OSPF底子与特性
一.OSPF 的技术背景OSPF出现是因为RIP协议无法满足大型网络的设置
RIP协议中存在的问题
RIP中存在最大跳数为15的限制,不能顺应大规模组网
RIP周期性发送全部路由信息,占用大量的带宽资源
路由收敛速度慢
以跳数作为度量衡,选路可能会不优
存在路由环路的可能性
每隔30秒更新
OSPF协议的特点
没有跳数限制，适合大规模组网
利用组播更新变化的路由和网络信息
路由收敛快
以COST作为度量值
采用SPF算法有用制止环路
每隔30分钟更新
在互联网上大量利用，是运用最广泛的路由协议
二.OSPF 的表与数据包
OSPF三张表
邻人表:用来记录邻人状态和关系
拓扑表:包含链路状态数据库(LSDB)
路由表:记录SPF算法盘算的路由,存放在OSPF路由表中
LSDB 的更新:
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/18eafd20927747378ca7cbc453aa2415.png
OSPF的数据包
OSPF报文直接封装在IP报文中,协议号为89
头部数据包内容:
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/981ef6f12ac6463f8630a2c8fcd9bae1.png
版本(Version) 对于OSPFv2，该字段值恒为2----在IPV4中。对于OSPFv3，该字段值恒为3----在IPV6中
范例(Type) 该OSPF报文的范例。该字段的值与报文范例的对应关系是:1-Hello;2-DD;3-LSR;4-LSU;5-LSAck
Packet Length) 整个OSPF 报文的长度（字节数)
路由器ID (Router Identification) 路由器的OSPF Router-ID
区域ID (Area Identification) 该报文所属的区域ID，这是一个32bit 的数值
校验和(Checksum) 用于校验报文有用性的字段
认证范例(Authentication Type) 指示该报文利用的认证范例
认证数据（Authentication Data) 用于报文认证的内容
OSPF工作过程中的数据包
(1)hello
hello包携带自己的router ID、被发现的邻人标识，用来周期保活的，发现，创建邻人关系
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/862488c9ec20468594392ce98ac5e113.png
网络掩码(Network Mask) 一旦路由器的某个接口激活了OSPF，该接口即开始发送Hello报文，该字段填充的是该接口的网络掩码。两台OSPF 路由器假如通接口直连，那么双方的直毗连口必须设置相同的网络掩码，否则影响邻人关系创建
Hello隔断(Hello Interval) 接口周期性发送Hello报文的时间隔断(单位为s)。两台直连路由器要创建OSPF邻人关系，需确保接口的Hello Interval相同，否则邻人关系无法正常创建
可选项（Options) 该字段一共8bit，每个比特位都用于指示该路由器的某个特定的OSPF 特性。Options字段中的某些比特位会被查抄，这有可能会直接影响到OSPF邻接关系的创建。（特殊区域的标记）
(Router Priority) 路由器优先级，范围：0-255，默认是1，数字越大，代表路由优先级越高，也叫DR优先级，该字段用于DR、BDR 的选举
路由器失效时间（Router Dead Interval) 在邻人路由器被视为无效前，需等待收到对方Hello报文的时间（单位为s)。两台直连路由器要创建OSPF 邻人关系，需确保双方直毗连口的Router Dead Interval相同，否则邻人关系无法正常创建。缺省情况下，OSPF路由器接口的Router Dead Interval为该接口的Hello Interval的4倍
指定路由器(Designated Router) 网络中DR的接口IP所在。假如该字段值为0.0.0.0，则体现没有DR，大概DR尚未选举出来
备份指定路由器（Backup Designated Router) 网络中 BDR的接口IP所在。假如该字段值为0.0.0.0，则体现网络中没有BDR，大概BDR尚未选举出来
邻人(Neighbor) 在直连链路上发现的有用邻人，此处填充的是邻人的Router-iD，假如发现了多个邻人，则包含多个邻人字段
(2)DBD
数据库描述报文,仅包含LSA择要
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/35332b4ed7a9431e84649748130fb838.png
接口最大传输单位(Interface Maximum Transmission Unit)
接口的MTU
可选项(Options)
路由器支持的OSPF可选项
DD报文置位符
I：init位，I=1，这是第一个DD报文
M: more位，M=1体现后续还有DD报文
MS:master位，MS=1,体现本端为主
DD序列号(DD Sequence Number)
DD报文的序列号，在DD报文交互的过程中，DD序列号被逐次加1，用于确保DD报文传输的有序和可靠性。值得注意的是，DD序列号必须是由Master路由器来决定的，而Slave路由器只能利用Master路由器发送的DD序列号来发送自己的DD报文。（route id大的设备会成为master）
LSA头部(LSA Header)
当路由器利用DD报文来描述自己的LSDB时，LSA的头部信息被包含在此处。一个DD报文可能包含一条或多条LSA的头部
(3)LSR
哀求自己没有的大概比自己更新的链路状态更详细的信息
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/1531503542634e82b69309cc2c9674ad.png
链路状态类型，链路状态ID，通告路由器 ---- “LSA三元组”
通过这三个参数可以唯一的标识出一条LSA (4)LSU
链路状态更新信息
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/cd5625eb06b746ee83e911a25b5c2b70.png
一个LSU报文可以包含多个LSA
当路由器感知到网络发生变化时，也可以触发LSU报文的泛洪，以便将该变化通知给网络中的其他OSPF 路由器
在MA网络中，非 DR、BDR路由器向224.0.0.6这个组播地址发送LSU报文，
