OSPF协议基础

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OSPF特点

路由信息传递与路由计算分离

基于SPF算法

以累计链路开销值作为选路参考值

网络类型

1、P2P类型(Point-to-Point)

当链路层协议是PPP、HDLC时，0SPF会认为网络类型是P2P

报文发送地址：以组播（224.0.0.5）发送所有0SPE报文。

不需要进行DR、BDR选举

Hel1o：10秒； Dead：40秒

当0SPF接口的网络类型为P2P的时候只能建立一个0SPF邻居。(广播型修改成P2P后也是一样)

2、P2MP类型(Point-to-Multipoint)

没有任何一种链路层协议被认为是P2MP类型，P2MP是认为手动配置的。

报文发送地址：以组播（224.0.0.5）发送He1lo报文。单播发DD、LSR、LSU、LSACK。

不需要进行DR、BDR选举

Hello：30秒； Dead：120秒

3、NBMA类型(Non-Broadcast Multi-Access)

当链路层协议是帧中继和ATM/FR时，0SPF会认为网络类型为NBMA网络

报文发送地址：单播发送所有HELLO、DD、LSR、LSU、LSACK。

需要进行DR、BDR选举

Hel1o：30秒； Dead：120秒

4、广播类型(Broadcast)

当链路层协议是以太网的时候，0SPF会认为网络类型为Broadcast

Hello：10秒； Dead：40秒

广播类型网络用到两个组播地址，224.0.0.5和224.0.0.6。

所有设备使用单播形式交互DD报文以及LSR报文。

所有设备固定使用组播(224.0.0.5)交互HELL0报文。

OSPF邻居建立的条件

1、版本一致

2、Router-ID不同

3、区域ID一致

4、认证类型和认证密码一致

5、两端接口IP要在相同网段

6、两端接口掩码要求相同

7、要求Hello报文发送时间间隔相同

8、Dead时间一致

9、Option选项中Nbit和Ebit需要一致

10、双方接口的MTU一致

Router-ID

全局Router-ID的选举原则：即设备使用第一个配置的接口IP地址当作全局Router-ID，不会因为接口的状态改变而发生变化。如果配置的第一个接口的Router-ID变更了，那么全局Router-id会改变。

作用：很多路由协议都是通过Router-ID来唯一标识设备的，如果没有认为指定的话，就会选择全局Router-ID当做协议Router-ID。

OSPF中的Router-ID：设备在OSPF中的名字，IP地址的格式，唯一的表示一个路由器

华为的Router-ID：

1. 可以手工选则，不能重复
2. 自动选择，选择全局Router-ID充当OSPF协议的Router-ID

OSPF的Router-ID不会因为全局Router-ID的变化而改变，OSPF的Router-ID只能在清理OSPF进程之后才会改变。不会因为全局Router-ID改变而发生协议震荡。

思科的Router-ID

1. 可以手工选则，不能重复
2. 自动选择，选择环回口大的作为Router-ID，然后再选择物理口

OSPF过程工作过程

1. 邻居建立：产生邻居关系，直连建立邻居，被记录为邻居表
2. 同步链路状态数据库：产生邻接关系，产并交换生LSDB（链路状态数据库）拥有全网的LSA（全网的信息）
3. 计算最优路由：每台OSPF路由器计算出最优路由条目，得出最短路径树

OSPF报文类型

报文名称	报文功能
Hello报文	发现和维护邻居关系，协商维持建立OSPF邻居
DD数据库描述报文	用于交互LSA的摘要信息，交互链路数状态数据库摘要
LSR链路状态请求报文	用于请求特定的LSA
LSU链路状态更新报文	用于发送LSA的详细信息，向邻居通告拓扑信息
LSACK链路状态应答报文	用于对接受到的LSU中的LSA信息进行确认

OSPF七种状态

down	代表OSPF没有发现任何OSPF邻居，每10s发送一次Hello报文
Init	代表发现了OSPF邻居（收到了Hello报文）
2-Way	收到了OSPF邻居的Hello报文，并且发现了对方的active-neighbor（邻居表）中有自身的RID
ExStart	用于发送空的DD报文，互相进行主从的选举。
Exchange	当主从关系确认之后，进入到Exchange状态发送带有LSA摘要信息的DD报文。
Loading	当收到了对方M置位为0的DD报文之后，进入loading状态，请求自身没有的LSA
Full	当自身请求列表中，所有待接收的LSA，对方都发送过来之后，将会进入到Full状态。

OSPF传输可靠性

OSPF协议，工作在网络层之上，而IP协议本身不负责数据传输的可靠性，所以针对OSPF来说，需要单独设计报文传输的可靠性机制。

可靠性：邻居建立的三次握手，重传机制，LSR，LSU，LSACK 的显示确认机制，DD报文的隐式确认。

OSPF邻居建立的过程

RA开启OSPF协议，10s发送一次Hello报文，当RB收到Hello报文时从Down状态变为Init状态。同样RA收到RB的hello报文从Down状态变为Init状态，然后RA将RB的Router-ID加入邻居列表中，当RB收到RA的Hello报文，RB已经进入Init状态同时RB知道了RA已经认为自己是对方的邻居了，就从Init状态进入2-way状态。

