OSPF基础介绍

路由协议分类

按路由分类

按工作机制、算法分类

按有类、无类分类

按工作区域分类

OSPF简介

两台路由器运行OSPF协议的路由器若希望建立邻居关系，则必须满足的条件：

1. 区域号要一致

2. 均不配置验证、若均配置验证，需密钥完全相同

3. 两端的Hello与Dead Time时间间隔完全一致

常见优先级对比

宣告方式

辅助实验

OSPF进程下宣告

[R2]ospf 1 router-id 10.0.1.2
[R2-ospf-1]area 0
[R2-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.0.12.2 0.0.0.0
[R2-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.0.23.2 0.0.0.0
[R2-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.0.1.2 0.0.0.0

接口下宣告

必须先配置IP再宣告OSPF

[R1]interface GigabitEthernet 0/0/1
[R1-GigabitEthernet0/0/1]ip address  192.168.1.1 255.255.255.0
[R1-GigabitEthernet0/0/1]ospf enable 1 area 0
[R1-GigabitEthernet0/0/1]quit

使用情景区分

1. 在初次部署OSPF时，建议在进程配置模式下进行路由宣告，因为此时可以同时指定Router-ID、VPN-Instance等关键参数，实现一次性配置。

2. 当后续需要扩展网络时，例如新增接口需要加入现有OSPF进程，则推荐在接口配置模式下进行宣告，这种方式能够有效减少操作步骤，实现命令最小化。

开销值计算

单个接口的OSPF开销值计算方法

华为设备计算单个接口的OSPF开销值，遵循以下默认公式：接口Cost值 = 参考带宽 / 接口带宽

cost = 10^8 / BW

参考带宽（Reference Bandwidth）

• 定义：这是一个基准值，用于标准化不同带宽接口的成本计算。

• 华为默认值：100 Mbps。

• 查看命令：display ospf [process-id]在输出信息中查找 Bandwidth-reference。

接口带宽（Interface Bandwidth）

• 定义：这是接口的物理带宽或手动配置的带宽。

• 单位：Mbps。

• 注意：接口的带宽值可以通过 display interface [interface-name]查看。有时需要手动使用 bandwidth命令配置，因为某些接口（如以太网接口）的默认带宽可能不准确。

计算规则与限制

• 结果取整：计算结果是小数时，直接取整（不是四舍五入）。

• 最小值限制：计算出的Cost值不能小于1。如果 参考带宽/接口带宽 < 1，则Cost值取1。这是为了防止高速接口（如10G、100G）的Cost值变为0。

计算示例

假设使用默认参考带宽100 Mbps。

1. 100 Mbps 以太网接口：Cost = 100 Mbps / 100 Mbps = 1

2. 10 Mbps 以太网接口：Cost = 100 Mbps / 10 Mbps = 10

3. 1.544 Mbps T1 接口：Cost = 100 Mbps / 1.544 Mbps ≈ 64.76 → 取整为 64

4. 10 Gbps (10000 Mbps) 接口：Cost = 100 Mbps / 10000 Mbps = 0.01 → 因为小于1，所以取1

从这些例子可以看出，接口带宽越高，Cost值越低，路径越优。

如何修改OSPF开销值（三种方法）

在实际网络中，经常需要手动调整Cost值来影响路由选择。

方法1：修改接口带宽（不推荐用于控制Cost）

在接口视图下修改带宽值，这会直接影响Cost计算。

 [Huawei] interface GigabitEthernet 0/0/0
 [Huawei-GigabitEthernet0/0/0] bandwidth 1000   # 将带宽值改为1000 Mbps

注意：这只会改变OSPF计算用的带宽参数，并不会改变接口的实际物理带宽。通常不建议用这种方法来控制Cost，因为它可能影响其他依赖带宽特性的协议（如QoS）。

方法2：直接配置接口的OSPF Cost值（最常用、最推荐）

这是最直接、最可靠的方法。在接口视图下直接指定该接口在OSPF中的Cost值。

 [Huawei] interface GigabitEthernet 0/0/0
 [Huawei-GigabitEthernet0/0/0] ospf cost 50   # 直接将该接口的OSPF Cost设置为50

优先级最高：手动配置的Cost值会覆盖所有自动计算的值。

方法3：修改OSPF进程的参考带宽（用于高速网络）

当网络中存在大量高速接口（如10G、40G、100G）时，如果使用默认参考带宽100 Mbps，所有高速接口的Cost都会是1，无法区分优劣。此时可以增大参考带宽。

