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OSPF 协议详解：从概念原理到配置实践的全网互通实现

article 2025/3/22 20:57:45
什么是OSPF

OSPF（开放最短路径优先）是由IETF开发的基于链路状态的自治系统内部路由协议，用来代替存在一些问题的RIP协议。与距离矢量协议不同，链路状态路由协议关心网络中链路活接口的状态（包括UP、DOWN、IP地址、掩码、带宽、利用率和延迟等），每个路由将其已知的链路状态向该区域的其他路由器通告，通过这种方式，网络上的每台路由对网络结构都会有相同的认识。随后，路由器以其为依据，使用SPF算法计算和选择路由。

OSPF协议在有组播发送能力的链路层上以组播地址发送协议包，即达到了节约资源的目的，又最大程度地减少了对其他网络设备的干扰。

OSPF将协议包直接封装在IP包中，协议号为89。由于IP协议本身是无连接的，所以OSFP传输的可靠性需要协议本身来保证。因此，OSPF协议定义了一些机制保证协议包安全可靠地传输。

OSPF工作过程

OSPF协议大致工作过程主要分为：寻找邻居、建立邻接关系、链路状态信息传递、计算路由

OSPF工作原理

  • 链路状态收集

  • 路由器通过发送 Hello 报文发现邻居，交换链路状态信息，涵盖链路、接口状态、网络类型等。

  • 链路状态数据库构建

    路由器将收集的链路状态信息存入本地链路状态数据库，数据库完整呈现网络拓扑结构。

  • 最短路径计算

    路由器以自身为根节点，运用 Dijkstra 算法，依据链路状态数据库计算至其他网络节点的最短路径。

OSPF配置与实践
实验拓扑

在这里插入图片描述

实验需求
  1. 按照拓扑图示给设备命名以及配置 IP 地址
  2. 按照图示分区域配置 OSPF ，实现全网互通
  3. 为了路由结构稳定，要求路由器使用环回口作为 Router-id，ABR 的环回口宣告进骨干区域
实验步骤

  1. 配置环回口IP（设备命名和配置 IP 地址部分省略）

    [R1]int lo0
[R1-LoopBack0]ip add 1.1.1.1 32

    [R2]int lo0
[R2-LoopBack0]ip add 2.2.2.2 32

    [R3]int lo0
[R3-LoopBack0]ip add 3.3.3.3 32

    [R4]int lo0
[R4-LoopBack0]ip add 4.4.4.4 32

    [R5]int lo0
[R5-LoopBack0]ip add 5.5.5.5 32

    IP地址配置完成后，应如下图所示
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

  2. 按照图示分区域配置 OSPF ，实现全网互通

    分析：实现全网互通，意味着每台路由器都要宣告本地的所有直连网段，包括环回口所在的网段。要求 ABR 的环回口宣告进骨干区域，即区域 0，同时，每台路由器手动配置各自环回口的 IP 地址作为 Router-id

    步骤 1：在路由器上分别配置 OSPF，按区域宣告所有直连网段和环回口

    [R1]ospf 1 router-id 1.1.1.1
[R1-ospf-1]area 0
[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.1.12.0 0.0.0.255
[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]network 1.1.1.1 0.0.0.0 
[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]dis th
#
 area 0.0.0.0
  network 1.1.1.1 0.0.0.0
  network 10.1.12.0 0.0.0.255
#
return
[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]area 1
[R1-ospf-1-area-0.0.0.1]network 10.1.14.0 0.0.0.255
[R1-ospf-1-area-0.0.0.1]dis th
#
 area 0.0.0.1
  network 10.1.14.0 0.0.0.255
#
return

    [R2]ospf 1 router-id 2.2.2.2
[R2-ospf-1]area 0
[R2-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.1.12.0 0.0.0.255
[R2-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.1.23.0 0.0.0.255
[R2-ospf-1-area-0.0.0.0]network 2.2.2.2 0.0.0.0
[R2-ospf-1-area-0.0.0.0]dis th
#
 area 0.0.0.0
  network 2.2.2.2 0.0.0.0
  network 10.1.12.0 0.0.0.255
  network 10.1.23.0 0.0.0.255
#
return

    [R3]ospf 1 router-id 3.3.3.3
[R3-ospf-1]a 0
[R3-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.1.23.0 0.0.0.255
[R3-ospf-1-area-0.0.0.0]network 3.3.3.3 0.0.0.0
[R3-ospf-1-area-0.0.0.0]dis th
#
 area 0.0.0.0
  network 3.3.3.3 0.0.0.0
  network 10.1.23.0 0.0.0.255
#
return
[R3-ospf-1-area-0.0.0.0]a 2
[R3-ospf-1-area-0.0.0.2]network 10.1.35.0 0.0.0.255
[R3-ospf-1-area-0.0.0.2]dis th
#
 area 0.0.0.2
  network 10.1.35.0 0.0.0.255
#
return

