開放最短路徑優先（OSPF）協議

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開放最短路徑優先（OSPF）是用於 IP 網路的路由協議。它用於網路或區域內。OSPF 是一種內部閘道器協議，專為單個自治系統設計。

OSPF 使用鏈路狀態路由演算法。每個路由器都擁有網路中每個鏈路和路由器的資訊。它找到到每個目的地的最短路徑。OSPF 瞭解網路中的所有路由器和子網以構建鏈路狀態資料庫 (LSDB)。路由器交換鏈路狀態通告 (LSA) 以共享有關路由器、子網等的的資訊。

基本術語

• 鏈路狀態 - 描述兩個路由器之間的鏈路，包括其特徵。

• SPF 演算法 - 計算從源路由器到其他路由器的最短路徑。

• OSPF 成本 - 表示使用鏈路或路徑的成本的度量。

• 最短路徑樹 - 顯示從源路由器到所有其他路由器的最短路徑。

• 區域 - OSPF 網路的邏輯細分，具有相似的特徵。

• 邊界路由器 - 連線不同的區域或外部網路。

• 鏈路狀態資料包 - 包含鏈路狀態通告，由路由器傳送。

OSPF 操作

OSPF 分三個步驟執行：鄰居發現、資料庫交換和路由計算。

OSPF 步驟 -

• 鄰居發現 - 路由器查詢並與同一鏈路上的鄰居通訊。

• 資料庫交換 - 路由器交換 LSA 以瞭解網路拓撲。

• 路由計算 - 路由器使用 SPF 演算法查詢最佳路徑。

OSPF 訊息格式

OSPF 訊息具有不同的部分 -

OSPF 協議

• 版本 - 一個數字，顯示正在使用的 OSPF 版本。

• 型別 - 一個數字，指示 OSPF 資料包的型別。

• 訊息 - 整個訊息的長度，包括報頭。

OSPF 訊息中的其他欄位

• 源 IP 地址 - 傳送資料包的地址。

• 區域標識 - 路由發生所在的區域。

• 校驗和 - 用於查詢和修復訊息中的錯誤。

• 身份驗證型別 - 兩種型別 - 0 表示不進行身份驗證，1 表示基於密碼的身份驗證。

• 身份驗證 - 訊息中的實際身份驗證資料。

OSPF 設計

• 將網路劃分為區域以實現高效路由。

• 使用 ABR 連線和彙總區域之間的路由資訊。

• 所有區域都連線到骨幹區域（區域 0）以進行網路通訊。

OSPF 中的區域

OSPF 中有不同型別的區域，每個區域具有不同的特性和功能。

OSPF 區域型別

以下是不同型別的 OSPF 區域 -

• 骨幹區域 - 連線所有其他區域和外部網路的中心區域 (0)。

• 標準區域 - 連線到骨幹區域的非骨幹區域。支援除 4 和 5 之外的所有 LSA。

• 存根區域 - 不接受外部路由的非骨幹區域。從 ABR 接收預設路由。

• 完全存根區域 - 更嚴格的存根區域，不接受區域間路由。

• 非完全存根區域 (NSSA) - 特殊的存根區域，允許使用型別 7 LSA 的外部路由。

• 完全非完全存根區域 (NSSA) - 更嚴格的 NSSA，不接受區域間路由。

不同型別區域的功能

下表總結了不同型別區域的特性和功能

區域型別	區域 ID	支援的 LSA 型別	支援的路由	預設路由
骨幹	0	1, 2, 3, 4, 5	區域內、區域間、外部	否
標準	非零	1, 2, 3, 4, 5	區域內、區域間、外部	否
存根	非零	1, 2, 3	區域內、區域間	是
完全存根	非零	1, 2	區域內	是
NSSA	非零	1, 2, 3, 7	區域內、區域間、外部（在 NSSA 內）	是
完全 NSSA	非零	1, 2, 7	區域內、外部（在 NSSA 內）	是

