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ME60 V800R010C10SPC500 特性描述 - 广域网接入 01

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OSPF协议基本概念

OSPF协议基本概念

Router ID

一台ME设备如果要运行OSPF协议,必须存在Router ID。Router ID是一个32比特无符号整数,是一台ME设备在自治系统中的唯一标识。

Router ID的选取有两种方式:

  • 通过命令行手动配置。

  • ME设备自动设定。

    如果没有手动配置Router ID,ME设备会从当前接口的IP地址中自动选取一个作为Router ID。其选择顺序是:

    1. 优先从Loopback地址中选择最大的IP地址作为Router ID。
    2. 如果没有配置Loopback接口,则在接口地址中选取最大的IP地址作为Router ID。

只有重新配置系统的Router ID或OSPF的Router ID,并且重新启动OSPF进程后,才会进行Router ID的重新选取。

区域

随着网络规模日益扩大,当一个大型网络中的ME设备都运行OSPF路由协议时,ME设备数量的增多会导致链路状态数据库LSDB(Link-State Database)非常庞大,占用大量的存储空间,并使得运行SPF算法的复杂度增加,导致ME设备负担很重。在网络规模增大之后,拓扑结构发生变化的概率也增大,网络会经常处于“动荡”之中,造成网络中会有大量的OSPF协议报文在传递,降低了网络的带宽利用率。更为严重的是,每一次变化都会导致网络中所有的ME设备重新进行路由计算。

OSPF协议通过将自治系统划分成不同的区域解决LSDB频繁更新的问题,提高网络的利用率。区域是从逻辑上将ME设备划分为不同的组,每个组用区域号(Area ID)来标识。区域的边界是ME设备,而不是链路。一个网段(链路)只能属于一个区域,或者说每个运行OSPF的接口必须指明属于哪一个区域。

OSPF的区域类型包括普通区域、Stub区域、NSSA区域,如表6-2所示。

表6-2 区域类型

区域类型

作用

说明

普通区域

缺省情况下,OSPF区域被定义为普通区域。普通区域包括:

  • 标准区域:最通用的区域,它传输区域内路由,区域间路由和外部路由。
  • 骨干区域:连接所有其他OSPF区域的中央区域,通常用Area 0表示。骨干区域负责区域之间的路由,非骨干区域之间的路由信息必须通过骨干区域来转发。
  • 骨干区域自身必须保持连通。
  • 所有非骨干区域必须与骨干区域保持连通。

Stub区域

Stub区域是一些特定的区域,Stub区域的ABR不传播它们接收到的自治系统外部路由,因此这些区域中ME设备的路由表规模以及路由信息传递的数量都会大大减少。一般情况下,Stub区域位于自治系统的边界,是只有一个ABR的非骨干区域,为保证到自治系统外的路由依旧可达,Stub区域的ABR将生成一条缺省路由,并发布给Stub区域中的其他非ABR路由器。

Totally Stub区域允许ABR发布的Type3缺省路由,不允许发布自治系统外部路由和区域间的路由,只允许发布区域内路由。

  • 骨干区域不能配置成Stub区域。
  • Stub区域内不能存在ASBR,因此自治系统外部的路由不能在本区域内传播。
  • 虚连接不能穿过Stub区域。

NSSA(Not-So-Stubby Area)区域

NSSA是Stub区域的一个变形,它和Stub区域有许多相似的地方。NSSA区域不允许存在Type5 LSA。NSSA区域允许引入自治系统外部路由,携带这些外部路由信息的Type7 LSA由NSSA的ASBR产生,仅在本NSSA内传播。当Type7 LSA到达NSSA的ABR时,由ABR将Type7 LSA转换成Type5 LSA,泛洪到整个OSPF域中。

Totally NSSA区域不允许发布自治系统外部路由和区域间的路由,只允许发布区域内路由。

  • NSSA区域的ABR会发布Type7 LSA缺省路由传播到本区域内。
  • 所有域间路由都必须通过ABR才能发布。
  • 虚连接不能穿过Stub区域。

路由器类型

根据在自治系统AS中的不同位置,路由器可以分为以下几类。请参见图6-1表6-3

图6-1 路由器类型
表6-3 路由器类型

路由器类型

含义

区域内路由器(Internal Router)

该类路由器的所有接口都属于同一个OSPF区域。

区域边界路由器ABR(Area Border Router)