    [R4]ospf 1 router-id 4.4.4.4
[R4-ospf-1]a 1
[R4-ospf-1-area-0.0.0.1]network 10.1.14.0 0.0.0.255
[R4-ospf-1-area-0.0.0.1]network 4.4.4.4 0.0.0.0
[R4-ospf-1-area-0.0.0.1]dis th
#
 area 0.0.0.1
  network 4.4.4.4 0.0.0.0
  network 10.1.14.0 0.0.0.255
#
return

    [R5]ospf 1 router-id 5.5.5.5
[R5-ospf-1]a 2
[R5-ospf-1-area-0.0.0.2]network 10.1.35.0 0.0.0.255
[R5-ospf-1-area-0.0.0.2]network 5.5.5.5 0.0.0.0
[R5-ospf-1-area-0.0.0.2]dis th
#
 area 0.0.0.2
  network 5.5.5.5 0.0.0.0
  network 10.1.35.0 0.0.0.255
#
return

  3. 检查是否全网互通

    分析：检查 OSPF 是否全网互通，一个是检查邻居关系表，看邻居关系是否正常；另一个是检查路由表，看是否学习到全网路由　　这里只展示 R1 的检查结果
    　　
    步骤 1：#display ospf peer 查看邻居关系表

    [R1]dis ospf peer 

         OSPF Process 1 with Router ID 1.1.1.1
               Neighbor Brief Information

 Area: 0.0.0.0        
 Router ID       Address         Pri Dead-Time  State             Interface
 2.2.2.2         10.1.12.2       1   34         Full/BDR          GE0/0

 Area: 0.0.0.1        
 Router ID       Address         Pri Dead-Time  State             Interface
 4.4.4.4         10.1.14.4       1   38         Full/BDR          GE0/1

在这里插入图片描述

[R2]dis ospf peer 

         OSPF Process 1 with Router ID 2.2.2.2
               Neighbor Brief Information

 Area: 0.0.0.0        
 Router ID       Address         Pri Dead-Time  State             Interface
 1.1.1.1         10.1.12.1       1   37         Full/DR           GE0/0
 3.3.3.3         10.1.23.3       1   39         Full/BDR          GE0/1

在这里插入图片描述

[R3]dis ospf peer 

         OSPF Process 1 with Router ID 3.3.3.3
               Neighbor Brief Information

 Area: 0.0.0.0        
 Router ID       Address         Pri Dead-Time  State             Interface
 2.2.2.2         10.1.23.2       1   34         Full/DR           GE0/0
 
 Area: 0.0.0.2        
 Router ID       Address         Pri Dead-Time  State             Interface
 5.5.5.5         10.1.35.5       1   39         Full/BDR          GE0/1

在这里插入图片描述

[R4]dis ospf peer 

         OSPF Process 1 with Router ID 4.4.4.4
               Neighbor Brief Information

 Area: 0.0.0.1        
 Router ID       Address         Pri Dead-Time  State             Interface
 1.1.1.1         10.1.14.1       1   36         Full/DR           GE0/0

在这里插入图片描述

[R5]dis ospf peer 

         OSPF Process 1 with Router ID 5.5.5.5
               Neighbor Brief Information

 Area: 0.0.0.2        
 Router ID       Address         Pri Dead-Time  State             Interface
 3.3.3.3         10.1.35.3       1   35         Full/DR           GE0/0

