路由器基础知识：路由协议OSPF 路由协议概念及工作原理一、基本概念1、邻居和邻接邻居：指直接与该路由器相连的 OSPF 路由器。邻接：到一个邻居概念上的链路关系，可以传送 LSA。在一个 OSPF 区域，路由器都和 DR、BDR 建立邻接关系，DR、BDR 相互也建立邻接关系。OSPF 协议中 2、使用到的五种协议报文1) Hello 报文：用来发现邻居，保持邻接关系2) DD(链路状态数据库描述) 报文：描述本地路由器保存的 LSDB(链路状态数据库)； 3) LSR(LS Request)报文：向邻居请求本地没有的 LSA； 4) LSU(LS Update)报文：向邻居发送其请求或更新的 LSA； 5) LSAck(LS ACK)报文：收到邻居发送的 LSA 后发送的确认报文。 OSPF 基本算法SPF 算法及最短路径树：SPF 算法是 OSPF 路由协议的基础。SPF 算法将每一个路由器作为根（ROOT）来计算其到每一个目的地路由器的距离，每一个路由器根据一个统一的数据库会计算出路由域的拓扑结构图，该结构图类似于一棵树，在 SPF 算法中，被称为最短路径树。OSPF 路由器分类 内部路由器 区域边界路由器 AS 边界路由器 指定路由器 DR要被选举为指定路由器，该路由器应符合以下要求： 1) 该路由器是本网段内的 OSPF 路由器； 2) 该 OSPF 路由器在本网段内的优先级 (Priority)0； 3) 该 OSPF 路由器的优先级最大，如果所有路由器的优先级相等，路由器号(Router ID) 最大的路由器(每台路由器的 Router ID 是唯一的)被选举为指定路由器。 满足以上条件的路由器被选举为指定路由器，而第二个满足条件的路由器则当选为备份指定路由器。 指定路由器和备份指定路由器的选举，是由路由器通过发送 Hello 数据报文来完成的。 OSPF 的网络类型 OSPF 定义的 5 种网络类型: 点到点网络 (point-to-point) 广播型网络 (broadcast) 非广播型(NBMA)网络 (non-broadcast) 点到多点网络 (point-to-multipoint) 虚链接(virtual link)在广播环境和 NBMA 环境中，是需要选举 DR 和 BDR 的，路由器之间是邻居关系，但是只和DR、 BDR 建立邻接关系。DR、BDR 发送到 ALLSPFROUTER-224.0.0.5；DROTHER 发送到ALLDRROUTER-224.0.0.6。OSPF 环境 Hello 间隔 Down 机判定间隔1、 点到点 串行封装 HDLC 或 PPP，OSPF 会自动检测接口类型（发现封装模式为 PPP 或 HDLC，就认为是点到点），OSPF 数据包使用 224.0.0.5 发送，不知道 DR 是什么东西，就知道对端是谁，OSPF hello 间隔为 10s，失效为 40s2、 广播型 选举 DR，BDR ，自动发现邻居，Hello 间隔为 10s，失效为 40s （对应的，NBMA 接口的OSPF Hello 和 dead 间隔分别为 30s 和 120s。）3、 NBMA 默认情况下，OSPF 不能通过 NBMA 接口自动与邻居建立邻接关系，在 RFC 2328 中为 OSPF在 NBMA 拓扑中的运行定义了两种模式： NBMA 和点到多点，分别对应的接口模式为: ip ospf network non-broadcast / point-to-multipointNeighbor table 邻居表Topology table 拓扑结构Router table 路由表OSPF 划分区域的优点：减少了路由表的条目（域间汇总）本地区域拓扑变化不会影响到其它区域某些 LSA 仅仅只在本区域传播，不会其它区域泛洪OSPF 路由协议与距离矢量路由协议之一的 RIP 比较RIP 路由协议中用于表示目的网络远近的唯一参数为跳（HOP），也即到达目的网络所要经过的路由器个数。在 RIP 路由协议中，该参数被限制为最大 15，也就是说 RIP 路由信息最多能传递至第 16 个路由器；对于 OSPF 路由协议，路由表中表示目的网络的参数为 Cost，该参数为一虚拟值，与网络中链路的带宽等相关，也就是说 OSPF 路由信息不受物理跳数的限制。并且，OSPF 路由协议还支持 TOS（Type of Service）路由，因此，OSPF 比较适合应用于大型网络中。RIP 路由协议不支持变长子网屏蔽码（VLSM ），这被认为是 RIP 路由协议不适用于大型网络的又一重要原因。采用变长子网屏蔽码可以在最大限度上节约 IP 地址。OSPF 路由协议对 VLSM 有良好的支持性。RIP 路由协议路由收敛较慢。RIP 路由协议周期性地将整个路由表作为路由信息广播至网络中，该广播周期为 30 秒。在一个较为大型的网络中，RIP 协议会产生很大的广播信息，占用较多的网络带宽资源；并且由于 RIP 协议 30 秒的广播周期，影响了 RIP 路由协议的收敛，甚至出现不收敛的现象。而 OSPF 是一种链路状态的路由协议，当网络比较稳定时，网络中的路由信息是比较少的，并且其广播也不是周期性的，因此 OSPF 路由协议即使是在大型网络中也能够 较快地收敛。在 RIP 协议中，网络是一个平面的概念，并无区域及边界等的定义。随着无级路由 CIDR 概念的出现，RIP 协议就明显落伍了。在 OSPF 路由协议中，一个网络，或者说是一个路由域可以划分为很多个区域area，每一个区域通过 OSPF 边界路由器相连，区域间可以通过路由总结（Summary）来减少路由信息，减小路由表，提高路由器的运算速度。