OSPF 介绍

1. OSPF（Open Shortest Path First）开放式最短路径优先协议：是一个内部网关协议（IGP），是一种链路状态路由协议，采用最短路径优先（SPF）算法计算到达目的地的最短路径，由此构建路由表；

OSPF 网络类型

1. 点到点网络（P2P）：不选举DR、BDR，二层协议为PPP、HDLC等时，自动检测为P2P网络类型；
2. 广播多路访问（Broadcast）：需要选举DR、BDR（这样在一个网段内存在多台路由器时，无需两两互相建立联系，避免大量开销而浪费资源）。使用Hello消息通过组播地址224.0.0.5周期性广播发现邻居。DR、BDR侦听组播224.0.0.6；
3. 非广播多路访问（NBMA）：需要选举DR、BDR，采用静态发现即手动指定邻居（比动态发现邻居减少大量的流量）。由DR负责向其他路由器逐一发送Hello消息；
4. 点到多点网络（P2MP）：只能手动强制更改至该网络类型；

网络类型	建立邻居和学习路由的说明
P2P	可以与Broadcast、NBMA建立邻居关系，但无法学习路由；可以与P2MP建立邻居关系，且能学习到路由（hello time和dead time一致的情况下）
Broadcast	可以与P2P建立邻居关系，但无法学习路由；可以与NBMA建立邻居关系，且能学习到路由（hello time和dead time一致的情况下）
NBMA	可以与P2P建立邻居关系，但无法学习路由；可以与Broadcast建立邻居关系，且能学习到路由（hello time和dead time一致的情况下）
P2MP	可以与P2P建立邻居关系，且能学习到路由（hello time和dead time一致的情况下）

OSPF 报文和格式

OSPF首部报文格式：（byte）

部分字段	说明
Packet Type	对应5类报文（如1：Hello）
AuType	认证类型，为0代表不认证，1为简单认证，2为MD5认证

1. Hello报文：用于建立、发现和维护邻居关系；
   

部分字段	说明
HelloInterval	默认10s
Options	可选项，E为允许5类LSA泛洪，N/P为允许7类LSA泛洪
Rtr Pri	指定优先级，默认1，为0代表不参与DR/BDR选举
RouterDeadInterval	指定路由器失效时间，默认40s

2. DD报文：用于描述本地路由器的LDSB（即LSA摘要），还有选举主从（空的LSA首部）；
   

部分字段	说明
Options	可选项，E为允许5类LSA泛洪，N/P为允许7类LSA泛洪
I	多个连续报文的第一个置1
M	多个连续报文的最后一个置0
MS	主从选举，1代表主Master，0代表从Slave

3. LSR报文：用于请求相邻路由器LSDB里的部分数据；
   

4. LSU报文：用于应答LSR报文，也用于向对端路由器发送所需的真正LSA完整内容；
   

5. LSAck报文：用于确认收到了LSU报文，内容含有所确认的LSA首部；
   

OSPF 状态机

流程图预览：

1. Down：初始状态，还未收到任何Hello报文；
2. Attempt（只在NBMA才有的状态）：定期向手工配置的邻居发生Hello报文，且一直未收到对方的Hello报文，如果超过Dead time没收到，转为Down状态；
3. Init：已收到Hello报文（目的地址为组播224.0.0.5），同时该Hello报文中的邻居列表里还没有我的RouterID即对方未收到我的Hello报文，立刻单播发送给对方Hello报文，报文中的邻居列表包含自己和对方的RouterID；
4. 2-Way：此时双方都收到了对方的Hello报文，建立了邻居关系（在广播和NBMA网络中，会选举DR、BDR，优先根据接口优先级越大越优先 > RID越大越优先，DROther之间会停留在该状态）；
5. ExStart：开始发送DD报文（不包含链路信息），选举主从关系（RouterID大的为主），确定DD***；
6. Exchange：交换DD报文（保护LSA首部），描述本地LSDB；
7. Loading：发送LSR，通过更新LSU、LSA报文，互相补充缺少的DD报文，完善LSDB；
8. Full：此时邻居路由器的LSDB同步完成，形成了邻接关系；

停留状态	原因分析
Down	一直没收到邻居的Hello报文
Attempt	已发送单播Hello报文，但是没有收到Hello报文
Init	收到了Hello报文，但该报文邻居列表不包含接受路由器
2-Way	广播和NBMA网络中，DROther之间会正常停留在该状态
ExStart	邻居路由器直接MTU不匹配或RouterID重复等原因
Exchange	邻居路由器之间MTU不匹配
Loading	MTU不匹配或硬件故障