在OSPF进程视图下修改：

 [Huawei] ospf 1
 [Huawei-ospf-1] bandwidth-reference 1000   # 将参考带宽修改为1000 Mbps (1 Gbps)

修改后

• 10G接口Cost = 1000 Mbps / 10000 Mbps = 0.1 → 取1

• 1G接口Cost = 1000 Mbps / 1000 Mbps = 1

注意：一个OSPF域内所有路由器的参考带宽必须设置为相同值，否则会导致路由计算错误。

特殊接口的开销

1. Loopback接口：默认开销为1，且不受参考带宽和接口带宽影响。但可以手动修改。

2. VLANIF接口：其Cost值取决于其物理接口的Cost值。

总结

扩展

计算Cost值时，看的是自己出口的Cost值。

OSPF协议概述

• OSPF属于【内部网关路由协议】

• 用于单一自治系统【Autonomous System一AS】内决策路由

自治系统的概念

1. 运行在同一个AS内用于决策路由的协议称之为内部网关协议

2. 用来连接不同的AS，使之能够相互通信的协议被称之为外部网关协议

3. 执行统一路由策略的一组网络设备组成的环境称之为一个自治系统（AS）

• 为了适应大型的网络，OSPF在AS内划分多个区域，每个OSPF路由器只维护所在区域的完整链路状态信息

• OSPF是链路状态路由协议，链路状态路由协议中的路由器了解OSPF网络内的链路状态信息

• 链路状态路由协议中，直连的路由器之间建立邻接关系，互相【交流】链路信息，来【绘制】出完整的网络结构

• Router ID：在OSPF区域内唯一标识一台路由器的IP地址

Router lD选取规则

1. 若管理员手工指定，则使用指定的P地址

2. 若没有手工指定，则路由器选取它所有Loopback接口上数值最高的lP地址

3. 若不存在Loopback接口，就在所有物理端口中选取一个数值最高的P地址

OSPF建立并维护的3张表项

1. 邻居表：列出每台路由器全部已建立邻接关系的邻居路由器

2. 链路状态数据库【LSDB】：列出每台路由器的信息，由此显示了全网的网路拓扑

3. 路由表：列出通过SPF算法计算出的到达每个相连网络的最佳路径

具体过程

1. 通过直连链路发送Hello包，建立邻居关系，将邻居的信息放入邻居表中

2. 再通过直连的邻居学会全网的网络结构，放入LSDB中

3. 在全网网络结构中通过SPF算法计算出最佳路径

OSPF的关系

• 邻居关系（2-Way）

• 邻接关系（Full）

OSPF建立关系需要使用7种状态和五种报文：

• 7种状态：Down Init 2-Way ExStart Exchange Full（全毗邻）

• 5种报文：Hello DBD LSR LSU LSAck

报文汇总表

OSPF建立邻接关系的全过程

初始发现与双向通信（Down → Init → 2-Way）​​

• ​Down（关闭状态）​​：这是起点，表示尚未与任何邻居进行通信。

​Init（初始化状态）​​：当路由器从其接口收到一个OSPF Hello报文时，会进入此状态。这表示它发现了邻居，但还需要确认对方是否也发现了自己。（自身的Router-ID并不在所收到的Helo报文的邻居列表中）

• ​2-Way（双向通信状态）​​：当路由器在自己收到的Hello报文中，发现邻居的「邻居列表」里包含了自己的Router ID时，就表明双向通信已经建立。此时，双方成为「邻居」（Neighbor）。在广播或NBMA网络中，所有路由器会在此阶段选举DR（指定路由器）​​ 和 ​BDR（备份指定路由器）​，以优化邻接关系数量。之后，只有DR、BDR和DROther之间才会继续建立更紧密的「邻接」关系。（存在自身的 Router ID）

​数据库同步的核心协商（ExStart → Exchange）​​

• 从2-Way状态开始，需要建立邻接关系的路由器会进入数据库同步过程。

• ​ExStart（交换启动状态）​​：双方会像谈判一样，通过交换空的DD（数据库描述）报文来选举一个「主」设备​（Master）。Router ID较大的通常会成为主设备，负责管理后续DD报文的发送序列，确保交换过程有序。（在此状态下发送的DBD报文不包含链路状态描述）

• ​Exchange（交换状态）​​：主从关系确定后，双方开始正式交换包含LSA（链路状态通告）头部信息的DD报文。这些摘要就像书籍的目录，让对方快速了解自己数据库里有哪些网络拓扑信息，从而找出彼此缺失的部分。

