OSPF 进阶 | Kurisu

OSPF（Open Shortest Path First）是典型的链路状态型路由协议。

一、OSPF LSA 详解

1.1 LSA 与 LSDB

链路状态（Link State） 描述路由器自己激活了 OSPF 的接口信息；全网洪泛的这些信息汇总为 LSDB（链路状态数据库），同区域内各路由器 LSDB 相同。路由器各自运行 SPF，以自己为根得到无环最短路径树。

OSPFv2 的 LSA 共 11 种，本文看最核心的 6 种。

1.2 LSA 头部格式

LSA 头部共 20 字节：

字段	说明
链路状态老化时间 (LS Age)	LSA 的生存时间，初始为 0，最大 3600 秒
链路状态类型 (LS Type)	LSA 的类型编号
链路状态 ID (Link State ID)	根据类型不同含义不同
通告路由器 (Advertising Router)	产生该 LSA 的路由器的 Router-ID
链路状态序列号 (LS Sequence Number)	初始 `0x80000001`，每次更新 +1，终点 `0x7FFFFFFF`
链路状态校验和 (Checksum)	用于校验 LSA 完整性
长度 (Length)	LSA 的总字节长度

链路状态类型 + 链路状态 ID + 通告路由器唯一标识一个 LSA（LSA 三元组）。

1.3 判断 LSA 新旧关系

序列号越大越新
序列号相同，校验和大的更新
校验和也相同则比老化时间：
- 老化时间为 3600 秒 → 无条件加载
- 差值 > 15 分钟 → 老化时间小的更新
- 差值 < 15 分钟 → 两条相同

周期刷新：每 30 分钟通告本地 LSA；老化到 1800 秒时始发路由器重建并洪泛。

1.4 Type-1 LSA：Router LSA

产生者：每台运行 OSPF 的路由器 | 传播范围：区域内
携带信息：直连接口状况与接口 Cost | LS ID：通告者的 Router-ID

每台路由器都产生 Type-1 LSA（“家门口的状况”）；接口分属多区域时每区域各产生一个。

标志位：

比特位	含义
V 位 (Virtual Link Endpoint)	该路由器为虚链路端点
E 位 (External)	该路由器为 ASBR
B 位 (Border)	该路由器为 ABR（区域边界路由器）

Link（链路） 描述直连接口，每个 Link 含：

参数	说明
链路类型 (Link Type)	P2P、TransNet、StubNet、Virtual Link
链路 ID (Link ID)	根据链路类型不同含义不同
链路数据 (Link Data)	根据链路类型不同含义不同
度量值 (Metric)	Cost 值

1.5 Type-2 LSA：Network LSA

产生者：MA 网络中的 DR | 传播范围：区域内
携带信息：MA 网络掩码 + 接入该网络的所有 Router-ID | LS ID：DR 接口的 IP 地址

DR 产生 Type-2 LSA，列出接入该网络的所有路由器，补齐 Type-1 缺失的掩码。Type-1 + Type-2 共同描述区域内部拓扑。

1.6 Type-3 LSA：Network Summary LSA

产生者：ABR（区域边界路由器） | 传播范围：ABR 相邻的单区域
携带信息：域间路由信息（目标网段和开销） | LS ID：目标网络号

3 类 LSA 传递域间路由信息：

传递方式类似距离矢量协议，通告者即到达目标网段的下一跳
跨区域需通告者转换（由下一个 ABR 重新产生）
需用 1、2 类 LSA 计算拓扑来定位通告者

1.7 Type-5 LSA：AS External LSA

产生者：ASBR | 传播范围：整个 OSPF 域（除特殊区域外）
携带信息：域外路由信息 | LS ID：外部路由的目标网络号

5 类 LSA 传递域外路由信息，由重发布（import-route）把其他协议路由导入 OSPF。

种⼦度量值（seed-metric）：导入后舍弃原开销、赋规定值，默认 1，重发布可改。

度量值类型：

类型	E 位	计算方式
Metric-Type-1	E=0	本地到达 ASBR 开销 + 种子度量值
Metric-Type-2	E=1（默认）	所有设备都等于种子度量值

转发地址（Forwarding Address, FA）：FA 非 0.0.0.0 时流量发往 FA 而非通告 ASBR，规避次优路径。

1.8 Type-4 LSA：ASBR Summary LSA

产生者：与 ASBR 同区域的 ABR | 传播范围：除 ASBR 所在区域的单区域
携带信息：ASBR 的位置信息 | LS ID：ASBR 的 Router-ID

