OSPF(Open Shortest Path First)

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1、概述

     路由协议OSPF全称为Open Shortest Path First，也就开放的最短路径优先协议，因为OSPF是由IETF开发的。

     OSPF的流量使用IP协议号89。

     OSPF对网络没有跳数限制，支持 Classless Interdomain Routing (CIDR)和Variable-Length Subnet Masks (VLSMs)，没有自动汇总功能。

     OSPF并不会周期性更新路由表，而采用增量更新，即只在路由有变化时，才会发送更新，并且只发送有变化的路由信息；事实上，OSPF是间接设置了周期性更新路由的规则，因为所有路由都是有刷新时间的，当达到刷新时间阀值时，该路由就会产生一次更新，默认时间为1800秒，即30分钟，所以OSPF路由的定期更新周期默认为30分钟。

     OSPF所有路由的管理距离(Ddministrative Distance)为110，OSPF只支持等价负载均衡。

     OSPF是典型的链路状态路由协议，路由器之间交换的并不是路由表，而是链路状态，OSPF通过获得网络中所有的链路状态信息，从而计算出到达每个目标精确的网络路径。

2、OSPF术语

      Router-ID

           RID是路由器在ospf中的唯一标识，选举原则，思科会自动在所有环回口中选择最大的IP，做RID，如果没有环回口，则选择活动的物理口IP最大的一个。同时也可以手动指定。

           RID绝对不可以重名，否则路由器收到的链路状态，就无法确认发起者的身份。

           注：如果一台路由器收到一条链路状态，无法到达该Router-ID的位置，就无法到达链路状态中的目标网络，Router-ID只在OSPF启动时计算，或者重置OSPF进程后计算。

      COST

           OSPF会自动计算接口上的Cost值，但也可以通过手工指定该接口的Cost值，手工指定的优先于自动计算的值。

           OSPF计算的Cost，同样是和接口带宽成反比，带宽越高，Cost值越小。到达目标相同Cost值的路径，可以执行负载均衡，最多6条链路同时执行负载均衡。

      链路状态LSA

           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，因为ospf路由器之间交换的并不是路由表，而是链路状态信息。

      OSPF区域

           因为OSPF路由器之间会将所有的链路状态（LSA）相互交换，毫不保留，当网络规模达到一定程度时，LSA将形成一个庞大的数据库，势必会给OSPF计算带来巨大的压力；为了能够降低OSPF计算的复杂程度，缓存计算压力，OSPF采用分区域计算，将网络中所

有OSPF路由器划分成不同的区域，每个区域负责各自区域精确的LSA传递与路由计算，然后再将一个区域的LSA简化和汇总之后转发到另外一个区域，这样一来，在区域内部，拥有网络精确的LSA，而在不同区域，则传递简化的LSA。

           OSPF的区域0就是所有区域的核心，称为BackBone 区域（骨干区域），而其它区域称为Normal 区域（常规区域），在理论上，所有的常规区域应该直接和骨干区域相连，常规区域只能和骨干区域交换LSA，常规区域与常规区域之间即使直连也无法互换LSA。

       Internal Router（IR）

           路由器所有接口都属于同一个区域。

       Area Border Router （ABR）

           一台OSPF路由器属于多个区域，即该路由器的接口不都属于一个区域。

      Autonomous System Boundary Router （ASBR）

           一台OSPF路由器将外部路由协议重分布进OSPF

            注：

              ★一台路由器可以运行多个OSPF进程，不同进程的OSPF，可视为没有任何关系，如需要获得相互的路由信息，需要重分布。

              ★每个OSPF进程可以有多个区域，而路由器的链路状态数据库是分进程和分区域存放的。

       DR/BDR  

            当多台OSPF路由器连到同一个多路访问网段时， 通过在多路访问网段中选择出一个核心路由器，称为DR（Designated Router），网段中所有的OSPF路由器都和DR互换LSA，这样一来，DR就会拥有所有的LSA，并且将所有的LSA转发给每一台路由器；DR就像

是该网段的LSA中转站，所有的路由器都与该中转站互换LSA，如果DR失效后，那么就会造成LSA的丢失与不完整，所以在多路访问网络中除了选举出DR之外，还会选举出一台路由器作为DR的备份，称为BDR（Backup Designated Router），BDR在DR不可用时，代替

