什么是 OSPF ？
OSPF 是一个基于链路状态的自治系统内部路由协议，在 TCP/IP 的网络层中进行路由选择，常用于构建大型企业网络或者服务上的骨干网络。在互联网核心路由器之间也可以使用。
OSPF 概述
OSPF 使用的是 Dijkstra（最短路径算法）来计算路径，从而构建网络拓扑图。是一种开放性协议，规范公开，允许不同厂商的设备之间实现兼容。
在网络拓扑发生变化时，OSPF 能够迅速适应，通过更新路由表实现快速收敛，确保数据按最短路径传输。
OSPF 将网络划分为区域（Area），每个区域都有自己的数据库，区域之间通过边界路由器连接。 OSPF 将网络划分为区域，其中 Backbone Area（区域0）是所有其他区域的中心，提高了可扩展性。
OSPF 使用链路成本作为度量单位，用于计算路径开销。成本越小，路径的优先级越高。
OSPF 能够适应网络拓扑的变化，比如链路的添加、删除或者变化。它可以快速适应网络的变化并更新路由信息。
文章目录
什么是 OSPF ？
OSPF 概述
为什么要使用 OSPF 协议
OSPF 的不足
OSPF 协议与其他链路状态协议的比较：
OSPF 的三张表
OSPF 建立邻居关系
OSPF 使用的分层结构
OSPF 的邻居关系
链路状态数据库（LSDB）的同步
最短路径计算
OSPF 的运行过程
总结
为什么要使用 OSPF 协议
OSPF在设计上具有高度的可扩展性、灵活性和快速收敛的特点，适用于构建复杂网络环境。从而为许多的企业和厂商提供了选择。以下是OSPF的优点：
快速收敛： OSPF具有快速的网络收敛能力。当网络拓扑发生变化时，OSPF能够迅速适应，并在相对较短的时间内更新路由表，确保数据包能够按最优路径传输。
支持分层设计： OSPF的设计允许将网络划分为多个区域，其中Backbone Area（区域0）是所有其他区域的中心。这种分层设计提高了网络的可扩展性。
开放性和厂商中立性： OSPF是一种开放协议，其规范公开可用，使得不同厂商的设备能够实现兼容的OSPF协议。这种开放性有助于确保多样性和互操作性。
支持VLSM（Variable Length Subnet Masking）： OSPF支持可变长度子网掩码（VLSM），允许网络管理员更有效地分配IP地址，提高地址利用率。
灵活的策略控制： OSPF允许管理员通过区域设计、路由汇总和过滤等方式对路由信息进行精确的控制。这使得网络管理员能够更好地适应特定的网络需求和策略。
适应多样化网络环境： OSPF适用于多样化的网络环境，包括企业内部网络、服务提供商的骨干网络以及互联网核心路由器之间的连接。其灵活性使得它能够适应不同规模和类型的网络。
支持IPv4和IPv6： OSPF可以同时支持IPv4和IPv6，使得在网络过渡期或者纯IPv6环境中都能够灵活使用。
强大的安全特性： OSPF支持加密和身份验证机制，如MD5认证，以确保路由器之间的通信的安全性。
OSPF 的不足
OSPF 是一种强大而灵活的路由协议，但它也有一些缺点。在选择使用 OSPF 的时候，最好是先权衡其优点和缺点，考虑网络环境的部署和需求。
复杂性：
OSPF的配置和管理相对较复杂，尤其是在大型网络中。需要经验丰富的管理员来正确配置和维护OSPF。
资源消耗：
OSPF需要较多的计算和内存资源来维护链路状态数据库。在大型网络中，可能会导致路由器资源的过度消耗。
收敛时间：
尽管OSPF相对于某些距离矢量协议有更快的收敛时间，但在某些情况下，特别是在网络拓扑发生较大变化时，仍可能出现较长的收敛时间。
区域设计复杂性：
OSPF的区域设计需要谨慎考虑，不当的设计可能导致网络不稳定。这增加了配置的复杂性。
OSPF 协议与其他链路状态协议的比较：
OSPF vs. RIP（Routing Information Protocol）：
OSPF更适用于大型、复杂的网络，而RIP通常用于小型网络。OSPF有更好的可扩展性和更快的收敛时间，但RIP更简单，易于配置。
OSPF vs. IS-IS（Intermediate System to Intermediate System）：
IS-IS是一种类似于OSPF的链路状态协议，但通常在ISP网络中使用。IS-IS在某些方面可能更为灵活，但配置和管理可能较为复杂。
OSPF vs. EIGRP（Enhanced Interior Gateway Routing Protocol）：
EIGRP是一种混合型协议，结合了链路状态和距离矢量的优点。在某些情况下，EIGRP可能更容易配置，但它是Cisco专有协议，不具备OSPF的厂商中立性。
