OSPF协议 详细全解
OSPF协议学习笔记
一、OSPF路由协议（Open Shortest Path First），开放最短路径优先协议。是一种典型的链路状态的路由协议，OSFP将链路状态广播数据包LSA（Link State Advertisement）传送给在某一区域内的所有路由器。
二、OSPF路由协议特点：
1、支持层次化的网络结构，便于简化大型网络
2、划分区域（area）网络，方便扩展
3、快速响应网络变化、触发更新
4、网络带宽占用少、路由收敛速度快
5、属于无类路由协议，支持VLSM和CIDR
三、OSPF的工作原理：
1、双方发送HELLO报文，
2、建立邻接关系
3、发送LSA（链路状态通告）
4、LSA泛洪
5、区域中的每台路由器形成相同的LSDB（链路状态数据库）
6、根据LSDB形成无环路的拓朴图
7、每台路由器利用SPF算法，以自己为根计算出到达目标网络的最短路径，并写入路由表
四、OSPF报文类型：HELLO DBD LSR LSU LSACK
Hello报文：用于发现、验证、重新发现邻居的报文，采用周期性的组播（224.
0.0.5）
在广播型的网络中，更新的周期为10S/40S
非广播多路访问的网络中，更新的周期30s/120s
DBD：数据库描述报文，在发送前要先协商主从关系（master/slave）,由主方发送自己建立的链路状态数据库的格式和序列号。
LSR:向邻居发送OSPF的链路状态的请求
LSU：向请求的邻居发送关于链路状态的更新
LSACK：确认收到的链路状态更新
五、建立邻接关系的接口状态：down init 2-way exchangestart exchange loading full
down:接口处于OSPF协议的DOWN状态，没有接收邻居的验证和发现。init：接口初始化状态，准备发送和接收hello报文。
two-way:邻居双方通过HELLO报方发现对方准备建立双向通信。exchangestart:双方进入交换LS的准备阶段。
exchange:双方交换链路状态报文。
loading:装载由邻居泛洪的LSA，形成完整的链路状态数据库。
full:邻居双方进入稳定的邻接关系状态，即全邻接。
六、OSPF网络类型：
根据路由器所连接的物理网络不同，OSPF将网络划分为四类型：
1、广播多路访问型（Broadcast multiAccess），如：Ethernet、Token Ri ng、FDDI。采用组播的方式进行报文传输（224.0.0.5，224.0.0.6）
2、非广播多路访问型（None Broadcast multiAccess，简称：NBMA）如：Frame Reley、X.25、SMDS。采用单播的更新。
3、点到点型（Point to Point）如：专线连接PPP、HDLC。采用目标地址为224.0.0.5进行报文的传输
4、点到多点型（Point to MultiPoint）
七、OSPF相关概念及术语:
1、路由器ID：路由器在OSPF网络中的标识，由路由器中的最高物理接口IP 地址来表示，如果有回环接口，那么ROUTER ID由回环接口的最高IP来表示。一般OSPF网络都会设定Loopback接口，OSPF路由器ID就会很稳定。
2、计时器：HELL0报文：是运行OSPF协议网络中，用来建立邻接关系，在广播型网络中，OSPF的HELL0报文计时器每隔10秒发送一次，保持时间40秒，即如果在40秒内没收到hello，则认为居不存在.在非广播网络中（帧中继），每隔30秒发送一次，保持时间120秒
3、OSPF度量：路由器开销或度量，决定了到达一个目的网络最佳路径。具由最低度量的路由被认为最佳路由。OSPF使用一个基于接口的带宽的无因次的度量，用以下公式计算：
开销（cost）=100000000/(接口的带宽)
不同接口的OSPF开销如下：
接口类型接口的带宽OSPF开销
以太网10000000 10
快速以太网100000000 1
吉比特以太网100000000 1
T1 1544000 64
E1 2048000 48
Cost的计算公式是108/带宽(Bps)，然后取整，计算出通过的所有链路入口的c ost之和。
其中环回接口的cost为1。
4、链路状态：接口状态（接口的连接情况、接口参数、接口的第三层信息）
5、链路状态协议：通过运行协议中的报文来从邻居获得整个网络的链路状态信息，建立全网的链路状态数据库(Link-State Database)，生成拓朴图，再根据自己的链路状态算法算出路由表。
八、广播型的网络环境的问题：
多个路由器能过广播型的交换设备相连，形成了一个物理上的星形拓朴，而且协议所建立的逻辑结构上是个网状全互联的结构，每两个路由器之间都有处于全邻接关系，造成大量的重复的LSA，降低了链路的利用率，影响了网络的整体性能。
解决办法：选举一个指定的全邻接关系的路由器，同时选举一个备份指定路由器用于备份邻接。
DR(Designated Router)：指定路由器
BDR(Backup Designated Router)：备份指定路由器
OSPF要求在区域中选举一个DR，每个路由器都与之建立完全相邻关系。DR 负责收集所有的链路状态信息，并发布给其他路由器。同时选举一个BDR，当DR失效时，BDR担当DR职责。
DR/BDR的选举过程：
环境：广播/非广播多路访问的网络
选举标准：priority(优先级) RID,最高值为DR，次高为BDR
优级级：0-255，默认都为1，0不参加选举
1、先比较网络中路由器接口的优先级，高的优先，如果优先级为0，则不参与选举
2、如果优先级相同，则比较路由器的router-id，选router-id高的.