OSPF 路由协议支持路由验证，只有互相通过路由验证的路由器之间才能交换路由信息。并且 OSPF可以对不同的区域定义不同的验证方式，提高网络的安全性。OSPF 路由协议对负载分担的支持性能较好。OSPF 路由协议支持多条 Cost 相同的链路上的负载分担，目前一些厂家的路由器支持 6 条链路的负载分担。OSPF 的七种类型 LSA：1、路由器 LSA （Router LSA）由区域内所有路由器产生，并且只能在本个区域内泛洪广播。这些最基本的 LSA 通告列出了路由器所有的链路和接口，并指明了它们的状态和沿每条链路方向出站的代价。2、网络 LSA （ Network LSA）由区域内的 DR 或 BDR 路由器产生，报文包括 DR 和 BDR 连接的路由器的链路信息。网络 LSA 也仅仅在产生这条网络 LSA 的区域内部进行泛洪。3、网络汇总 LSA （Network summary LSA）由 ABR 产生，可以通知本区域内的路由器通往区域外的路由信息。在一个区域外部但是仍然在一个 OSPF 自治系统内部的缺省路由也可以通过这种 LSA 来通告。如果一台 ABR 路由器经过骨干区域从其他的 ABR 路由器收到多条网络汇总 LSA，那么这台始发的 ABR路由器将会选择这些 LSA 通告中代价最低的 LSA，并且将这个 LSA 的最低代价通告给与它相连的非骨干区域。4、ASBR 汇总 LSA （ASBR summary LSA）也是由 ABR 产生，但是它是一条主机路由，指向 ASBR 路由器地址的路由。5、自治系统外部 LSA （Autonomous system external LSA）由 ASBR 产生，告诉相同自治区的路由器通往外部自治区的路径。自治系统外部 LSA 是惟一不和具体的区域相关联的 LSA 通告，将在整个自治系统中进行泛洪。6、组成员 LSA （Group membership LSA） * 目前不支持组播 OSPF （MOSPF 协议）7、NSSA 外部 LSA （NSSA External LSA ）由 ASBR 产生，几乎和 LSA 5 通告是相同的，但 NSSA 外部 LSA 通告仅仅在始发这个 NSSA 外部 LSA 通告的非纯末梢区域内部进行泛洪。在 NSSA 区域中，当有一个路由器是 ASBR 时，不得不产生 LSA 5 报文，但是 NSSA 中不能有 LSA 5 报文，所有 ASBR 产生 LSA 7 报文，发给本区域的路由器。* 只有一个例外，每台 ABR 路由器上利用一个类型 3 来通告缺省路由。每一种区域内允许泛洪的 LSA 类型区域类型 1&2 3&4 5 7骨干区域 允许 允许 允许 不允许非骨干(非末梢) 允许 允许 允许 不允许末梢 允许 允许 允许 不允许完全末梢 允许 不允许不允许 不允许NAAS 允许 允许 不允许 允许* 只有一个例外，每台 ABR 路由器上利用一个类型 3 来通告缺省路由。1 末梢区域：（Stub Area）不允许 AS 外部通告（ LSA 5）在其内部进行泛洪。在末梢区域边界的 ABR 路由器使用网络汇总 LSA （LSA 3）向这个区域通告缺省路由，而且这条缺省路由不会被通告到这个区域的外部去。Router(config-route)area 1 stub /将 Area 1 设置成末梢区域2. 完全末梢区域：（Totally stub）使用缺省路由到达 OSPF 自治系统外部的目的地址，而且使用缺省路由到达这个区域外部的所有目的地址，完全末梢区域的 ABR 路由器不仅阻塞 LSA 5，也阻塞所有的汇总 LSA 除了通告缺省路由的那一条类型 3。Router(config-route)#area 1 stub no-summary /将 Area 1 设置成完全末梢区域，此时会将类型 3 用默认路由代替，NO-summary 的作用是将类型 3、4 用默认路由简化3 非纯末梢区域（Not-so-stubby-area）允许外部路由通告到 OSPF 自治系统内部，而同时保留自治系统的其余部分的末梢区域特征，ASBR 将始发类型 7 的 LSA 来通告那些外部网络，这些 NAAS 外部 LSA 将在整个 NAAS 区域中泛洪，在 ABR 上被阻塞。ABR 会将类型 7 的转化为类型 5 通告到4、完全非纯末梢 （Totally not so-stub area、完全非纯末梢区域）其他区域中。在 NSSA 中阻断第 3、4、5 类 LSA，只有缺省路由存在（注意：no-summary 命令总是产生一条缺省的标记为“*IA”的路由）PPP：点对点协议PPP 主要由以下几部分组成：链路控制协议(lcp)：一种扩展链路控制协议，用于建立、配置、测试和管理数据链路连接。 网络控制协议(ncp)：协商该链路上所传输的数据包格式与类型，建立、配置不同的网络层协议； PPP 的特点：PPP 协议是一种点点串行通信协议。 PPP 具有处理错误检测、支持多个协议、允许在连接时刻协商 IP 地址、允许身份认证等功能，还有其他。PPP 提供了 3 类功能：成帧；链路控制协议 LCP；网络控制协议 NCP。PPP 是面向字符类型的协议。PPP 应用范围：PPP 是一种多协议成帧机制，它适合于调制解调器、HDLC 位序列线路、SONET 和其它的物理层上使用。它支持错误检测、选项协商、头部压缩以及使用 HDLC 类型帧格式（可选）的可靠传输。 PPP 提供了三类功能： 1 成帧：他可以毫无歧义的分割出一帧的起始和结束。 2 链路控制：有一个称为 LCP 的链路控制协议，支持同步和异步线路，也支持面向字节的和面向位的编码方式，可用于启动路线、测