Network系列：OSPF邻居关系、网络类型、区域（二）
4. OSPF路由器之间的关系
- 关于OSPF路由器之间的关系有两个重要的概念，邻居关系和邻接关系。
- 考虑一种简单的拓扑，两台路由器直连。在双方互联接口上激活OSPF，路由器开始发送及侦听Hello报文。在通过Hello报文发现彼此后，这两台路由器便形成了邻居关系。
- 邻居关系的建立只是一个开始，后续会进行一系列的报文交互，例如前文提到的DD、LSR、LSU和LS ACK等。当两台路由器LSDB同步完成，并开始独立计算路由时，这两台路由器形成了邻接关系。
OSPF邻接关系建立过程
OSPF完成邻接关系的建立有四个步骤，建立邻居关系、协商主/从、交互LSDB信息，同步LSDB。
4.1 建立邻居关系
当一台OSPF路由器收到其他路由器发来的首个Hello报文时会从初始Down状态切换为Init状态。
当OSPF路由器收到的Hello报文中的邻居字段包含自己的Router ID时，从Init切换2-way状态。
4.2 协商主从、交互LSDB信息
邻居状态机从2-way转为Exstart状态后开始主从关系选举：
- R1向R2发送的第一个DD报文内容为空，其Seq序列号假设为X。
- R2也向R1发出第一个DD报文，其Seq序列号假设为Y。
- 选举主从关系的规则是比较Router ID，越大越优。R2的Router ID比R1大，因此R2成为真正的主设备（DR）。主从关系比较结束后，R1的状态从Exstart转变为Exchange。
- R1邻居状态变为Exchange后，R1发送一个新的DD报文，包含自己LSDB的描述信息，其序列号采用主设备R2的序列号。R2收到后邻居状态从Exstart转变为Exchange。
- R2向R1发送一个新的DD报文，包含自己LSDB的描述信息，序列号为Y+1。
- R1作为从路由器需要对主路由R2发送的每个DD报文进行确认，回复报文的序列号与主路由R2一致。
- 发送完最后一个DD报文后，R1将邻居状态切换为Loading。
4.3 同步LSDB
- 邻居状态转变为Loading后，R1向R2发送LSR报文，请求那些在Exchange状态下通过DD报文发现的，但是在本地LSDB中没有的LSA。
- R2收到后向R1回复LSU。在LSU报文中包含被请求的LSA的详细信息。
- R1收到LSU报文后，向R2回复LS ACK报文，确认已接收到，确保信息传输的可靠性。
- 此过程中R2也会向R1发送LSA请求。当两端LSDB完全一致时，邻居状态变为Full，表示成功建立邻接关系。
4.4 查看邻居表信息
如图所示输入display ospf peer命令之后，各项参数含义如下：
- OSPF Process 1 with Router ID 1.1.1.1：本地OSPF进程号为1与本端OSPF Router ID为1.1.1.1
- Router ID：邻居OSPF路由器ID
- Address：邻居接口地址
- GR State：使能OSPF GR功能后显示GR的状态（GR为优化功能），默认为Normal
- State：邻居状态，正常情况下LSDB同步完成之后，稳定停留状态为Full
- Mode：用于标识本台设备在链路状态信息交互过程中的角色是Master还是Slave
- Priority：用于标识邻居路由器的优先级（该优先级用于后续DR角色选举）
- DR：指定路由器
- BDR：备份指定路由器
- MTU：邻居接口的MTU值
- Retrans timer interval：重传LSA的时间间隔，单位为秒
- Authentication Sequence：认证序列号
5. OSPF网络类型
如下图，OSPF的有四种网络类型，Broadcast、NBMA、P2MP和P2P。
OSPF网络类型是一个非常重要的接口变量，这个变量将影响OSPF在接口上的操作，例如采用什么方式发送OSPF协议报文，以及是否需要选举DR、BDR等。
接口默认的OSPF网络类型取决于接口所使用的数据链路层封装，链路两端的OSPF接口网络类型必须一致，否则双方无法建立邻居关系。
5.1 P2P点对点
5.2 BMA广播式多路访问
5.3 NBMA广播式多路访问
5.4 P2MP点到多点
6. DR与BDR
MA（Multi-Access）多路访问网络有两种类型：
- 广播型多路访问网络（BMA）
- 非广播型多路访问网络（NBMA）
以太网（Ethernet）是一种典型的广播型多路访问网络。
- 在MA网络中，如果每台OSPF路由器都与其他的所有路由器建立OSPF邻接关系，便会导致网络中存在过多的OSPF邻接关系，增加设备负担，也增加了网络中泛洪的OSPF报文数量。
- 当拓扑出现变更，网络中的LSA泛洪可能会造成带宽的浪费和设备资源的损耗。
为优化MA网络中OSPF邻接关系，OSPF指定了三种OSPF路由器身份：
- DR（Designated Router，指定路由器）
- BDR（Backup Designated Router，备用指定路由器）
- DRother路由器
BDR会监控DR的状态，并在当前DR发生故障时接替其角色。
选举规则
OSPF DR优先级更高的接口成为该MA的DR，如果优先级相等（默认为1），则具有更高的OSPF Router-ID的路由器（的接口）被选举成DR，并且DR具有非抢占性。
7. OSPF区域
7.1 OSPF域
OSPF域（Domain）：一系列使用相同策略的连续OSPF网络设备所构成的网络。
OSPF路由器在同一个区域（Area）内网络中泛洪LSA。为了确保每台路由器都拥有对网络拓扑的一致认知，LSDB需要在区域内进行同步。
区域的分配和多区域互联原则
区域的分类：区域可以分为骨干区域与非骨干区域。骨干区域即Area0，除Area0以外其他区域都称为非骨干区域。
多区域互联原则：基于防止区域间环路的考虑，非骨干区域与非骨干区域不能直接相连，所有非骨干区域必须与骨干区域相连。
7.2 单区域
如果OSPF域仅有一个区域，随着网络规模越来越大，OSPF路由器的数量越来越多，这将导致诸多问题：
- LSDB越来越庞大，同时导致OSPF路由表规模增加。路由器资源消耗多，设备性能下降，影响数据转发。
- 基于庞大的LSDB进行路由计算变得困难。
- 当网络拓扑变更时，LSA全域泛洪和全网SPF重计算带来巨大负担。
7.3 多区域
OSPF引入区域（Area）的概念，将一个OSPF域划分成多个区域，可以使OSPF支撑更大规模组网。
- OSPF多区域的设计减小了LSA泛洪的范围，有效的把拓扑变化的影响控制在区域内，达到网络优化的目的。
- 在区域边界可以做路由汇总，减小了路由表规模。
- 多区域提高了网络扩展性，有利于组建大规模的网络。
