什么是OSPF？OSPF的工作流程概述

什么是OSPF

OSPF（OPen Shortest Path First）开放最短路径优先，由IETF开发的基于链路状态的自治系统内部路由协议（IGP）采用Dijkstra的最短路径优先算法来计算和选择路由。

该协议关注网络中链路或者接口的状态、带宽、利用率、延时等。使用SPF算法计算和选择路由，OSPF 将协议包直接封装在 IP 包中，协议号 89。并且OSPF以组播形式发送协议报文，减少链路带宽资源浪费。

OSPF的工作流程概述

工作流程主要有四个阶段：

寻找邻居、建立邻接关系、链路状态信息传递、计算路由

寻找邻居

在网络中寻找可能与自己交换链路状态信息的周边路由器，可以交换链路状态信息的路由器互为邻居（Neighbor）

建立邻接关系

邻接关系（Adjacency）可以抽象的想象成一条虚拟的链路，用于邻居路由器之间传递链路状态信息，且只有建立了邻接关系才能传递

链路状态信息传递

OSPF路由器将建立描述网络链路状态的LSA（Link State Advertisement - 链路状态公告），建立邻接关系的OSPF路由器之间将交互LSA，最终形成包含整个网络完整链路状态信息的LSDB（Link State DataBase）链路状态数据库

计算路由

获取完整的LSDB过后，OSPF区域内的每个路由器将会对着区域的网络结构有相同的认识，如何根据LSDB的信息，运用SPF算法计算出路由，且避环路的产生。

如何建立邻居关系

OSPF进程启动后，以224.0.0.5进行组播发送Hello包，用以寻找邻居， Hello包里面包含了：

始发路由器的Router-id
始发路由器接口的区域ID（Area ID）
始发路由器接口的子网掩码
选定的DR路由器
路由器的优先级
等信息

其中建立邻居关系的前提是：双方接口UP``双方接口IP地址在同一网段``双方接口在同一区域一台路由器可以有很多邻居，也可以同时成为几台或者其他的路由器邻居，所有的信息都会存在邻居表内。 通过互收Hello包，将状态转换为Init状态，之后两边Hello包内协商某些参数后，才能确定为邻居，状态修改为2-Way当双方链路状态信息交互成功后，邻居状态修改为Full，就表明邻居之间链路状态信息已经同步

Init：
初始化[收到了对方的Hello报文，但Hello报文中的邻居字段没有本机的Router-ID]
2-Way：
邻居关系[双方互相发现，收到了对方的Hello报文，并且报文中包含了乙方路由的Router-ID，并且确认了DR/BDR的角色关系]

BR与BDR选举

在未选举BR与BDR的状态下，链路中的邻接关系将变得非常巨大，消耗巨大的网络资源，可以由上图公式可算得网络内邻接关系的数量，为了解决这个问题，在OSPF引入了DR与BDR的概念。

本意是在网络中选举一台DR（Designated Router）指定路由器负责描述用LSA描述该网络类型以及网络内其他路由器，同时，他们也负责链路状态信息交互过程。 同样在选举DR的同时也在选举BDR（Backup Designated Riyter）指定备份路由器简单的说就是DR的备份，DR挂了就由他顶上，提升了可靠性

选举规则

首先优先级数字大的优先选择，默认优先级都是1

再接着是Router-id大的优先

Router-id

用来表述路由器的身份，产生的方法，有两种手动配置一个可存在/不可存在的IPv4的地址格式作为Router-ID，自动选举在所有环回口中选举IP地址最大的作为Route-ID，在所有物理接口中选举IP地址最大的作为Router-ID，建议是用手动方式配置一个环回口的IP地址作为Router-ID

链路状态信息传递

通过在路由器之间发送LSA（Link State Advertisement）链路状态公告来交换链路状态信息，通过获取对方LSA，来同步乙方OSPF区域内的链路状态信息。

为避免网络资源浪费，OSPF 路由器采取路由增量更新的机制发布 LSA，即只发布邻居缺失的链路状态给邻居

路由计算

路由计算

• 首先评估一台路由器到另一台路由器所需的开销（Cost）
• 同步区域内的所有路由器的LSDB
• 使用SPF算法计算出路由

数据库同步的工作流程

• 向邻接路由器发送DD报文，通告本地LSDB中所有LSA的摘要信息
• 收到DD后，与本地LSDB对比，向对方发送LSR报文，请求发送本机所需的LSA的完整信息
• 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
• 收到LSU后，向对方回复LSAck报文，进行确认

