OSPF网络类型详解

JettCai

背景
OSPF区域是由不同类型的网络链路组成的，邻接行为随网络类型而异，而要确保OSPF在某些类型的网络上能正确运行，必须对其进行正确的配置。根据拓扑和需求的变化，OSPF可以手工修接口的网路类型来适应不同的二层链路拓扑。
OSPF定义了如下3种RFC公有网络类型：

• 点到点（Point-to-Point）：网络中只有一对路由器相互连接。如，WAN中的HDLC，PPP和帧中继的点到点子接口。
  
• 广播（Broadcast）：多路访问广播网络，如以太网（Ethenet），令牌环网（TokenRing）， 光纤分布式数据接口（FDDI）。
  
• 非广播多路访问（NBMA):连接的路由器超过两台，但是没有广播能力。如帧中继、ATM和X.25等网络都属于NBMA。在NBMA网络中，OSPF可以有5种运行模式。
  
  

注意：其实NBMA网络不是没有广播的能力，而是广播针对每一条VC发送，这样就使得一台路由器在不是Full-Mesh的NBMA拓扑中，发送的广播或组播分组可能无法到达其他所有路由器。

RFC在以3种链路类型的基础上扩展出5种网络类型：

• 点到点（Point-to-Point）
  
• 点到多点（Point-to-Multipoint）
  
• 虚链路（Virtual Link）
  
• 广播（Broadcast）
  
• 非广播多路访问（NBMA）
  
  

注意：其中虚链路较为特殊，不针对具体链路。而NBMA链路对应NBMA和点到多点两种网络类型。思科路由器在NBMA网络上实现的链路类型有5个，2 × RFC（非广播和点到多点） + 3 × Cisco（点到点，广播，点到多点非广播），区分较为复杂。

默认情况下OSPF 不能通过NBMA接口自动与邻居建立邻接关系，RFC 2328为OSPF在NBMA拓扑中的运行定义了两种模式：非广播和点到多点，分别对应的接口模式为:

• ip ospf network non-broadcast
  
  

在Non-Broadcast 模式下是模仿OSPF在广播型链路中的运行，通常在Full-Mesh 者Partial-Mesh 使用，如果不是Full-Mesh必须手动选举DR/BDR。路由器接口处于同一IP子网，手动指定邻居，选举DR/BDR且必须与DRother在VC上直连。

• ip ospf network point-to-multipoint
  
  

在 Point-to-Multipoint 模式下是将NBMA视为一系列点到点的集合，通常用于Hub-and-Spoke 者Partial-Mesh，接口处于同一IP子网，使用OSPF组播自动发现邻居，不选举DR/BDR。


Cisco为NBMA多设计了三种模式：为广播，点到多点非广播和点到点，分别对应的接口模式为：

• ip ospf network broadcast
  
  
  

如果说non-broadcast是在模仿广播型链路，那么broadcast就是将NBMA完全当成广播型链路，让WAN接口就像Lan接口。使用OSPF组播Hello来自动发现邻居，而不是像non-broadcast为每个PVC提供一个LSA拷贝。应用这种模式的前提是NMBA拓扑为Full-Mesh，且在FR Map中使用了关键字broadcast。

• ip ospf network point-to-multipoint non-broadcast
  
  
  

如果在VC上没有启用组播和广播功能，即定义Map时没有使用关键字broadcast，那么就要应用point-to-multipoint non-broadcast相应的取消组播hello功能，代以手动配置邻居，无需选举DR和BDR。

• ip ospf network point-to-pioint
  
  

