CCNP 認證考試OSPF基本概念與原理詳解
我要評論本文實例講述了CCNP 認證考試OSPF基本概念與原理。分享給大家供大家參考，具體如下：
CCNP---OSPF
目錄
基本概念
OSPF：Open Shortest Path First
開放式的最短路徑優(yōu)先協(xié)議，是標準的鏈路狀態(tài)（ LS ）型路由協(xié)議—共享拓撲。
基于 IP 封裝，協(xié)議號為 89。支持手工匯總和認證。
管理距離110，使用COST值作為度量值。
OSPF是一種鏈路狀態(tài)型協(xié)議，傳遞的是 LSA（鏈路狀態(tài)通告），LSA包含了路由信息和拓撲信息，常見的有 1、2、3、4、5、7 類 LSA 。
更新方式：觸發(fā)更新以及存在 30min 的周期鏈路更新
更新為組播更新，地址為：224.0.0.5 和 224.0.0.6
OSPF網(wǎng)絡需要結構化部署：
1、區(qū)域劃分：基于接口劃分
優(yōu)勢：減少 LSA 的傳遞距離和范圍，減少 LSA 的數(shù)量。
區(qū)域：分為 0（骨干）區(qū)域和非 0（骨干）區(qū)域。
區(qū)域劃分規(guī)則：
（1）必須擁有區(qū)域 0（骨干區(qū)域），所有非骨干的區(qū)域必須直連骨干區(qū)域
（2）必須擁有 ABR —區(qū)域邊界路由器
2、IP地址規(guī)劃
鏈路狀態(tài)型路由協(xié)議的距離矢量特征：區(qū)域之內傳遞拓撲，區(qū)域之間傳遞路由
OSPF 數(shù)據(jù)包
hello包：用于發(fā)現(xiàn)、建立并?；睿?0s）鄰居關系。存在全網(wǎng)唯一的 Router-ID ，用于路由器的身份標識，使用的 IP 地址的方式表示。
DD包：Database Description，數(shù)據(jù)庫描述包。
LSR：鏈路狀態(tài)請求。
LSU：鏈路狀態(tài)更新（攜帶了 LSA ）。
LSAck：鏈路狀態(tài)確認。
LSA：鏈路狀態(tài)通告，就是OSPF中不同的拓撲或者路由信息。
LSDB：鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，所有的 LSA 的集合
OSPF 狀態(tài)機
down：未啟動協(xié)議。一旦啟動協(xié)議并發(fā)出hello包之后，立即進入下一狀態(tài)。
init：等待鄰居回復的狀態(tài)。若收到的hello包中攜帶了自己的RID，則和對方一起進入下一狀態(tài)。
2-way：表示鄰居關系建立。條件匹配：若成功，則進入下一狀態(tài)；若失敗，僅hello包保活。
Exstart：預啟動，使用假的DD報文比較RID，大者優(yōu)先進入下一狀態(tài)。
Exchange：雙方交換DD報文。
Loading：使用LSR/LSU/LSAck獲取未知的路徑拓撲或者路由。
Full：鄰接關系建立，收斂完成。
OSPF 工作過程
1.啟動協(xié)議后，設備本地基于 224.0.0.5 組播發(fā)出 hello 包，發(fā)現(xiàn)并建立鄰居關系，生成鄰居表，之后進行條件匹配，若成功，則進入下一狀態(tài)；若失敗，則僅 hello 包 10s 進行鄰居關系?；?。
2.RID 大者優(yōu)先進入下一狀態(tài)，先交換 DD ，然后再使用 LSR/LSU/LSACK 收集未知的 LSA ，生成 LSDB —數(shù)據(jù)庫表。
3.設備基于此 LSDB ，使用 SPF 算法計算出去往目標的最佳路徑，生成路由表，完成收斂。
4.之后 10s 周期保活，30min 周期性比對 DD ，若不一致將使用 LSR/LSU/LSack 重新獲取。
當網(wǎng)絡結構發(fā)生變化
1.新增&斷開：直連發(fā)生變化的設備通過 DBD/LSR/LSU/LSACK 完善即可。
2.設備無法通信：hello 包 10s ?；?dead time 40s–計時結束后，刪除鄰居關系以及從鄰居處學習到的所有 LSA 信息。
OSPF 選路規(guī)則
路由表中，所有 OSPF 計算所得的路徑使用 OSPF 表示，OSPF 優(yōu)先級為 10 。
Cost 值=參考帶寬÷入接口帶寬（默認參考帶寬為100Mbits/s）
當接口帶寬大于參考帶寬時，COST取1，會導致選路不佳，可以通過修改參考帶寬來解決：
r1(config)#ospf 1
r1(config-ospf-1)#bandwidth-reference ?