DR的工作，而既不是DR，也不是BDR的路由器称为Drother，事实上，Dother除了和DR互换LSA之外，同时还会和BDR互换LSA。

            选举原则:

               首先比较优先，选举优先级最高的成为DR，优先级数字越大，表示优先级越高，被选为DR的几率就越大，次优先级的为BDR，优先级范围是0-255，默认为1，优先级为0表示没有资格选举DR和BDR。

               其次比较RID，如果在优先级都相同的情况下，Route-Id 最大的成为DR，其次是BDR，数字越大，被选为DR的几率就越大。

             注：★ Drother路由器将数据包发向目标地址224.0.0.6，只能被DR和BDR接收，其它Drother不能接收；而DR和BDR将数据包发向目标地址224.0.0.5，可以被所有路由器接收。

3、OSPF数据报

         Hello

              建立和维护OSPF邻居。

         DBD

             交换LSDB的摘要信息 

         LSR

              请求某条特定的LSA信息

         LSU

              发送给邻居，邻居所请求的LSA

         LSACK

               用于确定LSA的接受

4、OSPF启动状态

        Down →   路由器刚刚启用OSPF进程，Hello包还没收到，在此进程，可以向外发送Hello包，以试图发现邻居。

        Attempt →非广播多路访问中，有这个状态，需要手动指定邻居

        Init →只是OSPF路由器一方收到了另一方的Hello，但并没有双方都交换Hello，也就是对方的Hello中还没有将自己列为邻居。

        Two-way →双方都已经交换了Hello信息，并且从Hello中看到对方已经将自己列为邻居，并且如果是需要选举DR和BDR的话,也已经选举出来，但OSPF邻居之间并不一定就会交换LSA，如果不需要交换LSA，则永远停留在此状态，如果需要形成邻接并互相交换LSA，则状态继续往下进行，（比如Drother与Drother之间将永远停留在Two-way状态，因为Drother与Drother之间不需要交换LSA。）

        Exstart →在邻居之间交换完整的LSA之前，会先发送DBD，LSR，谁先发，谁后发，需要确定顺序，在此阶段，就是确定邻居的主从关系（Master---slave），由主路由器向从路由器发送信息。

           注：在任何网络环境下，OSPF在交换LSA之前，都需要确定主从关系。

        Exchange → 交换DBD的过程，发送LSR。

        Loading →邻居收到LSR，回复LSU。

        Full→表示数据库已经同步，数据库状态变成了收敛，但路由表却还在计算当中。

          注：除了Two-way和Full这两个状态，邻居停留在任何状态，都是不正常。

5、OSPF网络类型

       OSPF在运行时，必须考虑链路层的类型，称为OSPF网络类型，网络类型可分为如下几种：

              点到点

              点到多点

              广播

              非广播

        由于不同的网络类型，将会影响到OSPF的Hello时间与Dead时间，关系到DR与BDR的选举与否，影响到OSPF邻居是自动建立还是手工建立，总结如下表：

         注★OSPF邻居的成功建立，并不要求双方网络类型一致，但双方网络类型不一致，将可能导致链路状态数据库中的条目无法进入路由表。

 6、OSPF LSA类型

        类型 1  （Router Link）

             任何一台路由器都会产生，每台路由器的每个接口，都由自己的链路状态，即使有多个OSPF接口，也只有一条1类LSA，因为所有接口的链路状态会打包成一条1类LSA。

        类型 2  （Network Link）

              只有在选举DR/BDR的网络类型中才会产生，并却只有DR产生。

        类型 3  （Summary Link）

              类型3的LSA就是将一个区域的LSA发向另一个区域时的汇总和简化，ABR其实就是将LSA 1汇总和简化，变成LSA 3后再发到另一个区域的。

        类型 4  （ASBR Summary Link）

              ABR产生，主要告诉其它区域如何前往ASBR，泛洪范围ABR连接的其他区域

        类型 5  （External Link）

              ASBR产生，用于通告前往自治域系统外部的路由，并传遍整个ospf自主系统，泛洪范围整个自治域

        类型 7  （NSSA Link）

               NSSA将外部路由重分布进OSPF时，路由信息使用类型7来表示，LSA 7由NSSA区域的ASBR产生，LSA 7也只能在NSSA区域内传递，如果要传递到NSSA之外的其它区域，需要同时连接NSSA与其它区域的ABR将LSA 7 转变成LSA 5后再转发。

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OSPF(Open Shortest Path First)

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