1. 为什么需要动态路由协议

静态路由适合规模较小、拓扑稳定的网络，但随着网络扩大，会出现：

路由数量增加，人工配置成本高
拓扑变化后需要人工调整
多路径环境难以自动重新计算最优路径

动态路由协议的核心作用：

发现邻居
→ 交换路由/拓扑信息
→ 自动计算最佳路径
→ 拓扑变化
→ 自动重新收敛
→ 更新 RIB/FIB

IGP（Interior Gateway Protocol）主要用于一个自治系统内部。

常见：

1
2
3

OSPF
EIGRP
IS-IS

2. OSPF Neighbor、Hello 与 Router ID

OSPF 直接封装在 IP 中：

Ethernet
→ IPv4
→ Protocol 89
→ OSPF

不使用 TCP/UDP。

Hello

Hello 用于：

发现 OSPF Neighbor
维护 Neighbor Relationship
携带 DR/BDR 等相关信息

典型 Ethernet Broadcast / Point-to-Point：

1 2	Hello Interval = 10s Dead Interval = 40s

邻居已经进入 Full 后仍然持续发送 Hello。

如果接口仍 Up，但持续收不到有效 Hello：

1 2	Dead Interval 到期 → Neighbor Down

如果物理接口直接 Down：

1
2
3

Interface Down
→ 可以快速感知
→ 不需要等待 Dead Interval

Router ID

Router ID 是 OSPF Router 的 32-bit 身份标识。

Cisco 常见选择逻辑：

1
2
3

1. 手工 router-id
2. 最高 Loopback IP
3. 最高 Up 状态非 Loopback L3 Interface IP

Router ID 不等于“数据包转发地址”。

3. OSPF Neighbor State、DR/BDR 与 LSDB 同步

主要状态：

Down
→ Init
→ 2-Way
→ ExStart
→ Exchange
→ Loading
→ Full

含义：

Init
= 已收到对方 Hello
  但对方 Hello 的 Neighbor List 中还没有我的 RID

2-Way
= 对方 Hello 的 Neighbor List 中已经出现我的 RID
  双向可见性确认

ExStart
= 协商 DBD Master/Slave、Sequence

Exchange
= 交换 DBD

Loading
= LSR 请求缺失 LSA
  LSU 返回 LSA
  LSAck 确认

Full
= 该邻接关系完成所需 LSDB 同步

DBD / LSR / LSU / LSAck

DBD
= Database Description
= LSDB 内容摘要/目录

LSR
= Link-State Request
= 请求缺失 LSA

LSU
= Link-State Update
= 携带一个或多个 LSA

LSAck
= Link-State Acknowledgment
= 确认收到 LSA

Broadcast Network 中的 DR/BDR

选举规则：

1
2
3

1. Interface Priority 越高越优
2. Priority 相同 → Router ID 越高越优
3. Priority = 0 → 无资格成为 DR/BDR

DR/BDR：

1 2	DR = Designated Router BDR = Backup Designated Router

DROther：

1
2
3

DROther ↔ DR  = Full
DROther ↔ BDR = Full
DROther ↔ DROther = 通常保持 2-Way

DR/BDR 是：

1	每个 Multiaccess Segment 独立选举

不是：

1	每个 Area 一个 DR/BDR

DR/BDR 不抢占：

现有 DR = R1
现有 BDR = R2

后来 R4 Priority 更高
→ 不会立即抢 DR

DR R1 Down
→ BDR R2 升为 DR
→ 再选新的 BDR

4. LSA、LSDB、SPF、RIB 与 FIB

OSPF 核心链：

Neighbor / Adjacency
        ↓
LSA Flooding
        ↓
LSDB
        ↓
SPF / Dijkstra
        ↓
RIB
        ↓
FIB
        ↓
实际数据转发

