一、開放式最短路徑優先OSPF
OSPF（Open Shortest Pah First）協議是IEEE定義的一種基於鏈路狀態的內部網關路由協議.應用在自治系統內部，一種鏈路狀態路由協議，使用最短路徑優先算法計算路由
OSPF數據報文封裝在IP報文內部，協議號為89，使用單播或組播發送（在廣播型網絡中,所有路由器都以224.0.0.5的地址發送hello包,用來維持鄰居關系,非DR/BDR路由都以224.0.0.6的地址發送lsa更新,而只有DR/BDR路由監聽這個地址,反過來,DR路由使用224.0.0.5來發送更新到非DR路由）
OSPF特點：適合范圍廣，快速收斂，無自環、區域划分、支持驗證（支持兩種認證：區域認證和接口認證）、組播發送
Rip是一種基於距離矢量算法的路由協議，存在着收斂慢，容易產生路由環路，可擴展性差等問題
二、OSPF原理
1、OSPF原理
尋找鄰居、建立鄰接關系、鏈路狀態信息傳遞、計算路由
2、OSPF五種報文類型(報文封裝在IP報文中，協議號為89)
Hello報文: //鄰居發現：Hello報文用來發現和維持OSPF鄰居關系 ，周期發送10s ，失效時間40s
DD（Database Description）報文 //描述本地LSDB（Link State DatabASe）的摘要信息，用於兩台設備進行數據庫同步
LSR（LSA Request）報文 //用於向對方請求所需的LSA。設備只有在OSPF鄰居雙方成功交換DD報文后才會向對方發出LSR報文
LSU（LSA Update）報文 //用於向對方發送其所需要的LSA
LSACK (Link State Acknowledgment)報文 //用來對收到的LSA進行確認
3、Hello包 Message Type
- Hello報文type1
- 數據庫描述數據包type2
- 鏈路狀態請求報文type3
- 鏈路狀態更新報文type4
- 鏈路狀態確認報文type5
4、OSPF建立鄰居過程分析
①建立鄰居關系：down ——>init ——>two-way ----->
在狀態init，路由器會互相發送hello包，hello包重要字段如下：
- 始發路由器的router-id
- 始發路由器接口的area-id
- 始發路由器接口的地址掩碼
- 始發路由器接口的authentication type和authentication message
- 始發路由器接口的hello-interval
- 始發路由器接口的router dead-interval
- 路由器優先級
- 指定DR和BDR
- 標識可選性能的5個標志位
- 始發路由器的所有有效neighbor router-id(始發路由器接收到了它們的hello報文)
開啟ospf進程，默認會選擇接口IP地址當Router ID 需要手動修改 [R1]ospf router-id 1.1.1.1 修改之后需要重新系統ospf進程<R1>reset ospf process
初始發送Hello包Options E置1 表示支持外部路由功能，允許外部路由進入
以兩台路由器之間建立鄰居關系為例
1、R1發送hello報文(組播或者單播，鏈路層類型來定)，neighbor字段為空 組播地址：224.0.0.5
2、R2收到hello報文，為R1建立一個鄰居數據結構，並把R1的鄰居狀態置為init，然后向R1發送hello報文，neighbor字段中包含R1的rougerID，表示自己收到了R1的hello報文。
3、R1收到R2的hello報文之后，為R2建立一個鄰居數據結構，並把鄰居狀態置為2way，然后向R2發送hello報文，報文的neighbor字段中包含R2的routerID。
4、R2收到R1的hello報文后，把R1的鄰居狀態置為2way
至此，鄰居關系就建立起來了，鄰居路由器之間會按時發送hello報文進行保活，如果hello報文超時，那么該路由器就會宣告這里鄰居失效。