INTEGER<1-2147483648> The reference bandwidth (Mbits/s)
r1(config-ospf-1)#bandwidth-reference 10000 //修改參考帶寬
PS：參考帶寬的修改需要全網(wǎng)一致
若去往某一個目標擁有多條路徑時，優(yōu)先選擇整條路經(jīng)控制層面入接口Cost之和最小的
控制層面：路由來的方向
數(shù)據(jù)層面：數(shù)據(jù)去的方向
成為鄰接關系的條件 — 關注網(wǎng)絡類型
1.點到點：在一個網(wǎng)絡內只能存在兩個節(jié)點
點到點網(wǎng)絡類型，鄰居關系必須成為鄰接關系，否則無法正常收斂。
2.MA（多路訪問）：在一個網(wǎng)絡內不限制節(jié)點數(shù)
MA 網(wǎng)絡類型中，若全網(wǎng)均為鄰接關系，那么將可能出現(xiàn)大量重復性的 LSA 洪泛。
為避免該現(xiàn)象，則需要選舉 DR/BDR 角色，所有的非DR/BDR間不得建立成為鄰接關系。
為了消除重復更新，選舉時間 40s，其他所有沒有定義角色的路由器成為 DROther。
角色關系：
DR與DROther之間是鄰接關系
BDR與DROther之間是鄰接關系
DROther與DROther之間是鄰居關系
DR與BDR之間是鄰接關系
選舉規(guī)則：
1.先比較接口優(yōu)先級，大優(yōu)。默認所有路由器接口優(yōu)先級為 1。0 表示不參選，點到點接口默認為 0；
2.比較 Router-ID，大優(yōu)；
干涉選舉的方法：
1.可以通過修改設備參加選舉的接口的優(yōu)先級實現(xiàn)控制選舉，修改DR最大優(yōu)先級，BDR次大：
r1(config)#interface fastEthernet 0/0
r1(config-if)#ip ospf priority 5
r2(config)#interface fastEthernet 0/1
r2(config-if)#ip ospf priority 3
PS：DR 選舉非搶占，故修改優(yōu)先級后必須重啟設備的OSPF 進程
clear ip ospf process （重啟OSPF進程）
2.修改 DR 最大優(yōu)先級，BDR 次大；剩余所有設備優(yōu)先級修改為 0。
PS：不能將所有的接口優(yōu)先級全改成0
OSPF 的接口網(wǎng)絡類型
OSPF 協(xié)議在不同網(wǎng)絡類型下的接口上，擁有不同的工作方式。
show ip ospf interface lo0 查看OSPF協(xié)議在某個接口上的工作方式
OSPF接口工作方式：
| 網(wǎng)絡類型 | 接口工作狀態(tài) | 工作方式 |
|---|---|---|
| 環(huán)回接口 | LOOPBACK | 無hello，使用主機路由發(fā)送 |
| 點到點（HDLC/PPP） | POINT_TO_POINT | hello time 10s,不選DR |
| BMA （以太網(wǎng)） | BROADCAST | hello time 10s,選DR |
| NBMA （MGRE） | POINT_TO_POINT | hello time 10s,不選DR |
PS：
1.點到點的工作方式，僅適用于一個網(wǎng)段兩個節(jié)點的網(wǎng)絡，故在 MGRE 環(huán)境下若適用 tunnel 口默認的工作方式，那么一個網(wǎng)段內若存在兩個以上節(jié)點將出現(xiàn)鄰居關系翻滾。
2.若MGRE環(huán)境下，不同接口處于不同的網(wǎng)絡類型。若 hello time 一致將建立鄰居關系，當工作機制的不同導致 LSA 更新出現(xiàn)問題，必須所有節(jié)點處于相同的工作方式。
3.MGRE 環(huán)境下，若構建的 OSPF 工作環(huán)境不是一個全連結構（網(wǎng)段內所有設備間均建立鄰居關系），那么一旦使用 broadcast 工作方式，就必須將 DR 固定在中心站點位置，否則將出現(xiàn) DR 位置混亂，導致網(wǎng)絡無法正常收斂。
解決方式：
1.所有節(jié)點修改 BROADCAST
r1(config)#interface tunnel 0
r1(config-if)#ip ospf network broadcast
2.所有節(jié)點修改為點到多點模式；
點到多點為cisco為OSPF協(xié)議額外設置的工作方式
r1(config)#interface tunnel 0
