OSPF路由协议概述
- OSPF（Open Shortest Path First (开放式最短路径优先)）属于内部网关协议、链路状态路由协议，采用SPF算法计算路由，从算法上保证了无路由环路，通过邻居关系维护路由，避免了定期更新对带宽的消耗，OSPF路由更新效率高，网络收敛快，适用于大中型网络。OSPF报文封装于IP，协议号89，组播地址224.0.0.5与224.0.0.6，支持变长子网掩码和汇总、层次区域划分等优点。
OSPF基本概念
LC
链路状态（LS）：路由器周边的链路的状态。
- 直连网段状态：通过接口网段和接口状态感知
- 描述直连网段：（网段，掩码，接口开销）
- 直连拓扑状态：通过OSPF邻居和邻居状态感知
- 描述直连拓扑：（邻居RouterID，连接接口，接口开销）。
- 接口开销：OSPF参考带宽/ 接口带宽
- OSPF参考带宽默认为100Mbps。
- Loopback接口的开销默认为1。
LSA
- LSA报文头部:
- 包含在各种报文中的LSA信息:
这张图是 OSPF协议中LSA（链路状态通告）类型的分类和功能说明，它清晰地展示了不同LSA的作用范围、发起设备及其承载的信息类型。以下是逐项解析：
1. LSA的分类逻辑
- 拓扑信息（Topology）：描述网络设备间的连接关系（如路由器接口、邻居关系）。
- 对应LSA类型：1（Router LSA）、2（Network LSA）、4（ASBR LSA）。
- 路由信息（Routing）：描述如何到达特定网络（如IP前缀、外部路由）。
- 对应LSA类型：3（Summary LSA）、5（External LSA）、7（NSSA LSA）。
2. 各LSA的详细说明
（1）Router LSA（Type 1）
- 发起者：每个OSPF路由器都会生成。
- 洪泛范围：仅在本区域内传播。
- 作用：
- 描述路由器自身的直连接口（如接口IP、子网、邻居路由器ID）。
- 示例：路由器R1通告：“我有接口10.1.1.0/24，邻居是R2。”
（2）Network LSA（Type 2）
- 发起者：广播/NBMA网络中的DR（指定路由器）。
- 洪泛范围：仅在本区域内传播。
- 作用：
- 描述多路访问网络（如以太网）中所有连接到DR的路由器列表。
- 示例：DR通告：“这个以太网中有R1、R2、R3连接到我。”
（3）Summary LSA（Type 3）
- 发起者：ABR（区域边界路由器）。
- 洪泛范围：跨区域传播（从骨干区域Area 0到其他区域）。
- 作用：
- 汇总区域间的路由信息（如将Area 1的10.1.0.0/16通告到Area 0）。
- 示例：ABR通告：“Area 1可以通过我到达10.1.0.0/16。”
（4）ASBR LSA（Type 4）
- 发起者：ABR。
- 洪泛范围：区域内传播（除特殊区域外）。
- 作用：
- 告知本区域内的路由器如何到达ASBR（自治系统边界路由器）。
- 示例：ABR通告：“ASBR（R5）的路径是通过我。”
（5）External LSA（Type 5）
- 发起者：ASBR。
- 洪泛范围：整个OSPF域（除Stub/NSSA区域）。
- 作用：
- 通告OSPF外部的路由（如重分布进来的静态路由或BGP路由）。
- 示例：ASBR通告：“外部网络192.168.1.0/24可以通过我到达（下一跳为外部）。”
（6）NSSA LSA（Type 7）
- 发起者：NSSA区域的ASBR。
- 洪泛范围：仅在NSSA区域内传播（由ABR转换为Type 5后传递到其他区域）。
- 作用：
- 在NSSA区域（特殊区域）内通告外部路由，避免Type 5的泛洪。
- 示例：NSSA ASBR通告：“外部网络172.16.1.0/24在本地有效。”
3. 洪泛范围对比
| LSA类型 | 洪泛范围 | 类似“邮递范围” |
|---|---|---|
| Type 1 | 本区域内 | 只在本村张贴公告 |
| Type 2 | 本区域内 | 只在本村广播 |
| Type 3 | 区域间（ABR转发） | 跨村送信需通过邮局（ABR） |
| Type 4 | 区域内 | 告诉村民如何找到镇长（ASBR） |
| Type 5 | 全OSPF域 | 全国广播（除特殊地区） |
| Type 7 | NSSA区域内 | 只在特区内部张贴 |
4. 实际应用场景
场景：多区域OSPF网络
- Area 0（骨干区域）：
- Type 1/2 LSA描述区域内拓扑。
- Type 3 LSA汇总其他区域的路由。
- Area 1（普通区域）：
- ASBR引入外部路由，生成Type 5 LSA。
