OSPF详解之三：OSPF LSA详解

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OSPF LSA详解

OSPF V2版本中常用的主要有6类LSA，分别是Router-LSA、Network-LSA、Network-summary-LSA、ASBR-summary-LSA、AS-External-LSA、NSSA-LSA，接下来我将一步一步为大家解析。

Type 1：Router-LSA

每个设备都会产生，描述了设备的链路状态和开销，在所属的区域内传播。

谈到1类LSA，大家必然会想到它的链路类型，链路类型分为4类：P2P、Stub、Transit、Vritual link。

通过上述表格大家是否能明白什么意思？

通过MA网络抓包可以看到

这是我随机截的一个1类LSA的包，10.1.12.2为互联IP地址，2.2.2.2/3.3.3.3为loopback口地址，可以看到loopback的链路类型为Stub类型，为最末端，也无法再继续添加任何接口。互联接口的链路类型为Transit类型，由于此时的网络类型为Broadcast。

当我把R1和R2的网络类型更改为P2P之后，可以看到如下现象；更改网络类型命令：在接口下ospf network-type p2p来实现

可以发现互联链路类型为P2P，10.1.12.2的link-id为对端的RID，此接口已变为Stub链路类型。

测试Virtual Link链路类型：

模拟方法如下：

拓扑：

虚链路配置方法如下：

R1：

在area模式下配置：vlink-peer R2的router-id

R2：

在area模式下配置：vlink-peer R1的router-id

R1和R2之间建立Virtual-Link，建立完成后在R1-R2之间的链路抓包如下：

可以发现R1-R2之间的链路类型为Virtual Link。

注：虚链路在现实环境中用到的很少，只能说在我的职业生涯中还没碰到过，不过Vlink是一个解决区域隔离的有效方法。

总结：每种链路类型在什么情况下会出现？

P2P：非MA link上会有P2P link state。(OSPF网络类型：P2P P2MP)

Stub：仅当有stub link，如没有邻居的ethernet ，or secondary address 网络，loopback 接口网络or P2P link上的网络号都是以stub形式出现。

Transit：MA网络中每台路由器都会产生transit类型的LSA1。

Virtual Link：在建立了虚链路的情况下会产生Virtual link的LSA1。

Type 2：Network-LSA

由DR（Designated Router）产生，描述本网段的链路状态，在所属的区域内传播。

根据报文来查看，很多段1类LSA里也存在，就像LS Age、LS ID、AR 、LS seq等等。那我就根据这些段简单的聊聊吧。

LS age：LSA的老化时间，范围是0~3600s，一个路由器在始发一个LSA时，会把LS Age设置为0，经过一台路由器，LSA的老化时间就会增加一个infTransDelay设定的时间，默认为1s。

当一条LSA通告的老化时间达到最大生存时间时，LSA将被重新泛洪扩散，并且随后会从LSDB中清除该条LSA。当一台路由器需要从所有路由的数据库中清除一条LSA时，它会提前把这条LSA的老化时间设置为最大生存时间并重庆泛洪扩散这个LSA。在这里，只有始发这条LSA的路由器才可以提前使这条LSA老化。

问：在什么情况下，OSPF会在LSDB中存在大量未老化的LSA？

答：当设备剩余内存降低时，SOCK会优先上送队列优先级较高的报文，当剩余内存很低时，除了Hello报文之外的其他协议报文均不上送，造成LSA无法得到更新，Age值达到3600s之后，OSPF无法计算出路由，并且由于ACK报文也不上送，造成LSDB无法老化。#摘自Hedex文档

至于Link state ID、Link-state Advertisement Type、Advertising Router、LS seq、LS Checksum、Length等信息，相信大家可以看懂，只要对OSPF LSA有点了解，这些也就是字面意思。

下面给大家分析一下option字段：

DN位：全称Downbit，主要出现在MPLS VPN环境中。

O位：O比特被定义使用在OSPF的option字段中，用来说明路由器是否有能力发送和接收opaque LSA。

   当我们部署MPLS TE且使用OSPF作为TE的时候，OSPF就需要扩展以便支持MPLS TE，这时候就可以看到Obit位的置位了，而且只能够在这种环境下的DBD报文中看到相应的option的obit置位，而其他报文中的option里obit仍然为0。