如果链路中涉及多个子网，那么一定要用到Point-to-Point类型，也一定会用到子接口，每个子接口属于不同的子网，接口可以是WAN接口也可以是LAN接口。子接口分为两种模式，点到点和点到多点，其中点到多点子接口和主接口配置方式一致，而点到点子接口则有些不同：
interface Serial0/0                                                   interface Serial0/0.2 multipoint
encapsulation frame-relay                                      ip address 20.1.1.1 255.255.255.0
frame-relay lmi-type  ansi                                      ip ospf network point-to-point
interface Serial0/0.1 point-to-point                        frame-relay map ip 20.1.1.2 105 broadcast
ip address 10.1.1.1 255.255.255.0                         frame-relay map ip 20.1.1.3 106 broadcast
frame-relay interface-dlci 101                                frame-relay map ip 20.1.1.4 107 broadcast
注意：

• 若子接口使用point-to-point模式，则意味着这个子接口对应的子网里只有一台路由器，即这个IP子网只有两个节点；而使用multipoint模式时，意味着这个子接口对应多条VC，IP子网内有多于两台的路由器。通过配置就可以理解为什么说点到多点是点到点链路的集合。
  
• 最初创建子接口的目的在于解决在NBMA上运行距离矢量协议引起的水平分割问题，即从一接口收到的路由信息不会再从这个接口发出去。而这个接口本身可能连着多个邻居，这样就阻碍了网络中路由信息的传递，子接口是物理接口在逻辑上的划分，能很好的解决水平分割带来的问题。
  
  
• 虚链路 可以认为是点到点的一种特殊配置，在虚链路上OSPF数据包是以单播形式发送，并不在意物理链路是什么类型，关键是虚链路两端可以实现互通。
  
  

以上5种网络类型形式上的差异在于：

• 是否选举DR  
  
  
• 是否自动发现邻居
  
  
• 更新时间
  
  

这5种网络类型应用上的差异在于：

• NBMA拓扑是否是Full-Mesh
  
  
• NBMA接口是否在同一IP子网
  
• Frame-Relay 在定义Map时是否支持广播，即是否加了关键字broadcast。
  
  

所以总的来说，OSPF有8种网络类型：点到点，虚链路，点到多点，NBMA有5种（cisco：点到点，广播，点到多点非广播；RFC：非广播，点到多点），在接口下使用如下命令可以知道OSPF支持哪些网络类型：R1(config-if)#ip ospf network ?
  broadcast            Specify OSPF broadcast multi-access network
  non-broadcast        Specify OSPF NBMA network
  point-to-multipoint  Specify OSPF point-to-multipoint network
  point-to-point       Specify OSPF point-to-point network
从上面输出的内容上看，你是否会问，手动接口下的OSPF网络类型只有4种哪来的5种？其实point-to-multipoint nonbroadcast是隶属于上面的point-to-multipoint网络类型下的，请看下面命令：
R1(config-if)#ip ospf network point-to-multipoint ?
  non-broadcast  Specify non-broadcast point-to-mpoint network
  <cr>
由此可以知道，OSPF接口下的网络类型。总结如下：
总结

网络 类型	二层 封装	Hell/ Dead	DR/ BDR	手动指 定邻居	支持32位主机路由	支持2个 以上路由	动态邻 居发现
点对点	HDLC,PPP,FR-SUB-P2P,GRE	10/40	No	No	No	No	Yes
广播	ETH, TokenRing, FDDI	10/40	Yes	No	No	Yes	Yes
NBMA	FR-Primar/SUB-MP,ATM,X.25	30/120	Yes	Yes	No	Yes	No
点到多点	无默认	30/120	No	No	No	Yes	Yes
点到多点非广播	无默认	30/120	No	Yes	No	Yes	No
Loopback	Loopback接口	NA	NA	NA	Yes	NA	NA

OSPF在NBMA的一些局限和优化方案

上面已经提到过，点到多点，点到多点非广播，是思科私有的两种OSPF网络类型，用于改善NBMA部分互联（Hub-Spoke模式）拓扑下，原有NBMA网络类型的以下缺点：

