2016.9.2 第2次更新

OSPF理论知识详解（三）

华为OSPF理论知识详解（二）：http://www.023wg.com/lypz/102.html

11、OSPF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和骨干区域。

标准区域是最通用的区域，它传输区域内路由，区域间路由和外部路由。

骨干区域是连接所有其他OSPF区域的中央区域。区域号固定为0.0.0.0，即区域0，通常用Area 0表示。

骨干区域必须是连续的（也就是中间不会越过其他区域），或者通过虚连接（virtual link）连接两个或多个分离的骨干区域，但这些分离的骨干区域的区域号要一样，均为0，同时要求其他区域必须与骨干区域直接连接或通过虚连接虚拟连接。

虚连接被认为是属于骨干区域（相当于骨干区域的延伸）的，在OSPF看来，虚连接两端的两个路由器被一个点对点的链路连在一起，这样原本没有与骨干区域连击的区域就变成直接连接了，称为普通区域。通过虚连接连接两个非连续的骨干区域0的方法一样。

在OSPF路由域中，无论是否划分区域，总是至少有一个骨干区域。区域之间的通信都是先被路由到骨干区域，然后再路由到目的区域，最后被路由到目的区域的主机

在骨干区域中的路由器（都是ABR）通过它们所连接的其他区域内的汇总路由到骨干区域中的其他路由器，这些汇总通告只在骨干区域内的路由器传播，使得骨干区域内每台路由器都有一个到达所连接的其他区域ABR的可用路由表。

12、OSPF STUB区域

Stub区域是专为那些性能较低、与AS外部没有太多路由通信的AS边缘区域简化区域内部路由设备上的路由表二采取的一种优化措施。只有处于AS边缘，且只有一个连接到其它区域的ABR,没有ASBR，没有虚连接穿越的非骨干区域才能配置成stub区域。

Stub区域不允许发布（发布的意思是获取和维护外部的明细路由信息）自治系统外部路由，只允许发布区域内路由和区域间的路由。

Stub区域不允许发布AS外部路由后回来带来一个问题，stub内部路由设备不能获取AS外部路由信息，不能与AS外部进行通信，但有时候又确需与AS外部通信。

于是增加了一种解决办法，为了保证到自治系统外的路由可达，stub区域的ABR发布Type3缺省路由传播到区域内，所有到自治系统外部的路由都必须通过ABR才能发布，stub区域的ABR将生成一条指向自己的缺省路由（0.0.0.0），并发布给STUB区域中的其他非ABR路由器，这样stub区域的其它非abr路由器就知道通过abr路由器与AS外部通信。

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，在这些区域中路由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，提高路由效率，减小内存消耗。

STUB区域是一种可选的配置属性，但并不是每个区域都符合配置的条件。通常来说，STUB区域位于自治系统的边界，是那些只有一个ABR的非骨干区域。

为保证到自治系统外的路由依旧可达，配置STUB区域时需要注意下列几点：

1、骨干区域不能配置成STUB区域。

2、如果要将一个区域配置成STUB区域，则该区域中的所有路由器都要配置STUB区域属性。

3、STUB区域内不能存在ASBR，即自治系统外部的路由不能在本区域内传播。

4、虚连接不能穿过STUB区域。

13、OSPF Totally STUB区域

Totally stub区域与与stub区域所需满足条件完全一样，除了不允许AS外部路由相关的Type4 LSA和Type5 LSA进入区域外，还不允许AS内其它区域的Type3 LSA经由ABR向区域内泛洪。Totally stub区域只有Type1 LSA和Type2 LSA（广播网络），进一步大大减少了区域内部路由器的路由表规模，降低设备资源消耗，提高路由效率。

为了解决Totally stub区域与其他区域或AS外部通信，同样由Totally stub区域的ABR向区域内泛洪一条缺省路由，使得Totally stub区域内的路由器能与外部通信。

14、OSPF NSSA区域

OSPF规定STUB区域是不能引入外部路由的，这样可以避免大量外部路由对STUB区域路由器带宽和存储资源的消耗。对于既需要引入外部路由又要避免外部路由带来的资源消耗的场景，STUB区域就不再满足需求了。因此产生了NSSA区域。

NSSA区域同时保留自治系统内的STUB区域的特征。OSPF NSSA区域（Not-So-Stubby Area）是OSPF新增的一类特殊的区域类型，NSSA区域是stub区域的延伸，或者说是NSSA区域的修订版，即NSSA区域可以位于非边缘区域，可以有多个ABR（stub只有一个），可以有一个或多个ASBR（stub不允许有）。