OSPF vs. BGP（Border Gateway Protocol）：
BGP通常用于互联网核心路由器之间，而OSPF通常用于内部网络。BGP更强调策略和自治系统之间的路由选择。
OSPF 的三张表
三张表在 OSPF 中相互关联，协同工作，确保 OSPF 路由器能够有效地计算最短路径，并维护邻居关系。它们是 OSPF 协议正常运行和数据包转发的关键组成部分。邻居表，链路状态数据库，路由表。
邻居表
邻居表是 OSPF 协议中的一张表格，用于存储 OSPF 路由器与其直接相邻的其他路由器的信息。邻居表是 OSPF 路由器在邻居关系建立和维护过程中的一种数据结构，其中记录了关于邻居路由器的重要信息。
邻居路由器的Router ID： 用于唯一标识邻居路由器的标识符。
邻居状态（Neighbor State）： 记录了邻居路由器的状态，包括Init、Two-way、Exstart、Exchange、Loading和Full等状态。这些状态是通过 OSPF 邻居状态机的状态转换而改变的。
邻居路由器的IP地址： 记录了邻居路由器的IP地址。
Hello计时器（Hello Timer）： 记录了下一次发送 Hello 消息的计时器。
DR（Designated Router）和BDR（Backup Designated Router）信息： 记录了邻居路由器所选举的 DR 和 BDR。
邻居表的维护是通过 OSPF 路由器之间的 Hello 消息的交换来实现的。Hello 消息包含了有关发送路由器的信息，包括 Router ID、优先级、Hello 间隔等。通过 Hello 消息的交换，路由器能够建立邻居关系，并将邻居的信息记录在邻居表中。
链路状态数据表
在 OSPF 协议中，链路状态数据库是一张表格，用于存储网络中所有路由器和链路的状态信息。LSDB 是 OSPF 路由器用于计算最短路径的基础，其中包含了网络拓扑的关键信息。
LSA（链路状态通告）： LSDB 中包含各种类型的 LSA，每个 LSA 描述了网络拓扑中的不同方面。常见的 LSA 类型包括：
Type 1 LSA（Router LSA）： 描述单个路由器的连接信息。
Type 2 LSA（Network LSA）： 描述多个路由器连接到同一网络的信息。
Type 3 LSA（Summary LSA）： 描述区域之间的汇总信息。
Type 4 LSA（ASBR Summary LSA）： 描述用于到达 ASBR（Autonomous System Border Router）的路径。
Type 5 LSA（AS External LSA）： 描述来自其他AS的外部路由信息。
Router ID： 每个 LSA 都与发布它的路由器相关联，并使用 Router ID 进行唯一标识。
序列号（Sequence Number）： 每个 LSA 都有一个序列号，用于跟踪 LSA 的更新和变化。
链路状态数据库的同步： OSPF 路由器通过交换 Database Description（DBD）消息和链路状态更新（Link State Update，LSU）消息来同步各自的 LSDB。这确保所有路由器对网络拓扑具有相同的视图。
最短路径树计算： OSPF 使用 Dijkstra 算法基于 LSDB 中的信息计算最短路径，构建最短路径树。
定期刷新： LSDB 中的 LSA 在其生命周期内会定期刷新，以确保信息的实时性。
链路状态数据库是 OSPF 运作的核心，为 OSPF 路由器提供了构建和维护网络拓扑的关键信息。通过 LSDB，路由器能够动态地计算到达网络中所有目的地的最短路径。
路由表
路由表是路由器上的一张表格，用于存储路由器在转发数据包时使用的路由信息。路由表包含了路由器所知的目的地网络以及到达这些网络的下一跳路由器和出接口等信息。在 OSPF 协议中，路由表是通过最短路径计算构建的，基于链路状态数据库（LSDB）中的信息。
目的地网络（Destination Network）： 表示数据包要达到的目标网络地址。
下一跳路由器（Next Hop Router）： 表示数据包离开当前路由器后，下一个负责将数据包转发到目标网络的路由器的IP地址。
出接口（Outgoing Interface）： 表示数据包离开路由器的接口，通过这个接口将数据包发送到下一跳路由器。
度量值（Metric）： 表示到达目的地网络的路径的度量，可以是跳数、带宽、延迟等，具体取决于路由协议。
优先级（Priority）： 有时路由表中可能包含优先级信息，用于指示某个路由的优先级，常见于一些策略路由的情况。
