图解 OSPF 特性

发表于 2年以前 | 总阅读数：326 次

大家好，虽然陆陆续续的写了 OSPF 状态机、OSPF 名词、OSPF LSA ，如果没看过，或者有兴趣看的话，可以点击 [汇总] 查看。但还是有内容没讲到，下面我们就讲讲 OSPF 协议的一些特性吧。

路由汇总

网络规模越大，使用的网段也就越多，每台路由器需要维护的路由表也就越大，会增加路由器的资源消耗，直接影响路由器的性能。网络拓扑发生变化，会导致变更信息传播到全网。

在保障数据可达的前提下，有必要进行路由信息优化，那就是减少路由器的路由表规模，常见又有效的办法就是进行路由汇总。也就是把多条路由汇总成一条路由，减少路由表条目，优化路由器的资源消耗。汇总前的路由叫做明细路由，汇总后的路由叫做汇总路由。

为了让路由汇总更可控，OSPF 需要手动实施，不支持路由自动汇总。OSPF 有两种路由汇总方法，一种是部署在 ABR 上，另一种是部署在 ASBR 上。

1、ABR 路由汇总

R1 、R2 、R3 构成 OSPF 网络的骨干区域，站点 1 和站点 2 分别是 Area1 和 Area2 。两个站点中，各有一台交换机，分别挂着多个网段，而且网段是有规律的。路由器 R0 通过 OSPF 知道了到达两个站点的所有明细路由，随着站点网段的增加，R0 的路由表会变得臃肿，这时就可以在 ABR 上对区域内的路由进行汇总，比如在 Area1 的 ABR ，即 R1 上，对 Area1 内的路由进行汇总，汇总成 192.168.0.0/19 ，并只把这条汇总路由通过给 Area0 ，这样 R0 和 R2 只会学到这条汇总路由，而不会学习到站点 1 内的明细路由。只要站点 1 内有一条有效的明细路由，R1 就会向 Area0 通告汇总路由，当所有的明细路由全部失效时，R1 就不会再向 Area0 通告汇总路由。同样，R2 进行路由汇总，汇总成 192.168.32.0/19 ，并只通告汇总路由到 Area0 。这样 R0 就只会学习到站点 1 和站点 2 的两条汇总路由，路由表项极大的精简了。

2、ASBR 路由汇总

当 ASBR 把外部路由进入 OSPF 时，也能执行路由汇总。R0 有一条上联线路连着 R3 路由器，R0 和 R3 建立 BGP 对等体关系，R3 向 R0 通告 BGP 路由，R0 把学习到的 BGP 路由引入 OSPF 。BGP 通常有大量的路由信息，全部引入 OSPF ，会有巨大风险，我们肯定会进行路由过滤，只把需要的路由引入进来。现在要把 10.1.1.0/24 、10.1.2.0/24 ...... 、10.1.255.0/24 都引入 OSPF ，OSPF 内的所有路由器的路由表规模会增大很多。这时，我们可以在 R0 上进行路由汇总，将外部路由汇总成 10.1.0.0/16 ，屏蔽明细路由，把 255 条路由汇总成一条，极大的减小了 OSPF 网络的压力，OSPF 内的设备可以通过这条汇总路由到达 BGP 网络。只要 10.1.0.0/16 汇总路由内的明细路由有一条是活跃的，R0 就会向 OSPF 发布这条汇总路由，而如果所有的明细路由全部失效，R0 会立即撤销这条汇总路由。

Virtual Link

OSPF 网络中，如果有多个区域，就必须要部署骨干区域 Area0 ，而且所有非骨干区域必须和 Area0 直连。如果某个非骨干区域没有和 Area0 直连，那么 LSA 泛洪会有问题，OSPF 的路由计算也会出现问题。如果出现这种情况，通常是的解决方法是修改 OSPF 的规划和配置，让网络满足 OSPF 的要求。但是如果不能做这么大的变更，就有另一种临时的解决方案：Virtual Link（虚链路）。