​最终同步与完全邻接（Loading → Full）​​

• ​Loading（加载状态）​​：根据交换得到的「目录」，路由器会使用LSR（链路状态请求）​​ 报文向邻居请求自己缺失的、具体的LSA详情。邻居则用LSU（链路状态更新）​​ 报文来回应这些请求，请求方在收到后会回复LSAck（链路状态确认）​​ 进行可靠确认。这个过程会持续到所有缺失的LSA都被补全。

• ​Full（完全邻接状态）​​：当双方的链路状态数据库（LSDB）​​ 完全同步一致时，就达到了Full状态。此时，邻居关系正式升级为邻接关系（Adjacency）​。此后，它们就可以基于完全相同的网络拓扑地图，独立地计算出最优的路由路径了。（路由器已经完成了与邻居的LSDB同步，准备进行SPF计算，生成RIB【路由表项】）

「邻居」不等于「邻接」​​

• 所有达到Full状态的路由器都是「邻接」，但「邻居」可能只停留在2-Way状态（如广播网络中的两台DROther路由器之间）

流程图

时间间隔

网络类型

DBD报文部分字段解释

• I【Init】：当发送连续多个DBD报文时，若这是第一个DBD报文，则置位为1，否则置位为0

• M【More】：当发送连续多个DBD报文时，若这是最后个DBD报文，则置位为0，否则为1，表示后续还有其它的DBD报文

• MS【Master/Slave】：当两台OSPF路由器交换DBD报文时，首先需要确定双方的主从关系，Router-lD较大的一方会成为Master;当该值为1时，表示发送方为Master

• DBD报文序列号（DBD Sequence Number）：主/从双方利用序列号来保证DBD报文传输的可靠性与完整性

实验拓扑如图所示：

抓包分析：

备注：

• 显式确认：会发一种独立的报文用于对接收到的消息做确认

• 隐式确认：通过发送另一种报文把确认报文包含在其中发送

在OSPF中：

1. DBD为隐式确认

2. LSU、LSAck为显式确认

验证：

R2发给R1的报文：

此时的R1和R2在协商主从，R2的Router ID更大，故R2为DR。

R1给R2的回包：

可见，Seq值变为了R2的Seq值，完成了隐式确认，确认R2为DR。

模拟器验证

[R1]dis ospf peer 

	 OSPF Process 1 with Router ID 10.1.1.1
		 Neighbors 

 Area 0.0.0.0 interface 10.1.1.1(GigabitEthernet0/0/0)'s neighbors
 Router ID: 10.1.1.2         Address: 10.1.1.2        
   State: Full  Mode:Nbr is  Master  Priority: 1
   DR: 10.1.1.2  BDR: 10.1.1.1  MTU: 0    
   Dead timer due in 31  sec 
   Retrans timer interval: 5 
   Neighbor is up for 00:03:08     
   Authentication Sequence: [ 0 ] 

1. R2开始向R1发送LSR报文，请求那些在Exchange状态下通过DBD报文发现的，且在本地LSDB中没有的链路状态信息

2. R1向R2发送LSU报文，LSU报文中包含了哪些被请求的链路状态的详细信息；R2在完成LSU报文的接收，且没有其它待请求的LSA后，会将邻居状态从Loading转变为Full状态

3. R2向R1发送LSAck报文，作为对LSU报文的显示确认

思考：主从设备谁先发起LSR

1. 主从选举的核心目的​：在Exchange状态，主设备（Master）负责控制DD（Database Description）报文的序列号，从而管理摘要信息的交换过程，确保其可靠性和有序性​。这好比一个会议中需要确定一个主持人来控制发言顺序。需要注意的是，选举主从时比较的是Router ID，而选举DR/BDR时先比较优先级，这是两个独立的过程

2. ​LSR的触发时机​：当双方路由器在Exchange状态完成DBD报文（其中包含LSA的头部摘要信息）的交换后，都会进入Loading状态。此时，​每一台路由器都会将收到的对端LSA摘要与自身的LSDB进行对比​。一旦发现存在自己数据库中没有的LSA，或者对端的LSA比自己的更新（通过序列号等判断），该路由器就会立即主动向对方发送LSR报文，请求完整的LSA数据

3. ​关键交互​：收到LSR的一方会使用LSU（链路状态更新）报文来回应，携带对方所请求的完整LSA信息。请求方在收到LSU后，会回复LSAck报文进行确认，确保传输的可靠性

