OSPF链路状态数据库

原理概述：

OSPF是一种基于链路状态的动态路由协议，每台 OSPF 路由器都会生成相关的LSA，并将这些LSA通告出去。路由器收到LSA后，会将它们存放在链路状态数据库LSDB中。

LSA有多种不同的类型，不同类型的LSA的功能和作用是不同的，下面介绍几种常见的LSA：

Type-1 LSA(Router LSA)：每台路由器都会产生，用来描述路由器的直连链路状态和开销值。Type-1 LSA只能在所属区域内部泛洪，不能泛洪到其他区域。

Type-2 LSA(Network LSA)：它是DR产生的，主要用来描述该DR所在网段的网络掩码以及该网段内有那些路由器。Type-2 LSA只能在所属区域内部泛洪，不能泛洪到其他区域。

Type-3 LSA(Network Summary LSA)；它是由ABR(Area Boundary Router)产生的，ABR路由器将所连区域的Type-1和Type-2 LSA 转换为 Type-3 LSA，用来描述区域间的路由信息。Type-3 LSA可以泛洪到整个AS(Autonomous System,自治域)内部，但不能泛洪到Totally Stub区域和Totally NSSA(Not-So-Stubby Area)区域。

Type-4 LSA(ASBR Summary LSA)；它是由ASBR(Autonomous System Boundary Router)所在区域的ABR产生的，用来描述到ASBR的路由。Type-4LSA 可以泛洪到整个AS内部，但不能泛洪到Stub区域、Totally Stub区域、NSSA区域和Totally NSSA区域中。

Type-5 LSA(AS External LSA)：它是由ASBR产生的，用来描述到AS外部网络的路由。Type-5 LSA可以泛洪到整个AS内部，但不能泛洪到Stub区域、Totally Stub区域、NSSA区域和Totally NSSA区域中。

Type-6 LSA(Group Membership LSA)：在MOSPF中用于标识组播组成员使用的用户组播路由。

Type-7 LSA(NSSA LSA)：它是由NSSA区域或Totally NSSA区域的NSSA ASBR产生的，用来描述到AS外部的路由。Type-7 LSA只能出现在所属NSSA区域或Totally NSSA区域内部。

实验目的：

理解OSPF中不同类型的LSA的作用

熟悉OSPF中不同类型的LSA的泛洪范围

熟悉LSA中重要字段的含义

实验拓扑：

1：首先基础配置

R1:#interface GigabitEthernet0/0/0ip address 10.0.12.1 255.255.255.0#interface GigabitEthernet0/0/1#interface GigabitEthernet0/0/2#interface NULL0#interface LoopBack0ip address 10.0.1.1 255.255.255.255#interface LoopBack1ip address 192.168.1.1 255.255.255.0R2:#interface GigabitEthernet0/0/0ip address 10.0.12.2 255.255.255.0#interface GigabitEthernet0/0/1ip address 10.0.235.2 255.255.255.0#interface GigabitEthernet0/0/2#interface NULL0#interface LoopBack0ip address 10.0.2.2 255.255.255.255R3:#interface GigabitEthernet0/0/0ip address 10.0.34.3 255.255.255.0#interface GigabitEthernet0/0/1ip address 10.0.235.3 255.255.255.0#interface GigabitEthernet0/0/2#interface NULL0#interface LoopBack0ip address 10.0.3.3 255.255.255.255  R4:#interface GigabitEthernet0/0/0ip address 10.0.34.4 255.255.255.0#interface GigabitEthernet0/0/1#interface GigabitEthernet0/0/2#interface NULL0#interface LoopBack0ip address 10.0.4.4 255.255.255.255#interface LoopBack1ip address 172.16.1.1 255.255.255.0R5:#interface GigabitEthernet0/0/0ip address 10.0.235.5 255.255.255.0#interface GigabitEthernet0/0/1#interface GigabitEthernet0/0/2#interface NULL0#interface LoopBack0ip address 10.0.5.5 255.255.255.2552：配置OSPF路由协议R1:#ospf 1area 0.0.0.1network 10.0.1.1 0.0.0.0network 10.0.12.0 0.0.0.255network 192.168.1.0 0.0.0.255R2:#ospf 1area 0.0.0.0network 10.0.235.0 0.0.0.255area 0.0.0.1network 10.0.2.2 0.0.0.0network 10.0.12.0 0.0.0.255R3:#ospf 1area 0.0.0.0network 10.0.235.0 0.0.0.255area 0.0.0.2network 10.0.3.3 0.0.0.0network 10.0.34.0 0.0.0.255R4:#ospf 1area 0.0.0.2network 10.0.4.4 0.0.0.0network 10.0.34.0 0.0.0.255network 172.16.1.0 0.0.0.255R5:#ospf 1area 0.0.0.0network 10.0.5.5 0.0.0.0network 10.0.235.0 0.0.0.255