Virtual Link 是一种虚拟的、逻辑的链路，部署在两台 OSPF 路由器之间，和 Area0 非直连的骨干区域，穿过中间的非骨干区域，实现和 Area0 的连接。当两台路由器穿过一个非骨干区域，建立虚链路后，这两台路由器就尝试建立邻接关系，当基于 Virtual Link 的邻接关系建立起来后，路由器会生成 Type-1 LSA 描述这条 Virtual Link 。另外，Virtual Link 不能部署在 Stub 区域内。

这个网络中，Area2 并没有和 Area0 直连，那么 R3 并不是 ABR ，也无法向 Area1 通告 Area2 内的网段路由，也就是 Area2 无法向 Area1 通告 Type-3 LSA 。当然，也无法向 Area2 内通告到达 Area0 和 Area1 内的网段路由。于是，Area2 就成了一座孤岛。

在 R2 和 R3 之间建立一条 Virtual Link ，穿过 Area1 ，实现 Area2 和 Area0 的连接。Virtual Link 作为 Area0 的延伸，R2 和 R3 会建立邻接关系。一旦 Virtual Link 建立起来，R2 和 R3 就有了一条逻辑通道，而 R3 就成了 ABR ，生成描述到达 Area2 各网段的路由，也是就 Type-3 LSA ，通告给 Area1 和 Area0 。另外，Area0 的 Type-1 LSA 和 Type-2 LSA 也会通告给 R3 ，R3 也会向 Area2 通告到达 Area0 和 Area1 的 Type-3 LSA 。这样，网络中的各个路由可以完成全网 OSPF 路由的计算。

在 Virtual Link 邻接关系建立后，两台路由器会周期性发送 Hello 报文，用于确认对端的存活状态。另外，Type-5 LSA 不会通过 Virtual Link 传播，否则可能造成 LSA 重复泛洪。

Virtual Link 作为一种临时的技术手段，来解决非骨干区域没有和 Area0 直连的问题，实际上一个合理规划的 OSPF 网络不应该出现这样的问题。使用 Virtual Link 会让 OSPF 网络不易维护和管理，也让逻辑结构更复杂。另一个问题是，频繁部署 Virtual Link ，可能会引发环路。

默认路由

默认路由（ Default Route ），是指目的地址和网络掩码都是 0 的路由，做为路由器的兜底路由。当目的网络找不到匹配的路由时，而且路由表中有默认路由，那么路由器会使用默认路由来转发数据。

1、在常规区域发布默认路由

默认情况下，常规区域的路由器是不会发布 OSPF 默认路由的，即使它的路由表中存在一条默认路由，也需要通过配置才能让路由器把默认路由通告到 OSPF 网络中。

R0 是出口路由器，连着一条 Internet 出口线路。为了让内网用户可以访问 Internet ，需要下发一条默认路由，让内网用户 Internet 流量到达 R0 ，再转发到 Internet 。R0 可能已经有一条静态默认路由：ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 200.1.1.2 ，但是 OSPF 域内的路由器是看不到的。如果使用路由引入把这条路由引入 OSPF ，可能会引发环路的风险，默认路由是不会被引入的。

OSPF 定义了专门的命令，把默认路由引入 OSPF 。比如在 R0 上，配置如下：

[R0]ospf 1[R0-ospf-1]default-route-advertise cost 10 type 2

default-route-advertise 命令向 OSPF 域内发布一条默认路由，使用 Type-5 LSA 描述，属于外部路由。使用这种方式的前提是 R0 的路由表中已经有一条默认路由，可以是静态的，也可以是动态的。如果命令中增加 always 关键字，就不管 R0 的路由表是否存在默认路由，都会向 OSPF 网络下发默认路由。

2、在 Stub 区域发布默认路由

当一个 OSPF 区域配置成 Stub 区域时，这个区域不允许 Type-5 LSA 进入，区域内的路由器就无法学习到区域外的路由，那么这些路由器如何访问区域外网络呢？这时，Stub 区域的 ABR 会自动下发一条默认路由，使用 Type-3 LSA 描述，这样 Stub 区域内的路由器就能通过 ABR ，访问区域外网络。

