Question

OSPF区域设计（5）

Answer 1

内容概要：

1、ospf区域结构及防环设计

2、3类LSA及区域间路由通告

3、区域间路由计算

4、区域分割及vlink原理

当一个大型网络中的路由器都运行OSPF路由协议时，路由器数量的过多会导致LSDB非常庞大，占用大量的存储空间，并使得SPF计算的复杂度及开销增加，导致路由器负担很重；

尤其是网络规模很大，拓扑结构发送变化的概率也增大，网络经常处于动荡之中，变化的网络会导致有大量的OSPF LSA泛洪在网络中传递，增加了网络的负担；

OSPF把整个路由域划分为多个区域以减少区域泛洪的影响；

每个区域包含多台OSPF路由器，不同区域使用不同区域ID来标识；

OSPF划分区域是以路由器为边界的，每条链路只能属于一个区域；

边界路由器上可能有多条链路分属于不同区域，允许OSPF的接口必须指明属于哪一个区域；

一、OSPF区域结构及防环设计

OSPF定义的区域类型有四种：骨干区域（Area 0 ）、普通区域、Stub区域及NSSA区域；

OSPF对骨干区域（Area0）有特定的要求：

（1）骨干区域有且只有一个，不能分割；

（2）所有其他区域必须连接到骨干区域；

（3）所有区域间路由必须经骨干区域传递，没有连接到骨干区域，将不会学到其他区域路由；

OSPF这种区域结构设计用来避免区域间路由环路；

如果没有其他区域围着Area0的这一设计要求，为使每个区域都可以学到路由，必然要求3类LSA可以在各个区域间流动，这样就会出现离开一个区域的3类LSA，经过其他区域再流回来的可能性，如下图，R7学到R1的3类LSA的路由，又从R6学到了这条路由的3类LSA，如果R7选择了出现路由环路；

为了避免上述环路，有区域间水平分割原则如下：

（1）不允许非ABR产生3类lSA；

（2）通过ABR1进入非骨干区域的3类LSA的路由，若ABR2在骨干区域有ospf邻居，则该3类LSA的路由不进ABR2的路由表。ABR1和ABR2是处在骨干区域0和非骨干区域1间的两台ABR；

（3）没有出现在ABR路由表的路由不会通告给其他区域，这是ABR的矢量特性；

二、3类LSA及区域间路由通告

在Area3中，区域内的网络通过1类LSA（stub类型Link）和2类LSA在区域内泛洪；

Area3的ABR R1产生3类LSA向Area0通告Area3的路由，Area0学习到Area3的路由；

Area0的ABR R2和R3产生3类LSA把Area0的区域间路由继续向Area1和Area2通告；

3类LSA特性如下：

（1）ABR为区域内的每条OSPF路由各产生一个3类LSA向其他区域通告；

（2）边界有多个ABR，则每个ABR都产生3类LSA来通告区域间路由；

（3）3类LSA传递的是区域间路由，由每个区域的ABR产生，仅在该区域内泛洪；

（4）OSPF在ABR上具有矢量特性，只有出现在ABR路由表里的路由才会被通告给邻居区域；

（5）路由进入其他区域后，再由该区域的ABR产生3类LSA继续泛洪；

（6）计算路由时，路由器计算自身到本区域ABR的成本加上3类LSA在区域间传递的成本，就是当前路由器到目的网络的成本；

（7）如果ABR路由器上路由表中的某条OSPF路由不再可达，则ABR会立即产生一份age为MaxAge（3600s）的3类LSA向邻居区域泛洪，用于在邻居区域撤销该网络；

3类LSA由ABR产生，在区域内泛洪，携带其他区域的网络信息，不携带拓扑信息；

（1）Ls id：网络号；

（2）Net Mask：子网掩码；

（3）Metric：ABR到目标网络的最小开销值；

三、区域间路由计算

路由器计算其他区域的路由，是把3类LSA的路由作为叶子节点直接挂在本区域的ABR上，所以区域间路由的任何变化（如成本变化、路由出现或消失），不会影响到SPF最短路径树变化；

叶子节点变化所引起的计算为PRC(Partial Route Calculate),这种变化对网络的影响比较小；

四、区域分割及vLink原理

1、区域分割

OSPF对骨干区域（Area0）有特定的要求：

（1）骨干区域有且只有一个，即不能分割；

（2）其他区域必须围绕骨干区域；

（3）所有非骨干区域间的路由及数据流量互访，必须经过骨干区域；

区域分割主要分为普通区域分割和骨干区域分割。

（1）普通区域分割

普通区域如果出现分割或断裂而成为两个独立的区域，这种场景下，路由可以正常在区域间传递且全网可达；

原因是3类LSA没有起源区域号标识，经骨干区域进入其他区域符合区域结构设计；

vLink是用于连接分割的骨干区域的，不能用于普通区域分割的场景；

（2）骨干区域分割

骨干区域分割，可通过vlink方案解决；

2、vlink的应用场景：

场景1:

骨干区域分割，需要vlink连接两个断开的骨干区域；

场景2:

其他区域没有直接连接到骨干区域，需要vlink逻辑连接到骨干区域；

场景3:

解决次优路径问题及增加骨干区域的可靠性；

如下图，存在次优路径及骨干区域不健壮的问题。

R3和R4间在Area1上创建vlink有两个作用：

作用1:

提高Area0健壮性，避免R1和R2之间链路断开而导致的Area0分裂；

作用2:

若R4访问R3的G0/0/0接口，如果不做vlink，需要经过骨干区域的R2和R1，而做了vlink后，R4访问G0/0/0经过R5到R3，可解决次优路径问题；

3、vLink特性

（1）vlink是工作在transit area上连接两个ABR的虚拟链路，该链路属于区域0，其链路成本为transit area内两个ABR节点间的最优路径的成本；

