OSPF路由协议重点总结
【单区域】
一.RIP的缺点
{1}以跳数评估的路径并非最优路径、限制网络直径不能超过16跳；
{2}收敛速度慢；
{3}更新发送全部路由表浪费网络资源。
二.OSPF
OSPF是开放式最短路径优先，是IETF开发的一种链路状态路由协议，使用基于带宽的度量值；
采用SPF算法计算路由，从算法上保证无路由环路；
通过邻居关系维护路由，避免定期更新对带宽的消耗；
路由更新效率高，网络收敛快，适用于大中型网络；
报文封装于IP，协议号89，组播地址224.0.0.5和224.0.0.6
三.OSPF基本概念
OSPF基本协议模型：计算路由——传播路由——发起路由——建立邻居
Router ID：
运行OSFP协议必须要有router ID，RID是32比特无符号整数，可以唯一的标识一台路由器；
可以手工配置也可自动生成；
如果没有命令，当配置了lookback接口，则选其接口上数值最大的IP地址作为RID；如果没有这个接口，则选它已经配置的IP地址且链路开启的接口上数值最大的IP地址作为RID。
LS：
直连网段状态：接口的网段和状态 描述：网段、掩码、接口开销
直连拓扑状态：0SPF邻居和邻居状态 描述：邻居RID、连接接口、
接口开销
接口开销：OSPF参考带宽和接口带宽 描述：OSPF参考带宽默认100M、lookback接口开销默认1
LSA：
LSA是链路状态通告，是按一定格式封装后的链路状态信息，LSA1是路由器链路状态通告（每台路由器都会发LSA1），LSA2是传送网络链路状态通告。LSA封装在LSU报文中，在洪泛时内容不变。
LSDB：
LSDB是链路状态数据库，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计算：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的度量值为cost，也叫开销，是以链路的接口带宽为依据。
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
注：NBMA、P2MP已被淘汰。
OSPF报文类型与封装：
四.OSPF工作原理
1.建立邻居关系（点对点）：
邻居之间通过交换Hello报文，确认邻居是否工作正常；如果在一定的时间间隔内，收不到邻居发来的Hello报文，就认为邻居已经失效，从邻居表中删除。
DR/BDR的选举(广播多路访问)：
采用DR/BDR建立邻接关系，可以降低需要维护的邻接关系数量。
选举规则：
{1}首先比较Hello报文中携带的优先级：
优先级最高的被选举为DR，优先级次高的被选举为BDR；优先级为0的不参与选举。
{2}优先级一致的情况下，比较Router ID；Router ID越大越优先
{3}保持稳定原则：当DR/BDR已经选举完毕，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举的DR/BDR成为新的DR/BDR。
例：RTE后来加入网络，虽然它的Router ID比原有的DR和BDR都高，但是出于稳定性的考虑，只能成为DRother路由器。当DR失效时，BDR立刻成为新的DR，DRother路由器进行竞争，Router ID高的成为新的BDR。
邻居关系无法建立原因总结：
2.状态转换：Down——Init——2-Way ; ExStart——Exchange——Loading——Full。
Down：初始状态。表示没有从邻居收到任何信息（Hello报文）。
动作：路由器会定期向外发送Hello报文，尝试发现邻居。
Init（初始）：路由器收到了一个Hello报文，但这个Hello报文的“邻居列表”里还没有自己的Router ID。
动作：意味着对方已经看到了我，但我还没有和对方完成一次完整的握手。我会在下一个Hello报文中将对方的Router ID加入我的“邻居列表”。
2-Way（双向通信）：路由器收到了一个Hello报文，并且这个报文的“邻居列表”中包含了自己的Router ID。
动作：双向通信已建立。
注意：
在广播网络中，此时会进行DR/BDR的选举。
选举完成后，DR/BDR会与所有邻居继续下一步，而DRother之间将停留在此状态，它们之间不需要建立完全的邻接关系。
在点对点网络中，没有DR/BDR选举，所有邻居直接进入下一步。
ExStart（预启动）：双方准备开始同步数据库摘要，但需要先确定一个“主”路由器和一个“从”路由器，由“主”来控制同步过程。
动作：通过交换空的DBD报文（其中包含初始序列号）来进行选举。Router ID大的成为主路由器。
Exchange（交换）：主从关系确立后，开始正式交换数据库的“目录”。
动作：双方相互发送DBD报文，报文中包含自己LSDB中所有LSA的头部信息（目录）。对方收到后，对比自己的目录，就能知道自己缺了哪些（LSA），或者谁的版本更新。
Loading（加载）：根据交换来的“目录”，请求自己需要或更新的详细信息。
动作：
路由器查看对方发来的目录，发现自己没有或版本较旧的LSA，就发送 LSR报文 去请求。
对方收到LSR后，用 LSU报文 回应，里面包含了完整的LSA内容。
收到LSU后，回复 LSAck报文 进行确认。
Full（完全邻接）：双方路由器的LSDB已完全同步。
动作：时，双方数据库的内容一模一样。路由器会立即以自己的LSA为根，进行SPF算法计算，得出最优路由路径，并将其加入路由表。
补：OSPF协议包具备超时重传机制；OSPF协议包具备序列号，对重复包不做处理
3.洪泛新LSA：
当有新的LSA生成或收到时，这条新的LSA应当被泛洪。泛洪新的LSA时，只需要使用LS Update报文和LS Ack报文。
1. 当RTA有新的LSA要泛洪时，RTA向RTB发送一个LS Update报文，在这个报文里包含这条LSA