DR与BDR

DR/BRD  -- 一个广播域一个DR、BDR

DR、BDR的机制减少了在同一广播域中邻接的数量，减少了广播网络中LSA泛洪，避免重复更新，节省带宽。

BDR：备份作用，保证网络的可靠性。

2-way状态之后选举DR和BDR --- 40s

选择DR和BDR：

1. 根据优先级，越大越好，取值范围0-255，默认是1。0表示不参与选举

修改DR优先级：ospf dr-priority n

1. 选router-id大的

选择出DR和BDR之后，遵循非抢占原则， 即有更高的优先级设备进来之后也不更改DR和BDR。

一个路由器可以成为多个链路的DR设备；一条链路上只能存在一个DR；只能一个BDR，可以不存在BDR；可以存在多个DROther，也可以没有DROther。

当原来的DR坏了，BDR接替DR的工作，在剩余路由器中选择出BDR。如果DR再次恢复，改链路中已经有了DR和BDR，该路由器只能成为DROther。

2-way状态选举完DR和BDR之后都会进入ExStart状态，互相发送DD报文。

LSA交换条件

1. 邻居：双方能够交换，建立邻居表的条件：能通信（直连）、参数保持一致（route-id、认证（的密码···）。双方能够交换。建立邻居表的条件：能通信（直连）、参数保持一致（route-id、认证（的密码···）    成功标志： 2-way状态
2. 邻接：跟进一步的状态，已经交换完了。跟进一步的状态，已经交换完了（不是所有设备能建立邻接关系，每个设备只和DR/BDR形成邻接关系）   成功标志：   Full状态

DD报文

作用：主要是为了实现按需同步

DD报文传输的可靠性机制如何确保：在Exstart互相发送空的DD报文，用于选举主从关系，从设备会跟随主设备的DD序列号，当主设备收到从设备的DD序列号之后，将会把Seq+1发送自己的DD给送设备，从设备收到Seq+1的DD就能判断，先前自身发送的DD主设备已经收到。

2-way状态之后的过程

设备进入ExStrat状态之后，进行主从设备的选举

① A设备发送一个DD报文：X是随机产生的序列号；I（Init）代表是第一个DD报文，这个报文是用来选举主从的，不携带任何LSA；M（More）置位为1表示后面还有DD报文；MS（Master）置位为1表示本设备要成为主设备

② B收到A的DD报文之后，就会进行主从选举（比较Router-ID），如果B的Router-ID大于A，就会发送一个DD报文，其中随机产生一个序列号，然后MS位同样置位为1。A收到B的DD报文之后，比较Router-ID，知道对方比自己大，将B认定为主设备，自己为从设备，同时从ExStart状态转为Exchange状态，随后发送带有LSA摘要信息的DD报文，同时这个DD报文的序列号是B（主设备）发来的序列号，MS位置位为0。

③ B收到A（从设备）发来的DD报文发现序列号和自己发送的一致，这时主设备B就能判断从设备A已经收到了B发送的DD报文，同时B的状态也会从ExStart状态转为Exchange状态。

④ 主从选举完成之后，主设备B先发送带有摘要信息的DD报文，同时将序列号加一，MS位置位为1。从设备A收到主设备B发来的DD报文，发现序列号为刚才自己发送的DD报文的序列号加一，此时从设备A就确认主设备B收到了刚才自己发送的DD报文。

⑤ 从设备A接受主设备B发送带有摘要信息的DD报文，当DD报文中的M位置位为0时，也就是代表后面没有DD报文了，此时从设备从Exchange状态进入Loading状态，发送一个确认号加一的DD报文，主设备B收到了DD报文就能确认从设备收到了刚才自己发送的M置位为0的DD报文。

⑥ 从设备A发送LSR报文去请求从设备没有的LSA

⑦ 主设备B收到从设备A发送来的LSR回复LSU报文，发送从设备A所需要的LSA的详细信息。从设备A接受完所有自己需要的LSA之后进入Full状态。

⑧ 从设备发送LSAck报文向主设备B进行对于接收到的LSU中的LSA信息进行确认

OSPF LSDN交互原则

<AR2>dis ospf lsdb //查看OSPF的链路状态数据库

互相交互自身没有的LSA，以及使用新的LSA替换掉旧的LSA

如何判断一个唯一的LSA？使用LSA的三要素

1、LSA的类型（Tpye）

2、LSA的链路状态ID（Link StateID）

3、LSA的通告者（Adv Router）

如何判断LSA的新旧？

1、比较LSA的序列号（Sequence）

2、当序列号相同时将会比较校验和，越大越优

3、比较LSA的老化时间（Age）

① 首先找age为3600s的LSA，用于删除一条LSA

② 如果两条LSA的age时间相差大于900s，将会选择数值小的LSA

③ 如果两条LSA的age时间相差小于900s，将会认为相同，保持原有不变

OSPF更新机制

触发更新：当链路状态发生改变之后OSPF将会触发更新，比如cost值改变了，网段、掩码变了，取消宣告等等。

周期更新：每个OSPF路由器自身产生的LSA，都会每隔30（1800s）分钟周期更新一次，避免3600s之后LSA删除，更新后将seq+1，校验和重新计算，age时间重新恢复到初始值。

OSPF的老化机制

OSPF路由器没产生一条LSA，都会存在有一个age时间为3600s，初始值为1，当age时间递增到3600s之后将会认为LSA老化，从自身LSDB中删除改LSA。

OSPF中LSA的删除机制

当OSPF需要删除一条LSA的时候，将会把LSA的age时间变成3600s，当其他路由设备接收到这条LSA之后，将会把自身LSDB中对应的LSA删除掉。

OSPF的度量方式

某接口cost = 参考带宽/实际带宽

小数只取整数位，小于1的数都取值为

更改cost两种方式：

1、直接在接口下配置

2、修改参考带宽（所有路由器都要修改，确保选路的一致性）

在广播NBMA网络中，OSPF建立邻居关系要求两端网段一致，掩码一致。

在P2P网络中，不要求网段一致，不要求掩码一致。

在P2MP网络中，默认情况下要求网段一致，也要求掩码一致，但是可以配置不要求掩码一致。