r1(config-if)#ip ospf network point-to-multipoint
點到多點的工作：hello time30；無DR選舉；生成訪問各個節(jié)點的精確路由；
OSPF 的不規(guī)則區(qū)域
1.遠離骨干的非骨干區(qū)域 — ABR 必須同時工作于區(qū)域 0，才能進行區(qū)域間的路由共享。
2.不連續(xù)骨干—從一個區(qū)域獲取到的路由信息不得發(fā)往編號相同的區(qū)域，即使該區(qū)域連接了本區(qū)域不同的ABR，水平分割。
解決方案：
1.普通 tunnel—在兩臺 ABR 上建立隧道，然后將其宣告于 OSPF 協(xié)議中
缺點：
（1）周期的保活和更新，觸發(fā)的信息均需要通過中間的穿越區(qū)域，對中間區(qū)域影響較大；
（2）選路不佳.
OSPF協(xié)議若通過不同的區(qū)域學習到的相同的路由，優(yōu)選區(qū)域0；若均為非骨干，比較度量值；
2.OSPF虛鏈路—非骨干區(qū)域間的ABR到骨干區(qū)域的ABR處授權–建立一條虛鏈路
r2(config)#router ospf 1
r2(config-router)#area 1（中間的穿越區(qū)域） virtual-link 4.4.4.4（對端的ABR的RID）
因為沒有新的網(wǎng)段出現(xiàn)，故選路正常。
缺點：為了避免周期的信息對中間區(qū)域的影響，故停止虛鏈路間的所有周期行為—不可靠。
3.多進程雙向重發(fā)布
一臺設備上若同時運行多個進程，那么不同進程擁有不同的 RID，生成各自的數(shù)據(jù)庫，當數(shù)據(jù)庫不共享，僅將各自計算所得路由加載于同一張路由表內。若多個進程工作于同一個接口上，僅最新啟動的進程生效。
在解決不規(guī)則區(qū)域時，讓連接兩個非骨干區(qū)域的ABR設備，將不同區(qū)域宣告到本地的不同進程下，之后使用重發(fā)布技術，進行路由共享即可。
r4(config)#router ospf 1
r4(config-router)#redistribute ospf 2 subnets
r4(config-router)#exit
r4(config)#router ospf 2
r4(config-router)#redistribute ospf 1 subnets
OSPF 的數(shù)據(jù)庫表
OSPF 協(xié)議基于 LSU 來共享 LSA 信息，在不同的條件下發(fā)出不同類別的 LSA。
詳細查看某條LSA：
r1#show ip ospf database（類別名） router 1.1.1.1（link-id/番號）
無論哪種類別的LSA均存在以下參數(shù)：
LS age: 142 — 老化時間，周期 1800 歸 0，也可觸發(fā)歸 0 。最大老化3609s。
Options: (No TOS-capability, DC)
LS Type: Router Links — 類別名，此處為1類
Link State ID: 1.1.1.1 — link-ID，在目錄中的編號
Advertising Router: 1.1.1.1 — 通告者的RID
LS Seq Number: 80000004
Checksum: 0x65F9
Length: 60
Number of Links: 3
常見的 LSA
| 類別 | 名稱 | 傳播范圍 | link-ID | 通告者 | 攜帶信息 |
|---|---|---|---|---|---|
| LSA1 | router | 本區(qū)域 | 通告者的RID | 本地區(qū)域所有設備 | 本地的直連拓撲 |
| LSA2 | network | 本區(qū)域 | DR的接口IP地址 | DR | MA網(wǎng)段部分的拓撲 |
| LSA3 | Summary | 整個OSPF域 | O IA路由，目標網(wǎng)絡號 | ABR（在經(jīng)過下一跳ABR時，修改為本地） | O IA 域間路由 |
| LSA4 | asbr-summary | 除ASBR所在區(qū)域外 | ASBR的RID | ABR（在經(jīng)過下一跳ABR時，修改為本地） | ASBR位置 |
| LSA5 | External | 整個OSPF域 | O E 路由，目標網(wǎng)絡號 | ASBR（不會修改） | O E 域外路由 |
| LSA7 | nssa-external | NSSA區(qū)域內 | O N路由，目標網(wǎng)絡號 | ASBR（不會修改） | O N 域外路由 |