NP位：其中N/P位为1位，N位及P位分别只出现在HELLO及LSA报文中：

         在Hello报文中：N bit指示该路由器为NSSA区域路由器，当N bit被置1时E bit就必须被清零。

   在LSA报文中：P bit仅在7类LSA中出现。

MC位：该位描述是否组播扩展OSPF。

E位：当始发路由器具有接受AS外部LSA的能力时,该位将被设置。

   在所有的AS外部LSA和所有始发于骨干区域以及非末梢区域的LSA中，该位将设置为1。而在所有始发于末梢区域的LSA当中，该位设置为0。另外，可以在Hello数据包中使用该位来表明一个接口具有接收和发送类型5的LSA的能力。E位配置错误的邻居路由器将不能形成邻接关系，这个限制可以确保—个区域的所有路由器都同样地具有支持末梢区域的能力。

Type 3:Network-summary-LSA

由ABR产生，描述区域内某个网段的路由，并通告给发布或接收此LSA的非Totally STUB或NSSA区域。

完全末梢区域是不存在3类LSA的，NSSA区域没有5类和3类LSA，多了7类LSA。

   如果在OSPF中执行了Area间汇总，那么LSA3中通告的就是汇总路由而不是明细的，其实这里就应该说成时“路由”而不是“链路”，因为LSA3本身通告的就是各网络如何可达，接受路由器并不明了该Area的拓扑结构，只是以DV的思想，将LSA3中通告的链路加上自己到ABR的开销就放进路由表了。

通过实验来查看3类LSA，拓扑如下：

我们在ABR上的Area 1里面做汇总，命令如下：abr-summary 3.1.0.0 255.255.0.0

你查看路由可以发现在R2上看到的是两条明细路由分别为3.1.1.0/24和3.1.2.0/24,在R1上查看到的是一条汇总路由3.1.0.0/16。这是由于在ABR上面做了汇总，可以通过命令display ospf lsdb summary查看3类LSA的明细。如下：

通过查看，可以发现这条3类LSA的始发路由器为R2，并不是原路由器R3了。当做了路由汇总之后，这条汇总路由的通告路由器便是做汇总的这个ABR。

Type 4:ASBR-summary-LSA

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。

   LSA3和LSA4都由ABR始发，报文格式是相同的，只不过有几处字段内容不一样。在“链路状态ID”这个字段中，LSA3通告的是网络或子网的IP地址，而LSA4通告的是ASBR的路由器ID；而“网络掩码字段”对LSA4没什么意义，设置为0.0.0.0。
   一台Router成为ABR的前提是必须有运行OSPF进程的接口与Area 0直连，否则不会产生LSA3和LSA4，也就无法完成ABR的任务，解决办法一般是通过虚链路。
   LSA3和LSA4都只能在单Area内泛洪。具体来看，LSA4就是在Area0内泛洪让ABR都知道ASBR在哪；而LSA3这里要注意，比如Area1和ABR将Area1的路由信息通告进Area0，成为一个LSA3，因为不仅要加上自己到那个ABR的链路开销，而且ADV Router也要改为自己，新的LSA3会进入到Area2并泛洪开来，所以还是遵守了LSA3的泛洪原则。从一个侧面也可以看出，OSPF进行Area间路由是典型的距离矢量的行为。

如上拓扑，我在R3上新建loopback 3和loopback 4引入，这样R3便成为了ASBR。

我们在R1上查看4类LSA的详细信息：

通过可以看到LS id为R3（ASBR）的router-id，通告路由器为R2（ABR）的router-id。当然有4类LSA存在的话，必然有5类LSA或7类LSA。因为4类LSA是通告到ASBR的路由，从其他区域到ASBR的路由。