3、在 Totally Stub 区域发布默认路由

Totally Stub 区域禁止 Type-3 LSA 在区域内泛洪，区域内的路由器就无法学习到区域外的路由，Totally Stub 区域的 ABR 会自动下发一条默认路由，也是使用 Type-3 LSA 描述，这样区域内部的路由器就能通过 ABR ，达到其它区域和 OSPF 域外。

4、在 NSSA 发布默认路由

当一个区域配置为 NSSA 时，这个区域就不允许 Type-4 LSA 和 Type-5 LSA 进入，同时，NSSA 允许引入少量的外部路由，NSSA 的 ABR 自动向 NSSA 发布一条默认路由，使用 Type-7 LSA 描述。

R0 连着外部网络 NET1 ，R0 把到达 NET1 的静态路由引入 OSPF ，这些路由使用 Type-5 LSA 描述，在整个 OSPF 域内泛洪，当 Area1 配置成 NSSA 后，R1 会阻挡 Type-5 LSA 进入 Area1 。同时，R1 会自动下发一条默认路由到 Area1 ，使用 Type-7 LSA 描述。这样，NSSA 内的路由器的路由表规模减小，还能通过默认路由到达 NET1 。这条 Type-7 LSA 的默认路由，只能在 NSSA 内传递。

如果出现另一种需求，希望通过 NSSA 内的 R2 下发默认路由，那就要在 R2 上进行配置。

[R2]ospf 1[R2-ospf-1]area 1

[R2-ospf-1-area-0.0.0.1]nssa default-route-advertise

配置完后，R2 会向 NSSA 通告一条 Type-7 LSA 描述的默认路由，这条默认路由只会在 NSSA 内传播，不会被 ABR 转成 Type-5 LSA 进入 Area0 。当然，仅当 NSSA 的 ASBR 在自己的路由表中，已经存在一条默认路由时，这条命令才生效，否则默认路由不会导入。

5、在 Totally NSSA 发布默认路由

Totally NSSA 禁止 Type-3 、Type-4 、Type-5 LSA 在区域内泛洪，同时区域的 ABR 会自动下发一条默认路由，使用 Type-3 LSA 描述，这样 NSSA 内的路由器可以到达其它区域或域外的网络。

报文认证

R1 和 R2 连接在同一台二层交换机上，接口已经启动 OSPF ，并形成邻接关系。如果攻击者在交换机上接入一台非法路由器 X ，也在接口启动 OSPF 。R1 和 R2 通过 Hello 报文发现 X ，并和 X 建立邻接关系。然后，X 向 OSPF 网络导入大量垃圾路由，让整个 OSPF 的路由计算发生问题，网络数据不能正常转发到目的地。

为了避免类似问题，OSPF 设计了报文认证功能。OSPF 报文的头部中，有几个和认证相关的字段，用于报文的认证功能。OSPF 有三种认证方式：空认证（ Null Authentication ）、简单口令认证（ Simple Password ）、密文认证（ Cipher Authentication ）。对应 “ 认证类型 ” 字段值的 0 、1 、2 。

1、空认证

默认情况下，OSPF 接口的认证方式是空认证，也就是说，对接口的 OSPF 报文不做认证，认证类型字段值为 0 。

2、简单口令认证

简单口令认证，又叫做明文认证，认证数据字段中有一个明文口令，用来认证 OSPF 的报文收发。其实这种认证方式不安全，只要可以对网络环境进行抓包，就可以分析报文内容，直接看到明文口令。认证类型字段值为 1 。

3、密文认证

密文认证，OSPF 报文就不是包含明文口令，而是包含一个哈希（ Hash ）值，这个值是把配置的口令等内容，经过 MD5 算法计算的结果。MD5 算法是一种理论上不可逆的散列算法。即使对 OSPF 报文抓包，也无法对哈希值反推明文口令，所以这种认证方式更加安全。