该类路由器可以同时属于两个以上的区域,但其中一个必须是骨干区域

ABR用来连接骨干区域和非骨干区域,它与骨干区域之间既可以是物理连接,也可以是逻辑上的连接。

骨干路由器(Backbone Router)

该类路由器至少有一个接口属于骨干区域。

所有的ABR和位于骨干区域的内部路由器都是骨干路由器。

自治系统边界路由器ASBR(AS Boundary Router)

与其他AS交换路由信息的路由器称为ASBR。

ASBR并不一定位于AS的边界,它可能是区域内路由器,也可能是ABR。

LSA

OSPF中对路由信息的描述都是封装在链路状态通告LSA(Link State Advertisement)中发布出去的,常用的LSA如表6-4所示。

表6-4 LSA类型及作用

LSA类型

LSA作用

Router-LSA(Type1)

每个ME设备都会产生,描述了ME设备的链路状态和开销,在发布路由器所属的区域内传播。

Network-LSA(Type2)

DR产生,描述本网段的链路状态,在DR所属的区域内传播。

Network-summary-LSA(Type3)

ABR产生,描述区域内某个网段的路由,并通告给其他区域(除了Totally StubTotally NSSA区域)。例如:ABR同时属于Area0和Area1,Area0内存在网段10.1.1.0,Area1内存在网段11.1.1.0,ABR为Area0生成到网段11.1.1.0的Type3 LSA;ABR为Area1生成到网段10.1.1.0的Type3 LSA。

ASBR-summary-LSA(Type4)

ABR产生,描述本区域到其他区域中的ASBR的路由,通告给除ASBR所在区域的其他区域(除了Stub区域Totally StubNSSA区域Totally NSSA区域)。

AS-external-LSA(Type5)

ASBR产生,描述到AS外部的路由,通告到所有的区域(除了Stub区域Totally StubNSSA区域Totally NSSA区域)。

NSSA LSA(Type7)

ASBR产生,描述到AS外部的路由,仅在NSSA区域内传播。

Opaque LSA(Type9/Type10/Type11)

Opaque LSA提供用于OSPF的扩展的通用机制。其中:

  • Type9 LSA仅在接口所在网段范围内传播。用于支持GR的Grace LSA就是Type9 LSA的一种。
  • Type10 LSA在区域内传播。用于支持TE的LSA就是Type10 LSA的一种。
  • Type11 LSA在自治域内传播,目前还没有实际应用的例子。

LSA在各区域中传播的支持情况如表6-5所示。

表6-5 LSA在各区域中传播的支持情况

区域类型

Router-LSA(Type1)

Network-LSA(Type2)

Network-summary-LSA(Type3)

ASBR-summary-LSA(Type4)

AS-external-LSA(Type5)

NSSA LSA(Type7)

普通区域(包括标准区域和骨干区域)

Stub区域

Totally Stub区域

NSSA区域

Totally NSSA区域

报文类型

OSPF用IP报文直接封装协议报文,协议号为89。OSPF分为5种报文:Hello报文、DD报文、LSR报文、LSU报文和LSAck报文,如表6-6所示。

表6-6 报文类型及作用

报文类型

报文作用

Hello报文

周期性发送,用来发现和维持OSPF邻居关系。

DD报文(Database Description packet)

描述本地LSDB的摘要信息,用于两台ME设备进行数据库同步。

LSR报文(Link State Request packet)

用于向对方请求所需的LSA。

ME设备只有在OSPF邻居双方成功交换DD报文后才会向对方发出LSR报文。

LSU报文(Link State Update packet)

用于向对方发送其所需要的LSA。

LSAck报文(Link State Acknowledgment packet)

用来对收到的LSA进行确认。

路由类型

自治系统AS区域内和区域间路由描述的是AS内部的网络结构,AS外部路由则描述了应该如何选择到AS以外目的地址的路由。OSPF将引入的AS外部路由分为Type1和Type2两类。

表6-7中按优先级从高到低顺序列出了路由类型。

表6-7 路由类型

路由类型

含义

Intra Area

区域内路由。

Inter Area

区域间路由。

第一类外部路由(Type1 External)

这类路由的可信程度高一些。

到第一类外部路由的开销=本ME设备到相应的ASBR的开销+ASBR到该路由目的地址的开销。

存在多个ASBR时,每条路径的开销值分别按照“第一类外部路由的开销=本路由器到相应的ASBR的开销+ASBR到该路由目的地址的开销”计算,得到的开销值用于路由选路。