DR 与BDR的选举过程：在所有路由器中通过发送的HELLO报文中选举，所有路由器开始都称自己为DR，然后先选举BDR，BDR选举产生后，再把刚选举出的BDR推举为DR，再次选举BDR，选举完成。一旦选举成功，以后如果有路由器改了比DR/BDR还要大的优先级，仍然不会成为DR/BDR，除非重新进行选举，即重启ospf进程
选举完成后所有路由只与DR/BDR建立全邻接FULL关系。
DR/BDR选举完成后，DRother只和DR/BDR形成邻接关系，DR将组播洪泛LSU到224.0.0.5，DRother只组播LSU到所有的DRother，地址为224.0.0. 6，只有DR/BDR才监听这个地址。
九、OSPF基本命令：
R1(config)#router ospf 进程号//指定使用OSPF协议
R1(config-router)#network 接口IP 0.0.0.0(反掩码) area 区域号
R1(config-router)#router-id ip地址//手工指定router-id
备注：如果router-id已经产生，要改变router-id则必须手工指定，且必须重启OSPF进程才生效。
重启OSPF进程：R1#clear ip ospf process
反掩码是: 1 和0 反转的子网掩码，即用255.255.255.255减去原掩码得出反掩码，又称为通配符，0位表示必须匹配，1位表示不必匹配。例如：
Router(config)# network 2.3.6.0 0.0.0.255 area 0
表示可以是 2.3.6.0 这个网段的任意主机
Router(config)# network 2.2.2.2 0.0.0.0 area 0
表示唯一地址为 2.2.2.2 （常用于设定接口地址****经常使用）
Router(config)# network 0.0.0.0 0.0.0.0 area 0
表示可以是任意网段的任意主机
在存在双链路的网络环境中，可以实现等价负载均衡
通过修改链路成本实现：进入接口模式
r1(config)#interface 接口编号
r1(config-if)#ip ospf cost 成本(1-65535)
配置相关的接口参数：
hello时间：在接口模式下：
r1(config)#interface 接口编号
r1(config-if)#ip ospf hello-interval 时间
**两台路由器相连的接口都要修改，保持时间默认会是hello的时间4倍
保持时间：
hello时间：在接口模式下：
r1(config)#interface 接口编号
r1(config-if)#ip ospf dead-interval 时间
查看OSPF配置命令：
查看OPSF邻居表：r1#show ip ospf neighbors
查看rouer-id，管理距离:r1#show ip protocols
查看接口的相关OSPF属性：r1#show ip ospf interface 接口
可以看到hello时间，保持时间，接口类型等等
ospf学习到的路由条目用字母O表示，即同一个区域内所学到的，管理距离值110
设置接口的优先级:
R1(config)# interface s0
R1(config-if)# ip ospf priority 100
显示接口的优先级信息
R1# show ip ospf interface s0
配置OSPF的网络类型：
R1 (config-if) # ip ospf network {broadcast | point-to-point | point-to-multicast}
OSPF的认证：
为了安全的原因，在相同OSPF区域的路由器上启用身份验证的功能，只有经过身份验证的同一区域的路由器才能互相通告路由信息。
OSPF的纯文本验证：
简单的纯文本验证允许一个区只配置一个密码(Password)同一个区中的路由器要想参与路由，他们必须配置相同的密码。这种方法的缺点是易受攻击。
使用下面的命令启动密码验证：
R1(config-if)#ip ospf authentication-key mypassword
R1(config-router)#area 0 authentication //”0”是area的ID
OSPF的MD5认证：
MD5（Message Digest Authentication）是采用加密验证，每个路由器上都必须配置密码和密码ID。路由器使用一种算法，基于OSPF报文、密码和密码ID产生一个“Message Digest”,然后加到OSPF报文中。不像简单密码验证，MD5验证密码不在网络上传输。每个OSPF报文中还包含有一个序列号以保护网络不受攻击。
使用下面的命令来配置MD5验证：
R1(config-if)#ip ospf message-digest-key
R1(config-router)#area 0 authentication message-digest