而DR及 BDR会侦听这个组播地址，DR在接收LSU报文后向224.0.0.5发送LSU报文，
从而将更新信息泛洪到整个OSPF区域，所有的OSPF 路由器都会侦听224.0.0.5这个组播地址
224.0.0.5所有运行OSPF的接口都会监听
224.0.0.6所有DR/BDR的接口会监听 (5)LSAck
对LSU确认的包
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报文中包含着路由器所确认的LSA的头部（每个LSA头部的长度为20byte)
三.OSPF 的工作过程
邻人双方通过hello报文,相互熟悉邻接邻人创建后,进行一系列报文交互,当两台路由器LSDB同步完成,开始独立盘算路由时,这两台路由器形成了邻接关系 (1)确承认达性,创建邻人
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/356e03f30d494be484bf732e6ec2ba51.png
outer ID :标明的是路由器身份
手工配置：IPV4地址格式
自动选举：
环回口:IP地址大的优先
物理口：IP地址大的优先 2-way前，确认DR/BDR
2-way是OSPF协议中的一中邻人状态,当两台路由器相互收到对方发送的Hello包,并且在Hello包中发现了自己的路由器ID时,他们就会创建双向通讯,此时邻人状态就会变成2-way
选举原因：广播网络中使路由信息交换更加高速有序，可以降低需要维护的邻接关系数目
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/b0c788e761cf4100bd75677d37f1b000.png
选举范围：每个网段都需要选出一个DR和BDR（0-255）
选举规则：1.优先级大的优先，默认优先级是1；2.router-id大的优先
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/0651519343e04334affd5e090a2c3fd8.png
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/45b6f121454e4996b18559cc23449e9f.png
DR/BDR的选举没有抢占性
关系状态：DRother与DR创建邻接关系:
DRother与BDR创建邻接关系；
DR /BDR创建邻接关系；
DRother之间保持邻人关系
(2)择要同步,开始创建邻接关系
1.向邻接路由器发送DBD报文，通告本地LSDB中所有LSA的摘要信息
2.收到DBD报文后，与本地LSDB对比，向对方发送LSR报文，请求发送本地所需要的LSA的完整信息
3.收到LSR后,把对方所需的LSA的完整信息打包为一条LSU报文，发送至对方
4.收到LSU后，向对方回复LSAck报文，进行确认 邻接创建的过程:
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/14b2e4fafe0f44b6b82231e9e30df066.png
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/4b6405e09eb64d75ae7ceeef001c4934.png
(3)完备信息同步,完全邻接关系创建
完全邻接关系创建，LSDB表与路由表形成
四.OSPF 的状态机
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/3d007e4024ca4ad692378e21d9f2192f.png
Down 关闭状态（稳定状态），这种情况处于手动指定邻人的情况下，发送hello包之后进入下一个状态
Init 初始化状态，收到对方的hello报文，但没有收到对方的hello确认报文
Attempt 一般不会出现，只出现在NBMA网络中，发出hello，但收不到对方的hello包
2-way(稳定状态)
双方相互发现，邻人状态稳定，并确认了DR/BDR的角色；
当选举完毕后，就算出现一台优先级更高的路由器，也不会更换成新的DR\BDR
Exstart
交换开始状态；发送第一个DD报文，但不发送LSA择要，仅用于确定LSDB协商的主从，ROUTER-ID大的成为master
Exchange
交换状态；发送后续DD报文，用于通告LSDB择要
Loading
读取状态，进行LSA的哀求（LSR）、加入(LSU)和确认(LSACK)
Full 邻接状态（稳定状态），两端同步LSDB
2-way 的条件:
[*]无辩论，修改router-id需要重置ospf进程使生效；
[*]掩码长度一致（MA网络中）；
[*] 区域ID一致；
[*]验证暗码一致；
[*] hello-time一致；
[*] dead-time一致；
[*] 特殊区域范例一致
Full 的条件: 两端MTU一致，否则可能卡在Exstart/Exchange状态
能够盘算路由的条件：两端网络范例一致，否则邻人状态full,但无法学习路由
五.OSPF 的区域划分
1.区域产生背景
OSPF路由器在同一个区域中泛洪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
假如OSPF域仅有一个区域，随着网络规模越来越大，OSPF路由器的数目越来越多，这将导致诸多问题
2.分区的利益
淘汰LSA泛洪范围
进步网络拓展性,有利于组建大规模网络
3.区域范例
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骨干区域: area 0
非骨干区域: area 1
特殊区域: 减少邻居关系 邻人关系过多会造成的影响:
[*]大量产生hello包，斲丧CPU性能
[*]产生重复路由通告，斲丧CPU性能
[*]任何一台路由器的路由变化都会导致多次通报,浪费了带宽资源
多区互连原则:
[*]非骨干区域与非骨干区域不能直接相连；
[*]全部非骨干区域必须与骨干区域相连；
[*]此计划是为防止区域间环路
六.OSPF的路由器范例
https://i-blog.csdnimg.cn/direct/e6bf2339199149ec8cd9a9cba5eedb96.png
区域内路由器(IR)全部接口在同一区域骨干路由器(BR)全部接口都在骨干区域区域边界路由器(ABR)毗连骨干区域和非骨干区域自治系统边界路由器(ASBR)毗连外部自治系统并引入外部路由
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