在R3上查看OSPF的DR与BDR的选举情况！

可以看到，在R2、R3、R5组成的广播网络中，目前R5是DR，R2是BDR。接下来查看每台路由器的路由表；

R1:

R2:

R3:

R4:

R5:

可以看到，每台路由器都已获得了非直连网络的路由条目。接下来使用ping命令检测连通性；

可以看到，各个网段之间的通信是正常的

区域1是普通区域，区域2是NSSA区域，区域1的R1和区域2的R4都需要引入Loopback 1接口所连接的外部网络路由。在R1和R4上使用Route-Policy精确匹配Loopback 1接口的直连路由引入并引入OSPF进程。

R1:#ospf 1import-route direct route-policy 10area 0.0.0.1network 10.0.1.1 0.0.0.0network 10.0.12.0 0.0.0.255network 192.168.1.0 0.0.0.255#route-policy 10 permit node 1if-match acl 2000R4:#ospf 1description mcuimport-route direct route-policy 10area 0.0.0.2network 10.0.4.4 0.0.0.0network 10.0.34.0 0.0.0.255network 172.16.1.0 0.0.0.255#route-policy 10 permit node 1if-match acl 2000

配置完成后，在R5上查看由R1和R4引入的两条路由

可以看到，在R5的路由表中，这两条路由都显示为O_ASE,且优先级与开销也都相同，不同之处是这两条路由的下一跳，因为它们是由不同的路由器发送给R5的。

3：查看Type-1 LSA，Type-2 LSA，Type-3 LSA

在区域0的R5上查看LSDB。

可以看到，R5的LSDB中共有5种LSA，它们分别是Router LSA(或称Type-1 LSA)。

Network LSA(或称Type-2 LSA)、Sum-Net LSA(或称Type-3 LSA,Network Summary LSA)、Sum-Asbr LSA(或称Type-4 LSA、ASBR Summary LSA)和External LSA(或称Type-5 LSA，AS External LSA)。

在R5上查看Router-ID为10.0.2.2产生的Router LSA的详细信息

下面解释一下显示信息中的部分参数的含义：

Type：显示信息中，Type表示了LSA的类型，这里表示的是Router LSA。不同类型的LSA的作用和泛洪区域范围是不相同的。Router LSA描述了路由器的直连链路或接口，泛洪范围为所在区域的内部，以使本区域的其他路由器了解其直连链路或接口的状态信息；

Ls id：对于Router LSA，Ls id就是产生该Router LSA的路由器的Router-ID。

Adv rtr：Adv rtr描述了LSA是由哪台路由器产生的。对于Router LSA来讲，Adv rtr就是产生该Router LSA的路由器的Router-ID。

Seq#：这一条LSA都会维护一个Seq#(序列号),产生这条LSA的路由器默认会过30s的周期泛洪这条LSA，每次泛洪时，序列号就加1，LSA的序列号越大，表明这条LSA越新。