​Master/Slave角色管的是「目录」（DBD摘要）的交换顺序，而LSR的发起则是每台路由器根据「目录」对比自家「藏书」（LSDB）后，自主决定需要借阅哪本「书」（LSA）的行为。

Options字段中各关键字解析

1. DN：用来避免在MPLS VPN中出现环路；当PE向CE发送3类、5类与7类LSA时需要设置DN位，其它PE路由器从CE接收到该LSA时，不能够在它的OSPF路由计算中使用该LSA

2. O：该字段指出始发路由器支持Ppaque LSA【类型9、类型10与类型11】

3. DC位：当始发路由器支持按需链路上的OSPF的能力时，该位将被设置

4. N位：N=1表明路由器支持7类LSA;N=O表明该路由器将不接收与发送NSSA LSA

5. P位：只用在NSSA LSA;该位将告诉NSSA区域的ABR路由器将7类LSA转换为5类LSA

6. MC位：当始发路由器支持转发组播数据包的能力时，该位将被置位

7. E位：当始发路由器具有接收AS-external-LSA【Type-5LSA】的能力时，该位被置位；在所有5类LSA与始发于骨干区域以及非末节区域的LSA中，该位置为1。而始发于末节区域的SA中，该位置为0。若Hllo报文中该位被置位则表明该接口具有接收与发送5类LSA的能力

8. MT位：表示始发路由器支持多拓扑OSPF

9. Do Not Age Flag：LSA不老化标志位，该置于1，则表示该LSA不老化，此情况只在DC【虚电路】中应用

备注：华为设备默认是不开启端口MTU检测的，故抓包中MTU值为0。

但是在接口中可以查看，MTU为默认值1500。

[R1]dis ip interface 
GigabitEthernet0/0/0 current state : UP 
Line protocol current state : UP
The Maximum Transmit Unit : 1500 bytes
input packets : 230, bytes : 15776, multicasts : 225
output packets : 226, bytes : 15412, multicasts : 219
Directed-broadcast packets:
 received packets:            0, sent packets:            0 
 forwarded packets:           0, dropped packets:           0 
ARP packet input number:           3
  Request packet:                  2
  Reply packet:                    1
  Unknown packet:                  0
Internet Address is 10.1.1.1/24 
Broadcast address : 10.1.1.255
TTL being 1 packet number:       230
TTL invalid packet number:         0
ICMP packet input number:          0
  Echo reply:                      0
  Unreachable:                     0
  Source quench:                   0
  Routing redirect:                0
  Echo request:                    0
  Router advert:                   0
  Router solicit:                  0
  Time exceed:                     0
  IP header bad:                   0
  Timestamp request:               0
  Timestamp reply:                 0
  Information request:             0
  Information reply:               0
  Netmask request:                 0
  Netmask reply:                   0
  Unknown type:                    0

