【网络协议】开放式最短路径优先协议OSPF详解（四）

前言

在本章的第一部分和第二部分中，我们探讨了OSPF的基本配置，并进一步学习了更多OSPF的概念，例如静态路由的重分发及其度量值。在第三部分中，我们讨论了多区域OSPF。在第四部分中，我们将关注OSPF与多访问网络，最后会通过一个更复杂的OSPF实验来结束。

【网络协议】开放式最短路径优先协议OSPF详解（一）

【网络协议】开放式最短路径优先协议OSPF详解（二）

【网络协议】开放式最短路径优先协议OSPF详解（三）

多访问网络

多访问网络是由两个以上的设备共享相同介质的网络。在下图所示的例子中，三台路由器和三台PC通过拓扑中心的两台交换机互连。这意味着路由器上连接到交换机的接口以及PC的接口都在同一个子网中。

另一方面，在点对点网络（Point-to-point networks）中，一个子网中只有两个设备。下图所示的两台路由器通过广域网链接（WAN link）互连，这就是点对点网络的一个例子。

在OSPF中，我们可以划分出以下五种网络类型：

1. 点对点网络（Point-to-point）
2. 点到多点网络（Point-to-multipoint）
3. 广播多访问网络（Broadcast Multiaccess）
4. 虚拟链路（Virtual links）
5. 非广播多访问网络（Nonbroadcast Multiaccess, NBMA）

OSPF广播多访问网络中的问题

在广播多访问网络中，OSPF环境面临以下两个主要问题：

1. 多重邻接关系（Multiple Adjacencies）
2. LSA泛洪（Flooding of LSAs）

多重邻接关系

如前所述，在OSPF中，相邻的路由器通常会彼此建立邻接关系。在广播多访问网络中，这会成为一个主要问题。

举个例子：
在点对点网络中，邻居通常是直接相连的路由器。但在广播多访问网络中，例如下图所示，四台路由器通过同一子网直接相连。

这意味着，在此场景中，路由器将彼此泛洪LSA并相互建立邻接关系。

可以使用以下公式计算邻接关系数量：

n*(n-1)/2，其中n表示路由器的数量。

示例：
在下图中，有 4 台路由器。根据公式：
n*(n-1)/2 = 4*(4-1)/2 = 6 ，结果为6，蓝色箭头表示这些邻接关系。

在这个场景中，邻接关系的数量相对较少。但如果网络规模扩大，比如有100台路由器，可以想象会出现什么情况。这种情况会成为一个严重的问题，并对路由器的资源造成巨大负担。

LSA的泛洪（Flooding of LSAs）

如我们之前所学，OSPF使用触发更新（Triggered Updates），并将这些更新泛洪到所有相关路由器。

以上述场景为例，如果R1丢失了与其LAN接口的路由信息，该信息将被广播到R2、R3和R4。这些路由器又会将该信息泛洪到网络中的每一台路由器，除了信息的来源路由器（R1），以避免引发路由循环（Routing Loop）。

下图展示了这一过程。

绿色箭头表示R1上失效的网络。可以看到，这一信息被多次传播到R2、R3和R4。这种重复传播可能导致路由循环（Routing Loop）。

解决OSPF广播多访问问题的方案

在OSPF中，通过选举指定路由器（Designated Router, DR）和备份指定路由器（Backup Designated Router, BDR）来解决这些问题。

在第一次实例中，我们看到当R1上的一个网络故障时，所有路由器都会接收到关于丢失路由的更新。然而，通过选举指定路由器（DR），如上所示，R1只会通知DR路由器——R2，告知R2关于丢失的路由。然后，DR会更新多访问网络中的其他路由器。

注意： 在我们上面的场景中，我们没有包括备份指定路由器（BDR），然而BDR也会收到丢失路由的通知，但它不会更新其他路由器，除非DR出现故障，在这种情况下，BDR会被提升为DR角色。

在OSPF中，DR和BDR的选举是一个非常重要的因素，它解决了我们看到的问题。当DR和BDR被选举出来后，网络中的所有其他路由器将成为DROther，这意味着它们既不是DR也不是BDR。DROther路由器永远不会更新网络中的其他路由器。

DR和BDR的选举

DR和BDR是如何选举出来的？以下是适用的标准：

1. 首先，选举具有最高OSPF优先级的路由器为DR。
2. 其次，选举具有第二高OSPF优先级的路由器为BDR。
3. 如果优先级相同，则根据最高路由器ID选举DR。

在上一节中，我们讨论了路由器ID的选取标准：

• 使用router-id命令配置的路由器ID
• 最高的回环接口
• OSPF域中最高的活动接口

根据上述信息，我们可以确定以下拓扑中的DR和BDR。

根据上述拓扑，R2和R3是DR的候选路由器，因为它们在网络中具有最高的路由器优先级。然而，由于R2的路由器ID更高，因此它将成为DR，R3将成为BDR，仅在R2失败时才会使用R3。