LSA

LSA（Link-State Advertisement）是拓扑信息单位。

LSDB

LSDB：

1	Link-State Database

保存本 Area 的链路状态拓扑信息。

同一个 Area 内 Router 通过 LSA Flooding 获得相应拓扑信息。

SPF

每台 Router 根据自己的 LSDB 独立运行 SPF。

即使 LSDB 相同：

1 2	R1 以自己为根跑 SPF R2 以自己为根跑 SPF

因此最终 Routing Table 可以不同。

RIB

RIB：

1	Routing Information Base

控制平面的路由数据库。

典型查看：

1	show ip route

FIB

FIB：

1	Forwarding Information Base

是为数据平面快速转发准备的转发结构。

CEF 可概念化为：

1
2
3

FIB
+
Adjacency Information

完整逻辑：

LSDB
→ SPF
→ RIB
→ FIB
→ Adjacency
→ CEF Forwarding

ARP 与 Adjacency 不相同：

ARP：
Next-Hop IPv4 → MAC

CEF Adjacency：
保存实际下一跳转发所需的 L2 Rewrite 等信息

5. OSPF Cost、最短路径与 ECMP

OSPF 最终根据 Cost 进行路径选择。

自动 Cost：

1	Cost = Reference Bandwidth / Interface Bandwidth

经典 Cisco 默认：

1	Reference Bandwidth = 100 Mbps

因此：

1
2
3

100M → Cost 1
1G   → 也可能 Cost 1
10G  → 也可能 Cost 1

无法区分现代高速链路。

可以统一调整 Reference Bandwidth，例如：

1 2	router ospf 1 auto-cost reference-bandwidth 100000

单位通常为 Mbps：

1	100000 Mbps = 100 Gbps

整个 OSPF Domain 应保持一致。

也可以直接修改接口 Cost：

1 2	interface Ethernet0/0 ip ospf cost 100

Path Cost

路径 Cost 是沿路径相关出接口 Cost 的累加：

R1 → R2 = 10
R2 → R4 = 20

Total Cost = 30

OSPF 选择更低 Cost。

ECMP

ECMP：

1 2	Equal-Cost Multi-Path 等价多路径

如果：

1 2	Path A Cost = 30 Path B Cost = 30

在设备最大路径数量等条件允许时，可以同时安装。

如果：

1 2	Path A = 30 Path B = 31

则不再是 ECMP。

现代设备通常使用 Flow-Based Hashing：

1
2
3

Flow
→ Hash
→ Next-Hop / Path

而不是简单逐包轮流发送。

对比 EtherChannel：

EtherChannel：
Flow → Member Link

ECMP：
Flow → L3 Next-Hop / Path

6. OSPF Area、Area 0 与 ABR

单 Area 过大可能导致：

LSA Flooding 范围大
LSDB 大
拓扑变化影响范围大
SPF / 控制平面压力增加

因此 OSPF 可以划分多个 Area。

Area 0

1	Area 0 = Backbone Area

标准多区域设计：

Area 10
   ↓
Area 0
   ↓
Area 20

非骨干 Area 原则上需要连接 Backbone Area。

ABR

ABR：

1	Area Border Router

同时连接多个 Area。

例如：

1
2
3

Area 10 —— R3 —— Area 0
            ↑
           ABR

ABR 按 Area 分别维护 LSDB：

1 2	Area 10 LSDB Area 0 LSDB

不会把所有 Area 的详细拓扑混成一个 LSDB。

Area 10 内部发生变化：

Area 10 内 LSA Flooding
        ↓
ABR 更新 Area 10 LSDB
        ↓
重新计算
        ↓
如果跨区域可达性/Metric 发生变化
        ↓
向其他 Area 更新区域间路由信息

