网络-OSPF基本原理和概念

背景知识

一台路由设备如何获取其他网段的路由，并加入到路由表中

1. 直连路由 ：接口配上地址，就会把此网段添加到路由表中
2. 静态路由（含默认路由）：手动配置 ip route-static 目标网段 掩码 下一跳
3. 动态路由 ：自动学习和分享

今天要将的是动态路由，动态路由产生的背景

随着企业的发展，网络的规模越来越大，网段的数量越来越多，公司内部的路由器的数量越来越多
为实现不同网络之间的互通，需要在路由器上配置大量的路由条目，工作量庞大并且随着网络扩展，后期管理难度增大
解决方案：
在路由器之间运行“动态路由协议”，让路由器之间自动的学习和分享彼此的路由表信息，每个路由器都独立的计算出一个去往目标网段的最优路由
动态路由协议的特点：

1. 减少了后期网络管理任务，避免了人为的配置错误
2. 在设备之间传输路由，会占用少量的网络带宽

动态路由协议的类型：
内部网关协议：在同一公司内部运行的路由协议，如RIP、ISIS、OSPF

• RIP：最大支持15跳，不适合大型网络
• ISIS: 之前只支持网络层的CLNP地址协议，目前通过扩展支持了网络层的IP协议，会在运营商网络出现，一般不会在企业网络出现
• OSPF: 网红协议，目前最常用的路由协议

外部网关协议：在不同公司之间运行的路由协议，如BGP

• BGP: 用于城市与城市之间，公司与公司之间的网关路由协议，用于传输大量的路由条目信息
  

根据实现机制不同又可分为：

• 距离矢量：RIP/BGP 直接分享路由条目
• 链路状态：ISIS/OSPF 分享的是LSA，然后根据收到的LSA计算出最优的路由条目

OSPF协议概述：

OSPF:Open Shortest Path First开放式最短路径优先 协议

• 应用在企业内部，属于公有标准协议，位于OSI模型第三层
• OSPF的数据包，包含在IP头部后面，协议号为89
• OSPF支持企业网络的层次化设计，将网络分为2层：骨干区域和非骨干区域
  
  这里需要说明一下的是：AS表示的自治系统的意思，一个园区网,或者一个企业内的全部内网这样子，在一个 AS 内划分不同的区域。这里我们主要讲的是OSPF协议，即都是在同一个AS内，不涉及AS与AS之间的网络通信（外部路由器协议：BGP协议）。在遇到BGP协议时，会涉及AS的详细作用。

OSPF区域的表示

• 通过十分制表示，例如区域 0、1、2、3等
• 通过点分十进制表示，例如 区域 0.0.0.0、0.0.0.1、0.0.0.2等
  不管通过哪种表示方式，最终在查询配置时都以点分十进制进行展示

OSPF 骨干区域 –区域0

• 区域号为0，表示的就是 “骨干区域”，即Backbone区域

OSPF 非骨干区域 -非0区域

• 区域号不为0，表示的就是 “非骨干区域”也叫标准区域 ，即 Normal区域
• 非骨干区域必须和骨干区域“直连”相连，才能实现 “区域之间的互通”

OSPF的五种区域类型

具体每种区域的作用，后边通过拓扑实验讲解

OSPF工作原理

1. 建立OSPF邻居表 – 建立公路，只有建立的了邻居关系后，才能彼此传递
2. 同步OSPF数据库 – 原料仓库
3. 计算OSPF路由表 – 将原料制作为成品（路由条目）。具体就是 根据SPF（最短路径优先算法），计算出一条最优路径。
   注：只有建立邻居表和同步数据库是需要发送报文的，而计算路由表时是不需要发生报文。

OSPF 的报文类型

一共有以下五种报文

1. Hello报文 – 用于发现、建立、维护、和拆除OSPF邻居。
2. 数据库描述报文（DD） – 用于发送OSPF数据库条目的简要信息，高效、稳定的实现数据库同步。
3. 链路状态请求报文(LSR) – 用于请求自己数据库中没有的链路状态通告信息(LSA)。
4. 链路状态更新报文(LSU）-- 用于回应LSR报文，其中包含的是详细的链路状态通告信息(LSA)。
5. 链路状态确认报文(LSAck) – 用于对LSU报文确认，实现LSU的可靠传输。
   注意：第5种报文 是 LSAck,不是LSA。LSA是指的链路状态通告信息。

OSPF邻居表中的七个状态

OSPF邻居表中的7种状态

1. down 关闭
2. init 初始化
3. 2-way 表示双向连接状态 （邻居关系状态）建立邻居表
4. Exstart 准备同步
5. Excharge 更新同步
6. Loading 加载状态
7. Full 表示完全邻接状态 （邻接关系状态） 建立邻居表 同步了LSA数据库现就看上面这两个状态
   注：第三种和第七种是经常遇到的。

总结

1. 路由器和网段较多时，动态协议效率更高
2. 在企业内网，适应性和扩展性最强的动态路由协议是OSPF
3. OSPF属于“网络层协议”，所以配置前，必须确保网络层的物理层和数据链路层是互通的
4. OSPF支持将网络划分为骨干层和非骨干层，便于网络的扩展、排错和管理