OSPF动态路由概论及学习笔记分享

什么是OSPF？

OSPF（Open Shortest Path First，开放最短路径优先）是IETF（Internet Engineering Task Force，互联网工程任务组）组织开发的一个基于链路状态的内部网关协议。目前针对IPv4协议使用的是OSPF Version 2。

为什么要用OSPF？

OSPF是动态路由协议众的一种，OSPF基于收集到的链路状态用最短路径树算法计算路由，相对于基于矢量进行路由传输的路由协议，OSPF有更健康的传输机制，适用于任何规模的网络。

OSPF是如何工作的？

每台OSPF路由器根据自己周围的网络拓扑结构生成LSA（链路状态通告），并发送给周围的OSPF路由器；每台路由器都会收集其他路由器的LSA，所有LSA放在一起便组成了LSDB（链路状态数据库）。OSPF路由器将LSDB转换成一张拓扑图，再根据SPF算法算出到每个节点的最短路径。

OSPF的特点

1.适应范围广：OSPF协议支持各种规模的网络，最多可支持几百台路由器。

2.快速收敛：OSPF协议在网络的拓扑结构发生变化后立即发送更新报文，使这一变化在自治系统中同步。

3.无自环：由于OSPF根据收集到的链路状态用最短路径树算法计算路由，从算法本身保证了不会生成自环路由。

4.区域划分：OSPF协议允许自治系统的网络被划分成区域来管理。路由器链路状态数据库的减小降低了内存的消耗和CPU的负担；区域间传送路由信息的减少降低了网络带宽的占用。

5.等价路由：OSPF支持到同一目的地址的多条等价路由。

6.路由分级：OSPF使用4类不同的路由，按优先顺序来说分别是：区域内路由、区域间路由、第一类外部路由、第二类外部路由。

7.支持验证：OSPF支持基于接口的报文验证，以保证报文交互和路由计算的安全性。

8.组播发送：OSPF在某些类型的链路上以组播地址发送协议报文，减少对其他设备的干扰。

OSPF的优点

1.Open，开放，兼容性好，各厂家支持。

2.SPF算法为树形算法，清晰区域内真实网络拓扑，路由计算精确，无环

3.相对于RIP，没有跳数限制，可支持中大型网络。

4.相对于RIP，收敛速度更快

5.相对于RIP，以接口Cost（默认由带宽决定）来判断路由优劣，而不是基于跳数。

OSPF的区域

一个OSPF网络可以划分为多个区域（Area），如果只包含一个区域，则这样的OSPF网络称为单区域OSPF网络；如果一个OSPF网络包含了多个区域，则这样的OSPF网络称为多区域OSPF网络。

在OSPF网络中，每一个区域都会有对应的编号，Area-ID，其中ID可以是任意十进制数字。一般称Area-ID为0 的区域称为骨干区域，其他区域称为标准区域。单区域的OSPF网络只包含一个区域，所以这个区域必须是骨干区域（不用Area 0照样可以，只是不利于扩展）。在多区域的OSPF网络之中，所有非骨干区域的网络都必须与骨干区域直接相连，非骨干区域不允许直连。所以，标准区域之间的通信必须通过骨干区域中转才能进行。

OSPF区域中的4种路由器

IR：如果一台OSPF路由器属于单个区域，即该路由器所有接口都属于同一个区域，那么这台路由器称为IR（Internal Router）。

ABR：如果有一台路由器的某些接口属于Area 0，其他接口属于别的区域，则这样的路由器被称为ABR（区域边界路由）。

ASBR：如果有一台路由器是与本网络（OSPF）之外的网络（例如RIP、EIGRP、静态路由等）相连，且将外部网络的路由信息引入本网络，这样的路由器称为ASBR（自治系统边界路由器）。

骨干路由器（Backbone Router）:该类路由器至少有一个接口属于骨干区域。因此，所有的ABR和位于Area0的内部路由器都是骨干路由器。

OSPF中支持的4种网络类型

1.广播类型（Broadcast）

2.NBMA类型Non-Broadcast Multi-Access）

3.点到多点P2MP类型（Point-to-Multipoint）

4.点到点P2P类型（point-to-point）

链路状态LSA

OSPF是一种基于链路状态的路由协议，相对于RIP协议通过矢量判断路径的跳数，它更注重路径的状态。链路状态（LSA）就是OSPF接口上的描述信息，例如接口上的IP地址，子网掩码，网络类型，Cost值等等。在OSPF网络中，路由器会毫无保留的把自己所有的链路状态发送给邻居。邻居将收到的所有LSA信息放入链路状态数据库，邻居再发送给邻居，再传递过程中，不会有任何修改。这样，网络中所有的OSPF路由器都拥有整个网络的链路状态，能通过链路状态描绘出相同的网络结构。

OSPF的5种数据报文

1.Hello报文：周期性发送，用来发现和维持OSPF邻居关系。

2.DD报文：描述本地LSDB（Link State Database链路状态数据）的摘要信息，用于两台设备进行数据库同步。

3.LSR报文：用于向对方请求所需的LSA。

4.LSU报文：用于向对方发送其所需要的LSA。

5.LSAck报文：用来对收到的LSA进行确认。

OSPF建立邻接关系过程的7个状态

1.down ：双方路由器没有进行任何交互

2.Init：此状态只能交换hello报文，无任何其他信息

3.Two-way：hello报文交换之后，达到two-way状态，建立邻居关系

4.Exstart：进行主从关系选举，确定谁先发送DD报文

5.Exchange：交互DD报文，建立各自拓扑表。

6.Loading：请求对方路由信息，交互LSA，LSU，LSACK报文

7.Full：建立邻接关系，LSDB同步。

邻居和邻接

在OSPF中，邻居（Neighbor）和邻接（Adjacency）是两个不同的概念。

OSPF路由器启动后，便会通过OSPF接口向外发送Hello报文。收到Hello报文的OSPF路由器会检查报文中所定义的参数，如果双方一致就会形成邻居关系。

形成邻居关系的双方不一定都能形成邻接关系，这要根据网络类型而定。只有当双方成功交换DD报文，交换LSA并达到LSDB的同步之后，才形成真正意义上的邻接关系

OSPF的建立过程

OSPF的建立过程可以简单分为以下3个过程

建立邻居关系

建立各自的拓扑表

建立邻接关系

建立邻居关系。

双方路由器初始为down状态，连接之后进入init状态，开始互相交换hello数据包，通过hello报文得到路由器基本信息之后，进入two-way状态，开始建立邻居关系。邻居关系建立之后进入exstart状态。

建立各自的拓扑表

进入exstart状态后确立主从关系，互相交换LSA摘要信息之后变为exchange状态

建立邻接关系

正在同步lsdb（链路状态数据库），但还未同步完成，两台设备的关系是loading

完成lsdb同步，进入full状态，成立邻接关系。

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