采用密文认证，报文格式也发生了变化。认证类型字段值为 2 ，表示密文认证方式，其它字段描述如下：

Key-ID（ Key-Identification ）：口令标识。如果两个路由器都启动了报文认证，那么双方的 Key-ID 和口令必须一致。
认证数据长度（ Authentication Data Length ）：把口令使用散列算法进行计算，得到的数据追加在 OSPF 报文尾部，不在 OSPF 报文头部中，也并不当作是 OSPF 协议报文的一部分，报文头部的 “ 报文长度 ” 字段值未包含认证数据长度，“ 认证数据长度 ” 字段就表示这个认证数据的长度。
密码序列号（ Cryptographic Sequence Number ）：一个持续递增的序列号，防范 OSPF 报文的重放攻击。在 Broadcast 网络中，非法路由器抓到 OSPF 报文，改成自己伪造的 OSPF 报文，伪造报文使用抓包报文中认证的相关内容，伪装成合法的 OSPF 邻居。由于这个字段的值，只增不减，当收到 OSPF 报文的密码序列号等于或小于目前的序列号时，路由器就认为是重放攻击报文，于是将其丢弃。

转发地址

在 OSPF 的 Type-5 LSA 和 Type-7 LSA 中有一个特殊的字段：转发地址（ Forwarding Address ，FA ），FA 是用来避免次优路径问题的。

R1 、R2 、R3 三台路由器连接在同一台二层交换机上，三台路由器的接口 IP 地址都在相同网段，R1 和 R2 是 OSPF 路由器，都在 G0/0 接口启动了 OSPF ，而 R3 没有运行 OSPF ，只是和 R1 通过 RIP 交互路由信息，R3 把 3.0.0.0/8 路由通过 RIP 通告给 R1 。为了让整个 OSPF 网络都能学到 3.0.0.0/8 路由，R1 将 RIP 路由引入 OSPF ，使用 Type-5 LSA 在整个 OSPF 域内泛洪。域内的路由器去往 3.0.0.0/8 时，会先把数据包转发到外部路由的 ASBR ，也就是 R1 。比如 R4 发送数据到 3.0.0.0/8 网段，先将数据包转发给 R2 ，R2 转发给 R1 ，R1 再转发给 R3 。这里发现，数据包没必要经过 R1 转发给 R3 ，这就是次优路径。

OSPF 使用 FA 字段，解决次优路径问题。只有 Type-5 LSA 和 Type-7 LSA 有 FA 字段，类似外部网络出口的概念。路由器使用 Type-5 LSA 计算路由时，会根据 Type-5 LSA 的链路状态 ID 和 LSA 的网络掩码进行与运算，得到路由的目的网络地址和掩码。另外，路由器还会检查 ASBR 的可达性，如果 ASBR 不可达，那不会使用 Type-5 LSA 计算路由，只有 ASBR 可达时，这条 LSA 才是有效的。如果 LSA 的 FA 为 0.0.0.0 ，那么到达目的网段的数据包会发往 ASBR 。如果 FA 不是 0.0.0.0 ，那么路由器会把到达目的网络的数据包发往这个 FA 。这时路由器会查询到达 FA 的路由，如果有匹配 FA 的路由，就使用这个 FA 的下一跳作为这条外部路由的下一跳地址。如果没有匹配的路由，那么就不会用这条 Type-5 LSA 来计算路由。

我们再来看看 R1 生成的 Type-5 LSA ，FA 为 R3 的接口地址 192.168.123.3 ，因为 R1 自己到达 3.0.0.0/8 的下一跳就是 192.168.123.3 。

R2 收到这个 Type-5 LSA 后，进行外部路由计算。它发现 FA 不是 0.0.0.0 ，于是查询到达 FA（ 192.168.123.3 ）的路由，发现自己的直连路由可达，因此把 3.0.0.0/8 加载到路由表时，下一跳设置为 192.168.123.3 。这样，R4 发往 3.0.0.0/8 的数据包，转发到 R2 时，会直接转发给 R3 ，而不用从 R1 绕一下。