PS：7類在離開該區(qū)域后轉換回5類。
減少 LSA 的更新量
方法：
1.手工匯總
2.特殊區(qū)域
手工匯總
減少骨干區(qū)域LSA量
（1）域間路由匯總 — 只能在ABR上配置
r1(config)#router ospf 1
r1(config-router)#area 2 range 5.5.4.0 255.255.252.0
通過該區(qū)域的 1、2 類 LSA 計算所得路由才能匯總成功
（2）域外路由匯總 — ASBR上配置
r4(config)#router ospf 1
r4(config-router)#summary-address 99.1.0.0 255.255.252.0
PS：以上匯總均會自動生成空接口防環(huán)路由。
特殊區(qū)域
針對非骨干區(qū)域，不能為骨干區(qū)域、不能存在虛鏈路。
1.沒有 ASBR
（1）stub ，末梢區(qū)域
拒絕 4、5 類的 LSA ，ABR 自動產(chǎn)生 3 類缺省發(fā)向該區(qū)域。
r5(config)#router ospf 1
r5(config-router)#area 1 stub
PS：該區(qū)域所有的設備均需要配置為 stub 模式。
(2）totally-stub ，完全末梢區(qū)域
在末梢區(qū)域的基礎上進一步拒絕 3 類的 LSA ，僅保留一條 3 類的缺省。
先將該區(qū)域配置為末梢區(qū)域，然后僅在 ABR 上定義完全即可。
r1(config-router)#area 2 stub no-summary
2.存在 ASBR
（1）NSSA — 非完全末梢區(qū)域
該區(qū)域拒絕 4、5 類LSA，不自動產(chǎn)生 3 類缺省，本地的 5 類 LSA 基于 7 類轉發(fā)，通過 NSSA 區(qū)域后轉回 5 類。
該特殊區(qū)域的意義在于拒絕其他區(qū)域的 ASBR 產(chǎn)生的 4、5 類數(shù)據(jù)，又為了避免環(huán)路的出現(xiàn)，默認不自動產(chǎn)生缺省路由，導致無法訪問其他的域外網(wǎng)段；故在管理員確定無環(huán)的情況下，可以手工添加缺省路由。
r4(config)#router ospf 1
r4(config-router)#area 1 nssa
PS：該區(qū)域所有設備都要配置
（2）完全NSSA
在 NSSA 的基礎上進一步拒絕 3 類的 LSA ，自動產(chǎn)生 3 類缺省。
先將該區(qū)域配置為 NSSA ，然后僅在 ASBR 上定義完全即可。
r3(config)#router ospf 1
r3(config-router)#area 1 nssa no-summary
PS：ISP 所在位置的非骨干區(qū)域不得配置為任何的特殊區(qū)域，若 ISP 連接在其他的協(xié)議所在的區(qū)域時，連接該協(xié)議的非骨干區(qū)域也不得配置為任何特殊區(qū)域。
OSPF 的基本配置
r1(config)#router ospf 1（進程號）
啟動協(xié)議時需要配置進程號，進程號僅具有本地意義；
r1(config-ospf-1)#router-id 1.1.1.1（ RID ）
手工配置RID，不配置時，環(huán)回>物理接口。
r1(config-ospf-1)#network 172.16.1.0 0.0.0.255 area 0
區(qū)域宣告：1、激活接口 2、發(fā)布拓撲或路由 3、區(qū)域劃分
OSPF 路由表
show ip route ospf （查看 OSPF 路由表）
路由表中的字母：
O 本區(qū)域內通過 LS 計算所得的路徑
O IA 區(qū)域之間通過 ABR 引入的
O E1/2 從其他路由協(xié)議或者其他 OSPF 進程通過重發(fā)布技術引入的路由
O N1/2 從其他路由協(xié)議或者其他 OSPF 進程通過重發(fā)布技術引入的路由同時本地是 NSSA 區(qū)域
OSPF 擴展配置
認證
1.接口認證
（1）接口明文
r1(config)#interface s1/1
連接鄰居的接口上配置
r1(config-if)#ip ospf authentication
開啟接口明文認證需要，開啟后本地 hello 包中認證類型字段被修改，若鄰居間不一致，將無法建立鄰居關系
r1(config-if)#ip ospf authentication-key cisco
定義明文認證的秘鑰
（2）接口密文
r2(config)#interface s1/1
