CCNA学习指南 -开放最短路径优先OSPF(单区域)

在上个世纪九十年代撰写的《TCP/IP协议详解 卷一：协议》的动态选路中，内容大部分还是介绍 RIP路由选择信息协议，在互联网络如此发达的今天，RIP因为它的局限性逐步被OSPF取代。
在思科的这本教材中，大篇幅的介绍了OSPF -开放最短路径优先协议，它也和RIP一样，是内部网关协议IGP的一种，但是它也和RIP非常不一样：RIP是距离向量协议，OSPF则是链路状态协议等。

RIP的局限性

RIP，路由信息选择协议，通过定时(一般为30s)向外界传播和获取路由选择表，来更新路由表。
它是一个典型的距离向量协议：根据跳数来确定前往目的网络的路径。

它的局限性也非常的明显，由于要定时向外界传播路由选择表，导致 RIP更新报文 的数量非常之多，这很容易对原本就十分拥塞的网络“火上浇油”。
因此，RIP在低速网络(比如WAN)或者存在大量路由器的网络里 效率极低；在链路速度不相同的网络中，RIP根本不管用。

如今，我们很少能够看到RIP的身影。教材上提及了 重分发，大致上说，重分发就是在 路由选择协议之间 交换路由：比如你可以在老式路由器上使用RIP，在网络其他部分则可以使用OSPF，EIGRP等其他性能好的多的 路由选择协议。

单区域OSPF

OSPF这一块内容，分为 单区域OSPF 和 多区域OSPF，本文主要介绍单区域OPSF(也会提到分层，但是不会细化)。

OSPF(open shortest path first，开放最短路径优先)，是一种标准的开发路由选择协议。目前被包括思科在内的众多网络厂商所实现。它灵活而深受欢迎，原因正是因为它开放和标准特征。

工作原理：
思科路由器首先通过Hello报文 和 数据库同步 与邻接路由器建立邻居关系，这种关系允许它们进行路由信息的交换。随后从邻居处获取LSA，得到链路信息状态，存入拓扑数据库。使用Dijkstra算法创建一个最短路径树：从拓扑数据库中获取输入；计算得到最短路径，利用最短路径更新路由表。

它的工作原理使得它汇聚速度非常之快。汇聚：路由选择协议 更新路由表的一部分，所有路由器根据信息更新路由表项完毕，汇聚就结束了。

另外两个重要的优点：和EIGRP一样，支持多条到同一个目的网络的等cost路由(负载均衡)；被路由的协议方面，支持IPv4，IPv6。

一些重要的特色：

• 允许创建区域及自主系统AS(在多区域的OSPF中会提到)。
• 最大限度的减少了路由选择更新流量。
• 高度灵活，功能多样，可拓展性极强。
• 支持 VLSM/CIDR 。
• 对跳数没有任何限制(使用cost/带宽作为度量)。
• 属于开放标准，让你能够在网络中部署多个厂商的设备。

说明：OSPF最大的优点是由它的分层决定的：上面提到的 汇聚快，可拓展性极强，减少了路由选择更新。

教材的P265的表格，列举了OSPF和RIP的比较，特征中需要注意的几点：

• OSPF支持VLSM，RIP不支持。
• 度量值：OSPF为cost，或者说是带宽，而RIPv1，RIPv2是距离向量协议，采用的度量是跳数。
• OSPF没有跳数限制。
• OSPF汇聚速度极快。
• OSPF要求把网络分层。
• 如何触发 路由表项的更新：OSPF使用事件触发，RIP是定期(30s)触发。
• 路由算法：OPSF -Dijkstra，RIP -Bellman-Ford。

OSPF最重要的特征就是对分层的支持，这意味着他能够让我们将大型网络划分为多个部分，称为区域。

为什么要采用分层呢？
1)降低路由选择的开销。2)提高汇聚的速度。3)将网络不稳定性限制在单个区域内。
为了实现这些优点，需要付出代价，这也是 OSPF配置起来如此困难的原因。

单区域顾名思义，就是只划分了一个区域，多区域就是划分了多个区域。不管对于多区域还是单区域的OSPF来说，主干区域 -区域0必不可少。
将其他区域连接到主干区域0的路由器：区域边界路由器ABR。这些路由器至少需要一个接口和区域0相连。
将AS连接起来的路由器：自主系统边界路由器 ASBR

注：比如该图中，R2和R3就是 ABR。

理想情况：创建区域 最大限度地减少路由更新，这在大型网络中很重要，这样做的话，可以将问题限制在单个区域内，避免它影响整个网络。

OSPF术语

参考：OSPF的一些重要术语

注意点：
1.文中的邻接关系，即书中的full状态，邻居关系是2WAY状态。
2.OSPF在共享路由方面非常的挑剔，只与与它建立邻居关系的路由器进行共享路由。与哪些邻居建立邻居关系取决于网络类型和路由器的配置。
3.DR的选举：使用route命令手动配置的最优先 -> 启动时活动的loopback环回接口的IP地址中最大的那一个 -> 启动时处于活动状态的最大的物理接口的IP地址
4.流程：建立邻接关系 -> 交换链路信息LSA -> 存入LADB(拓扑数据库) -> Dijkstra算法 -> 得到最短路 -> 更新路由表项。
5.LSA分组用于更新和维护拓扑数据库。

OSPF的工作原理

OSPF工作分为三类：

• 初始化邻居关系
• LSA洪泛
• 计算SPF(shortest path first)树

第一个阶段就是建立邻居关系，这是OSPF操作重要的组成部分，初始化OSPF的时候，路由器给它分配内存，并分配维护邻居表和拓扑表的内存。
确定配置了OSPF的接口之后，路由器将检查这些接口是否处在活跃状态。如果是的话，开始发送Hello报文分组。
Hello协议用于发现邻居，建立邻居关系，以及维护与其他的OSPF路由器的关系。在支持组播的环境中，定期的通过每个启用了OSPF的接口向外发送Hello分组。

OSPF通过使用 LSA泛洪 来交换和共享路由信息。发送LSU分组，在区域内所有OSPF的路由器之间共享包含链路状态数据的LSA信息。
LSA更新创建了网络拓扑图，而泛洪保证所有的OSPF路由器都拥有相同的网络拓扑图。
为实现高效的泛洪，使用了保留的组播地址224.0.0.5(ALLSPFRouters)，用于发送更新的组播地址取决于网络类型。
LSA更新泛洪到整个网络之后，每个接收方都必须确认它收到了更新，另外还必须对它进行验证。

计算SPF树，每台路由器都计算前往当前区域中的每个网络的最佳/最短路径。流程：从LSDB获取输入 -> Dijkstra算法 -> 从输出结果获取最短路。
这棵树只包含路由器所属区域的网络，选择最佳路由的时候，OSPF考虑的一个重要指标是：前往网络的每条潜在路径的metric度量和cost成本。SPF不计算前往其他区域的路由。

OSPF度量值，称为成本，思科利用带宽计算成本：10^8/带宽。SPF树的每一个出站接口都有相关联的成本。

注意：让链路两端的路由器上的成本相同，这样OSPF才能运行。

2016/8/28