在这里插入图片描述

说明：状态为FULL，说明邻接关系已建立

步骤 2：查看路由表

[R1]dis ip routing-table 

Destinations : 20       Routes : 20

Destination/Mask   Proto   Pre Cost        NextHop         Interface
0.0.0.0/32         Direct  0   0           127.0.0.1       InLoop0
1.1.1.1/32         Direct  0   0           127.0.0.1       InLoop0
2.2.2.2/32         O_INTRA 10  1           10.1.12.2       GE0/0
3.3.3.3/32         O_INTRA 10  2           10.1.12.2       GE0/0
4.4.4.4/32         O_INTRA 10  1           10.1.14.4       GE0/1
5.5.5.5/32         O_INTER 10  3           10.1.12.2       GE0/0
10.1.12.0/24       Direct  0   0           10.1.12.1       GE0/0
10.1.12.1/32       Direct  0   0           127.0.0.1       InLoop0
10.1.12.255/32     Direct  0   0           10.1.12.1       GE0/0
10.1.14.0/24       Direct  0   0           10.1.14.1       GE0/1
10.1.14.1/32       Direct  0   0           127.0.0.1       InLoop0
10.1.14.255/32     Direct  0   0           10.1.14.1       GE0/1
10.1.23.0/24       O_INTRA 10  2           10.1.12.2       GE0/0
10.1.35.0/24       O_INTER 10  3           10.1.12.2       GE0/0
127.0.0.0/8        Direct  0   0           127.0.0.1       InLoop0
127.0.0.1/32       Direct  0   0           127.0.0.1       InLoop0
127.255.255.255/32 Direct  0   0           127.0.0.1       InLoop0
224.0.0.0/4        Direct  0   0           0.0.0.0         NULL0
224.0.0.0/24       Direct  0   0           0.0.0.0         NULL0
255.255.255.255/32 Direct  0   0           127.0.0.1       InLoop0

在这里插入图片描述

[R2]dis ip routing-table 

Destinations : 20       Routes : 20

Destination/Mask   Proto   Pre Cost        NextHop         Interface
0.0.0.0/32         Direct  0   0           127.0.0.1       InLoop0
1.1.1.1/32         O_INTRA 10  1           10.1.12.1       GE0/0
2.2.2.2/32         Direct  0   0           127.0.0.1       InLoop0
3.3.3.3/32         O_INTRA 10  1           10.1.23.3       GE0/1
4.4.4.4/32         O_INTER 10  2           10.1.12.1       GE0/0
5.5.5.5/32         O_INTER 10  2           10.1.23.3       GE0/1
10.1.12.0/24       Direct  0   0           10.1.12.2       GE0/0
10.1.12.2/32       Direct  0   0           127.0.0.1       InLoop0
10.1.12.255/32     Direct  0   0           10.1.12.2       GE0/0
10.1.14.0/24       O_INTER 10  2           10.1.12.1       GE0/0
10.1.23.0/24       Direct  0   0           10.1.23.2       GE0/1
10.1.23.2/32       Direct  0   0           127.0.0.1       InLoop0
10.1.23.255/32     Direct  0   0           10.1.23.2       GE0/1
10.1.35.0/24       O_INTER 10  2           10.1.23.3       GE0/1
127.0.0.0/8        Direct  0   0           127.0.0.1       InLoop0
127.0.0.1/32       Direct  0   0           127.0.0.1       InLoop0
127.255.255.255/32 Direct  0   0           127.0.0.1       InLoop0
224.0.0.0/4        Direct  0   0           0.0.0.0         NULL0
224.0.0.0/24       Direct  0   0           0.0.0.0         NULL0
255.255.255.255/32 Direct  0   0           127.0.0.1       InLoop0

在这里插入图片描述

[R3]dis ip routing-table 

Destinations : 20       Routes : 20

Destination/Mask   Proto   Pre Cost        NextHop         Interface
0.0.0.0/32         Direct  0   0           127.0.0.1       InLoop0
1.1.1.1/32         O_INTRA 10  2           10.1.23.2       GE0/0
2.2.2.2/32         O_INTRA 10  1           10.1.23.2       GE0/0
3.3.3.3/32         Direct  0   0           127.0.0.1       InLoop0
4.4.4.4/32         O_INTER 10  3           10.1.23.2       GE0/0
5.5.5.5/32         O_INTRA 10  1           10.1.35.5       GE0/1
10.1.12.0/24       O_INTRA 10  2           10.1.23.2       GE0/0
10.1.14.0/24       O_INTER 10  3           10.1.23.2       GE0/0
10.1.23.0/24       Direct  0   0           10.1.23.3       GE0/0
10.1.23.3/32       Direct  0   0           127.0.0.1       InLoop0
10.1.23.255/32     Direct  0   0           10.1.23.3       GE0/0
10.1.35.0/24       Direct  0   0           10.1.35.3       GE0/1
10.1.35.3/32       Direct  0   0           127.0.0.1       InLoop0
10.1.35.255/32     Direct  0   0           10.1.35.3       GE0/1
127.0.0.0/8        Direct  0   0           127.0.0.1       InLoop0
127.0.0.1/32       Direct  0   0           127.0.0.1       InLoop0
127.255.255.255/32 Direct  0   0           127.0.0.1       InLoop0
224.0.0.0/4        Direct  0   0           0.0.0.0         NULL0
224.0.0.0/24       Direct  0   0           0.0.0.0         NULL0
255.255.255.255/32 Direct  0   0           127.0.0.1       InLoop0