Type 5:AS-External-LSA

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）。

   LSA5通告了ASBR直连的其他AS的路由信息，不同于BGP中AS的概念，这里指IGP区域。LSA5被Flooding至除Stub、Totally Stub、NSSA以外的所有Area，是唯一的一个不与任何Area相关连的LSA通告。

   LSA5形成的路由条目以Type1或Type2表示，通过命令改为Type1类型。在ospf进程下，配置命令import direct|static|rip|ospf|isis|bgp type 1 即可改为Type 1 方式计算Cost。

   Type1  Cost=本地到ASBR的Cost+ASBR到AS外部目的网络的Cost

   Type2  Cost=ASBR到AS外部目的网络的Cost

   当OSPF路由器获得一条LSA5，在装进路由表之前会检查“转发地址（Forwarding Address）”是否可以通过Area内或Area间路由到达，若不可达，不会装进路由表。

Type 7:NSSA-LSA

由ASBR产生，描述到AS外部的路由，仅在NSSA区域内传播。

谈到7类LSA，必然会牵扯出NSSA区域。到底何为NSSA区域呢？

   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。

   OSPF NSSA区域（Not-So-Stubby Area）是OSPF新增的一类特殊的区域类型。

   NSSA区域和STUB区域有许多相似的地方。两者的差别在于，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。

   还记得在上一章谈邻接关系的时候谈到DD报文，DD报文里有一个字段NP-bit就关系到NSSA区域，当NP-bit置位时，表示此区域为NSSA区域。

   而7类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。

   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。在Type7 LSA中有一个P-bit（Propagate bit），用于告知转化路由器该条Type7 LSA是否需要转化，只有P-bit置位并且FA（Forwarding Address）不为0的Type7 LSA才能转化为Type5 LSA；若不置位，将不会转化为5类LSA。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）。区域边界路由器产生的Type7 LSA不会置位P-bit。

   在NSSA区域中，我们可能同时存在多个ABR，当出现多个ABR后，都计算彼此之间的路由，可能会产生环路，所以为了防止环路的产生，定义边界路由器之间不计算对方发布的缺省路由。 

Forwarding Address

关于FA，它有为0或非0两种情况，我从下面实验来帮大家认识FA。

场景：此环境为MA环境，R1和R2之间属于OSPF Area0，R3不属于OSPF。在R2上建立指向3.3.3.3/24的静态路由，并引入OSPF中。

而此时R2属于ASBR，我们在R2上查看display ospf lsdb ase可以发现，R2为3.3.3.3的通告路由，FA地址为10.1.1.3。

同样在R1上看3.3.3.3 5类LSA的内容也是如此。当存在FA时，此时路由器不会再去找ASBR，而是会根据FA地址来转发到3.3.3.3。在R1上trecert即可发现。

通过追踪3.3.3.3的ping包可以发现，数据包根本不会到达ASBR，根据FA地址，就直接丢过去了。

总结：当FA为非0时，OSPF区域内路由器不会再去寻找ASBR,直接根据FA地址转发。

那何时FA为0呢？现在我们做一点小小的更改。

将OSPF网络类型更改为P2P模式，在接口模式下配置ospf network-type p2p即可。

此时在R2上查看5类LSA内容，发现FA此时为0

当FA为0时，它的数据包该如何转发呢？由于R2为ASBR，为了查看效果我们在R1上tracert 3.3.3.3测试。

此时你会发现，R1到3.3.3.3走了两跳，先到达R2 ASBR，再到达R3。

结论：当FA为0时，OSPF区域内路由首先找到ASBR，再从ASBR到目的地址。这样你就会发现产生了次有路径，所以FA还能解决次优路径。

接下来为大家总结一下，FA何时为0何时为非0。

如果外部路由的下一跳地址满足，在asbr上。

1、下一跳地址所对应的网络发布到ospf内

2、下一跳所在的link没有slient

3、下一跳地址所在的link的网络类型不是P2P或P2MP

满足上述条件，LSA5 Forwarding Address是非0.0.0.0，等于下一跳地址；

如果不满足，则LSA5 Forwarding Address是0.0.0.0 。

当然FA在7类LSA中也存在，但是在7类LSA中FA始终为非0。

原因：在NSSA区域，会产生多个ABR，这样如果FA为0时，容易产生次优路径或环路。从下面FA的作用的场景中可以看出。

刚才也说过，FA能避免次优路径，这提到了FA的作用，FA有两大作用:

1、避免次优路径

2、避免环路

同样以场景来为大家解释：

1、避免次优路径

根据上面拓扑来分析：

当FA地址为非0时，在R4上查看FA=10.1.12.1，数据包路径：R4->R2->R1

当FA地址为0时，数据包路径：R4->R3->R1（次优路径）

    分析：这样就产生了次优路径，为啥会走R3呢？那是因为在NSSA区域中若出现多个ABR，由router-id大的那个ABR做转发，这是为了避免环路的发生。如果LSA5不携带FA地址或7/5转换时把FA地址抑制掉，R3上进行7/5转换后，生成的LSA5中的FA为0，R4收到这条LSA5时，寻找到ASBR最短路径，通过计算下一跳为R3，这样次优路径就产生了。

2、避免环路

就将上面环境做一下小小的更改

R2和R3之间直连一根线，在Area 1内，删除了R1-R2之间的互联。并且将R2的router-id改的比R3大。

此时，我们来分析一下：

当FA为非0时，数据包路径：R4->R3->R1

当FA为0时，数据包路径：R4->R2->R3->R4（环路产生）

    分析：当FA为非0时，数据包当然会根据FA来转发，最终到R1。但FA为0时，此时R4需要找到ASBR，由于把R2的router-id改大了，此时R2为ASBR。这样R4->R2。当然对于R3来说，此时R3在NSSA区域会收到一条关于1.1.1.1/24的7类LSA，而在R2上进行7/5转换之后，5类LSA会在非STUB、NSSA区域内泛洪，这样R3也会收到一条关于1.1.1.1/24的5类LSA。收到两条相同的LSA，此时R3会进行cost比较，由于R4传来的5类LSA开销更小，所以R3到达1.1.1.1/24的下一跳为R4，这样就产生了路由环路。

这里可能会纠结一个问题：就是R3为什么会选择R4，而不会根据接口G0/0/2到达ASBR-R2？

    R2产生的LSA5只能在Area 0泛洪，不能再NSSA区域泛洪。那对于R3来说，它通过R2在Area0和Area 1内产生的LSA1得知R3是ASBR，从Cost上来说应该选择直连链路到达R2，但是因为R3是在Area 0得到的LSA 5，所以只会使用本区域的LSA1计算到达ASBR的路由，也是最终R2去往外部路由的下一跳是R4的原因。

我们在操作的时候，可以通过nssa suppress-forwarding-address将FA地址抑制。记得在Area下配置哦。

那以上这几种LSA是如何放环的呢？

Type1 LSA/Type2 LSA

区域内LSA1/LSA2，根据LSA1/LSA2而画出的区域内的graph可通过dijkstra算法构建出SPF树。SPF tree是从执行计算的当前节点，即root node到所有其他节点的最短路径成本树，建树的过程就消除了环路。

Type3 LSA

Type 3是在区域间传递网络路由信息的，特定区域结构（非0 Area围着Area 0）及区域边界处的水平分割规则限制从一个区域出来的LSA3不会流回到源区域，避免LSA3路由所致的环路。

Type4 LSA

放环的方式和LSA3一致；区别于LSA3的地方在于LSA3传达的是到目标网段的路径信息；而LSA4传达的是到目标路由器的路径cost信息

Type5 LSA

依赖于LSA3和LSA4来防止环路和选择最优路径。

LSA5在OSPF Domain内Flooding时，没有区域边界的限制，所以LSA类型3的放环规则对LSA5不适用。但LSA5能否进入路由表并导致环路，得依赖于类型3或类型4。

LSA5有Forwarding-Address字域，非0.0.0.0值参看对应的LSA3的选路信息；0.0.0.0值则根据LSA4来选路。只要LSA3和LSA4不致环路出现，LSA5就不致环路出现。

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OSPF详解之三：OSPF LSA详解

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