提升BDR为DR

DR通常不会改变，除非发生以下情况之一：

• DR故障。
• 连接到多访问网络的DR接口故障。
• DR上的OSPF进程故障。

如果发生其中之一，BDR路由器会自动被提升为DR角色。然后，路由器会进行选举来确定新的BDR。如果之前失败的DR重新上线，它不会恢复为DR角色，而是会变为DROther角色。

路由器优先级

在大多数情况下，我们希望通过优先级选择DR路由器。在这种情况下，仅依赖路由器ID可能不足够。OSPF中的路由器优先级用于确定哪个路由器成为以太网段中的DR和BDR，如前所述。

更改路由器的OSPF优先级是确保选择正确路由器作为DR的关键。

要配置路由器的优先级，我们在参与OSPF的路由器接口上使用命令“ip ospf priority <0-255>”。

注意： 优先级为0意味着该路由器永远不会成为DR。

现在我们已经了解了OSPF和多访问网络中的概念，接下来我们将进行一个实验，看看这些概念是如何工作的。

OSPF拓扑

下图显示了我们将要配置的拓扑。正如我们所看到的，我们有6个路由器，它们都连接到1个交换机，并且都位于192.168.1.0/24网络中的一个以太网段。

该拓扑中的每个路由器使用的IP地址与其路由器编号相对应。

在这个场景中，我们需要在所有路由器上配置OSPF，并且我们应该确定哪些路由器将被选举为DR和BDR。

R1、R3、R4和R6都具有回环接口，IP地址如图所示。

注意： 配置连接到交换机的快速以太网接口后，保持它们处于关闭状态（shutdown）。

以下表格显示了正在使用的路由器ID和OSPF优先级。

在我们的场景中，路由器的基本配置已经完成；我们的任务是配置OSPF并确定谁将被选举为DR和BDR。

配置OSPF

在这个场景中，我们需要做的第一件事是配置所有路由器上的OSPF。这意味着要使用network命令。

在我们的例子中，我们使用的OSPF进程ID为1，并且使用区域0。

以下表格显示了6台路由器上OSPF配置的命令。

如上所示，所有网络命令已配置，但由于连接路由器和交换机的接口处于关闭模式，因此不会广告任何路由。

配置OSPF优先级

下一步是配置OSPF优先级，这需要在连接到多访问设备的特定接口上进行配置，使用以下命令：

在我们的场景中，所有路由器都有连接到交换机的相同接口，即FastEthernet 0/0。

因此，在这些接口上，我们将配置OSPF优先级，如上所示：

下面显示的是R1和R4的配置。

在所有路由器上配置完OSPF优先级后，使用“no shutdown”命令启用连接到交换机的接口，这将使OSPF能够学习到网络中的路由。

下面显示的是在R1上执行“show ip route”命令的输出。

如上图，R1已经从邻居路由器学习到所有的路由。

为了确认哪个路由器充当DR角色，我们在每个路由器上使用“show ip ospf neighbor”命令。下面显示的是在R4上执行该命令的输出。

从输出中可以看到，R4已经与网络中的所有路由器建立了完整的邻居关系。此外，由于邻居1.1.1.1被标记为BDR，所有其他路由器被标记为DROTHER，因此路由器R4是该网络的DR。

在R3上执行“show ip ospf neighbor”命令的输出应该显示谁是DR路由器。

注意：邻居4.4.4.4的状态为“FULL/DR”，邻居1.1.1.1的状态为“FULL/BDR”，其他路由器的状态为“2WAY/DROTHER”。

在像我们这样的多访问网络中，路由器只有在与DR和BDR建立完全邻居关系（FULL邻居关系）时，才能进行完整的通信。DROTHER路由器只会与其他路由器建立2WAY关系。

DR重新选举

现在，我们将尝试看看如果DR和BDR路由器下线并且无法正常工作，会发生什么情况。

1、DR宕机

如前所述，如果DR宕机，BDR会自动成为新的DR。我们可以通过关闭R4的FastEthernet0/0接口来测试这一点，因为R4是当前的DR。

正如我们从R6上运行的“show ip ospf neighbor”命令的输出中看到的（上图），邻居1.1.1.1成为新的DR，而它之前是网络中的BDR。

BDR的选举在邻居3.3.3.3和邻居5.5.5.5之间进行，这两个路由器的OSPF优先级相同。邻居5.5.5.5被选为新的BDR，因为它的路由器ID更高。

2、如果DR重新上线，会发生什么？

当我们通过在FastEthernet0/0接口上输入“no shutdown”命令启用R4的接口时，它会恢复作为DR的责任吗？R6上运行的“show ip ospf neighbor”命令的输出如下。

正如我们从上述输出中看到的，R1仍然会保持作为DR，而R4即使具有更高的优先级，仍将保持作为BDR。这是一个保护功能，以防路由器再次失败。

注意：当DR失败时，它只能在新的DR和新的BDR失败的情况下恢复其作为DR的角色，即使它具有最高优先级。

注意：在多访问网络中，优先级为0的路由器将永远不会成为DR或BDR。