- ABR生成Type 4 LSA，告知如何到达ASBR。
- Area 2（NSSA区域）：
- 使用Type 7 LSA代替Type 5，由ABR转换为Type 5后传入骨干区域。
5. 常见问题
- 为什么需要Type 4 LSA？
Type 5 LSA只告诉外部路由的存在，但未说明如何到达ASBR。Type 4补充了ASBR的可达性。 - Type 7和Type 5的区别？
Type 7是Type 5在NSSA区域的“替身”，避免Type 5泛洪到NSSA区域（节省资源）。
总结
这张表是理解OSPF路由计算的核心——不同类型的LSA分工明确：
- Type 1/2/4 构建拓扑地图（“谁连接谁”）。
- Type 3/5/7 提供路由信息（“如何到达目的地”）。
掌握它们的作用范围和发起者，才能高效设计OSPF多区域网络！
LSDB
- 链路状态数据库（LSDB）
- 每台OSPF路由器都有一个LSDB，用于存储LSA。
- 同一个区域中的OSPF路由器的LSDB一致。
- LSA封装在LSU报文中，在区域内洪泛，最终达到区域内LSDB一致。
- LSA在洪泛过程中内容保持不变。
SPF
- 以自己LSA 1为根，进行SPF计算。
- 各OSPF路由器单独进行SPF计算，互不影响。
OSPF网络类型
- Broadcast广播多路访问：以太网接口
- NBMA（Non-Broadcast Multi-Access，非广播多点访问网络）：帧中继接口
- P2MP（Point-to-MultiPoint，点到多点）
- P2P（Point-to-Point，点到点）：PPP 、HDLC接口
OSPF报文类型
OSPF报文的目的地址
邻居状态变换
- Attempt在NBMA网络中。先创建邻居关系，在选举DR/BDR，非DR、BDR稳定后保持2-way状态，不建立邻接关系，然后在已建立邻接关系中，选举主从。
- DR BDR选举:
资格：优先级大于0
过程：同一广播域中相邻路由器互发Hello报文（Hello中有自己选出的DR）
开始时均认为自己是DR
比较：1、优先级（高的胜出）,0优先级不参与选举
2、Router ID（大的胜)
注意：1、DR是某个网段中的概念，是针对路由器的接口而言的。某台路由器在一个接口上可能是DR，在另一个接口上有可能是BDR，或者是DR Other。
2、路由器的优先级可以影响一个选取过程，但是当DR/BDR已经选取完毕，就算一台具有更高优先级的路由器变为有效，也不会替换该网段中已经选取的DR/BDR成为新的DR/BDR。
3、DR并不一定就是路由器优先级最高的路由器接口；同理，BDR也并不一定就是路由器优先级次高的路由器接口
OSPF协议模型
OSPF四张表
建立邻居关系(点对点)
维持邻居关系(点对点)
1. 邻居失效的判定条件：
Dead Timer 超时：如果在 Dead Interval 内未收到邻居的 Hello 报文，则认为邻居失效。
- 例如：Hello Interval = 10 秒，Dead Interval = 40 秒，若 40 秒内无 Hello，则删除邻居。
主动失效：收到邻居的 Hello 报文，但其中不包含自己的 Router ID（表示对方已主动终止邻居关系）。
2. 不同网络类型的 Hello 行为
| 网络类型 | Hello Interval | Dead Interval | 是否需要 DR/BDR |
|---|---|---|---|
| 广播网络 | 10 秒 | 40 秒 | 是（如以太网） |
| 点对点网络 | 10 秒 | 40 秒 | 否（如 PPP 链路） |
| NBMA 网络 | 30 秒 | 120 秒 | 是（如帧中继） |
| 点对多点网络 | 30 秒 | 120 秒 | 否 |
DR/BDR的选举(广播多路访问)
Router ID
- 一台路由器如果要运行OSPF协议，则必须存在Router ID（RID）。
- RID是一个32比特无符号整数，可以在一个自治系统中唯一的标识一台路由器。
- RID可以手工配置，也可以自动生成。
- 如果没有通过命令指定RID，将按照如下顺序自动生成一个RID：
- 如果当前设备配置了Loopback接口，将选取所有Loopback接口上数值最大的IP地址作为RID；
- 如果当前设备没有配置Loopback接口，将选取它所有已经配置IP地址且链路UP的接口上数值最大的IP地址作为RID
Hello报文
以下是OSPF Hello报文的结构图示（基于RFC 2328标准），并附关键字段说明：
OSPF Hello报文格式