在这里插入图片描述

[R4]dis ip routing-table 

Destinations : 18       Routes : 18

Destination/Mask   Proto   Pre Cost        NextHop         Interface
0.0.0.0/32         Direct  0   0           127.0.0.1       InLoop0
1.1.1.1/32         O_INTER 10  1           10.1.14.1       GE0/0
2.2.2.2/32         O_INTER 10  2           10.1.14.1       GE0/0
3.3.3.3/32         O_INTER 10  3           10.1.14.1       GE0/0
4.4.4.4/32         Direct  0   0           127.0.0.1       InLoop0
5.5.5.5/32         O_INTER 10  4           10.1.14.1       GE0/0
10.1.12.0/24       O_INTER 10  2           10.1.14.1       GE0/0
10.1.14.0/24       Direct  0   0           10.1.14.4       GE0/0
10.1.14.4/32       Direct  0   0           127.0.0.1       InLoop0
10.1.14.255/32     Direct  0   0           10.1.14.4       GE0/0
10.1.23.0/24       O_INTER 10  3           10.1.14.1       GE0/0
10.1.35.0/24       O_INTER 10  4           10.1.14.1       GE0/0
127.0.0.0/8        Direct  0   0           127.0.0.1       InLoop0
127.0.0.1/32       Direct  0   0           127.0.0.1       InLoop0
127.255.255.255/32 Direct  0   0           127.0.0.1       InLoop0
224.0.0.0/4        Direct  0   0           0.0.0.0         NULL0
224.0.0.0/24       Direct  0   0           0.0.0.0         NULL0
255.255.255.255/32 Direct  0   0           127.0.0.1       InLoop0

在这里插入图片描述

[R5]dis ip routing-table 

Destinations : 18       Routes : 18

Destination/Mask   Proto   Pre Cost        NextHop         Interface
0.0.0.0/32         Direct  0   0           127.0.0.1       InLoop0
1.1.1.1/32         O_INTER 10  3           10.1.35.3       GE0/0
2.2.2.2/32         O_INTER 10  2           10.1.35.3       GE0/0
3.3.3.3/32         O_INTER 10  1           10.1.35.3       GE0/0
4.4.4.4/32         O_INTER 10  4           10.1.35.3       GE0/0
5.5.5.5/32         Direct  0   0           127.0.0.1       InLoop0
10.1.12.0/24       O_INTER 10  3           10.1.35.3       GE0/0
10.1.14.0/24       O_INTER 10  4           10.1.35.3       GE0/0
10.1.23.0/24       O_INTER 10  2           10.1.35.3       GE0/0
10.1.35.0/24       Direct  0   0           10.1.35.5       GE0/0
10.1.35.5/32       Direct  0   0           127.0.0.1       InLoop0
10.1.35.255/32     Direct  0   0           10.1.35.5       GE0/0
127.0.0.0/8        Direct  0   0           127.0.0.1       InLoop0
127.0.0.1/32       Direct  0   0           127.0.0.1       InLoop0
127.255.255.255/32 Direct  0   0           127.0.0.1       InLoop0
224.0.0.0/4        Direct  0   0           0.0.0.0         NULL0
224.0.0.0/24       Direct  0   0           0.0.0.0         NULL0
255.255.255.255/32 Direct  0   0           127.0.0.1       InLoop0

在这里插入图片描述
说明：可以看到，分别已经学习到了全网所有网段的路由信息

  1. 测试在R4上ping R5

    [R4]ping 10.1.35.5
Ping 10.1.35.5 (10.1.35.5): 56 data bytes, press CTRL+C to break
56 bytes from 10.1.35.5: icmp_seq=0 ttl=252 time=1.758 ms
56 bytes from 10.1.35.5: icmp_seq=1 ttl=252 time=1.174 ms
56 bytes from 10.1.35.5: icmp_seq=2 ttl=252 time=1.067 ms
56 bytes from 10.1.35.5: icmp_seq=3 ttl=252 time=1.087 ms
56 bytes from 10.1.35.5: icmp_seq=4 ttl=252 time=1.761 ms

--- Ping statistics for 10.1.35.5 ---
5 packet(s) transmitted, 5 packet(s) received, 0.0% packet loss
round-trip min/avg/max/std-dev = 1.067/1.369/1.761/0.321 ms
[R4]%Mar 19 16:27:11:744 2025 R4 PING/6/PING_STATISTICS: Ping statistics for 10.1.35.5: 5 packet(s) transmitted, 5 packet(s) received, 0.0% packet loss, round-trip min/avg/max/std-dev = 1.067/1.369/1.761/0.321 ms.

