一、什么是OSPF
- OSPF（Open Shortest Path First，開放最短路徑優先）是IETF 開發的基於鏈路狀態的自治系統內部路由協議
- OSPF僅傳播對端設備不具備的路由信息，網絡收斂迅速，並有效避免了網絡資源浪費
- OSPF直接工作於IP層之上，IP協議號為89
- OSPF以組播地址發送協議包
二、與RIP的區別
RIP：運行距離矢量路由協議，周期性的泛洪自己的路由表，通過路由的交互，每台路由器都從相鄰（直連）的路由器學習到路由，並且加載進自己的路由表中，而對於這個網絡中的所有路由器而言，他們並不清楚網絡的拓撲，他們只是簡單的知道要去往某個目的應該從哪里走，距離有多遠。
OSPF：運行鏈路狀態路由協議，路由器之間交互的是LSA（Link State Advertisement鏈路狀態通告：用來描述網絡鏈路狀況如鄰居、開銷等），而非路由信息。路由器將網絡中泛洪的LSA 搜集到自己的LSDB（Link State DataBase鏈路狀態數據庫）中，這有助於OSPF 理解整張網絡拓撲，並在此基礎上通過SPF 最短路徑算法計算出以自己為根的、到達網絡各個角落的、無環的樹，最終，路由器將計算出來的路由裝載進路由表中。
泛洪（Flooding）是交換機和網橋使用的一種數據流傳遞技術，將從某個接口收到的數據流向除該接口之外的所有接口發送出去。
三、OSPF特性
- OSPF 鏈路狀態協議（開放式最短路徑優先），無類路由協議，支持VLSM（可變長子網掩碼），CIDR（無類別域間路由），支持安全認證
- 采用SPF 算法（Dijkstra迪傑斯特拉算法）計算最佳路徑，快速響應網絡變化網絡變化時觸發更新
- 以較低頻率（每隔30 分鍾）發送定期更新，被稱為鏈路狀態刷新
- 與距離矢量相比，鏈路狀態協議掌握更多的網絡信息
四、OSPF三張表
1.鄰居表（Neighbor table）：列出了所有和本路由器直接相連的OSPF鄰居，經歷了一系列的消息交互、關系狀態最終建立。
2. 拓撲表（Topology table）：含有鏈路狀態數據庫（LSDB），列舉了所有自己產生及鄰居那得到的LSA（Flooding/泛洪），在同一個OSPF區域中的路由器，都有完全一致的OSPF Database，即OSPF數據庫。一個OSPF區域，就對應着一個OSPF Database。
3. 路由表（Routing table）：在OSPF的數據庫中，通過SPF算法，計算得到了最優路由，也稱為Forwarding Database。
五、OSPF Packets （OSPF 五種報文）
因為是基於IP 開發的，所以協議號為89，同時也是意味着其也是不可靠的。
根據OSPF數據包type 字段數值的不同，OSPF 數據包類型分為5 種，不同的type，其后面的內容也不同。
路由表的形成與這5 種數據包的交互息息相關。
- type=1：Hello 數據包
- type=2：數據庫描述包--DD 或者DBD（只出現在Exstart/Exchange 階段）
- type=3：鏈路狀態請求包---LSR （只出現在Loading 階段）
- type=4：鏈路狀態更新包---LSU
- type=5：鏈路狀態確認包---LSAck
六、OSPF 七種狀態
1.Down（停止）：各路由器未與任何鄰居交換信息，開始從運行OSPF 的接口以組播地址224.0.0.5發送Hello 包。
2. Init（初始）：各路由器收到第一個Hello 數據包后，把該路由器添加到自己的鄰居Neighbor 列表中。
3. Two-Way （雙向狀態屬於鄰居關系）：收到的Hello 包中有自己的Router ID，將該路由器加入自己鄰居列表中，進入2-Way 狀態。在這個過程中同時選舉出DR 和BDR。若不形成鄰接關系則一直停留在該狀態。
4. Exstart（准啟動）：DROther與DR/BDR 發送DBD 包確定Master/Slave 關系，RID 大的的成為Master（不一定是DR）。
5. Exchange（交換）：Master 與Slave 之間相互單播發送一個或多個DBD 數據庫描述數據包（Slave沿用Master 的序列號先發送），進行DBD 的同步。DBD 有序號，由Master 決定DBD的序號。相互收到DBD 后，通過序列號進行隱式確認已收到DBD。Exchange 狀態結束的最后一個DBD 包是Slave 發送的。