r2(config-if)#ip ospf authentication message-digest
開啟密文認證需要
r2(config-if)#ip ospf message-digest-key 1 md5 cisco123
配置秘鑰及編號
（3）區(qū)域認證
例：在 R1 上開啟關于區(qū)域 0 的明文或密文認證；實際就是在 R1 上所有的區(qū)域 0 接口配置了明文或密文的認證需求，修改了認證類型字段而已，接口的秘鑰還需要到各個接口上逐一匹配。
r2(config)#router ospf 1
r2(config-router)#area 1 authentication
區(qū)域明文
r2(config-router)#area 1 authentication message-digest
區(qū)域密文
（4）虛鏈路認證
r2(config-router)#area 1 virtual-link 4.4.4.4 authentication
先開啟明文認證需求
r2(config-router)#area 1 virtual-link 4.4.4.4 authentication-key cisco
再配明文認證密碼
r2(config-router)#area 1 virtual-link 4.4.4.4 authentication message-digest
先開啟密文認證需求
r2(config-router)#area 1 virtual-link 4.4.4.4 message-digest-key 1 md5 cisco123
再配密文認證密碼
被動接口
只接收不發(fā)送路由協(xié)議信息，僅用于連接用戶的接口，不得用于連接鄰居的接口。
r2(config)#router ospf 1
r2(config-router)#passive-interface fastEthernet 0/0
加快收斂
r2(config)#interface s1/1
r2(config-if)#ip ospf hello-interval 10
修改hello time
r2(config-if)#ip ospf dead-interval 40
修改dead time
PS：
1.修改本端的hello time，本端的dead time將自動4倍關系匹配；
2.鄰居間hello 和 dead time必須一致。
缺省路由
3 類缺省
由特殊區(qū)域自動產(chǎn)生。末梢、完全末梢、完全NSSA
5 類缺省
設備通過其他協(xié)議存在缺省路由后，可以將其重發(fā)布到OSPF的域內。
r3(config)#router ospf 1
r3(config-router)#default-information originate
產(chǎn)生的缺省路由為 E2 類型；
類型 2 的種子度量為 1 ，且不疊加內部度量；
修改為類型 1 后，可以疊加內部度量
r3(config)#router ospf 1
r3(config-router)#default-information originate metric-type 1 metric 2
若本地路由表中不存在缺省路由，可以強制產(chǎn)生 5 類的缺省
r3(config)#router ospf 1
r3(config-router)#default-information originate always （類型2，度量1）
r3(config-router)#default-information originate always metric-type 1 metric 23
7類缺省
本地區(qū)域為 NSSA 區(qū)域，同時連接 ISP，且本地路由表中已經(jīng)通過其他協(xié)議產(chǎn)生了缺省路由，那么可以進行重發(fā)布。
r7(config)#router ospf 1
r7(config-router)#area 2 nssa default-information-originate
默認類型N2，種子度量為1
r7(config-router)#area 2 nssa default-information-originate metric-type 1
修改度量類型
若一臺設備同時學習到不同類型的缺省路由將進行選舉:
1、內部由于外部，3 類優(yōu)于 5、7 類。
2、5 和 7 先比度量，小優(yōu)；若相同 5 類優(yōu)于 7 類。
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