链路状态路由协议-OSPF

开放式最短路径优先OSPF（Open Shortest Path First）协议是IETF定义的一种基于链路状态的内部网关路由协议。

一 OSPF介绍

OSPF是一种先进的链路状态路由协议，其设计机制从根本上杜绝了路由环路的发生。该协议通过以下方式确保网络稳定性：

1. 区域化架构设计：
采用层次化区域划分结构
区域内使用SPF最短路径算法确保无环路
严格的区域间连接规则防止跨区域环路

2. 高效的拓扑更新机制：
支持触发式更新
快速检测并传播网络拓扑变化
确保路由信息及时同步

3. 优秀的扩展能力：
区域划分有效控制路由信息流量
支持大规模网络部署
可与MPLS等协议协同工作，扩展广域覆盖

4. 完善的安全特性：
提供路由器间报文认证机制
确保路由信息交换的安全性

二 工作原理

OSPF协议要求网络中所有运行该协议的路由器掌握完整的链路状态信息，以便计算最优路径。其收敛流程如下：

1. 首先通过LSA（链路状态通告）泛洪机制，路由器会广播包含其接口IP、掩码、开销和网络类型等关键信息的LSA报文

2. 各路由器接收到LSA后，会据此构建自己的LSDB（链路状态数据库）

3. 基于完整的LSDB，路由器使用SPF算法进行计算，生成以自身为根的最短路径树

4. 最终，根据最短路径树计算出最优路由，并将这些路由条目更新到IP路由表中 

三 OSPF五种报文类型 

OSPF直接运行在IP协议之上，使用IP协议号89。 OSPF有五种报文类型，每种报文都使用相同的OSPF报文头。

1. Hello报文：最常用的一种报文，用于发现、维护邻居关系。并在广播和NBMA（None-Broadcast Multi-Access）类型的网络中选举指定路由器DR（Designated Router）和备份指定路由器BDR（Backup Designated Router）。

2. DD报文：两台路由器进行LSDB数据库同步时，用DD报文来描述自己的LSDB。DD报文的内容包括LSDB中每一条LSA的头部（LSA的头部可以唯一标识一条LSA）。LSA头部只占一条LSA的整个数据量的一小部分，所以，这样就可以减少路由器之间的协议报文流量。 

3. LSR报文：两台路由器互相交换过DD报文之后，知道对端的路由器有哪些LSA是本地LSDB所缺少的，这时需要发送LSR报文向对方请求缺少的LSA，LSR只包含了所需要的LSA的摘要信息。

4. LSU报文：用来向对端路由器发送所需要的LSA。

5. LSACK报文：用来对接收到的LSU报文进行确认。 

四 邻居和邻接关系建立的过程

1. Down：这是邻居的初始状态，表示没有从邻居收到任何信息。

2. Attempt：此状态只在NBMA网络上存在，表示没有收到邻居的任何信息，但是已经周期性的向邻居发送报文，发送间隔为HelloInterval。如果RouterDeadInterval间隔内未收到邻居的Hello报文，则转为Down状态。

3. Init：在此状态下，路由器已经从邻居收到了Hello报文，但是自己不在所收到的Hello报文的邻居列表中，尚未与邻居建立双向通信关系。

4. 2-Way：在此状态下，双向通信已经建立，但是没有与邻居建立邻接关系。这是建立邻接关系以前的最高级状态。

5. ExStart：这是形成邻接关系的第一个步骤，邻居状态变成此状态以后，路由器开始向邻居发送DD报文。主从关系是在此状态下形成的，初始DD序列号也是在此状态下决定的。在此状态下发送的DD报文不包含链路状态描述。

6. Exchange：此状态下路由器相互发送包含链路状态信息摘要的DD报文，描述本地LSDB的内容。

7. Loading：相互发送LSR报文请求LSA，发送LSU报文通告LSA。

8. Full：路由器的LSDB已经同步。

五 Hello报文 

OSPF的邻居发现过程是基于Hello报文来实现的，Hello报文中的重要字段解释如下：

1. Network Mask：发送Hello报文的接口的网络掩码。

2. HelloInterval：发送Hello报文的时间间隔，单位为秒。

3. Options：标识发送此报文的OSPF路由器所支持的可选功能。具体的可选功能已超出这里的讨论范围。

4. Router Priority：发送Hello报文的接口的Router Priority，用于选举DR和BDR。 5. RouterDeadInterval：失效时间。如果在此时间内未收到邻居发来的Hello报文，则认为邻居失效；单位为秒，通常为四倍HelloInterval。

6. Designated Router：发送Hello报文的路由器所选举出的DR的IP地址。如果设置为0.0.0.0，表示未选举DR路由器。

7. Backup Designated Router：发送Hello报文的路由器所选举出的BDR的IP地址。如果设置为0.0.0.0，表示未选举BDR。

8. Neighbor：邻居的Router ID列表，表示本路由器已经从这些邻居收到了合法的Hello报文。 

六 配置命令

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