第二类外部路由(Type2 External)

这类路由的可信度比较低,所以OSPF协议认为从ASBR到自治系统之外的开销远远大于在自治系统之内到达ASBR的开销。

所以,OSPF计算路由开销时只考虑ASBR到自治系统之外的开销,即到第二类外部路由的开销=ASBR到该路由目的地址的开销。

存在多个ASBR时,先比较引入路由的开销值,选取开销值最小的ASBR路径进行路由引入。如果引入路由的开销值相同,再比较本路由器到相应的ASBR的开销值,选取开销值最小的路径进行路由引入。无论选择哪条路径引入路由,第二类外部路由的开销都等于ASBR到该路由目的地址的开销。

OSPF支持的网络类型

OSPF根据链路层协议类型,将网络分为如表6-8所列四种类型。

表6-8 OSPF支持的网络类型

网络类型

链路层协议

图示

广播类型(Broadcast)

  • Ethernet
  • FDDI

NBMA类型(Non-broadcast multiple access):非广播且多点可达的网络

X.25

点到多点P2MP类型(Point-to-Multipoint)

没有一种链路层协议会被缺省的认为是Point-to-Multipoint类型。点到多点必须是由其他的网络类型强制更改的。常用做法是将非全连通的NBMA改为点到多点的网络。

点到点P2P类型(point-to-point)

  • LAPB

DR和BDR

在广播网和NBMA网络中,任意两台ME设备之间都要传递路由信息。如图6-2所示,网络中有n台ME设备,则需要建立n*(n-1)/2个邻接关系。这使得任何一台ME设备的路由变化都会导致多次传递,浪费了带宽资源。为解决这一问题,OSPF定义了指定路由器DR和备份指定路由器BDR。通过选举产生DR(Designated Router)后,所有ME设备都只将信息发送给DR,由DR将网络链路状态LSA广播出去。除DR和BDR之外的路由器(称为DR Other)之间将不再建立邻接关系,也不再交换任何路由信息,这样就减少了广播网和NBMA网络上各ME设备之间邻接关系的数量。

图6-2 选举DR前后对比图

如果DR由于某种故障而失效,则网络中的ME设备必须重新选举DR,并与新的DR同步。这需要较长的时间,在这段时间内,路由的计算有可能是不正确的。为了能够缩短这个过程,OSPF提出了BDR(Backup Designated Router)的概念。BDR是对DR的一个备份,在选举DR的同时也选举出BDR,BDR也和本网段内的所有ME设备建立邻接关系并交换路由信息。当DR失效后,BDR会立即成为DR。由于不需要重新选举,并且邻接关系已建立,所以这个过程非常短暂,这时还需要再重新选举出一个新的BDR,虽然一样需要较长的时间,但并不会影响路由的计算。

DR和BDR不是人为指定的,而是由本网段中所有的ME设备共同选举出来的。ME设备接口的DR优先级决定了该接口在选举DR、BDR时所具有的资格。本网段内DR优先级大于0的ME设备都可作为“候选人”。选举中使用的“选票”就是Hello报文。每台ME设备将自己选出的DR写入Hello报文中,发给网段上的其他ME设备。当处于同一网段的两台ME设备同时宣布自己是DR时,DR优先级高者胜出。如果优先级相等,则Router ID大者胜出。如果一台ME设备的优先级为0,则它不会被选举为DR或BDR。

OSPF多进程

OSPF支持多进程,在同一台ME设备上可以运行多个不同的OSPF进程,它们之间互不影响,彼此独立。不同OSPF进程之间的路由交互相当于不同路由协议之间的路由交互。ME设备的一个接口只能属于某一个OSPF进程。

OSPF多进程的一个典型应用就是在VPN场景中PE和CE之间运行OSPF协议,同时VPN骨干网上的IGP也采用OSPF。在PE上,这两个OSPF进程互不影响。

OSPF缺省路由

缺省路由是指目的地址和掩码都是0的路由。当ME设备无精确匹配的路由时,就可以通过缺省路由进行报文转发。

OSPF缺省路由通常应用于下面两种情况:

  • 由区域边界路由器(ABR)发布Type3缺省Summary LSA,用来指导区域内路由器进行区域之间报文的转发。

  • 由自治系统边界路由器(ASBR)发布Type5外部缺省ASE LSA,或者Type7外部缺省NSSA LSA,用来指导自治系统(AS)内路由器进行自治系统外报文的转发。

由于OSPF路由的分级管理,Type3缺省路由的优先级高于Type5和Type7路由。

OSPF缺省路由的发布原则如下:

  • OSPF设备只有具有对外的出口时,才能够发布缺省路由LSA。
  • 如果OSPF设备已经发布了缺省路由LSA,那么不再学习其它ME设备发布的相同类型缺省路由。即路由计算时不再计算其它ME设备发布的相同类型的缺省路由LSA,但数据库中存有对应LSA。
  • 外部缺省路由的发布如果要依赖于其它路由,那么被依赖的路由不能是本OSPF路由域内的路由,即不是本进程OSPF学习到的路由。因为外部缺省路由的作用是用于指导报文的域外转发,而本OSPF路由域的路由的下一跳都指向了域内,不能满足指导报文域外转发的要求。
  • ME设备发布缺省路由时会检查区域0是否有状态为full的邻居,当区域0仅有状态为full的邻居时,缺省路由才会发布。因为区域0没有状态为full的邻居,说明骨干区域没有转发能力,发布缺省路由没有实际意义。状态full的概念请参见OSPF邻居状态机

不同区域缺省路由发布原则如表6-9所示。

表6-9 不同区域的缺省路由发布原则

区域类型

缺省路由发布原则

普通区域

缺省情况下,普通OSPF区域内的OSPF设备是不会产生缺省路由的,即使它有缺省路由。

当网络中缺省路由通过其他路由进程产生时,ME设备必须将缺省路由通告到整个OSPF自治域中。实现方法是在ASBR上手动通过命令进行配置,产生缺省路由。配置完成后,ME设备会产生一个缺省ASE LSA(Type5 LSA),并且通告到整个OSPF自治域中。

如果ASBR上没有缺省路由,则ME设备不会通告缺省路由。

Stub Area

Stub区域不允许自治系统外部的路由(Type5 LSA)在区域内传播。

区域内的ME设备必须通过ABR学到自治系统外部的路由。实现方法是ABR会自动产生一条缺省的Summary LSA(Type3 LSA)通告到整个Stub区域内。这样,到达自治系统的外部路由就可以通过ABR到达。

Totally Stub Area

Totally Stub区域既不允许自治系统外部的路由(Type5 LSA)在区域内传播,也不允许区域间路由(Type3 LSA)(除了缺省的Type3 LSA之外)在区域内传播。

区域内的ME设备必须通过ABR学到自治系统外部和其他区域的路由。实现方法是配置Totally Stub区域后,ABR会自动产生一条缺省的Summary LSA(Type3 LSA)通告到整个Totally Stub区域内。这样,到达自治系统外部的路由和其他区域间的路由都可以通过ABR到达。

NSSA Area

NSSA区域允许引入少量通过本区域的ASBR到达的外部路由,但不允许其他区域的外部路由ASE LSA(Type5 LSA)在区域内传播。如果骨干区域中存在Full状态的邻居和Up状态的接口,ABR会自动产生一条缺省的NSSA LSA(Type7 LSA),通告到整个NSSA区域内。这样,除了某少部分路由通过NSSA的ASBR到达,其它路由都可以通过NSSA的ABR到达。在ASBR上手动通过命令进行配置,使ASBR产生一条缺省的NSSA LSA(Type7 LSA),通告到整个NSSA区域内。这样,外部路由也可以通过本区域NSSA的ASBR到达。

Type7 LSA缺省路由不会在ABR上转换成Type5 LSA缺省路由泛洪到整个OSPF域。

Totally NSSA Area

Totally NSSA区域既不允许其他区域的外部路由ASE LSA(Type5 LSA)在区域内传播,也不允许区域间路由(Type3 LSA)(除了缺省的Type3 LSA之外)在区域内传播。

区域内的ME设备必须通过ABR学到其他区域的路由。实现方法是配置Totally NSSA区域后,ABR会自动产生缺省的Type3 LSA和Type7 LSA通告到整个Totally NSSA区域内。这样,自治系统外部路由和区域间路由都可以通过ABR在区域内传播。

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更新时间:2019-01-04

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