15-OSPF工作原理
一、开放式最短路径优先OSPF
OSPF（Open Shortest Pah First）协议是IEEE定义的一种基于链路状态的内部网关路由协议.应用在自治系统内部，一种链路状态路由协议，使用最短路径优先算法计算路由
OSPF数据报文封装在IP报文内部，协议号为89，使用单播或组播发送（在广播型网络中,所有路由器都以224.0.0.5的地址发送hello包,用来维持邻居关系,非DR/BDR路由都以224.0.0.6的地址发送lsa更新,而只有DR/BDR路由监听这个地址,反过来,DR路由使用224.0.0.5来发送更新到非DR路由）
OSPF特点：适合范围广，快速收敛，无自环、区域划分、支持验证（支持两种认证：区域认证和接口认证）、组播发送
Rip是一种基于距离矢量算法的路由协议，存在着收敛慢，容易产生路由环路，可扩展性差等问题
二、OSPF原理
1、OSPF原理
寻找邻居、建立邻接关系、链路状态信息传递、计算路由
2、OSPF五种报文类型(报文封装在IP报文中，协议号为89)
Hello报文: //邻居发现：Hello报文用来发现和维持OSPF邻居关系 ，周期发送10s ，失效时间40s
DD（Database Description）报文 //描述本地LSDB（Link State DatabASe）的摘要信息，用于两台设备进行数据库同步
LSR（LSA Request）报文 //用于向对方请求所需的LSA。设备只有在OSPF邻居双方成功交换DD报文后才会向对方发出LSR报文
LSU（LSA Update）报文 //用于向对方发送其所需要的LSA
LSACK (Link State Acknowledgment)报文 //用来对收到的LSA进行确认
3、Hello包 Message Type
- Hello报文type1
- 数据库描述数据包type2
- 链路状态请求报文type3
- 链路状态更新报文type4
- 链路状态确认报文type5
4、OSPF建立邻居过程分析
①建立邻居关系：down ——>init ——>two-way ----->
在状态init，路由器会互相发送hello包，hello包重要字段如下：
- 始发路由器的router-id
- 始发路由器接口的area-id
- 始发路由器接口的地址掩码
- 始发路由器接口的authentication type和authentication message
- 始发路由器接口的hello-interval
- 始发路由器接口的router dead-interval
- 路由器优先级
- 指定DR和BDR
- 标识可选性能的5个标志位
- 始发路由器的所有有效neighbor router-id(始发路由器接收到了它们的hello报文)
开启ospf进程，默认会选择接口IP地址当Router ID 需要手动修改 [R1]ospf router-id 1.1.1.1 修改之后需要重新系统ospf进程<R1>reset ospf process
初始发送Hello包Options E置1 表示支持外部路由功能，允许外部路由进入
以两台路由器之间建立邻居关系为例
1、R1发送hello报文(组播或者单播，链路层类型来定)，neighbor字段为空 组播地址：224.0.0.5
2、R2收到hello报文，为R1建立一个邻居数据结构，并把R1的邻居状态置为init，然后向R1发送hello报文，neighbor字段中包含R1的rougerID，表示自己收到了R1的hello报文。
3、R1收到R2的hello报文之后，为R2建立一个邻居数据结构，并把邻居状态置为2way，然后向R2发送hello报文，报文的neighbor字段中包含R2的routerID。
4、R2收到R1的hello报文后，把R1的邻居状态置为2way
至此，邻居关系就建立起来了，邻居路由器之间会按时发送hello报文进行保活，如果hello报文超时，那么该路由器就会宣告这里邻居失效。
所有路由器之间都达到2way状态后，它们会根据网络类型判断是否需要选举DR和BDR，如果需要的话就开始选举DR和BDR
DR/BDR选举作用：作用：DR可以减少广播型网络中的邻接关系的数量，减少邻接数目，减小链路消耗
MA网络（多路访问网络）:
（1）BMA（支持广播的多路访问网络）----LAN
（2）NBMA（不支持广播的多路访问网络）----帧中继
1）、DR（designated router）即指定路由，其负责在MA网络建立和维护邻接关系并负责LSA的同步。
2）、DR与其他所有的路由器形成邻接关系并交换链路状态信息，其他路由器之间不直接交换链路状态信息，这样就大大减少了MA网络中的邻接关系数据 及交换链路状态信息消耗的资源。
3）、DR一旦出现故障，其与其他路由器之间的邻接关系将全部失效，链路状态数据库也无法同步，此时就需要重新选举DR、再与非DR路由器建立邻接关系，完成LSA的同步，为了规避单点故障风险，通过选举备份指定路由器BDR，在DR失效时快速接管DR的工作
选举规则
1）比较优先级，越大越优（默认为1,最大255，0表示不参加选举）
2）比较Router-ID，越大越优
②建立各自拓扑表：exstart ——>exchange ----->
在状态exstart通过发送hello包进行主从关系选举（master/slave）
- 为了确定谁在exchange状态先发送DBD包
- 主从关系选举是通过比较两台路由器的Router ID大小，
- Router ID大的为master路由器，由master路由器先交互DBD包 ，同时Slave 以Masters序列号为起始位发送DBD包，3个标记都为0
主从关系选举后，进入状态exchange ，在此状态通过交互DBD包，建立各自的拓扑
在DBD包中有3个标记位用来管理邻接关系的建立过程：
-
I位 或称为初始位（initial bit） 用于ex-start协商主从关系的初始化协商的DBD包，该位置1
-
M位 或称为后继位（More bit) 如果这不是OSPFrouter发送的最后一个DBD，该位置1 说明后续还有DD报文待发送
-
MS位 或称为主/从位（Master/slave bit） 如果始发路由器是Master，则该位置1
缺省情况第一个DD报文3个标记位全部置1
③建立邻接关系: loading ——>full
建立各自的拓扑表后，进入状态loading，请求对方路由信息，
- 如图左边路由器，发送LSR包请求172.16.6.0/24的路由信息
- 右边路由器收到LSR包后，会回复LSU包，来告知172.16.6.0/24的路由信息
- 左边路由器收到LSU包后，会回复LSACK包，用于对LSU包进行可靠确认
- 交互完路由信息，达到full状态，路由器之间建立邻接关系 达到LSDB的同步
Router ID
数据库同步
路由器使用DD报文来进行主从路由器的选举和数据库摘要信息的交互
DD报文包含LSA的头部信息，用来描述LSDB的摘要信息
建立完全邻接关系
LSR用于向对方请求所需的LSA
LSU用于向对方发送其所需要的LSA
LSACK用于向对方发送收到LSA的确认
5、OSPF配置
6、OSPF支持的网络类型
缺省情况下，OSPF认为以太网的网络类型是广播类型
PPP、HDLC的网络类型是点到点类型
缺省情况下，OSPF认为帧中继，ATM的网络类型是NBMA
7、OPSF区域
- 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
ABR：区域边界路由器
ASBR：AS区域边界路由器
8、OSPF开销
OSPF的开销计算公式为带宽参考值/带宽
可以通过bandwidth-reference命令来设置带宽参考值
OSPF基于接口带宽计算开销，计算公式为：接口开销=带宽参考值-带宽，带宽参考值可配置，缺省为100Mbit/s
