开放式最短路径优先（OSPF）

DR：指定路由器
BDR：备份指定路由器
ABR：区域边界路由器
ASBR：自治系统边界路由器
AS：自治系统
LSA：链路状态公告
LSDB：链路状态数据库

链路状态路由协议

OSPF是一种基于链路状态的路由协议

无环路

OSPF支持区域的划分，区域内部的路由器使用SPF最短路径算法保证了区域内部的无环路
OSPF还利用区域间的连接规则保证了区域之间无路由环路

收敛快

OSPF支持触发更新，能够快速检测并通告自治系统内的拓扑变化

扩展性好

OSPF可以解决网络扩容带来的问题。当网络上路由器越来越多，路由信息流量急剧增长的时候，OSPF可以将每个自治系统划分为多个区域，并限制每个区域的范围。OSPF这种分区域的特点，使得OSPF特别适用于大中型网络。OSPF还可以同其他协议（比如多协议标记切换协议MPLS）同时运行来支持地理覆盖很广的网络

支持认证

OSPF可以提供认证功能。OSPF路由器之间的报文可以配置成必须经过认证才能进行交换

OSPF原理介绍

OSPF要求每台运行OSPF的路由器都了解整个网络的链路状态信息，这样才能计算出到达目的地的最优路径
OSPF的收敛过程由链路状态公告LSA（Link State Advertisement）泛洪开始，LSA中包含了路由器已知的接口IP地址、掩码、开销和网络类型等信息
收到LSA的路由器都可以根据LSA提供的信息建立自己的链路状态数据库LSDB（Link State Database），并在LSDB的基础上使用SPF算法进行运算，建立起到达每个网络的最短路径树
最后，通过最短路径树得出到达目的网络的最优路由，并将其加入到IP路由表中

OSPF报文

OSPF报文封装在IP报文中，协议号为89
OSPF报文类型有5种，每种报文都使用相同的OSPF报文头

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）

DD（Database Description）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

LSR（LSA Request）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

LSU（LSA Update）报文

用来向对端路由器发送所需要的LSA

LSACK（Link State Acknowledgment）报文

用来对接收到的LSU报文进行确认

Router ID、邻居和邻接

Router ID

Router ID是一个32位的值（如1.1.1.1），它唯一标识了一个自治系统内的路由器
可以在路由器上通过重置OSPF进程来更新Router ID
如果没有通过命令指定RID，将按照如下顺序自动生成一个RID：
如果存在配置IP地址的逻辑接口，则选择Loopback接口地址中最大的作为Router ID
如果没有配置IP地址的逻辑接口，则从物理接口的IP地址中选择

邻居（Neighbor）

OSPF路由器启动后，便会通过OSPF接口向外发送Hello报文用于发现邻居
收到Hello报文的OSPF路由器会检查报文中所定义的一些参数，如果双方的参数一致，就会彼此形成邻居关系

邻接（Adjacency）

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，并能交换LSA之后，才形成真正意义上的邻接关系

邻居和邻接关系建立的过程

Down：这是邻居的初始状态，表示没有从邻居收到任何信息
Attempt：只在NBMA网络上存在，发送了Hello报文，但没有得到回应，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。
Init：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
2-Way：双方已经建立双向通信的邻居关系，但还没有建立邻接关系
ExStart：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LSA
Exchange：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
Loading：相互发送LSR报文请求LSA，发送LSU报文通告LSA
Full：路由器的LSDB已经同步

邻居发现
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
Network Mask：发送Hello报文的接口的网络掩码
HelloInterval：发送Hello报文的时间间隔，单位为秒
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
Router Priority：发送Hello报文的接口的Router Priority，用于选举DR和BDR
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
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
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
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

数据库同步
路由器在建立完成邻居关系之后，便开始进行数据库同步，具体过程如下
邻居状态变为ExStart以后，RTA向RTB发送第一个DD报文，在这个报文中，DD序列号被设置为X（假设），RTA宣告自己为主路由器。
RTB也向RTA发送第一个DD报文，在这个报文中，DD序列号被设置为Y（假设）。RTB也宣告自己为主路由器。由于RTB的Router ID比RTA的大，所以RTB应当为真正的主路由器。
RTA发送一个新的DD报文，在这个新的报文中包含LSDB的摘要信息，序列号设置为RTB在步骤2里使用的序列号，因此RTB将邻居状态改变为Exchange。
邻居状态变为Exchange以后，RTB发送一个新的DD报文，该报文中包含LSDB的描述信息，DD序列号设为Y+1（上次使用的序列号加1）。
即使RTA不需要新的DD报文描述自己的LSDB，但是作为从路由器，RTA需要对主路由器RTB发送的每一个DD报文进行确认。所以，RTA向RTB发送一个内容为空的DD报文，序列号为Y+1。

