一.OSPF 的技术背景
OSPF出现是因为RIP协议无法满足大型网络的配置
RIP协议中存在的问题
RIP中存在最大跳数为15的限制,不能适应大规模组网
RIP周期性发送全部路由信息,占用大量的带宽资源
路由收敛速度慢
以跳数作为度量衡,选路可能会不优
存在路由环路的可能性
每隔30秒更新
OSPF协议的特点
没有跳数限制，适合大规模组网
使用组播更新变化的路由和网络信息
路由收敛快
以COST作为度量值
采用SPF算法有效避免环路
每隔30分钟更新
在互联网上大量使用，是运用最广泛的路由协议
二.OSPF 的表与数据包
OSPF三张表
邻居表:用来记录邻居状态和关系
拓扑表:包含链路状态数据库(LSDB)
路由表:记录SPF算法计算的路由,存放在OSPF路由表中
LSDB 的更新:
OSPF的数据包
OSPF报文直接封装在IP报文中,协议号为89
头部数据包内容:
| 版本(Version) | 对于OSPFv2，该字段值恒为2----在IPV4中。对于OSPFv3，该字段值恒为3----在IPV6中 |
| 类型(Type) | 该OSPF报文的类型。该字段的值与报文类型的对应关系是:1-Hello;2-DD;3-LSR;4-LSU;5-LSAck |
| Packet Length) | 整个OSPF 报文的长度（字节数) |
| 路由器ID (Router Identification) | 路由器的OSPF Router-ID |
| 区域ID (Area Identification) | 该报文所属的区域ID，这是一个32bit 的数值 |
| 校验和(Checksum) | 用于校验报文有效性的字段 |
| 认证类型(Authentication Type) | 指示该报文使用的认证类型 |
| 认证数据（Authentication Data) | 用于报文认证的内容 |
OSPF工作过程中的数据包
(1)hello
hello包携带自己的router ID、被发现的邻居标识，用来周期保活的，发现，建立邻居关系
| 网络掩码(Network Mask) | 一旦路由器的某个接口激活了OSPF，该接口即开始发送Hello报文，该字段填充的是该接口的网络掩码。两台OSPF 路由器如果通接口直连，那么双方的直连接口必须配置相同的网络掩码，否则影响邻居关系建立 |
| Hello间隔(Hello Interval) | 接口周期性发送Hello报文的时间间隔(单位为s)。两台直连路由器要建立OSPF邻居关系，需确保接口的Hello Interval相同，否则邻居关系无法正常建立 |
| 可选项（Options) | 该字段一共8bit，每个比特位都用于指示该路由器的某个特定的OSPF 特性。Options字段中的某些比特位会被检查，这有可能会直接影响到OSPF邻接关系的建立。（特殊区域的标记） |
| (Router Priority) | 路由器优先级，范围：0-255，默认是1，数字越大，代表路由优先级越高，也叫DR优先级，该字段用于DR、BDR 的选举 |
| 路由器失效时间（Router Dead Interval) | 在邻居路由器被视为无效前，需等待收到对方Hello报文的时间（单位为s)。两台直连路由器要建立OSPF 邻居关系，需确保双方直连接口的Router Dead Interval相同，否则邻居关系无法正常建立。缺省情况下，OSPF路由器接口的Router Dead Interval为该接口的Hello Interval的4倍 |
| 指定路由器(Designated Router) | 网络中DR的接口IP地址。如果该字段值为0.0.0.0，则表示没有DR，或者DR尚未选举出来 |
| 备份指定路由器（Backup Designated Router) | 网络中 BDR的接口IP地址。如果该字段值为0.0.0.0，则表示网络中没有BDR，或者BDR尚未选举出来 |
| 邻居(Neighbor) | 在直连链路上发现的有效邻居，此处填充的是邻居的Router-iD，如果发现了多个邻居，则包含多个邻居字段 |
(2)DBD
数据库描述报文,仅包含LSA摘要
接口最大传输单元(Interface Maximum Transmission Unit) |
接口的MTU |
可选项(Options) |
路由器支持的OSPF可选项 |
DD报文置位符 |
I：init位，I=1，这是第一个DD报文 M: more位，M=1表示后续还有DD报文 MS:master位，MS=1,表示本端为主 |
DD序列号(DD Sequence Number) |
DD报文的序列号，在DD报文交互的过程中，DD序列号被逐次加1，用于确保DD报文传输的有序和可靠性。值得注意的是，DD序列号必须是由Master路由器来决定的，而Slave路由器只能使用Master路由器发送的DD序列号来发送自己的DD报文。（route id大的设备会成为master） |
LSA头部(LSA Header) |
当路由器使用DD报文来描述自己的LSDB时，LSA的头部信息被包含在此处。一个DD报文可能包含一条或多条LSA的头部 |
(3)LSR
请求自己没有的或者比自己更新的链路状态更详细的信息
