OSPF协议基础（一）

OSPF是一种广泛使用的动态路由协议，基于链路状态协议，具有快速收敛、无路由环路、支持VLSM和汇总等功能。每个路由都有一个路由器ID，可以通过命令如ospf router-id手动指定或通过环回IP地址自动分配。OSPF开销基于接口带宽计算，公式为：接口开销=带宽参考值（默认100Mb/s）/带宽，最小开销为1。
OSPF通过发送链路状态公告（LSA）进行工作，LSA包含网络段、掩码、开销等信息。路由器通过发送DD、LSR、LSU、LSA等报文同步LSDB（链路状态数据库），并使用SPF算法计算最短路径。邻居关系建立于2-way状态，通过DD报文同步LSDB后进入FULL状态。DR（指定路由器）通过优先级选举和hello报文确定，BDR（次优路由器）在DR故障时进行同步。
OSPF支持的网络类型包括Point-to-Point、Broadcast、NBMA和P2MP。Point-to-Point和P2MP网络不支持DR，而Broadcast和NBMA网络支持DR和BDR。通过ospf network命令可以配置网络类型。

1.OSPF基本概念

1.1 什么是OSPF

ospf全称名称（Open Shortest Path First，OSPF）开放最短路径优先协议，是最为广泛应用的动态路由协议，属于链路状态协议。该协议具有路由变化收敛速度极快、无环路问题、支持变长子网掩码（VLSM）和网络汇总功能，同时能够实现层次区域划分等优点。

1.2路由器ID

每个路由都有一个标识码，也即路由器ID。路由器ID的格式与IP地址相同，用户可以自行设置路由器ID，具体操作如下：

    [Huawei]ospf router-id 1.1.1.1

若未指定，OSPF进程启动后，则会自动地指定路由器ID，优先使用环回接口地址，若无环回接口地址，则会指定接口IP地址最大的。

1.3 OSPF开销

OSPF基于接口带宽计算开销，计算公式如下：

    接口开销=带宽参考值/带宽

带宽参考值支持自定义，默认设置为100Mb/s。例如，一条10Mb/s的网络链路，其开销计算为100÷10=10，这表明带宽越大，开销越小。其最小开销值为1。

2.OSPF基本工作原理

在该网络中，部署了三个路由器，如图1所示，这些路由器是如何自动学习路由信息的？这些路由器首先会发送链路状态信息（LSA），其中包含了路由器的详细配置信息，例如，以路由器1为例，其LSA内容如下：如图1所示，这些路由器的LSA信息用于构建网络拓扑图。

    链路数量：2
    网段：192.168.1.0      掩码：255.255.255.0 网段开销：10
    网段：192.168.2.0      掩码：255.255.255.0 网段开销：10
    router id 信息

类比说明：在路由器发送LSA信息时，可以将其类比为发送信息包到网络中的各个节点。这些信息包（LSA）类似于网络中的数据包，负责携带网络的拓扑信息和路由信息。路由器通过发送这些信息包，使得其他路由器能够了解当前网络的连接状态和路由信息，从而实现网络的高效通信。

链路状态公告（LSA)：可以类比为马路信息，即上图中的A路，B路，C路，其中的

    A路：6车道，限速80公里

这些内容属于LSA包含的信息。这些马路信息整合为地图文件（LSDB），通过地图来规划路径（路由表）。

3.OSPF基本工作流程

• 启动：当路由器配置IP地址并启用OSPF协议后，该路由器会向配置该OSPF接口的相邻路由器发送hello报文以探测邻居。这些hello报文采用组播IP地址224.0.0.5作为目标地址，该报文仅被同一网段内的所有路由器接收。
• 建立邻居关系：当路由器A和路由器B相互发送hello报文时，双方将交换各自的相关信息，从而建立互连关系。
  hello报文信息

第二个hello包交互完成后，成功建立邻居关系，此时处于2-way状态

完成相邻关系的建立。当相邻关系建立完成时，2-way状态下的路由器开始进行LSDB同步。在同步过程中，路由器采用DD、LSR、LSU、LSA等技术手段完成LSDB同步。具体步骤可通过图示进一步了解：