• 在Hub要手工指定每一个Spoke端的neighbor，也许你会问，是否可以在Spoke端指定Hub为neighbor？答案是可以，但是配置比较分散不能集中配置需要在每个Spoke都指定neighbor。另外，Spoke端设置Priority 0以后，指neighbor打了命令后能生效但是show running看不见，其实命令是存在的，no掉priority后就可以看到。
  
• 需要在每个Spoke配置ip ospf priority 0，也许你会问，为什么不在Hub端把它的Priority设置成255？可以这么做，但是假如Hub down了很短时间，这时候Spoke就会成为DR，等Hub再恢复时，不抢占。
  
• 每个Spoke端都需要其他Spoke端的二层映射表项。
  
  
  

Cisco的点到多点网络类型可以优化以上3个问题：

• 在有条件使用“伪广播”一类的方法在NBMA网络上支持广播时，发送组播Hello可以自动发现邻居，无需手工指定neighbor地址。
  
• 点到多点，等于多个点到点，所以不需要选DR，自然也就不需要设Spoke端的Priority为0来让Spoke不参与DR的选举。
  
• Spoke学习到其他Spoke的路由，下一跳指向的是Hub（相当于Hub代转），所以Spoke只要拥有Hub的二层映射项即可。如果Spoke还想访问其他Spoke的接口用于测试（直连路由，没有下一跳），仍然会用到其他Spoke接口的二层映射，点到多点网络类型的解决办法是：生成一条接口的IP的32位主机路由，下一跳指向Hub。从而彻底不需要Spoke之间的二层映射表项。
  
  

而点到多点非广播类型的优化方案和上面大同小异：

• 用在无条件使用“伪广播”等方法在NBMA上支持广播时，不能自动发现邻居，只能退而求其次手动指定neighbor地址。
  
• 其他“点对多点”的优点仍然继承。
  
• show ip ospf interface InterfaceType看到的网络类型仍然是Point-to-Point，但是实际上是不同的（只能通过show running查看）。
  
  

Loopback网络类型
环回接口（逻辑接口）的定义决定了它不可能连接主机或者其他网络设备，如果环回接口配置成一个网段，实际上也只有接口配置的一个主机IP被用到。实际工作中通常将环回接口用于管理或者测试。
对于环回接口宣告OSPF时，默认的OSPF网络类型是Loopback，不管接口实际配置的掩码是多少位，都会被OSPF当做32位主机路由生成链路状态信息并计算出路由。如果希望不要被处理成32为主机路由，而是显示为真实掩码长度。可以手动修改环回接口的网络类型，但是只支持修改成point-to-point。


OSPF类型巧记技巧
1. 凡是“Point-to系列”（包括to-point,to-multipoint,to-multipoint nonbroadcast）均不需要选举DR/BDR，在Hub-and-Spoke这种星型拓扑中建议使用“Point-to系列”模式。
2. 凡是“Broadcast系列”（包括broadcast，non-broadcast），不管加不加non，多少都是广播型链路的翻版，需要选举DR/BDR。

3 .凡是“Nonbroadcast系列”（包括non-broadcast，point-to-multipoint nonbroadcast），一个non就是废除广播 & 组播能力，只能手动指定邻居。

4 .在Full-Mesh的拓扑中才可以应用non-broadcast 或broadcast 模式，配置较为简单，但是如果发生链路中断，DRother可能会找不到DR，导致路由信息丢失。

5. Hub-Spoke拓扑中如果运行non-broadcast模式，要在hub 位置配置neighbor 命令，并且都设置Spoke接口的优先级为0使其不参与DR/BDR选举。如果配置为点到多点模式，命令可大为简化。

6. 如果一个NBMA链路里有多个IP子网，则主接口网络类型一定是point-to-point，并且一定得用子接口，再看IP子网内接口，多于两个就用点到多点子接口，因为点到点子接口只能容纳一个DLCI。

7. 如果在配置FR Map时没加关键字broadcast，则只能使用“non-broadcast系列”，即non-broadcast和point-to-multipoint broadcast两种网络类型。