OSPF(Open Shortest Path First)——基于链路状态的内部网关协议详解
OSPF简介
OSPF是基于链路状态的内部网关路由协议，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可以将每个自治区域划分为多个区域，并限制每个区域的范围。
OSPF的优点
1、无环路
2、收敛快
3、扩展性好
4、支持认证
OSPF原理介绍
OSPF协议规定每个运行OSPF的路由器都需要对整个网络的链路状态信息和路由信息有了解，这样才能计算出到达目的网关的最优距离，通过LSA(Link State Advertisement) 链路状态通告泛洪开始，LSA中包含了路由器的接口IP地址、掩码、开销和网络类型等信息，并通过LSA信息建立自己的LSDB，并再LSDB的基础上通过SPF算法计算出到达目的网络的最优路由，并将其加入到路由表中。
OSPF报文
OSPF共五类报文
1、Hello报文：
Hello报文的作用是发现和维护邻居关系，在NBMA网络和广播中选举DR和BDR。
2、DD(DataBase Description)报文
DD报文用于在LSDB同步的过程中，DD报文来描述自身的LSDB DD报文存放着LSA的信息头部，可以减少路由器之间的协议报文流量。
3、LSR(Link State Request)报文
LSR报文用于LSDB数据同步结束后 请求获取对方拥有的而本地没有的LSA信息，LSR报文只包含了LAS的摘要信息
4、LSU(Link State Update)报文
LSU报文用于发送对方请求的LSA信息
5、LSACK报文
LSACK报文用来对接收到的LSU报文进行确认
邻居状态
OSPF共五种状态
1、Down状态：
这是邻居的初始状态，表示在邻居失效时间内未收到邻居发送的Hello报文
2.1、Attempet状态：
此状态只在NMBA网络上存在，表示没有接到任何邻居消息，但是已经周期性的向邻居发送报文，如果RouterDeadInterval间隔内未收到Hello报文，则转为Down状态
2、Init状态：
Init状态表示已经收到邻居发送的Hello包，但自己不在所收到的hello报文的邻居列表中，未形成双向通信
3、2-Way状态：
此状态表示已经和邻居建立双向通信，在接收到的hello报文邻居列表中
4、ExStart状态：
此状态是形成邻接关系的第一个步骤，表示LSDB同步的初始状态，这时会发送DD报文，但不包含链路状态信息，主从状态和初始化DD序列号均在此步骤完成
5、ExChange状态：
状态开始互相发送DD报文，描述本地LSDB的内容
6、Loading状态：
相互发送LSR报文请求LSA，发送LSU报文通告LSA
7、Full状态：
完成LSDB同步。
Router ID、邻居和邻接
Router是一个32位的值 和IP地址构成一样，它标志了一个自治系统的路由器，如果未手动指定，默认使用逻辑接口中最大的IP地址作为Router ID
运行OSPF的路由器直接需要交换链路状态信息和路由信息，在交换这些信息之前需建立邻接关系
邻居(Neighbor)
OSPF路由器启动后，便会通过OSPF接口想外发送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的一些参数，如果参数一致，就会彼此形成邻居关系。
邻接(Adjacency)
只有双方交换DD报文，完成LSDB同步后才可称之为邻接
邻居发现
Hello报文重要字段解析
Network Mask：发送Hello报文的接口的子网掩码
Hello Interval：发送Hello报文的间隔时间
Options：可选功能
Router Prioripty：路由优先级 用于选举DR和DBR
Router Dead Interval：路由失效时间 一般为4倍的Hello Interval，为40
数据库同步
1、建立完邻居关系后，RTA向RTB发送DD报文，DD序列号被设置为X，RTA宣告自己是为主路由器
2、RTB也向RTA发送DD报文，在报文中，DD序列号被设置为Y，RTB也宣告自己为主路由器，由于RTB的Router ID比RTA的大，所以RTB是真正的主路由器
3、RTA发送一个新的DD报文，DD序列号为Y，因此RTB将邻居状态改变为ExChange。
4、变为ExChange后，RTB发送一个新的DD报文，DD序列号为Y+1
5、即使RTA不需要新的DD报文来描述自己的LSDB，但是作为从路由器，要向主路由器发送的每一个DD报文做确认，所以RTA发送一个内容为空的DD报文，发送完最后一个报文的时候，RTA将邻居状态改变为Loading；RTB收到最后一个DD报文之后，改变状态为FULL
建立完全邻接关系
1、邻居状态变为loading之后，RTA开始对RTB发送LSR报文，请求LSA信息
2、RTB收到LSR报文后，向RTA发送LSU报文
3、RTA收到LSU报文后，切换至FULL状态
4、RTA向RTB发送LSACK报文，用于对已接收LSU报文的确认
5、此时、RTA和RTB之间的邻居状态变为FULL，表示达到完全邻接状态
DR&BDR选举
DR和BDR可以减少网络中邻接关系的数量，从而减少链路状态信息和路由信息的交换次数，节省带宽
一个广播上所有路由器都必须连接DR和BDR
DR和BDR是基于端口优先级选举的，如果优先级相同时，则根据Router id来选举
OSPF区域
OSPF开销
OSPF的开销公式为：带宽参考值/带宽