在这里插入图片描述

[R4]ping 5.5.5.5
Ping 5.5.5.5 (5.5.5.5): 56 data bytes, press CTRL+C to break
56 bytes from 5.5.5.5: icmp_seq=0 ttl=252 time=1.471 ms
56 bytes from 5.5.5.5: icmp_seq=1 ttl=252 time=0.854 ms
56 bytes from 5.5.5.5: icmp_seq=2 ttl=252 time=1.449 ms
56 bytes from 5.5.5.5: icmp_seq=3 ttl=252 time=1.697 ms
56 bytes from 5.5.5.5: icmp_seq=4 ttl=252 time=1.818 ms

--- Ping statistics for 5.5.5.5 ---
5 packet(s) transmitted, 5 packet(s) received, 0.0% packet loss
round-trip min/avg/max/std-dev = 0.854/1.458/1.818/0.332 ms
[R4]%Mar 19 16:26:22:237 2025 R4 PING/6/PING_STATISTICS: Ping statistics for 5.5.5.5: 5 packet(s) transmitted, 5 packet(s) received, 0.0% packet loss, round-trip min/avg/max/std-dev = 0.854/1.458/1.818/0.332 ms.

在这里插入图片描述

OSPF知识点
OSPF 区域

（1）区域概念

区域从逻辑上划分网络，各区域拥有独立链路状态数据库与路由计算，能减少链路状态信息传播范围，减轻路由器负担，提升网络可管理性与稳定性。

（2）骨干区域与非骨干区域

骨干区域（Area 0）至关重要，连接非骨干区域，非骨干区域间路由信息需经骨干区域中转。

（3）区域间路由汇总

区域边界路由器进行路由汇总，将多个具体路由条目合并为一条，减少区域间传递的路由信息数量，提升路由效率。

OSPF 路由器角色

（1）DR 和 BDR

在广播型或 NBMA 网络中，DR（指定路由器）负责与其他路由器交换链路状态信息，BDR（备份指定路由器）在 DR 故障时接替工作，减少链路状态信息泛洪及邻接关系数量。

（2）内部路由器、区域边界路由器和自治系统边界路由器

内部路由器负责所在区域内路由；区域边界路由器连接不同区域，传递区域间路由信息；自治系统边界路由器连接 OSPF 自治系统与其他自治系统，引入外部路由。

OSPF 报文

（1）Hello 报文

作用为发现邻居、建立与维护邻居关系、选举 DR 和 BDR。报文中包含路由器 ID、区域 ID、Hello 间隔、死亡间隔等字段。

（2）其他报文类型

数据库描述（DBD）报文、链路状态请求（LSR）报文、链路状态更新（LSU）报文和链路状态确认（LSAck）报文等，各自承担特定功能，相互协作实现 OSPF 各项功能。

区域（Area）：区域是从逻辑上将路由器划分为不同的组，每个组用区域号（Area ID）来标识。区域的边界是路由器，而不是链路。其中，Area 0 通常被称为骨干区域，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。

路由器 ID（Router ID）：唯一标识一个 OSPF 路由器，通常使用环回接口的 IP 地址。如果没有配置环回接口，则选取物理接口中 IP 地址最大的接口地址作为 Router ID。

链路状态通告（LSA）：用于在 OSPF 路由器之间传递链路状态信息，描述了网络中的链路、路由器以及它们之间的连接关系等。

邻居（Neighbor）：两台 OSPF 路由器之间建立邻接关系，就互为邻居。它们通过交换 Hello 报文来发现和维护邻居关系。

邻接（Adjacency）：两台 OSPF 路由器之间建立完全邻接关系后，会同步链路状态数据库，以便拥有相同的网络拓扑信息。

指定路由器（DR）和备份指定路由器（BDR）：在广播型网络和非广播多路访问网络（NBMA）中，为了减少网络中链路状态信息的泛洪和路由器之间的邻接关系数量，会选举出 DR 和 BDR。DR 负责与其他路由器交换链路状态信息，BDR 在 DR 出现故障时接替其工作。

开销（Cost）：OSPF 协议采用链路开销作为度量值，用于衡量到达目标网络的路径代价。链路开销与链路带宽成反比，即带宽越高，开销越小，选路主要基于带宽因素。

OSPF 报文类型：包括 Hello 报文、数据库描述（DBD）报文、链路状态请求（LSR）报文、链路状态更新（LSU）报文和链路状态确认（LSAck）报文等。Hello 报文用于发现和维护邻居关系；DBD 报文用于描述链路状态数据库的内容；LSR 报文用于请求特定的链路状态信息；LSU 报文用于发送链路状态更新信息；LSAck 报文用于对收到的 LSU 报文进行确认。
Dijkstra 算法：
在这里插入图片描述


http://www.kler.cn/a/595844.html

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