（2）vlink的单播地址仅根据transit area内两个ABR产生的Router LSA决定，如果找到多个IP地址，取到达对端ABR成本最小的链路接口地址作为vlink单播地址；如果负载分担的话，随意选择或第一个地址；

（3）vlink有正常的ospf邻居关系，周期性发送hello及LSA刷新，如果联系失去四个hello报文，则vlink邻居关系down，与直连链路上判断邻居失效方式一致；若两个ABR路由器物理直连，vlink建立后，物理链路断开或邻居断开，都会导致vlink立即中断；

（4）vlink可传递1/2/3/4类的LSA，不传递其他类型LSA，5类LSA可泛洪到整个路由域；

（5）vlink邻居建立起来后，R3也是连接Area0的ABR，R2和R3会在其Area0的Router LSA中添加vlink类型的Link；

R2上骨干区域内一类LSA中vlink类型的Link如下：

R3上骨干区域内一类LSA中vlink类型的Link如下：

vlink的两个内容：

1）Link ID为vlink连接的邻居路由器的RouterID；

2）Link Data为vlink使用的单播IP地址；

骨干区域Area0通过vlink延伸至R3；

（6）vlink仅用来传递LSA，并不传递数据。

控制平面，Area0和Area2通过vlink交换1/2/3/4类LSA；

转发平面，Area0和Area2间的数据传输要经过transit区域内的最优路径，这个路径由ABR根据transit区域的3类LSA，结合transit区域拓扑计算决定；

Area2的ABR先通过vlink了解到area0中的网络，再根据transit区域中通告相应网络的3类LSA确定访问Area0中该网络的路径。

4、vlink不足

（1）vlink使transit区域不能对area0路由做聚合；

Area0的路由通过ABR R2通告到Area1，为减少Area1中路由的数量，在边界ABR R2上做路由的聚合；

但由于Area1上创建vlink后，R2无法再对Area0路由做聚合，原因是为了避免在Transit Area内出现路由环路：

如果transit区域ABR可以对骨干区域路由做聚合，Area1的的两个ABR R2、R4都可以向transit区域通告聚合的3类LSA；

R2产生10.0.0.0/8的3类LSA，R4产生10.1.0.0/16的3类LSA，R3会收到R2和R4通告的聚合3类LSA，R3上10.0.0.0/8路由下一跳指向R2，而10.1.0.0/16路由下一跳指向R4；

R3访问10.1.3.1的数据包，R3路由报文到R4，R4上有vlink所以路由表有到达10.1.1.0/24、10.1.2.0/24、10.1.3.0/24的Area0的路由并指向R3，R4又把流量送到R3，路由环路出现；

vlink做好后，vlink端点路由器都将成为ABR并在区域内传递路由，可以执行聚合/区域间路由过滤，（1）（2）处不会产生聚合路由，Area0中明细路由会通告Area1，仅（3）处会产生聚合路由；

（2）vlink设计不当，会导致网络出现环路；

场景说明：R1和R7间流量互访所使用的路径，R3和R6间建立vlink。

1）在没有建立vlink连接之前

OSPF区域结构要求非0区域必须连接骨干区域，Area0被分割为两处；

10.1.1.1/32路由经ABR R2和R3进入Area1，由于ospf区域间水平分割原则，ABR R5和R6不接收非骨干区域学到的3类LSA路由10.1.1.1/32；

同理，ABR R2和R3也不接收非骨干区域学到的3类LSA路由10.1.7.7/32,左右两侧的Area0不能互访；

若在R5或R6上配置vlink，R5或R6可以通过vlink学到骨干区域泛洪过来的1类LSA路由，再根据Area1中泛洪的3类LSA路由计算访问路径；

2）在R3和R6间建立vlink连接后

R1访问R7的流量    10.1.1.1 --> 10.1.7.7

1、R1通过R3通告的置V-bit的RouterLSA，R1把访问远端Area0的数据包路由到R3；

2、R3是ABR，它有Area0的全部LSA及Transit区域的LSA，所以在计算访问路径时考虑Area0和Area1中LSA；

R3根据R5和R6通告的3类LSA路由10.1.7.7，其路由成本分别是2和11，再结合Area1的拓扑计算，R3计算出到10.1.7.7的最优路径是R3、R4、R5、R7，数据包被R3路由到R4；

3、R4根据区域间3类LSA路由10.1.7.7，计算出到达10.1.7.7的下一跳是R5；

4、所以R1访问R7的最终路径是R1、R3、R4、R5、R7；

R7访问R1的回程流量    10.1.7.7 --> 10.1.1.1

1、R7处在Area0，计算到Area0中R1上的网络，路由指向V置位的ABR R6；

2、R6是ABR，通过vlink学到包含10.1.1.1/32的1类LSA，R6到达该路由必然通过transit区域；

R6根据ABR R2和R3通告的3类LSA路由10.1.1.1/32，其路由成本是2和12，再结合Area1拓扑计算，R6计算出访问10.1.1.1/32路由的最优路径为R6、R5、R4、R2、R1；

3、但是R5处在Area0，计算到Area0中R1上的网络，路由指向R7，转发给V置位的ABR R6，所以数据包在R6、R5、R7、R6路径上，转发出现环路；

vlink设计不当会形成环路总结：

1）ABR只要在骨干区域有邻接，不接收其他区域的3类LSA；

2）如果ABR是vlink端点，可以根据transit区域的3类LSA，结合transit区域拓扑计算，计算出到骨干区域的路由；

3）vlink在R3和R6间建立，但数据转发不一定要经过R3和R6，控制平面和数据平面分开；