Chksum：chksum(校验和)用来校验LSA的完整性。所有的LSA都会保存在路由器的LSDB中，每5min会计算一次。如果路由器收到了同一条LSA，且序列号相同，则会比较它们的校验和，校验和越大就被认为相应的LSA越新。

Ls age：Ls age是指LSA的老化时间，用来表示LSA已经存活了多长时间，最大值为3600s。当一台路由器产生一条LSA的时候，路由器会将LSA的老化时间设置为0。LSA在产生之后，无论是停留在路由器的LSDB内，还是在传递过程之中，老化时间都会不断增加，为了防止因LSA的过期而造成路由回馈，路由器会每隔30min泛洪自己产生的LSA。若序列号与校验和的比较都不能确定出最新的LSA时，则会比较老化时间。

在LSDB中，如果老化时间相差大于15min以上，则Ls age的值越小，说明LSA越新，如果相差15min内，则认为两条LSA是一样的。

在上面的显示信息中，Link count以上的参数信息通常被称为LSA头部信息，Link count及以下部分为具体的链路描述信息，Link count标识了这条LSA描述的链路信息的数量。对于P-2-P链路类型，Link ID是指链路上邻居接口的IP地址；对于TranNet链路类型，Link ID是指DR接口的IP地址。Data是指自身接口的IP地址，Link Type是指接口的链路类型，Metric是指路由器自己到达这条链路的Cost值，需要说明的是，OSPF协议会把Broadcast和NBMA这两种具有多路访问能力的网络都认为是TransNet网络。

从上得知，R2的Router LSA描述了自己连接到了某个TransNet网络，网络的DR接口的IP地址为10.0.235.5(R5),自己使用10.0.235.2连接到该网络中，且到达这个网络的Cost值为1。

Network LSA是由DR产生的，它的主要作用是描述TransNet网络的掩码信息和连接到TransNet网络的路由的路由器的信息。在多路访问网络中，每台路由器都产生Network LSA是没有必要的，因为这会导致Network LSA的重复。

R5是TransNet网络的DR，在R5上查看它产生和发送的Network LSA的详细信息。

可以看到，这条Network LSA说明了TransNet网络的掩码为255.255.255.0，连接到这个TransNet网络的路由器有10.0.5.5(R5)、10.0.3.3(R3)。Network LSA中没有携带路径的开销，原因是Router LSA已经描述了自己到TransNet网络的Cost值。

在R2、R3、R5上查看区域0的LSDB。

可以发现，R2、R3、R5的LSDB中区域0的Router LSA和Network LSA是完全一样的。

Router LSA和Network LSA可以完全描述本区域的网络拓扑，但这些LSA不能泛洪到其他区域，当OSPF网络包含多个区域时，通过Router LSA和Network LSA就无法进行区域间路由的计算，区域间路由到达计算需要利用Sum-Net LSA来实现，ABR路由器会将自己相连的区域的Router LSA和Network LSA转换为Sum-Net LSA，然后泛洪到其他区域。

R2同时连接了区域0和区域1，所以是一台ABR路由器。查看R2的LSDB。

可以看到，R2的区域0中有一条LinkState ID为10.0.12.0 的Sum-Net LSA，它的AdvRouter为10.0.2.2。网段10.0.12.0/24本是属于区域1的网络，现在被ABR路由器R2转换为Sum-Net LSA并泛洪到了区域0中。10.0.235.0/24本是属于区域0的网络，现在被ABR路由器R2转换为Sum-Net LSA并泛洪到了区域1中，实际上，Sum-Net LSA是ABR利用自己相连的区域的Router-LSA和Network-LSA来计算得到的路由信息的。

在R2上查看LinkState ID为10.0.12.1的这条Sum-Net LSA的详细信息。

可以看到，这条LSA的Type为Sum-Net，Ls id表明了目的网络地址为10.0.12.0，Net mask表明了目的网络的掩码为255.255.255.0，metric表明了ABR路由器R2去往目的网络的Cost值为1。