OSPF 設計技巧

• 每個區域的路由器數量 - 保持在 50 個以下以確保穩定性和效能。

• 每個路由器的鄰居數量 - 保持在 10 個以下以獲得最佳效能。

• 全網狀 vs 部分網狀 - 根據效能和複雜性選擇。

• 記憶體需求 - OSPF 需要更多記憶體，以確保路由器擁有足夠的記憶體。

路由彙總

OSPF 中的路由彙總減少了路由表和開銷，提高了穩定性和安全性。它將多條路由組合成一條以表示更大的網路。有兩種型別：區域間和外部路由彙總。

• 區域間彙總由同一 AS 中區域之間的 ABR 執行。它建立表示區域內一系列網路的彙總 LSA。

• 外部彙總由 ASBR 為來自其他 AS 或外部網路的路由執行。

路由彙總指南 -

• 儘可能彙總路由以獲得更好的可擴充套件性和效率。

• 僅在 ABR 和 ASBR 上彙總路由以避免出現問題。

• 根據自然邊界（如子網掩碼或管理區域）進行彙總。

• 彙總連續且分層的路由以避免出現複雜情況。

• 彙總具有相同屬性的路由以確保一致的行為和最佳路由。

重分發

重分發是將路由從一個路由協議或源匯入到另一個路由協議或域的過程。重分發允許路由器在不同的路由協議或源之間交換路由資訊，即 OSPF、RIP、EIGRP、BGP、靜態路由、連線路由等。

重分發在以下場景中很有用 -

• 從一個路由協議遷移到另一個路由協議

• 連線不同的路由域或 AS

• 將預設路由或特定路由注入路由域

• 提供備用路由或跨多條路徑的負載平衡

但是，重分發也可能導致問題，例如 -

• 路由迴圈或黑洞

• 次優路由或不一致的行為

• 路由開銷或不穩定性

因此，應謹慎地執行重分發，並進行適當的計劃和配置。

在 OSPF 中執行重分發有幾個指南和最佳實踐 -

• 僅在 ABR 和 ASBR 上重分發路由以避免建立路由迴圈或黑洞。

• 僅在必要時且有明確的目的和範圍時重分發路由。

• 使用路由對映重分發路由以過濾和控制重分發的路由以及設定重分發路由的屬性，即度量、型別、標記等。

• 在所有 ABR 和 ASBR 上使用一致的策略和引數重分發路由以避免建立次優路由或不一致的行為。

• 將重分發路由的管理距離設定為高於本機 OSPF 路由，以避免重分發路由覆蓋 OSPF 路由。

• 將重分發路由的度量設定為低於預設 OSPF 度量，以避免建立次優路由或不一致的行為。

• 將重分發路由的型別設定為不同於本機 OSPF 路由的型別，以避免建立次優路由或不一致的行為。例如，預設情況下將外部路由重分發為型別 2 (E2)，除非特定場景需要型別 1 (E1)。

OSPF 的優點

OSPF 比 RIP 具有許多優勢。它是另一個基於距離向量路由演算法的內部閘道器協議。OSPF 的優點是 -

• OSPF 可以處理可變長度子網掩碼 (VLSM)。它可以支援不同大小的子網並最佳化 IP 地址空間的使用。

• OSPF 可以支援多達 65535 跳，而 RIP 的限制為 15 跳。這使得 OSPF 具有更好的可擴充套件性，適用於大型網路。

• OSPF 可以執行路由彙總和重分發。它可以透過聚合路由和與其他路由協議交換路由來減少路由開銷並提高效率。

• OSPF 可以使用身份驗證來保護路由更新並防止對網路拓撲進行未經授權或惡意的更改。

• OSPF 可以將網路劃分為區域並使用不同型別的區域來降低路由複雜性並提高效能。

結論

OSPF 是一種功能強大且靈活的路由協議，可用於設計和構建大型且複雜的網路。OSPF 使用鏈路狀態路由演算法，該演算法根據每條鏈路的 OSPF 成本計算到每個目的地的最短路徑。

OSPF 允許將網路劃分為區域並選擇不同型別的區域和邊界路由器以最佳化路由效能和效率。OSPF 還支援身份驗證、VLSM、路由彙總和重分發以增強安全性

OSPF 可有效地用於各種場景，例如 -

• 需要快速收斂、高可用性和負載平衡的企業網路。

• 需要可擴充套件性、可靠性和與其他路由協議互操作性的服務提供商網路。

• 需要高效能、冗餘和流量工程的資料中心網路。