4 类格式与 3 类一致，但通告 ASBR 的 RID（掩码全 0），供其他区域定位 ASBR。

1.9 Type-7 LSA：NSSA External LSA

产生者：NSSA 区域的 ASBR | 传播范围：NSSA 区域内
携带信息：域外路由信息（与 5 类格式一致） | LS ID：域外路由的目标网络号

7 类是 5 类在 NSSA 中的”马甲”，出 NSSA 后由 ABR 转成 5 类；标记 O_NSSA，优先级 150。

7 类的 FA 默认使用 ASBR 的环回接口地址。

1.10 LSA 总结表

LSA 类型	名称	LS ID	通告者	传播范围	携带信息
Type-1	Router	通告者 RID	区域内每台路由器	单区域	直连拓扑
Type-2	Network	DR 接口 IP	DR	单区域	MA 网络拓扑补充
Type-3	Sum-Net	目标网络号	ABR（跨区转换）	ABR 相邻单区域	域间路由
Type-4	Sum-Asbr	ASBR 的 RID	ABR（跨区转换）	除 ASBR 所在区域	ASBR 位置
Type-5	External	域外目标网络号	ASBR	整个 OSPF 域	域外路由
Type-7	NSSA	域外目标网络号	ASBR（NSSA 内）	NSSA 区域	域外路由（NSSA）

二、OSPF 报文格式

2.1 OSPF 协议概述

OSPF 跨层封装——无四层，报文直接封装在 IP 数据中，协议号 89。

OSPF 报文共五种：Hello、DBD、LSR、LSU、LSAck。

2.2 OSPF 报文头部

五种报文共有头部，24 字节：

字段	说明
Version	OSPFv2 恒为 2
Type	1-Hello, 2-DD, 3-LSR, 4-LSU, 5-LSAck
Packet Length	整个报文长度（字节数）
Router ID	路由器的 OSPF Router-ID
Area ID	所属区域 ID（32 bit）
Checksum	校验和
Authentication Type	认证类型
Authentication Data	认证数据

2.3 Hello 报文

Hello 报文周期性发现、建立、保活邻居关系，并完成 DR/BDR 选举。

限制邻居关系建立的参数：

子网掩码（MA 网络中需一致，华为特有检查）
Hello 间隔（缺省 P2P/Broadcast 为 10s，NBMA/P2MP 为 30s）
Dead 间隔（缺省为 Hello 间隔的 4 倍）
Options 字段（特殊区域标记）
认证

DR/BDR 选举：由 Router Priority 决定，缺省 1；优先级 0 不参选。

2.4 DBD 报文（DD）

数据库描述报文，三个作用：

未携带数据的 DBD 包做主从关系选举
携带数据的 DBD 包做目录信息共享（LSA 头部）
做隐式确认

字段：

字段	说明
I 位 (Initial)	主从选举时为 1，选举完成后置 0
M 位 (More)	后续还有 DD 报文
MS 位 (Master)	Master 置 1，Slave 置 0
DD Sequence Number	由 Master 决定序列号

2.5 LSR 报文

链路状态请求报文，基于 DBD 请求本地未知 LSA，以 LSA 三元组（链路状态类型、链路状态 ID、通告路由器）唯一标识。

2.6 LSU 报文

链路状态更新报文，真正携带 LSA 信息；一个 LSU 可包含多个 LSA。

MA 网络中组播地址：

224.0.0.6：非 DR/BDR 向 DR、BDR 发送 LSU
224.0.0.5：DR 向所有 OSPF 路由器泛洪 LSU

2.7 LSAck 报文

链路状态确认报文，完成显性确认，包含所确认 LSA 的头部。

2.8 OSPF 接口网络类型

网络类型	OSPF 工作方式	Hello	Dead	DR/BDR
Broadcast（以太网）	Broadcast	10s	40s	需要选举
P2P（PPP、HDLC）	P2P	10s	40s	不需要
环回接口	P2P（华为）	-	-	不需要
P2MP	P2MP	30s	120s	不需要
NBMA（帧中继）	NBMA	30s	120s	需要选举