在R5上查看LSDB，并查看路由表中关于10.0.12.0/24的路由信息

可以看到，R5的LSDB中存在10.0.12.0这条Sum-Net LSA，R5的路由表中关于10.0.12.0/24这条路由信息表明R5在去往10.0.12.0/24的Cost为2，R5通过这条Sum-Net LSA得知网络中存在10.0.12.0/24网段，这个网段的AdvRouter为10.0.2.2(R2),R2有已到达10.0.12.0/24的Cost为1，R5和R2同属于区域0，所以R5可以通过Router LSA和Network LSA计算出自己到R2的Cost为1，因此，R5可以计算出自己到10.0.12.0/24的Cost值为1+1=2。

区域间的路由是根据Sum-Net LSA并结合Router LSA及Network-LSA计算出来的，对于某个区域的一台OSPF路由器来说，它无需了解其他区域的链路状态信息，但可以通过Sum-Net LSA并结合Router-LSA及Network-LSA及计算出区域间路由，计算区域间路由时，采用的不再是链路状态算法，而是距离矢量算法。

在R2上查看LinkState ID为10.0.34.0/24这条LSA的信息。

可以看到，10.0.34.0/24是属于区域2的网络，ABR路由器R3将关于10.0.34.0/24的路由信息以Sum-Net LSA的方式通告进了区域0，Cost为1，然后，ABR路由器R2又继续将此信息以Sum-Net LSA的方式通告进了区域0。

对于ABR来说，如果在自己相连的某个区域的LSDB中存在某条Sum-Net LSA，并且这Sum-Net LSA的AdvRouter不是自己的Router-ID时，就会将这条Sum-Net LSA的AdvRouter修改为自己的Router-ID，并重新计算自己到达这条Sum-Net LSA的Cost值，然后将泛洪到与自己相连的其他区域中。

4：查看Type-4 LSA和Type-5 LSA

路由器可以通过Router LSA和Network LSA计算区域内的路由，可以通过Sum-Net LSA并结合Router LSA和Network LSA计算区域间的路由，可以通过Sum-Asbr LSA和External LSA计算AS外部的路由。

R1的Loopback 1是外部路由，被ASBR路由器R1引入到了OSPF网络中，查看R1的LSDB

可以看到，R1的LSDB中存在一条Type为External，LinkState ID为192.168.1.0，AdvRouter为10.0.1.1的LSA，在R1上查看这条LSA的其他信息。

可以看到，这条LSA的Type是External，AdvRouter为10.0.1.1(R1),这条LSA实际上是一条目的网络为192.168.1.0/24的AS外部路由，显示信息中的E Type(External Type)的值为2。

External LSA可以在整个AS内部泛洪(但不能泛洪到Stub区域，Totally Stub区域，NSSA区域和Totally NSSA区域中)，在泛洪过程中其各个参数不会改变，查看R2，R3，R4，R5的LSDB中是否也存在这条LSA。

在R5上使用display ospf abr-asbr命令查看到达ABR和ASBR的Cost值

可以看到，从R5到达ABR路由的R2的Cost值为1，从R5到达ASBR路由器R1的Cost值为2，由此可见，R5其实是通过Router LSA和Network LSA先计算出到达ABR路由器R2的Cost值，然后加上Sum-Asbr LSA所表示的从ABR的路由器R2到达ASBR路由器R1的Cost值

[R1]ospf[R1-ospf-1]un im[R1-ospf-1]un import-route dir[R1-ospf-1]un import-route direct

在R5上查看LSDB

5：查看Type-7 LSA

NSSA区域是不允许External LSA存在的，但NSSA区域允许通过import-route命令引入外部路由，那么如何来描述在NSSA区域中的AS外部路由呢？NSSA区域引入的外部路由不能以External LSA的形式出现，取而代之的是使用NSSA LSA来描述NSSA区域中的AS外部路由，且NSSA LSA只能出现在NSSA区域中。NSSA LSA由NSSA区域的NSSA ASBR产生。

R4为NSSA区域的ASBR，查看R4的LSDB