链路状态类型，链路状态ID，通告路由器 ---- “LSA三元组”
通过这三个参数可以唯一的标识出一条LSA(4)LSU
链路状态更新信息
一个LSU报文可以包含多个LSA
当路由器感知到网络发生变化时，也可以触发LSU报文的泛洪，以便将该变化通知给网络中的其他OSPF 路由器
在MA网络中，非 DR、BDR路由器向224.0.0.6这个组播地址发送LSU报文，
而DR及 BDR会侦听这个组播地址，DR在接收LSU报文后向224.0.0.5发送LSU报文，
从而将更新信息泛洪到整个OSPF区域，所有的OSPF 路由器都会侦听224.0.0.5这个组播地址
224.0.0.5所有运行OSPF的接口都会监听
224.0.0.6所有DR/BDR的接口会监听(5)LSAck
对LSU确认的包
报文中包含着路由器所确认的LSA的头部（每个LSA头部的长度为20byte)
三.OSPF 的工作过程
| 邻居 | 双方通过hello报文,相互认识 |
| 邻接 | 邻居建立后,进行一系列报文交互,当两台路由器LSDB同步完成,开始独立计算路由时,这两台路由器形成了邻接关系 |
(1)确认可达性,建立邻居
outer ID :标明的是路由器身份
手工配置：IPV4地址格式
自动选举：
环回口:IP地址大的优先
物理口：IP地址大的优先2-way前，确认DR/BDR
2-way是OSPF协议中的一中邻居状态,当两台路由器互相收到对方发送的Hello包,并且在Hello包中发现了自己的路由器ID时,他们就会建立双向通信,此时邻居状态就会变成2-way
选举原因：广播网络中使路由信息交换更加高速有序，可以降低需要维护的邻接关系数量
选举范围：每个网段都需要选出一个DR和BDR（0-255）
选举规则：1.优先级大的优先，默认优先级是1；2.router-id大的优先
DR/BDR的选举没有抢占性
关系状态：DRother与DR建立邻接关系:
DRother与BDR建立邻接关系；
DR /BDR建立邻接关系；
DRother之间保持邻居关系
(2)摘要同步,开始建立邻接关系
1.向邻接路由器发送DBD报文，通告本地LSDB中所有LSA的摘要信息
2.收到DBD报文后，与本地LSDB对比，向对方发送LSR报文，请求发送本地所需要的LSA的完整信息
3.收到LSR后,把对方所需的LSA的完整信息打包为一条LSU报文，发送至对方
4.收到LSU后，向对方回复LSAck报文，进行确认邻接建立的过程:
(3)完整信息同步,完全邻接关系建立
完全邻接关系建立，LSDB表与路由表形成
四.OSPF 的状态机
| Down | 关闭状态（稳定状态），这种情况处于手动指定邻居的情况下，发送hello包之后进入下一个状态 |
| Init | 初始化状态，收到对方的hello报文，但没有收到对方的hello确认报文 |
| Attempt | 一般不会出现，只出现在NBMA网络中，发出hello，但收不到对方的hello包 |
2-way(稳定状态) |
双方互相发现，邻居状态稳定，并确认了DR/BDR的角色； 当选举完毕后，就算出现一台优先级更高的路由器，也不会替换成新的DR\BDR |
Exstart |
交换开始状态；发送第一个DD报文，但不发送LSA摘要，仅用于确定LSDB协商的主从，ROUTER-ID大的成为master |
Exchange |
交换状态；发送后续DD报文，用于通告LSDB摘要 |
Loading |
读取状态，进行LSA的请求（LSR）、加入(LSU)和确认(LSACK) |
| Full | 邻接状态（稳定状态），两端同步LSDB |
2-way 的前提:
- 无冲突，修改router-id需要重置ospf进程使生效；
- 掩码长度一致（MA网络中）；
- 区域ID一致；
- 验证密码一致；
- hello-time一致；
- dead-time一致；
- 特殊区域类型一致
Full 的前提: 两端MTU一致，否则可能卡在Exstart/Exchange状态
能够计算路由的前提：两端网络类型一致，否则邻居状态full,但无法学习路由
五.OSPF 的区域划分
1.区域产生背景
OSPF路由器在同一个区域中泛洪LSA。为了确保每台路由器都拥有对网络拓扑的一致认知，LSDB需要在区域内进行同步
如果OSPF域仅有一个区域，随着网络规模越来越大，OSPF路由器的数量越来越多，这将导致诸多问题
2.分区的好处
减少LSA泛洪范围
提高网络拓展性,有利于组建大规模网络
3.区域类型
骨干区域: area 0
非骨干区域: area 1
特殊区域: 减少邻居关系 邻居关系过多会造成的影响:
- 大量产生hello包，消耗CPU性能
- 产生重复路由通告，消耗CPU性能
- 任何一台路由器的路由变化都会导致多次传递,浪费了带宽资源
多区互连原则:
- 非骨干区域与非骨干区域不能直接相连；
- 所有非骨干区域必须与骨干区域相连；
- 此设计是为防止区域间环路
六.OSPF的路由器类型
| 区域内路由器(IR) | 所有接口在同一区域 |
| 骨干路由器(BR) | 所有接口都在骨干区域 |
| 区域边界路由器(ABR) | 连接骨干区域和非骨干区域 |
| 自治系统边界路由器(ASBR) | 连接外部自治系统并引入外部路由 |