OSPF LSA类型

LSA首部：

LS type	Link State ID	Advertising Router
Router-LSA(1)	产生此LSA的路由器RID	始发对应LSA的路由器RID
Network-LSA(2)	DR的接口IP地址	始发对应LSA的路由器RID
Summary-LSA(IP network)(3)	所通告的区域外的网络地址	始发对应LSA的路由器RID
Summary-LSA(ASBR)(4)	所通告区域外的ASBR的RID	始发对应LSA的路由器RID
AS-External-LSA(ASBR)(5)	所要通告的外部AS的网络地址	始发对应LSA的路由器RID
NSSA AS-External-LSA(7)	所要通告的外部AS的网络地址	始发对应LSA的路由器RID

1. Type1 LSA即Router LSA（路由器LSA）：每个OSPF路由器都会产生路由器LSA，内容包含了对应设备物理接口所连接的链路或接口，并且指明了各链路的状态、开销等参数；
   

Type	Link ID	Link Data
1 - Point-to-point connection to anther router	对端路由器RID	和网络相连的通告路由器接口地址
2 - Connection to a transit network	DR的接口地址	和网络相连的通告路由器接口地址
3 - Connection to a stub network	子网号	掩码
4- Virtual link	对端路由器RID	和网络相连的通告路由器接口地址

2. Type2 LSA即Network LSA（网络LSA）：由DR或BDR产生，内容包含了DR和BDR所在网段的链路状态，也仅在所属的区域内传播；
   

3. Type3 LSA即Network summary LSA（网络聚合LSA）：由ABR产生，内容包含了所连接的某个区域内某个网段的聚合路由（包括缺省路由），并通告非Totally Stub或NSSA区域，达到减少区域内部路由器的路由表表项的目的；
   

4. Type4 LSA即ASBR summary LSA（ASBR聚合LSA）：由ABR产生，内容包含了从该ABR到达OSPF路由域中各个ASBR的路由，通告给整个路由域（仅在普通区域中泛洪）；
   

5. Type5 LSA即Autonomous system external LSA（自治系统外部LSA）：由ASBR产生，内容包含了到达AS外部的路由，仅在普通区域中泛洪；
   

E	说明
0：第一类外部路由	手动配置，优先级高于第二类外部路由，开销为内外部开销之和
1：第二类外部路由	默认，优先级低于第一类外部路由，开销为外部开销，忽略内部开销

6. Type7 LSA即NSSA External LSA（NSSA外部LSA）：由ASBR产生，内容同Type5 LSA，但专用于NSSA区域和Totally NSSA区域连接的ASBR向NSSA区域内泛洪外部AS的路由，然后经过NSSA区域ABR上转换为Type5 LSA向OSPF路由域内其他区域中传播；
   

OSPF 链路类型

1. Point-to-point connection to anther router（P2P）：网络类型为P2P的接口，在OSPF中的P2P网络里会与末梢链路同时出现（P2P链路描述对端RID及本地接口，末梢链路描述子网）；
2. Connection to a transit network（传输链路）：拥有至少两台路由器的链路，即有OSPF邻居的接口（除了P2P类型）；
3. Connection to a stub network（末梢链路）：该接口没有邻OSPF邻居；
4. Virtual link（虚链路）：逻辑链路，可以使非直连骨干区域area0的区域通过虚链路逻辑上与骨干区域相连；

OSPF 特殊区域

1. Stub区域（末节）：把一个非骨干区域配置成Stub区域，不接受Type4 LSA和Type5 LSA，通过ABR自动生成（多一条）的默认路由（Type3 LSA）指向骨干区域；
2. Totally stub区域（完全末节）：同Stub区域，只是同时不接受Type3 LSA，LSDB中只有一条Type3 LSA默认路由指向骨干区域；
3. NSSA区域：不接受Type4 LSA和Type5 LSA，但是可引入外部路由，以Type7 LSA通告出去，在ABR上转换为Type5 LSA向普通区域泛洪，同样ABR会下放一条默认路由（Type7 LSA）；
4. Totally stub区域：同NSSA区域，不接受Type3 LSA，LSDB中只会存在一条Type3 LSA的默认路由；