OSPF三张表

路由表

记录了由SPF算法计算过后的路由

邻居表

记录邻居关系和状态

拓扑表

链路状态数据库

OSPF报文类型

• Hello报文 ：

  用于发现和建立邻居关系，维护邻居状态

• DD报文 ：

  用于描述本地LSDB中所有的LSA摘要

• LSR报文 ：

  用于链路状态请求，自身所要更新的链路状态详细信息

• LSU报文 ：

  用于链路状态更新

• LSACK报文 ：

  用于链路状态确认报文

OSPF多区域概念

分区域管理是为了环节单区域管理中，节点压力过大的问题，将一个大区域划分为多个小区域（Area）来管理，划分之后的系统内通信将划为三种：区域内通信、区域间通信、区域外部通信

区域内通信

—在同一个区域内的路由器之间的通信 路由角色可以叫IR，区域内部路由器 用于内部通信，所有接口都在同一个区域内

区域间通信

不同区域的路由器之间的通信 路由器角色可以叫ABR，区域间路由器 用于区域之间通信

区域内部通信

OSPF 域内路由器与另一个自治系统内的路由器之间的通信 路由器角色可以叫ASBR，自治系统边界路由器 用于连接外部自治系统的路由器

OSPF区域类型

• 骨干区域 ：

  每个OSPF网络中只能有一个骨干区域，一般都是Area 0，骨干区域主要用于连接其他非骨干区域，且每个非骨干区域必须要与骨干区域相连接

• 非骨干区域 ：

• 所有的非骨干区域必须和骨干区域相连接

OSPF的开销计算

参考带宽：

• 计算开销的基准带宽值
• 默认参考带宽为100M
• 建议把网络中最高的链路带宽设置为参考带宽。
• 参考带宽仅本地有效

计算方法：

• 链路带宽大于等于参考带宽 Cost = 1
• 链路带宽小于参考带宽Cost = 参考带宽/链路带宽MB

OSPF的优点

1. OSPF 区域内的路由器对整个网络的拓扑结构有相同的认识，在此基础上计算的路由不可能产生环路
2. 当网络结构变更时，所有路由器能迅速获得变更后的网络拓扑结构，网络收敛速度快
3. 由于引入了Router ID的概念，OSPF区域内的每台路由器的行为都能很好地被跟踪
4. 使用 SPF 算法计算路由，路由选择与网络能力直接挂钩，选路更合理
5. OSPF 采用多种手段保证信息传递的可靠性、准确性，确保每台路由器网络信息同步，同时，避免了不必要的网络资源浪费

OSPF基础配置

[系统]ospf [ID] router-id [Router-ID]  #设置Router-id 
router-id [Router-ID] #在系统视图下设置Router-ID 会被应用到所有的协议[全局]，其中在协议内配置的Router-ID高
[进程]area [ID] #进入区域ID，区域的编号格式也是IPv4地址格式
[区域]network [network] [反网掩码]#宣告网络，反网掩码也叫掩码通配符
[进程]silent-interface [interface] #静默接口
ospf network-type [broadcast | nbma | p2mp unicast | p2p | peer-address-check ] #手动修改网络类型
[进程]ospf-router-advertise [always | permit-calculate-other | cost [Cost] | route-policy [name] | type [Type] | summary cost [cost]] #配置OSPF引入缺省路由，always，如果本机没有配置默认路由，使用此参数可以参数一个描述默认路由的一个LSA发布出去，Cost为改默认路由的度量值，type为LSA的类型。
[接口]ospf timer hello [seconds] #修改Hello Time 计时器时间
[接口]ospf time dead [seconds] #修改邻居失效时间
[接口]ospf dr-priority [priority] #修改启用OSPF的接口的路由器优先级
[接口]ospf cost [cost] #修改开销值
bandwitdth-reference [value] #修改OSPF的参考带宽
display ospf interface #显示ospf接口信息
display ospf peer #显示邻居关系FULL为邻接关系，2-Way为邻居关系
display ospf lsdb #查看LSDB数据库
display ospf routing #查看OSPF路由
display ospf lsdb #插件本地LSDB汇总情况
display ospf verbose #查看OSPF进程详细信息
display ospf statistics #显示OSPF统计信息
display ospf interface #查看OSPF接口信息
display ospf routing #查看OSPF路由信息
dispaly ospf statistics error #显示ospf错误信息[排错常用]