所有路由器之間都達到2way狀態后，它們會根據網絡類型判斷是否需要選舉DR和BDR，如果需要的話就開始選舉DR和BDR
DR/BDR選舉作用：作用：DR可以減少廣播型網絡中的鄰接關系的數量，減少鄰接數目，減小鏈路消耗
MA網絡（多路訪問網絡）:
（1）BMA（支持廣播的多路訪問網絡）----LAN
（2）NBMA（不支持廣播的多路訪問網絡）----幀中繼
1）、DR（designated router）即指定路由，其負責在MA網絡建立和維護鄰接關系並負責LSA的同步。
2）、DR與其他所有的路由器形成鄰接關系並交換鏈路狀態信息，其他路由器之間不直接交換鏈路狀態信息，這樣就大大減少了MA網絡中的鄰接關系數據 及交換鏈路狀態信息消耗的資源。
3）、DR一旦出現故障，其與其他路由器之間的鄰接關系將全部失效，鏈路狀態數據庫也無法同步，此時就需要重新選舉DR、再與非DR路由器建立鄰接關系，完成LSA的同步，為了規避單點故障風險，通過選舉備份指定路由器BDR，在DR失效時快速接管DR的工作
選舉規則
1）比較優先級，越大越優（默認為1,最大255，0表示不參加選舉）
2）比較Router-ID，越大越優
②建立各自拓撲表：exstart ——>exchange ----->
在狀態exstart通過發送hello包進行主從關系選舉（master/slave）
- 為了確定誰在exchange狀態先發送DBD包
- 主從關系選舉是通過比較兩台路由器的Router ID大小，
- Router ID大的為master路由器，由master路由器先交互DBD包 ，同時Slave 以Masters序列號為起始位發送DBD包，3個標記都為0
主從關系選舉后，進入狀態exchange ，在此狀態通過交互DBD包，建立各自的拓撲
在DBD包中有3個標記位用來管理鄰接關系的建立過程：
-
I位 或稱為初始位（initial bit） 用於ex-start協商主從關系的初始化協商的DBD包，該位置1
-
M位 或稱為后繼位（More bit) 如果這不是OSPFrouter發送的最后一個DBD，該位置1 說明后續還有DD報文待發送
-
MS位 或稱為主/從位（Master/slave bit） 如果始發路由器是Master，則該位置1
缺省情況第一個DD報文3個標記位全部置1
③建立鄰接關系: loading ——>full
建立各自的拓撲表后，進入狀態loading，請求對方路由信息，
- 如圖左邊路由器，發送LSR包請求172.16.6.0/24的路由信息
- 右邊路由器收到LSR包后，會回復LSU包，來告知172.16.6.0/24的路由信息
- 左邊路由器收到LSU包后，會回復LSACK包，用於對LSU包進行可靠確認
- 交互完路由信息，達到full狀態，路由器之間建立鄰接關系 達到LSDB的同步
Router ID
數據庫同步
路由器使用DD報文來進行主從路由器的選舉和數據庫摘要信息的交互
DD報文包含LSA的頭部信息，用來描述LSDB的摘要信息
建立完全鄰接關系
LSR用於向對方請求所需的LSA
LSU用於向對方發送其所需要的LSA
LSACK用於向對方發送收到LSA的確認
5、OSPF配置
6、OSPF支持的網絡類型
缺省情況下，OSPF認為以太網的網絡類型是廣播類型
PPP、HDLC的網絡類型是點到點類型
缺省情況下，OSPF認為幀中繼，ATM的網絡類型是NBMA
7、OPSF區域
- 每個區域都維護一個獨立的LSDB
- Area 0 是骨干區域，其他區域都必須與此區域相連
ABR：區域邊界路由器
ASBR：AS區域邊界路由器
8、OSPF開銷
OSPF的開銷計算公式為帶寬參考值/帶寬
可以通過bandwidth-reference命令來設置帶寬參考值
OSPF基於接口帶寬計算開銷，計算公式為：接口開銷=帶寬參考值-帶寬，帶寬參考值可配置，缺省為100Mbit/s