建立完全邻接关系
邻居状态变为Loading之后，RTA开始向RTB发送LSR报文，请求那些在Exchange状态下通过DD报文发现的，而且在本地LSDB中没有的链路状态信息
RTB收到LSR报文之后，向RTA发送LSU报文，在LSU报文中，包含了那些被请求的链路状态的详细信息。RTA收到LSU报文之后，将邻居状态从Loading改变成Full
RTA向RTB发送LSACK报文，用于对已接收LSA的确认

此时，RTA和RTB之间的邻居状态变成Full，表示达到完全邻接状态

DR&BDR

DR指定路由器
BDR备份指定路由器
每一个含有至少两个路由器的广播型网络和NBMA网络都有一个DR和BDR
DR和BDR可以减少邻接关系的数量，从而减少链路状态信息以及路由信息的交换次数，这样可以节省带宽，降低对路由器处理能力的压力
邻接关系的数量可以根据公式n(n-1)/2，n代表参与OSPF的路由器接口的数量
BDR在DR发生故障时接管业务，一个广播网络上所有路由器都必须同BDR建立邻接关系

DR&BDR选举

DR是基于端口的路由器优先级的值进行选举的；优先级一样时，看Router-ID
DR是不能抢占的，因此时间实际上成为DR选举的第一要素
优先级取值范围为0-255，默认是1，如是0则不参与选取
如果当前DR发生故障，则当前BDR自动成为新的DR，网络中重新选举BDR；
如果当前BDR发生故障，则DR不变，重新选举BDR
这种选举机制的目的是为了保持邻接关系的稳定，使拓扑结构的改变对邻接关系的影响尽量小

OSPF区域

OSPF区域可以缩小路由器的LSDB规模，减少网络流量
每个区域都维护一个独立的LSDB
Area 0是骨干区域，其他区域都必须与此区域相连

区域内的详细拓扑信息不向其他区域发送，区域间传递的是抽象的路由信息，而不是详细的描述拓扑结构的链路状态信息
每个区域都有自己的LSDB，不同区域的LSDB是不同的。路由器会为每一个自己所连接到的区域维护一个单独的LSDB。由于详细链路状态信息不会被发布到区域以外，因此LSDB的规模大大缩小了
为了避免区域间路由环路，非骨干区域之间不允许直接相互发布路由信息。因此，每个区域都必须连接到骨干区域

OSPF路由器类型

区域内路由器（Internal Router）
区域边界路由器（ABR，Area Border Router）

运行在区域之间的路由器叫做区域边界路由器，它包含所有相连区域的LSDB

骨干路由器（Backbone Router）
自治系统边界路由器（ASBR， Autonomous System Border Router ）

自治系统边界路由器是指和其他AS中的路由器交换路由信息的路由器，这种路由器会向整个AS通告AS外部路由信息

OSPF的网络类型

OSPF将网络划分为四种类型：
点到点网络（Point-to-Point）
广播多路访问网络（Broadcast MultiAccess，BMA）
非广播多路访问网络（None Broadcast MultiAccess，NBMA）
点到多点网络（Point-to-Multipoint）

OSPF开销

接口开销=带宽参考值÷带宽
带宽参考值默认为100Mbit/s

一个64kbit/s串口的开销为1562，一个E1接口（2.048 Mbit/s）的开销为48

可以调整带宽参考值，从而可以改变接口开销，带宽参考值越大，开销越准确
命令示例：

[RTB]ospf
[RTB-ospf-1]bandwidth-reference 10000

可以通过ospf cost命令来手动为一个接口调整开销，范围是1~65535，缺省值为1

[RTA]interface GigabitEthernet 0/0/0
[RTA- GigabitEthernet0/0/0]ospf cost 20

OSPF配置

[RTA]ospf 1 router-id 1.1.1.1 ——启动ospf进程1，指定路由id为1.1.1.1
[RTA-ospf-1]area 0 ——进入区域0
[RTA-ospf-1-area-0.0.0.0]network 192.168.1.0 0.0.0.255 ——宣告网络

验证配置

[RTA]display ospf peer

配置接口优先级

ospf dr-priority <priority> ——配置接口优先级
undo ospf dr-priority ——删除优先级
重新配置设备的DR优先级后，仍不会改变网络中的DR或BDR，重启所有设备上的OSPF进程才行

重启ospf进程

<RTA>reset ospf 1 process

显示ospf链路状态

[huawei]display ospf lsdb

云计算

OSPF动态路由协议