通常 Type-5 LSA 的 FA 字段值为 0.0.0.0 ，当满足特定条件时，FA 字段才设置成非 0.0.0.0 的值。条件如下：

引入外部路由的 ASBR 在连接外部网络的接口启动了 OSPF ；
这个接口没有配置为 Silent-Interface ；
这个接口的网络类型是 Broadcast 或 NBMA ；
这个接口的 IP 地址在配置的 network 命令范围内。

只有同时满足这四个条件，FA 才允许设置成非 0.0.0.0 的值，否则 FA 为 0.0.0.0 。

OSPF 路由防环机制

OSPF 的路由器使用 LSA 交互路由信息，路由计算也是基于各种 LSA 进行的，所以 OSPF 路由的防环机制依赖于 LSA 。

1、区域内部路由防环

每台 OSPF 路由器都会生成 Type-1 LSA ，Type-1 LSA 描述路由的直接接口状况，并只在接口所在区域内泛洪。Type-2 LSA 由 DR 生成，描述接入 MA 网络的所有路由器，和 MA 网络的掩码信息。通过区域内泛洪的 Type-1 和 Type-2 LSA ，路由器能够知道区域内的网络拓扑和网段信息。每个区域维护一个独立的 LSDB ，基于这个 LSDB 计算出以自己为根、无环的最短路径树。为什么是无环，是因为路由器能够通过 LSA 了解区域的完整拓扑和网段信息。

R1 、R2 、R3 、R4 的接口都在 Area0 ，四台路由器都会生成 Type-1 LSA ，并且在区域内泛洪。以太网接口默认是 Broadcast 网络类型，也会进行 DR 和 BDR 的选举，DR 会生成 Type-2 LSA ，并在区域内泛洪。在 LSDB 同步完成后，每台路由器都知道了整个区域的拓扑和网段信息。

接下来，每台路由器都以自己为根，计算一棵无环的最短路径树，比如 R3 的最短路径树。

计算出每个网段的最优路径，并把路径添加到路由表中，实现域内的路由无环。

2、区域间路由防环

a. OSPF 所有的非骨干区域必须和 Area0 直连，区域间路由需要经过 Area0 中转。

这个规则让区域间的路由传递不能发生在两个非骨干区域之间，很大程度上规避了区域间路由环路的发生，也让 OSPF 的区域架构在逻辑上形成了一个类似星型的拓扑。

b. ABR 从非骨干区域收到的 Type-3 LSA 不能用于计算区域路由。

ABR 在使用 Type-3 LSA 计算区域间的路由时，只会使用在 Area0 收到的 Type-3 LSA 进行计算，而从非骨干区域收到的 Type-3 LSA 是不会用来计算路由的，这样可以有效避免环路的产生。

R4 作为一台 ABR ，会把到达 Area0 和 Area1 各网段路由的 Type-3 LSA 通告到 Area2 中，由于 R3 和 R4 建立了邻接关系，位于 Area2 的 R3 收到 Type-3 LSA ，会用来计算区域间路由。

如果 R2 和 R3 在 Area0 建立邻接关系，那么 R3 就成为 ABR 。R3 会把 Area2 收到的 Type-3 LSA 保存在自己的 LSDB 中，但不会 LSA 计算区域间的路由。R3 只能使用在 Area0 收到的 Type-3 LSA 进行区域间路由计算。这样的话，R3 收到访问 Area0 网段，或访问 Area1 的 1.1.1.0/24 网段的，都会送到 R2 ，再由 R2 把流量转发出去。

c. ABR 只能把自己区域内部路由通告给骨干区域，区域间路由则不允许通告。另外，可以把区域内路由和区域间路由通告给非骨干区域。

R3 会在 Area2 中收到 Type-1 LSA ，可能还会有 Type-2 LSA ，根据这些 LSA 计算出到达 Area2 的区域内路由。R3 作为 ABR ，会把 Area2 区域内路由通过 Type-3 LSA 通告到 Area0 。R3 也会在 Area2 收到 R4 通告的 Type-3 LSA 。这时，R3 不能使用这些 LSA 计算区域间路由，更不会把描述这些路由的 Type-3 LSA 通告到 Area0 。这样可以有效防止区域间路由倒灌回 Area0 。