其他 Area 不需要知道：

1
2
3

Area 10 内部具体哪根链路断了
内部从 R6 改走 R7
内部 DR 是谁

但需要知道：

1
2
3

Prefix
可达性
区域间 Metric

因为这些信息会影响其他 Area 的选路。

OSPFv2 中区域间 Prefix 信息会涉及 Type 3 Summary LSA。

7. Default Route 与 OSPF 故障收敛

出口 Router：

R4 → ISP

如果 R4 自己存在：

1	0.0.0.0/0 → ISP

可以：

1 2	router ospf 1 default-information originate

向 OSPF Domain 注入默认路由。

普通：

1	default-information originate

通常要求本机 RIB 已存在默认路由。

而：

1	default-information originate always

即使本机没有默认路由，也仍然向 OSPF 发布：

0.0.0.0/0

因此可能产生黑洞风险。

数据转发

例如：

1	R1 → R2 → R3 → R4 → ISP

R1：

1
2
3

8.8.8.8
→ 匹配 0.0.0.0/0
→ Next-Hop R2

R2：

1
2
3

8.8.8.8
→ 查自己的 FIB
→ Next-Hop R3

逐跳独立转发。

LSA Flooding 时不会简单地每经过一个 Router 就把 LSA 中的“下一跳”改成本机。

下一跳是本地 Router 根据 OSPF 拓扑计算得到的本地转发结果。

故障收敛

故障
→ LSA 更新
→ Flooding
→ LSDB 更新
→ SPF
→ RIB
→ FIB
→ 新路径

8. BFD

BFD：

1 2	Bidirectional Forwarding Detection 双向转发检测

核心职责：

1	快速检测转发路径是否存活

它不负责：

1
2
3

计算 OSPF 路由
运行 SPF
生成 OSPF LSA

BFD 检测故障：

BFD Down
   ↓
通知 OSPF
   ↓
OSPF Neighbor Down
   ↓
LSA 更新
   ↓
Flooding
   ↓
LSDB
   ↓
SPF
   ↓
RIB / FIB

BFD 可以服务：

OSPF
EIGRP
BGP
...

BFD 不取代 OSPF Hello。

OSPF Hello：
发现/维护 OSPF Neighbor
参与 OSPF 自身邻居机制

BFD：
快速检测路径是否还活着

核心：

1 2	BFD 负责快速发现故障 OSPF 负责故障后的路由收敛

9. EIGRP：Metric、DUAL 与备用路径

EIGRP 与 OSPF 的核心思路不同。

OSPF：

1
2
3

LSA
→ LSDB
→ SPF / Dijkstra

EIGRP：

Neighbor
→ 路由/距离信息
→ Topology Table
→ DUAL
→ Successor / Feasible Successor

默认 K Values

经典 EIGRP 默认：

K1 = 1
K2 = 0
K3 = 1
K4 = 0
K5 = 0

默认 Metric 主要考虑：

1 2	K1 → Bandwidth K3 → Delay

即：

1
2
3

Minimum Bandwidth
+
Cumulative Delay

Bandwidth：

1 2	路径相关接口 bandwidth 参数 → 取最小值

Delay：

1 2	沿路径相关 Delay → 累加

注意：

speed
= 物理接口工作速率

bandwidth
= 协议计算使用的逻辑参考参数

actual traffic
= 当前真实业务流量

bandwidth 通常不直接限制接口物理速率。

RD / FD / Successor

RD：

1	Reported Distance

表示：

1 2	邻居告诉我： “我自己距离目标有多远”

FD：

1	Feasible Distance

表示本 Router 经某路径到目标的总 Metric。

Successor：

1	当前到目标 Prefix 的最佳下一跳 Router

Feasible Successor

FS：

1	Feasible Successor

是预先确认满足无环条件的备用下一跳。

Feasibility Condition：

1	RD(candidate) < FD(successor)

满足：

1	→ 可以成为 Feasible Successor

Successor 故障且存在 FS：

Successor Down
→ FS 快速接替
→ 成为新的 Successor
→ 重新评估剩余候选路径

不存在 FS：

Successor Down
→ Route Active
→ Query
→ 邻居计算
→ Reply
→ 找到新路径
→ Passive

EIGRP 中：

Passive
= 正常稳定状态

Active
= 正在通过 DUAL Query/Reply 寻找路径

FS 不等于简单的“第二优路径”。

必须满足：

1	RD(candidate) < FD(successor)

10. 配置、Show 与故障排查

OSPF 基础配置

router ospf 1
 router-id 1.1.1.1
 network 10.0.12.0 0.0.0.3 area 0
 network 192.168.10.0 0.0.0.255 area 0