在步骤1和2中，路由器A和路由器B相互发送DD报文，并随机地赋予每个报文一个sequence编号，同时设置I、M和MS三个标志位。

    步骤1的内容：
    DD(主)(Sequence=X)I=1 M=1 MS=1
    步骤2的内容：
    DD(主)(Sequence=Y)I=1 M=1 MS=1

    - I表示Initiate，赋值1表示这个是第一个DD报文。
    - M表示More，赋值1表示后面还有DD报文。
    - MS表示Master，赋值1表示希望自己是主，两个路由器发送的第一个DD报文都希望自己是主。

路由器A和路由器B接收到对方的DD报文后，需要进行路由器ID的比对，其中ID较大的路由器将被指定为主路由器。在此情境中，我们假设路由器B的ID值较大。

    DD，(从)，(Sequence=Y)

在确定主从关系后，进行DD报文的交互过程。在进行DD报文交互时，主方首先发送报文，其Sequence值将按照首次发送的值进行递增处理，最终确定为Y+1。此时，步骤4和5的具体内容如下：

    步骤4：
    DD,(主)(Sequence=Y+1)
    步骤5：
    DD(从)(Sequence=Y+1)

路由器A与路由器B接收到DD报文后，分别与各自维护的LSDB进行比较。发现缺少对应的LSA后，路由器A向路由器B发送请求，以获取相应的LSA。即为步骤6，步骤6的具体内容是

    Link State Request

5. 路由器B收到LSR后，将对应的LSA发送给路由器A，即步骤7：

    Link state update

6. 路由器A收到LSU后，回应一个ACK，以确认收到，即步骤8：

    Link State Ack

完成路由器A和B的LSDB同步后，网络达到满状态。只有在达到全连接状态时，才被视为邻接关系。

维护关系：完成LSDB同步后，达到稳定状态后，通过定期发送hello报文来维持关系的稳定。

4.邻居与邻接的关系

4.1 邻居、邻接建立条件

• 邻居关系：路由器达到2-Way状态
• 邻接关系：数据库同步完成

4.2 邻居与邻接的关系

两个路由器节点之间存在邻居关系时，未必存在直接连接。然而，若两个路由器节点之间存在直接连接，则它们必定是邻居关系。

4.3 OSPF状态机

状态迁移图中，Down、2-Way、Full是稳定状态，可以长期保持此状态。

5.DR和BDR

在一个网络中存在多个路由器，若要实现任意两个路由器之间建立邻接关系并同步数据库，将会导致大量的同步操作，从而效率相对较低。因此，我们建议指定一个路由器作为同步中心，其余路由器仅与该中心路由器进行同步操作，这样可以显著减少总的同步次数。被指定为同步中心的路由器将被指定为指定路由器（DR）。

5.1 如何确定DR

该方法通过路由器优先级选举来确定主导路由器（DR），其中，数值越大，其优先级越高；默认情况下，该数值设定为1；当多个路由器具有相同优先级时，系统将通过比较路由器ID来决定最终的DR身份，ID值较大的路由器将被选为DR。优先级可进行自定义设置，若设置为0，则该路由器将被排除在选举之外；DR选举通常在邻居建立阶段完成；在hello报文中，当前路由器会发送其优先级数值和ID信息。

5.2 BDR

在DR出现故障时，应更换当前DR配置，同时将hello报文发送频率设置为10秒。为确保此类故障不导致网络性能下降，建议配置一个次优路由器作为BDR。当DR故障发生后，BDR将接替完成同步任务。

5.3OSPF支持的不同网络中DR和BDR选举

| DR/BDR/DRother | 以太网 | 是 | DR/BDR/DRother与BDR建立邻接关系
BDR与DR/DRother建立邻接关系
DRother之间建立邻居关系 |
| NBMA | 帧中继 | 是 | DR/BDR/DRother与BDR建立邻接关系
BDR与DR/DRother建立邻接关系
DRother之间建立邻居关系 |

    [huawei-gibabitethernet1/0/0]ospf network {p2p|p2mp|broadcast|nbma}