互通接口的网络类型必须一致，否则可能导致路由计算错误。

三、OSPF 优化

3.1 路由汇总

OSPF 的汇总称区域汇总，分两类：

域间路由汇总：在 ABR 上汇总 3 类 LSA。

[r1-ospf-1-area-0.0.0.2]abr-summary 192.168.0.0 255.255.252.0

只能汇总 ABR 自身通过 1、2 类 LSA 学到的路由。

域外路由汇总：在 ASBR 上汇总 5 类/7 类 LSA。

[r4-ospf-1]asbr-summary 172.16.0.0 255.255.252.0

汇总后开销：Type 2 = 明细最大开销 +1；Type 1 = 明细最大开销

3.2 特殊区域

OSPF 特殊区域分两大类、四小类：

第一大类条件

不能是骨干区域
不能有虚链路
不能有 ASBR

末梢区域（Stub）：拒绝 4/5 类 LSA，自动生成指向骨干的 3 类缺省路由。

[r5-ospf-1-area-0.0.0.2]stub  # 区域内所有设备都需配置

完全末梢区域（Totally Stub）：Stub 之上再拒绝 3 类 LSA，仅留 3 类缺省。

[r1-ospf-1-area-0.0.0.2]stub no-summary  # 仅 ABR 配置

第二大类条件

不能是骨干区域
不能有虚链路
存在 ASBR

非完全末梢区域（NSSA）：拒绝 4/5 类 LSA，域外路由以 7 类传递，自动生成 7 类缺省。

[r4-ospf-1-area-0.0.0.1]nssa  # 区域内所有设备都需配置

完全 NSSA（Totally NSSA）：NSSA 之上再拒绝 3 类 LSA，产生 3 类缺省。

[r3-ospf-1-area-0.0.0.1]nssa no-summary  # 仅 ABR 配置

3.3 各区域允许的 LSA 类型

区域类型	1 类	2 类	3 类	4 类	5 类	7 类
普通区域	有	有	有	有	有	无
Stub	有	有	有	无	无	无
Totally Stub	有	有	仅缺省	无	无	无
NSSA	有	有	有	无	无	有
Totally NSSA	有	有	仅缺省	无	无	有

四、不规则区域解决方案

4.1 问题场景

OSPF 要求非骨干区域必须与 Area 0 直连，骨干区域唯一且不可分割。实际可能出现：

远离骨干的非骨干区域
不连续的骨干区域

4.2 虚链路（Virtual Link）

虚链路是解决不规则区域的虚拟逻辑链路。

配置方法：

[r2-ospf-1-area-0.0.0.1]vlink-peer 3.3.3.3
[r3-ospf-1-area-0.0.0.1]vlink-peer 2.2.2.2

注意：

只跨越一个非骨干区域
邻居关系不存入 OSPF 邻居表
基于开销值小的物理链路建立，本地有物理链路则虚链路永不中断
Vlink 所在非骨干区域不能传递聚合路由（防环）

4.3 多进程双向重发布

解决不规则区域最常用的方式：在 ASBR 上互导不同 OSPF 进程的路由。

[r3]ospf 1
[r3-ospf-1]import-route ospf 2

[r3]ospf 2
[r3-ospf-2]import-route ospf 1

双向重发布后全网可学到所有 OSPF 路由，无选路不佳与环路问题。

五、OSPF 选路原则

5.1 路由优先级

OSPF 内部路由默认优先级 10，域外（O_ASE / O_NSSA）150。

5.2 选路规则

域内优于域间：1/2 类 LSA > 3 类 LSA（即使开销更大）
域间优于域外：3 类 LSA > 5/7 类 LSA（即使开销更大）
Type 1 永远优于 Type 2
Type 2 选路：先比种子度量值 → 再比沿途累加开销
Type 1 选路：比总开销（种子度量值 + 沿途累加开销）
华为体系中 5 类与 7 类 LSA 选路规则相同

5.3 开销值计算

Cost = 参考带宽 / 真实带宽

改开销值的方法：

# 修改参考带宽（全网需要一致）
[r3-ospf-1]bandwidth-reference 1000

# 直接修改接口开销值（推荐）
[r3-GigabitEthernet0/0/0]ospf cost 1000

六、OSPF 防环机制

6.1 域间防环

按星型拓扑部署：所有非骨干区域必须与 Area 0 直连
区域间水平分割：ABR 不把某区域收到的 3 类 LSA 再注回该区域
ABR 从非骨干区域收到的 3 类 LSA 不能用于区域间路由计算

6.2 域内防环

得益于 SPF（最短路径优先）：LSDB 中的 LSA 转成有向图，以本设备为根算出无环最短路径树，路径装入路由表。

七、拓展配置

7.1 手工认证

# 接口认证
[r5-GigabitEthernet0/0/0]ospf authentication-mode md5 1 cipher 123456

# 区域认证
[r3-ospf-1-area-0.0.0.0]authentication-mode md5 1 cipher 123456

# 虚链路认证
[r4-ospf-1-area-0.0.0.1]vlink-peer 3.3.3.3 md5 1 cipher 123456

7.2 加快收敛

# 修改 Hello 时间（死亡时间自动 4 倍匹配）
[r5-GigabitEthernet0/0/0]ospf timer hello 5

# 修改死亡时间
[r1-GigabitEthernet0/0/0]ospf timer dead 20

7.3 缺省路由

缺省类型	产生方式	标记	优先级
3 类缺省	特殊区域自动生成	OSPF	10
5 类缺省	`default-route-advertise`	O_ASE	150
7 类缺省	NSSA 区域自动或手动下发	O_NSSA	150

# 下发 5 类缺省
[r2-ospf-1]default-route-advertise always

# 下发 7 类缺省
[r4-ospf-1-area-0.0.0.1]nssa default-route-advertise