0 1 2 3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Version # | Type 1 | Packet Length |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Router ID |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Area ID |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Checksum | Auth Type | Auth Data |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Network Mask |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Hello Interval | Options | Rtr Pri |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Router Dead Interval |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Designated Router (DR) |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Backup Designated Router (BDR) |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Neighbor 1 |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Neighbor 2 |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| ... |
字段说明（关键部分）
| 字段名 | 长度 | 说明 |
|---|---|---|
| Version # | 1字节 | OSPF版本（OSPFv2为2）。 |
| Type 1 | 1字节 | 报文类型（1表示Hello报文）。 |
| Packet Length | 2字节 | 整个Hello报文的长度（字节）。 |
| Router ID | 4字节 | 发送路由器的唯一标识（IPv4地址格式）。 |
| Area ID | 4字节 | 发送接口所属的OSPF区域（必须与邻居一致）。 |
| Network Mask | 4字节 | 发送接口的子网掩码（广播网络必须与邻居一致）。 |
| Hello Interval | 2字节 | 发送Hello报文的时间间隔（秒）。 |
| Rtr Pri | 1字节 | 路由器优先级（用于DR/BDR选举，0表示不参与选举）。 |
| Router Dead Interval | 4字节 | 邻居失效的超时时间（秒）。 |
| DR/BDR | 各4字节 | 当前网络的DR和BDR的Router ID（未选举时为0.0.0.0）。 |
| Neighbor List | 变长 | 已知邻居的Router ID列表（仅包含最近收到Hello报文的邻居）。 |
Hello报文交互示意图
+------------+ +------------+
| Router A | | Router B |
| (RID 1.1.1.1) | | (RID 2.2.2.2) |
+------------+ +------------+
| |
| Hello (DR=0, Neighbor=[]) |
|------------------------------->|
| |
| Hello (DR=0, Neighbor=[1.1.1.1]) |
|<-------------------------------|
| |
| 双向通信确认后，进入2-Way状态 |
|（若网络类型需选举DR/BDR，则开始选举）|
关键点总结
- 参数一致性：
- 双方的
Area ID、Network Mask、Hello/Dead Interval、认证必须一致。
- 双方的
- 邻居列表（Neighbor List）：
- 仅在收到对方的Hello报文且包含自己的Router ID时，才确认双向通信（2-Way状态）。
- DR/BDR字段：
- 在广播/NBMA网络中，Hello报文会携带DR/BDR的Router ID，用于选举同步。
泛洪新LSA