2. 收到新的LSA以后，RTB向RTA泛洪一个LS Ack报文进行确认。当在两个处于完全邻接状态（邻居状态为Full）的路由器之间泛洪新的LSA时，邻居状态不受影响。
广播网络中LSDB更新：在广播和NBMA网络中，链路状态发生变化时，主要是通过DR路由器发送更新报文。
OSPF LSA洪泛与老化：
OSPF LSA老化：LSA不老化的缺点：当网络长时间中断，故障网络中的设备发起的LSA长时间无效，但仍然存储在LSDB中，浪费设备内存。
OSPF LSA采用递增老化：LSA自发起时开始计时，到达最大老化时间后，从LSDB中清除。
OSPF最大老化时间3600秒，LSA头部的老化时间字段用于计时。
OSPF LSA老化与全网刷新：
正常OSPF网络的路由维护：LSA老化时间到达最大老化时间的一半(30分钟)，发起路由器随机等待一段时间后重新发起该LSA，然后洪泛，刷新所有路由器LSDB。
新发起的LSA序列号加1，老化时间为0。LSA在整个洪泛过程中，除老化时间外，其余各字段都保持不变。
报文：
Hello报文：建立并维护邻居关系 （间隔10s，失效40s）
Database description（DD）：数据库内容汇总（LSA头部）
Link state request（LSR）：请求自己没有或更新的链路状态信息
Link state update（LSU）：链路状态更新信息（LSA头部+内容）
Link state acknowledge（LSAck）：对LSU的确认
OSPF区域号：
OSPF路由域：运行OSPF路由协议的网络。OSPF区域：OSPF是一种支持划分多区域的协议。
Area ID：32位，用数字或IP地址表示。
【多区域】
五.单区域存在的问题
{1}LSDB 庞大，占用内存大，SPF计算开销大。
{2}LSA洪泛范围大，拓扑变化影响范围大。
{3}路由不能被汇总，路由表庞大，查找路由开销大。
划分区域的好处：
{1}每个区域独立存储LSDB，划分区域减小了LSDB。
{2}LSA洪泛被限制在区域内，有效控制了拓扑变化的影响范围。
{3}区域边界可以做路由汇总，减小了路由表。
六.多区域基本概念
OSPF多区域基本结构：
骨干区域：Area 0，OSPF的Area 0必须是连续的，不能被分割。
非骨干区域：必须和Area 0直接相连，非骨干区域之间不能直接交换路由信息，必须通过Area 0。
特殊区域：具有某些特殊性质的区域，如Stub、NSSA区域。
OSPF多区域链路状态数据库：
每个区域都有自己独立的LSDB，SPF计算独立运行。
LSA洪泛和LSDB同步只在区域内进行。
OSPF对区域间路由信息的描述：
OSPF只知道本区域的拓扑结构，并不知道其他区域的拓扑结构，其他区域的路由信息，依靠本 区域的ABR来描述。
OSPF对区域间路由的描述与计算：
ABR先计算区域内的LSA 1、2，并为计算出来的路由向其他区域发起LSA 3，而且为Area 0中的 LSA 3向其他区域重新发起LSA 3。
OSPF对外部路由信息的描述：OSPF通过ASBR来描述外部路由的可达性。
OSPF对外部路由的描述与计算：ASBR为外部路由发起LSA5，在整个OSPF路由域中洪泛。
七.0SPF的LSA分类
八.OSPF的LSA传播过程
LSA报文头格式：
OSPF外部路由开销类型：
开销类型1：开销 = LSA携带开销 + 到始发ASBR的开销
开销类型2：开销 = LSA携带开销
先比较LSA携带开销，再比较到始发ASBR的开销，两者都相等才负载。
OSPF外部路由开销类型：
先进行SPF计算，把外部路由LSA挂到SPF树上去，能挂上去的进行开销比较，挂不上去的直接忽略。
类型1优于类型2，相对于类型1，类型2相当于加了无穷远。重发布外部路由时，默认开销类型2。
到始发ASBR的开销计算：
转发地址为0.0.0.0 区域内通过ASBR的LSA 1计算得到。区域间通过ASBR的LSA 4计算得到。
普通区域重发布的外部路由，转发地址默认为0.0.0.0。
转发地址为某IP地址：在OSPF路由表中查询得到；若查询不到，则忽略该LSA。
OSPF选路原则：
按照路由类型的优先级选择：
{1}区域内路由（Intra Area）{2}区域间路由（Inter Area）
{3}第一类外部路由（Type1 External）{4}第二类外部路由（Type2 External）
在类型相同的情况下，选择路由开销（Cost）较小的路由。
OSPF协议的路由聚合/汇总：ABR或ASBR将具有相同前缀的路由信息聚合后发布到其它区域
优点：减少LSA3类、LSA5类的数目，减少路由信息；减小路由表的规模；提高路由器的运算速度
九.OSPF特殊区域
特殊区域是指人为定义的一些区域，它们在逻辑中一般位于OSPF区域的边缘，只与骨干区域相连。
常见的特殊区域有以下几类：
{1}Stub区域（末梢区域）
{2}Totally Stub区域（完全末梢区域）
{3}NSSA区域（非纯末梢区域）
{4}完全NSSA区域（完全非纯末梢区域）
| 特性 | Stub | Totally Stub | NSSA | 完全NSSA |
| 内容 | 不知外部，只知内外 | 只知内部 | 不知外部，但自己可引入 | 极度精简，但自己可引入 |
| 阻断的LSA | Type 4, Type 5 | Type 3, Type 4, Type 5 | Type 4, Type 5 | Type 3, Type 4, Type 5 |
| 允许的LSA | 1、2、3 | 1、2 | 1、2、3、7 | 1、2、7 |
| 默认路由 | ABR下发的 Type 3 LSA | ABR下发的 Type 3 LSA | ABR下发的 Type 7 LSA （需手动触发） | ABR下发的 Type 3 LSA |
| ASBR | 不允许 | 不允许 | 允许（产生Type 7） | 允许（产生Type 7） |