扩展

• 选举时是先选BDR

• 从设备先向主设备要LSA

• 只有DR，没有BDR，可以正常通信

• 若无SPF算法，路由器和路由条目的数量应该为：路由条目数= [n*(n-1)]/2，其中n为路由器数量，默认全连接

• 若两个路由器同时启动OSPF，则会在2Way状态下卡40s，此时在选举DR/BDR

辅助实验

OSPF的LSA介绍

LSA的基本概念

1. LSA是OSPF进行路由计算的关键依据

2. OSPF的LSU报文可以携带多种不同类型的LSA

3. 各种类型的LSA拥有相同的报文头部

LSA汇总表

扩展

唯一LSA的三要素

1. 类型（Type）：用于标识哪种LSA（常见的6种，例如：Router LSA为类型1）

2. 链路状态标识（LSID）：用于描述连接信息（如：Router ID、网络地址等，不同的LSA类型连接的内容也不一样）

3. 产生者Router ID（Adv Router）：标识该LSA由哪台设备产生

用于标识LSA新旧程度的三要素

LSA并不是永久使用的，有老化时间，默认为3600s，从0开始递增

LSA是周期性更新的，每隔1800s更新一次，重新刷新老化时间

对于收到的LSA需要进行判断新旧，新的可以接收，旧的则丢弃，同时回复一份最新的给对方

1. seq（序列号）：越大越优

2. chksum（校验和）：越大越优

3. maxage（老化时间）：

• 3600s最优先（用于撤销路由）

• 如果两者相差大于15min（900s），越小越优

• 如果两者相差小于15min（900s），则一样新，都可以使用

示意图

情景一

情景二

老化时间

OSPF

LSA：从0增加到3600s

IS-IS

• LSP：LSP的老化时间从1200s【20m】递减，刷新周期为900s【15m】,递减至0老化

• 一条LSP的老化除了要等待20m外，还要等待60s的零老化时延

• LSP重传计时器为5秒

特别注意

1. OSPF中seq/chksum/metric三个参数确定唯一的LSA，其中可以依靠metric值进行选路。

2. 每到1800s，seq值会+1

3. OSPF的LSA中的Link-ID描述的是本设备到达DR的接口地址

4. OSPF的LSA中的Date描述的也是本设备到达DR的接口地址

5. OSPF的LSA中的Priority描述是这条路由在LSA更新时是稍后更新或者优先更新，只有Medium和Low两种。华为路由器中的环回口默认是Medium。

LSA头部信息

加粗部分为唯一LSA的三要素

LSA同步过程

流程图

常见LSA详解

SPF算法

创建并维护以下3张表项

重复执行以下3步N次

1. 从Tentative List的所有路由器中寻找距离自身【根节点】最近的网络节点，并将其从Tentative List中移动至Paths List中

2. 发现此节点通告的所有前缀，并将其安装至RB【路由表项】中

3. 发现此节点的所有邻居，并将其移动至Tentative Listr中

注：Dijkstra：迪杰斯特拉算法【是由荷兰计算机科学家狄克斯特拉于1959年提出的】

具体计算过程举例

OSPF的区域类型

特殊区域汇总表

区域划分

1. 骨干区域【Area0】

2. 非骨干区域

非骨干区域根据能够学习到的路由种类又可划分为

1. 标准区域：学习本区域的内部路由、学习域间路由、学习外部路由。【包含的LSA Type-1、2、3、4、5】

2. 未节区域【Stub】：学习本区域的内部路由、学习域间路由，不学习外部路由，不包含ASBR,与外部通讯完全依靠自动创建的缺省路由。【包含的LSA Type-1、2、3】

3. 完全末节【Totally Stubby】区域：仅学习本区域内部路由，不学习外部路由，不学习域间路由，与外部通讯完全依靠自动创建的缺省路由。【包含的LSA Type-1、2】

4. 非纯末节区域【NSSA】：学习域内路由，学习域间路由，学习本区域自身引入的外部路由【但引入的外部路由的LSA类型为Type-7】，不学习其它区域引入的外部路由。【包含的LSA Type-1、2、3、7】

5. 非纯完全末节区域：学习域内路由，学习本区域自身引入的外部路由【但引入的外部路由的LSA类型为Type-7】，不学习域间路由，不学习其它区域引入的外部路由。【包含的LSA Type-1、2、7】

注：NSSA区域是OSPF RFC的补遗，定义了特殊的LSA类型7；提供类似以Stub Area与Totally Stubby Area的优点，可以包含ASBR

辅助实验

VLink虚链路

虚链路的作用

不规则区域的连接

骨干区域被分割

无骨干区域

解决次优路由及增强网络健壮性

1. 避免R1和R2之间链路故障导致骨干区域被分割

2. 让R3和R4互访可以走最优路径，让X和Y网段互访可以直接走R3和R4之间的链路

辅助实验

DR与BDR选举

1. DR是基于接口的路由器优先级的值进行选举的

2. 取值范围：0-255，默认值为1

3. 优先级为O表示不参与DR与BDR的选举

4. 若优先级相同，则比较各个路由器的Router-ID

注：先选BDR,再选DR

流程图示

最终：（从下到上选）

• DR是AR5

• BDR是AR3

• Drothers 是AR1

扩展

前提是两套设备已经先选举完，后并在一起

OSPF的路径类型

路径选择

OSPF选择路径的优先级顺序是：路由类型优先级 > 区域类型优先级 > 路径开销优先级。

1. 区域内路径【Intra-area path】:在路由器所在的区域内就可以到达目的地的路径

2. 区域间路径【Inter-area path】:目的地在其它区域，但还在OSPF自治系统内的路径

3. 类型1的外部路径【Type I external path, E1】:目的地在OSPF自治系统外部的路径

4. 类型2的外部路径【Type2 external path, E2】:目的地在OSPF自主系统外部的路径，但在计算外部路由的度量时不再计入到达ASBR路由器的路径代价

举例说明

RTA有两条到达外部目的网络202.106.0.20的路径

示意图

E1类型

路径A-B-D的代价是35【5+20+10】

路径A-C-D的代价是50【30+10+10】

E2类型

路径A-B-D的代价是30【20+10】

路径A-C-D的代价是20【10+10】

OSPF常见故障