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【技术分享】OSPFv3基本原理

2022-08-02 09:17:00 【微思xmws】

OSPFv3是运行于IPv6的OSPF路由协议（RFC2740），它在OSPFv2基础上进行了增强，是一个独立的路由协议。

OSPFv3在Hello报文、状态机、LSDB、洪泛机制和路由计算等方面的工作原理和OSPFv2保持一致。
OSPFv3协议把自治系统划分成逻辑意义上的一个或多个区域，通过LSA（Link State Advertisement）的形式发布路由。
OSPFv3依靠在OSPFv3区域内各设备间交互OSPFv3报文来达到路由信息的统一。
OSPFv3报文封装在IPv6报文内，可以采用单播和组播的形式发送。

OSPFv3报文类型

报文类型	报文作用
Hello报文	周期性发送，用来发现和维持OSPFv3邻居关系。
DD报文（Database Description packet）	描述了本地LSDB的摘要信息，用于两台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。设备只有在OSPFv3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）	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。

LSA类型

LSA类型	LSA作用
Router-LSA（Type1）	设备会为每个运行OSPFv3接口所在的区域产生一个LSA，描述了设备的链路状态和开销，在所属的区域内传播。
Network-LSA（Type2）	由DR产生，描述本链路的链路状态，在所属的区域内传播。
Inter-Area-Prefix-LSA（Type3）	由ABR产生，描述区域内某个网段的路由，并通告给其他相关区域。
Inter-Area-Router-LSA（Type4）	由ABR产生，描述到ASBR的路由，通告给除ASBR所在区域的其他相关区域。
AS-external-LSA（Type5）	由ASBR产生，描述到AS外部的路由，通告到所有的区域（除了Stub区域和NSSA区域）。
NSSA LSA（Type7）	由ASBR产生，描述到AS外部的路由，仅在NSSA区域内传播。
Link-LSA（Type8）	每个设备都会为每个链路产生一个Link-LSA，描述到此Link上的link-local地址、IPv6前缀地址，并提供将会在Network-LSA中设置的链路选项，它仅在此链路内传播。
Intra-Area-Prefix-LSA（Type9）	每个设备及DR都会产生一个或多个此类LSA，在所属的区域内传播。 · 设备产生的此类LSA，描述与Route-LSA相关联的IPv6前缀地址。 · DR产生的此类LSA，描述与Network-LSA相关联的IPv6前缀地址。

设备类型

表1 设备的类型及含义
设备类型	含义
区域内设备（Internal Router）	该类设备的所有接口都属于同一个OSPFv3区域。
区域边界路由器ABR（Area Border Router）	该类设备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）	该类设备至少有一个接口属于骨干区域。因此，所有的ABR和位于Area0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。

OSPFv3路由类型

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。OSPFv3将引入的AS外部路由分为Type1和Type2两类。

表2中按优先级从高到低顺序列出了路由类型。

表2 OSPFv3路由类型
路由类型	含义
Intra Area Routes	区域内路由。从区域内生成的且目的地属于该区域的路由。
Inter Area Routes	区域间路由。来自其他区域的路由。
External Routes	外部路由。引入其他路由协议或不同OSPF进程的路由。根据路由开销的计算方式，外部路由可以分为以下两类： · 第一类外部路由（Type1 External）：第一类外部路由的开销=本设备到相应的ASBR的开销+ASBR到该路由目的地址的开销。 · 第二类外部路由（Type2 External）：第二类外部路由的开销=ASBR到该路由目的地址的开销。对于同一目的地址，第一类的外部路由的优先级要大于第二类外部路由。

区域类型

表3 OSPFv3区域类型
区域类型	作用
Totally Stub Area	允许ABR发布的Type3缺省路由，不允许自治系统外部路由和区域间的路由。
Stub Area	和Totally Stub区域的不同在于，该区域允许区域间路由。
NSSA Area	和Stub区域的不同在于该区域允许自治系统外部路由的引入，由ASBR发布Type7 LSA通告给本区域，这些Type7 LSA在ABR上转换成Type5 LSA，并且泛洪到整个OSPFv3域中。

OSPFv3支持的网络类型

OSPFv3根据链路层协议类型，将网络分为如表4所列四种类型。

表4 OSPFv3网络类型
网络类型	含义
广播类型（Broadcast）	当链路层协议是Ethernet、FDDI时，缺省情况下，OSPFv3认为网络类型是Broadcast。在该类型的网络中： · 通常以组播形式发送Hello报文、LSU报文和LSAck报文。其中，FF02::5为OSPFv3路由器的预留IPv6组播地址；FF02::6为OSPFv3 DR/BDR的预留IPv6组播地址。 · 以单播形式发送DD报文和LSR报文。
NBMA类型（Non-broadcast multiple access）	当链路层协议是帧中继、ATM或X.25时，缺省情况下，OSPFv3认为网络类型是NBMA。在该类型的网络中，以单播形式发送协议报文（Hello报文、DD报文、LSR报文、LSU报文、LSAck报文）。
点到多点P2M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。在该类型的网络中： · 以组播形式（FF02::5）发送Hello报文； · 以单播形式发送其他协议报文（DD报文、LSR报文、LSU报文、LSAck报文）。
点到点P2P类型（point-to-point）	当链路层协议是PPP、HDLC和LAPB时，缺省情况下，OSPFv3认为网络类型是P2P。在该类型的网络中，以组播形式（FF02::5）发送协议报文（Hello报文、DD报文、LSR报文、LSU报文、LSAck报文）。

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，在这些区域中路由器的路由表规模以及路由信息传递的数量都会大大减少。

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，该区域的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。

配置Stub区域时需要注意下列几点：

骨干区域不能配置成Stub区域。
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必须都要配置成Stub路由器。
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。
虚连接不能穿过Stub区域。

OSPFv3路由聚合

通过路由聚合，可以减少路由信息，从而减小路由表的规模，提高设备的性能。

OSPFv3路由聚合过程如下：

区域间路由聚合
区域间路由聚合在ABR上完成，主要用于聚合AS内区域之间的路由。ABR向其它区域发送路由信息时，以网段为单位生成Type3 LSA。如果该区域中存在一些连续的网段，则可以通过命令将这些连续的网段聚合成一个网段。这样ABR只发送一条聚合后的LSA，所有属于命令指定的聚合网段范围的LSA将不会再被单独发送出去。
外部路由聚合
外部路由聚合在ASBR上完成，主要用于聚合OSPF引入的外部路由。ASBR将对引入的聚合地址范围内的Type5 LSA进行聚合。当配置了NSSA区域时，还要对引入的聚合地址范围内的Type7 LSA进行聚合。
如果本地设备既是ASBR又是ABR，则对由Type7 LSA转化成的Type5 LSA进行聚合处理。

OSPFv3虚连接

虚连接（Virtual link）是指在两台ABR之间通过一个非骨干区域建立的一条逻辑上的连接通道。