同时，R3 会在 Area0 收到 Type-1 LSA ，可能还会有 Type-2 LSA ，也会收到描述 Area1 区域间路由的 Type-3 LSA ，R3 可以使用这些 LSA 计算到达 Area0 各网段的区域内路由，以及到达 Area1 各网段的区域间路由，并把描述 Area0 和 Area1 各路由的 Type-3 LSA 通告给 Area2 。

d. ABR 不会把到达某个区域内网段路由的 Type-3 LSA 再通告给这个区域。

OSPF 区域间路由的通告行为，跟距离矢量路由协议类似。在 Area1 中，R1 和 R2 都会生成 Type-1 LSA ，可能还会有 Type-2 LSA ，两台路由器都能计算出区域内路由。R2 作为 ABR ，还会向 Area0 通告到达 Area1 的区域间路由，也就是向 Area0 通告到达 Area1 各网段的区域间路由的 Type-3 LSA ，而这些 Type-3 LSA 是不会通告回 Area1 的，和距离矢量路由协议的水平分割规则类似。接下来，R3 使用这些 Type-3 LSA 计算出到达 Area1 各网段的区域间路由，并且生成新的 Type-3 LSA 通告给 Area2 ，而这些 Type-3 LSA 也不会通告回 Area0 的。

e. Type-3 LSA 有个 Down-Bit 字段，用于 MPLS VPN 路由防环。

3、外部路由防环

当 OSPF 路由器把外部路由引入 OSPF 域后，引入的外部路由以 Type-5 LSA 在整个 OSPF 域内泛洪。路由器使用 Type-5 LSA 计算出路由有两个前提，一个是收到 Type-5 LSA ，另一个是知道如何到达生成这个 Type-5 LSA 的 ASBR 。和 ASBR 同一个区域的路由器，可以根据区域内的 Type-1 、Type-2 LSA 计算出到达 ASBR 的最短路径，从而计算出外部路由。而其它区域的路由器，无法收到 ASBR 生成的 Type-1 LSA ，需要 Type-4 LSA 才能计算出到达 ASBR 的最优路径，进而利用这个 ASBR 生成的 Type-5 LSA 计算外部路由。

Type-5 LSA 会泛洪到整个 OSPF 域，它本身没有什么防环能力，但实际上不需要，因为它可以依赖 Type-1 LSA 、Type-2 LSA 、Type-4 LSA 来实现防环。另外，Type-5 LSA 的 “ Route Tag ” 字段用在 MPLS VPN 环境下外部路由的防环。

OSPF 路由类型和优先级

OSPF 路由有几种类型，优先级按下面的顺序排列：

区域内路由（ Intra Area Route ）：是指路由器根据区域内泛洪的 Type-1 LSA 和 Type-2 LSA 计算得到的路由，这些路由可以到达直连区域内的网段。
区域间路由（ Inter Area Route ）：是指路由器根据 Type-3 LSA 计算得到的路由，这些路由可以到达其它区域的网段。
Type1 外部路由（ Metric-Type-1 External Route ）：是指路由器根据 Type-5 LSA（ Metric-Type-1 ）计算出的外部路由。
Type2 外部路由（ Metric-Type-2 External Route ）：是指路由器根据 Type-5 LSA（ Metric-Type-2 ）计算出的外部路由。

如果去往一个目的网段，有两条路由可达时，一条是区域内路由，另一条是区域间路由，那么无论两条路由的度量值是多少，路由器都会选择区域内路由加载到路由表中，直到这条路由失效，才会使用区域间路由。