6. Loading （加載）：將收到的信息同LSDB 中的信息進行比較。如果DBD 中有更新的鏈路狀態條目，則向對方發送一個LSR，用於請求新的LSA，對方回復相應的LSU，當所有LSR都得到LSU 答復后向對方回應LSAck進行顯示確認。
7. Full （完全狀態，屬於鄰接關系）：相鄰的路由器在Loading 完成同步后進入Full 狀態，開始正常轉發數據。此時區域內的每個鏈路應該都有相同的數據鏈路狀態數據庫。后續只有Hello包、LSU 包、LSAck包。
七、OSPF協議工作過程概述
OSPF協議工作過程主要有四個階段：
尋找鄰居----建立鄰接關系----鏈路狀態信息傳遞----計算路由
1）尋找鄰居（OSPF協議工作過程第1步）
2）建立鄰接關系-基於廣播型網絡(OSPF協議工作過程第2步)
3）傳遞信息（OSPF協議工作過程第3步）
- 以上是RTB獲得RTA LSA的過程，RTA也通過相同的過程獲得RTB的LSA
- 在RTB與RTA的LSA信息同步后，RTA在RTB鄰居表內的狀態變遷為Full狀態
- OSPF協議包具備超時重傳機制
- OSPF協議包具備序列號，對重復包不做處理
- LSA更新攜帶掩碼，支持VLSM（變長子網掩碼）
4）路由計算（OSPF協議工作過程第4步）
路由計算步驟：
- 評估一台路由器到另一台路由器所需要的開銷（cost），cost值與接口帶寬密切相關。
開銷=100/帶寬（Mps），取整，默認最小是1
- 同步到ospf區域的每台路由器的LSDB
- 使用SPF計算出路由
八、LSA的洪泛
建立鄰接關系后，當網絡中出現了網絡變化，其他路由器只發送更新報文LSU給指定路由器和備用路由器，再由指定路由器發給洪泛全網。
九、Router-ID
- Router-ID 用於在OSPF 區域中唯一地表示一台OSPF 路由器，全OSPF 域內禁止出現兩台路由器擁有相同的Router-ID。
- Router-ID 的設定可以通過手工配置，也可通過協議自動選取。實際網絡部署中考慮到協議的穩定，建議手工配置。一般以loopback0作為routerID
- 在路由器運行了OSPF 並由系統自動選定Router-ID 之后，如果該Router-ID 對應的接口down 掉，或出現一個更大的IP，OSPF 仍然保持原Router-ID（即Router-ID 值是非搶占的，穩定第一），即使此時reset ospf process 重啟OSPF 進程，Router-ID 也不會發生改變；除非重新手工配置Router-ID（命令router-id xxx），並且重啟OSPF 進程方可。
- 如果該Router-ID 對應的接口IP 地址消失，例如undo ip address，則reset ospf process （重啟OSPF進程）后，RouterID 也會發生改變。
十、DR和BDR選舉
指定路由器(DR) 、備用指定路由器(BDR)
- Hello包攜帶路由器優先級，優先級為0的路由器不具備選舉資格
- 優先級相同（默認1），則比較Router ID的優先
- 先選舉BDR，再選舉DR
- DR和BDR一旦選定，即使OSPF區域內新增優先級更高的路由器，DR和BDR也不重新選舉，只有當DR和BDR都失效后，才參與選舉
十一、DR 選舉規則
DR 和BDR 是由同一網段中所有的路由器根據路由器優先級、Router ID 通過Hello 報文選舉出來的，只有優先級大於0 的路由器才具有選取資格，優先級為0 不參與選舉。
進行DR/BDR 選舉時每台路由器將自己選出的DR 寫入Hello 報文中，發給網段上的每台運行OSPF 協議的路由器。當處於同一網段的多台路由器同時宣布自己是DR 時，接口優先級最高者勝出；如果優先級相等（默認為1），Router-ID 最高者勝出。
DR 具有非搶占性，也就是說如果該MA 網絡（多路訪問網絡，MA的網絡一般分為兩種：廣播式多路訪問網絡和非廣播式多路訪問網絡。）中，已經選舉完成、並且選舉出了一個DR，那么后續即使有新的、更高優先級的設備加入，也不會影響DR 的選舉，除非DR 掛掉。
十二、OSPF報文類型