Wildcard：

1 2	0 = 必须匹配 1 = 不关心

例如：

/30
Mask     255.255.255.252
Wildcard 0.0.0.3

/24
Mask     255.255.255.0
Wildcard 0.0.0.255

OSPF network 命令本质：

1
2
3

匹配本机 Interface IP
→ 让接口参与指定 OSPF Area
→ 相应接口 Prefix 进入 OSPF

终端 LAN 可以：

1 2	router ospf 1 passive-interface Ethernet0/2

使 Prefix 仍可发布，但不在该接口建立 OSPF Neighbor。

OSPF Cost

1 2	interface Ethernet0/0 ip ospf cost 100

Reference Bandwidth：

1 2	router ospf 1 auto-cost reference-bandwidth 100000

EIGRP 基础配置示例

1 2	router eigrp 100 network 10.0.0.0 0.0.0.255

具体 named/classic mode 等配置形式视 IOS/平台而定。

OSPF 验证

show ip ospf neighbor
show ip ospf interface brief
show ip ospf interface
show ip ospf
show ip route ospf
show ip route
show ip protocols

EIGRP 验证

show ip eigrp neighbors
show ip eigrp topology
show ip route eigrp
show ip protocols

通用接口检查

1
2
3

show ip interface brief
show interfaces
show running-config

连通性验证

1 2	ping <destination> traceroute <destination>

OSPF 常见排障逻辑

1. Interface 是否 Up？
        ↓
2. IP / Mask 是否正确？
        ↓
3. OSPF 是否启用在正确接口？
        ↓
4. Area 是否匹配？
        ↓
5. Hello / Dead 是否匹配？
        ↓
6. Authentication 是否匹配？
        ↓
7. Neighbor State 是否正常？
        ↓
8. LSDB 是否获得目标信息？
        ↓
9. RIB 是否安装目标 Prefix？
        ↓
10. FIB / Next-Hop / ARP 是否正常？
        ↓
11. Ping / Traceroute 验证

不要因为：

1 2	R1# show ip ospf neighbor FULL

就判断：

1	“全网 OSPF 正常”

OSPF Neighbor 是本地链路上的关系。

R1 与 R2 Full：

1	只能证明 R1 ↔ R2 这一邻接正常

不能证明：

R2 ↔ R4
R3 ↔ R4
整个 OSPF Domain
目标 Prefix 的发布

全部正常。

V5 最终核心链

OSPF：

Hello
→ Neighbor
→ LSA
→ LSDB
→ SPF / Dijkstra
→ Cost
→ RIB
→ FIB
→ Forwarding

多区域：

Area
→ 限制详细拓扑信息传播范围
→ ABR 连接不同 Area
→ Area 0 作为 Backbone

故障：

Failure
→ Detection
→ LSA Flooding
→ LSDB
→ SPF
→ RIB/FIB
→ Convergence

BFD：

1
2
3

Fast Failure Detection
→ 通知 Routing Protocol
→ Routing Protocol 完成收敛

EIGRP：

Neighbor
→ Topology Table
→ DUAL
→ RD / FD
→ Successor
→ Feasible Successor

Feasibility Condition：

1	RD(candidate) < FD(successor)

一句话总结：

OSPF 通过 LSA 建立拓扑视图，再由 SPF 根据 Cost 计算最短路径；EIGRP 通过邻居通告和 DUAL 选择 Successor，并利用 Feasible Success