NSSA区域允许引入自治系统外部路由，即由NSSA区域的ASBR发布Type7 LSA通告给NSSA区域，这些Type7 LSA在ABR上转换成Type5 LSA，并且泛洪到整个OSPF域中，不允许其他区域的ASBR连接的AS外部路由进入本区域。

与stub区域一样，允许区域间的Type3 LSA进入区域内部泛洪。

当区域配置为NSSA区域后，为保证到自治系统外的路由可达，NSSA区域的ABR将生成一条缺省路由，并发布给NSSA区域中的其他路由器。

NSSA区域和STUB区域有许多相似的地方。NSSA区域与STUB区域差别在于STUB区域是不能引入外部路由，NSSA区域能够将自治域外部路由引入并传播到整个OSPF自治域中，同时又不会学习来自OSPF网络其它区域的外部路由。

图1 NSSA区域

    1、N-bit

一个区域内所有路由器上配置的区域类型必须保持一致。OSPF在Hello报文中使用N-bit来标识路由器支持的区域类型，区域类型选择不一致的路由器不能建立OSPF邻居关系。

虽然协议有要求，但有些厂商实现时违背了在OSPF DD报文中也置位了N-bit，为了和这些厂商互通，路由器的实现方式是可以通过命令设置N-bit来兼容。

    2、Type7 LSA

Type7 LSA是为了支持NSSA区域而新增的一种LSA类型，用于描述引入的外部路由信息。

Type7 LSA由NSSA区域的自治域边界路由器（ASBR）产生，其扩散范围仅限于ASBR所在的NSSA区域。

NSSA区域的区域边界路由器（ABR）收到Type7 LSA时，会有选择地将其转化为Type5 LSA，以便将外部路由信息通告到OSPF网络的其它区域。

    3、Type7 LSA转化为Type5 LSA

为了将NSSA区域引入的外部路由发布到其它区域，需要把Type7 LSA转化为Type5 LSA以便在整个OSPF网络中通告。

P-bit（Propagate bit）用于告知转化路由器该条Type7 LSA是否需要转化。

缺省情况下，转换路由器的是NSSA区域中Router ID最大的区域边界路由器（ABR）。

只有P-bit置位并且FA（Forwarding Address）不为0的Type7 LSA才能转化为Type5 LSA。FA用来表示发送的某个目的地址的报文将被转发到FA所指定的地址。

区域边界路由器产生的Type7 LSA不会置位P-bit。

    4、缺省路由环路预防

在NSSA区域中，可能同时存在多个ABR，为了防止路由环路产生，边界路由器之间不计算对方发布的缺省路由。

配置NSSA区域时需要注意下列几点：

1、骨干区域不能配置成NSSA区域。

2、如果要将一个区域配置成NSSA区域，则该区域中的所有路由器都要配置NSSA区域属性。

3、虚连接不能穿过NSSA区域。

15、OSPF Totally NSSA区域

Totally NSSA区域与NSSA区域特征一样，不同的是Totally NSSA区域不允许AS内区域间Type3 LSA进入。

16、OSPF区域划分原则

1、合理划分OSPF区域：

当网络规模不断增大时，在大型的OSPF网络中，LSDB（链路状态数据库）会占用大量的存储空间，并使得运行SPF（shortest path first，最短路径优先）算法的复杂度增加，导致CPU负担加重。

当网络规模不断增大时，网络拓扑不断变化，每一次的变化都会导致所有路由器重新进行路由计算，造成大量的OSPF报文在网络中传递，降低网络利用率。

划分自治系统区域能解决上述问题，按照一般经验，区域内路由器数量不超过50台，如果少于20台可只划分为一个区域，即骨干区域。

根据OSPF协议规定，所有其它区域必须与骨干区域连接（直连或虚连），所以规划是合理的选择骨区域的位置（通常为网络的中央）。

2、OSPF对设备性能的要求：

骨干区域要负载整个区域的路由信息传输，负荷较大，应选择性能好处理能力强的路由器来担任。

每个ABR负责所连接的两个或多个区域间的路由信息传输工作，需要保持每个连接区的LSDB,所以也要求路由器性能高的来担任。通常建议在一台ABR上最多连接三个区域，即一个骨干区域和两个普通区域。

