luò)和NBMA網(wǎng)絡(luò)中的鄰接關(guān)系數(shù)量。在沒有DR的廣播網(wǎng)絡(luò)上，鄰接關(guān)系的數(shù)量可以根據(jù)公式n(n-1)/2計(jì)算出，n代表參與OSPF的路由器接口的數(shù)量。在本例中，所有路由器之間有6個(gè)鄰接關(guān)系。當(dāng)指定了DR后，所有的路由器都與DR建立起鄰接關(guān)系，DR成為該廣播網(wǎng)絡(luò)上的中心點(diǎn)。BDR在DR發(fā)生故障時(shí)接管業(yè)務(wù)，一個(gè)廣播網(wǎng)絡(luò)上所有路由器都必須同BDR建立鄰接關(guān)系。本例中使用DR和BDR將鄰接關(guān)系從6減少到了5，RTA和RTB都只需要同DR和BDR建立鄰接關(guān)系，RTA和RTB之間建立的是鄰居關(guān)系。此例中，鄰接關(guān)系數(shù)量的減少效果并不明顯。但是，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上部署了大量路由器時(shí)，比如100臺(tái)，那么情況就大不一樣了。在鄰居發(fā)現(xiàn)完成之后，路由器會(huì)根據(jù)網(wǎng)段類型進(jìn)行DR選舉。在廣播和NBMA網(wǎng)絡(luò)上，路由器會(huì)根據(jù)參與選舉的每個(gè)接口的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行DR選舉。優(yōu)先級(jí)取值范圍為0-255，值越高越優(yōu)先。缺省情況下，接口優(yōu)先級(jí)為1。如果一個(gè)接口優(yōu)先級(jí)為0，那么該接口將不會(huì)參與DR或者BDR的選舉。如果優(yōu)先級(jí)相同時(shí)，則比較RouterID，值越大越優(yōu)先被選舉為DR。為了給DR做備份，每個(gè)廣播和NBMA網(wǎng)絡(luò)上還要選舉一個(gè)BDR。BDR也會(huì)與網(wǎng)絡(luò)上所有的路由器建立鄰接關(guān)系。為了維護(hù)網(wǎng)絡(luò)上鄰接關(guān)系的穩(wěn)定性，如果網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)存在DR和BDR，則新添加進(jìn)該網(wǎng)絡(luò)的路由器不會(huì)成為DR和BDR，不管該路由器的RouterPriority是否最大。如果當(dāng)前DR發(fā)生故障，則當(dāng)前BDR自動(dòng)成為新的DR，網(wǎng)絡(luò)中重新選舉BDR；如果當(dāng)前BDR發(fā)生故障，則DR不變，重新選舉BDR。這種選舉機(jī)制的目的是為了保持鄰接關(guān)系的穩(wěn)定，使拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改變對(duì)鄰接關(guān)系的影響盡量小。P2MP和P2P的網(wǎng)絡(luò)中是不選舉DR和BDR的。OSPF支持將一組網(wǎng)段組合在一起，這樣的一個(gè)組合稱為一個(gè)區(qū)域。劃分OSPF區(qū)域可以縮小路由器的LSDB規(guī)模，減少網(wǎng)絡(luò)流量。區(qū)域內(nèi)的詳細(xì)拓?fù)湫畔⒉幌蚱渌麉^(qū)域發(fā)送，區(qū)域間傳遞的是抽象的路由信息，而不是詳細(xì)的描述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的鏈路狀態(tài)信息。每個(gè)區(qū)域都有自己的LSDB，不同區(qū)域的LSDB是不同的。路由器會(huì)為每一個(gè)自己所連接到的區(qū)域維護(hù)一個(gè)單獨(dú)的LSDB。由于詳細(xì)鏈路狀態(tài)信息不會(huì)被發(fā)布到區(qū)域以外，因此LSDB的規(guī)模大大縮小了。Area0為骨干區(qū)域，為了避免區(qū)域間路由環(huán)路，非骨干區(qū)域之間不允許直接相互發(fā)布路由信息。因此，每個(gè)區(qū)域都必須連接到骨干區(qū)域。運(yùn)行在區(qū)域之間的路由器叫做區(qū)域邊界路由器ABR（AreaBoundaryRouter），它包含所有相連區(qū)域的LSDB。自治系統(tǒng)邊界路由器ASBR（AutonomousSystemBoundaryRouter）是指和其他AS中的路由器交換路由信息的路由器，這種路由器會(huì)向整個(gè)AS通告AS外部路由信息。在規(guī)模較小的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中，可以把所有的路由器劃分到同一個(gè)區(qū)域中，同一個(gè)OSPF區(qū)域中的路由器中的LSDB是完全一致的。OSPF區(qū)域號(hào)可以手動(dòng)配置，為了便于將來的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展，推薦將該區(qū)域號(hào)設(shè)置為0，即骨干區(qū)域。OSPF基于接口帶寬計(jì)算開銷，計(jì)算公式為：接口開銷=帶寬參考值÷帶寬。帶寬參考值可配置，缺省為100Mbit/s。以此，一個(gè)64kbit/s串口的開銷為1562，一個(gè)E1接口（2.048Mbit/s）的開銷為48。命令bandwidth-reference可以用來調(diào)整帶寬參考值，從而可以改變接口開銷，帶寬參考值越大，開銷越準(zhǔn)確。在支持10Gbit/s速率的情況下，推薦將帶寬參考值提高到10000Mbit/s來分別為10Gbit/s、1Gbit/s和100Mbit/s的鏈路提供1、10和100的開銷。注意，配置帶寬參考值時(shí)，需要在整個(gè)OSPF網(wǎng)絡(luò)中統(tǒng)一進(jìn)行調(diào)整。另外，還可以通過ospfcost命令來手動(dòng)為一個(gè)接口調(diào)整開銷，開銷值范圍是1~65535，缺省值為1。在配置OSPF時(shí)，需要首先使能OSPF進(jìn)程。命令ospf[processid]用來使能OSPF，在該命令中可以配置進(jìn)程ID。如果沒有配置進(jìn)程ID，則使用1作為缺省進(jìn)程ID。命令ospf[processid][router-id<router-id>]既可以使能OSPF進(jìn)程，還同時(shí)可以用于配置RouterID。在該命令中，router-id代表路由器的ID。命令network用于指定運(yùn)行OSPF協(xié)議的接口，在該命令中需要指定一個(gè)反掩碼。反掩碼中，“0”表示此位必須嚴(yán)格匹配，“1”表示該地址可以為任意值。命令displayospfpeer可以用于查看鄰居相關(guān)的屬性，包括區(qū)域、鄰居的狀態(tài)、鄰接協(xié)商的主從狀態(tài)以及DR和BDR情況。OSPF