每个ASBR负责两个或多个自治系统间的路由传输，同样需要高性能路由器来担任，与ABR类似，也不要连接太多的自治系统。

3、OSPF区域划分原则：

    3.1、按照地理区域或行政管理单位划分，这是最简单的区域划分

    3.2、按照路由器性能来划分，即通常将一个高端路由器下面连接的多个中低端路由器划分为一个区域，这样的好处是便于合理的选择ABR。

    3.3、按照IP网段来划分，好处是便于在ABR上设置路由汇聚，减少网络中路由信息数量

    3.4、路由器数量来考虑，通常一个区域中不要超过50台路由器。随着路由器CPU处理速度、内存的增大，最新测试表明200台的一个区域都可以快速收敛。

   17、OSPF路由计算基本过程

OSPF根据骨干区域和普通区域分为区域内路由和区域间路由，整个OSPF路由计算过程是在OSPF设备间建立了完全的邻接关系（上面的4个阶段）后进行的，依据就是路由器为所连接的各个区域所保存的LSDB。

1、OSPF区域内路由计算

当网络稳定下来后，OSPF会根据各自的LSDB采用SPF（最短路径优先）算法（具体算法为Dijkstra,狄克斯特拉算法那，IS-IS 也采用此算法）独立地计算到达每一个目的网络的路径，并将路径存入路由表中。路由表中包含该路由到每一个可到达目的地址、开销和下一跳。

OSPF区域内路由是由OSPF内部路由器使用最小开销的路径到达目的网络，且区域内的路由不被聚合。

Dijkstra算法是利用开销来计算路由路径性能的，开销最小者即为最短路径。在配置OSPF路由器时可根据实际情况，如链路带宽、时延等设置链路的开销大小。开销越小，则该链路被选为路由的可能性越大。

这里的开销是根据链路类型计算的，不同的链路类型对应的开销值不一样。

在Dijkstra算法中，为了给在一对给定的的路由器节点之间选择一条最短（链路开销最小）路由路径，只需要在通信子网拓扑中找到在这起始和结束节点之间的中间节点串联起来后链路开销最短的路径即可。

具体为从一个源节点开始，把距离源节点最短路由的节点标识为工作节点，并且是永久性的节点，其到达源节点的距离值是不能改变的，其他的节点为临时性节点，然后沿着与工作节点距离值最小的节点开始计算，直到最终节点。计算的时候工作节点是不断变动的，与工作节点不相邻的节点（到源节点除外）被标记为无穷大。

Dijkstra算法虽然能算出最短路径，但由于它遍历计算的节点很多，所以效率低。有些节点还不能一次就能算出，还要考虑后续节点到达源节点的距离。

2、OSPF区域间路由计算

OSPF路由器的ABR连接了多个OSPF区域，所以保存了多个区域的LSDB。在ABR与所连内部路由器和其他区域内的路由器通信不是以具体的明细路由进行的，而是采用聚合路由进行。

在ABR上会以type3 LSA（网络聚合LSA）的方式向所连区域和其他区域通告网络聚合路由，其它区域的路由器也是以type3 LSA方式向所连区域通告网络聚合路由。

区域内路由器与ABR以及ABR与其他区域的通信都是以网络聚合路由进行的。

两个非骨干区域之间不能直接进行LSA通告，而是借助骨干区域转发，同样，两个非骨干区域之间不能直接进行路由通信，需借助骨干区域进行转发。

3、OSPF路由维护

当链路状态发生变化时，OSPF通告泛洪广播给网络上的其他路由器。OSPF路由器接收到包含新的链路状态更新报文后更新自己的链路状态数据库，然后用spf重新计算路由表，直到计算完成，新的链路状态信息发送给其他路由器。在计算期间继续使用旧的路由表。

即使链路状态没有发送变化，OSPF路由信息也会自动更新，默认是30min。

OSPF路由域中各区域中设备获取路由信息规则：

1、区域内各路由器通告type1 lsa来获取彼此的路由信息，实现相互路由通信。

2、在广播类型网络中，区域内DR、非BDR路由器与DR、BDR路由器之间是通过type2 LSA获取路由信息的，各非DR、BDR路由器之间不相互获取路由信息，需要全部通过DR或者BDR以及该区域的ABR与其他区域进行通信。

3、在区域内部路由器与区域ABR之间，通过所在区域的ABR以type3 lsa向内发布本区域各网段聚合路由信息，实现区域内路由器与对应区域的ABR路由通信。

4、在不同区域之间，通过各自区域的ABR以type3 lsa向内、外发布的本区域和外部区域各网段聚合路由信息（中间经过骨干区域进行lsa转发），实现不同区域的路由间的路由通信。

5、在区域内部路由器与外部AS之间，先通过各区域的ABR以type4 lsa向内发布到达ASbr的聚合路由信息实现与ASbr的路由通信，然后通过对应的ASbr向普通区域内发布的type5 lsa或者向NSSA和totally NSSA区域发布的type7 lsa实现与外部AS的路由通信。

OSPF理论知识详解（四）：http://www.023wg.com/lypz/113.html