OSPF原理（1）

一、OSPF介绍

OSPF（Open Shortest Path First，开放最短路径优先）协议作为一种基于链路状态的路由协议，它为网络中的路由器提供了一种高效、可靠的方式来共享路由信息，并计算出最短路径。

特点：

• 收敛速度快，能快速适应网络变化。
• 支持区域划分，适合大规模网络。
• 提供更准确和详细的路由信息。
• 对网络拓扑变化的适应性强。

二、OSPF概念

1.Router ID

Router ID（路由器标识符）是一个 32 位的标识符，用于唯一标识一台 OSPF 路由器。

• 唯一性：在一个 OSPF 域内必须是唯一的，不能与其他路由器的 Router ID 重复。

• 选举规则：通常，管理员可以手动配置 Router ID。如果没有手动配置，OSPF 会自动选取路由器上活动的最大 IP 地址作为 Router ID。

• 稳定性要求：一旦确定，应尽量保持不变，因为 Router ID 的改变可能会导致一些路由信息的重新计算和传播，对网络稳定性有一定影响。

• 路由计算：在进行路由计算和构建拓扑结构时，Router ID 是关键的标识。

• 邻居建立：在 OSPF 邻居建立过程中，Router ID 用于识别不同的路由器。

2.链路状态

链路状态指的是路由器接口的状态信息，包括接口的 IP 地址、子网掩码、网络类型、Cost（成本）值等。

链路状态信息通过 LSA（Link State Advertisement，链路状态通告）报文在路由器之间进行交换。

主要作用包括：

• 构建拓扑图：通过收集各个路由器的链路状态信息，OSPF 可以构建出整个网络的拓扑结构，包括路由器的连接关系、链路的带宽等信息。
• 计算最优路径：基于链路状态信息和最短路径算法，OSPF 可以计算出到达每个目的地的最优路径，并将其存储在路由表中。
• 快速收敛：当网络拓扑发生变化时，路由器可以迅速感知并更新链路状态信息，从而快速计算出新的最优路径，实现快速收敛。
• 避免路由环路：OSPF 通过使用链路状态信息和最短路径算法，可以避免出现路由环路，保证网络的稳定性和可靠性。

3.Cost

Cost（花销）用于表示到达目的地的路径代价。

Cost 值通常由以下因素决定：

• 链路带宽：链路的带宽会影响 Cost 的值。一般来说，带宽越高，Cost 值越小，表示通过该链路到达目的地的代价越低。
• 接口类型：不同类型的接口可能具有不同的默认 Cost 值。例如，以太网接口的默认 Cost 值通常为 1，而广域网接口的默认 Cost 值可能较高。
• 手动配置：管理员可以手动配置接口的 Cost 值，以影响 OSPF 路由的选择。

Cost 的计算公式

• 通常是参考带宽除以接口带宽。例如，如果参考带宽为 100Mbps，而接口带宽为 10Mbps，则 Cost 值为 10。

Cost 值的作用

• 帮助 OSPF 协议选择最优路径，OSPF 路由器会根据链路状态信息和 Cost 值计算到达每个目的地的最短路径，并将其存储在路由表中。当需要转发数据包时，路由器会根据路由表选择成本最低的路径。

4.报文类型

• Hello 报文 ：用于发现、建立和维护邻居关系。
  • Hello 报文会被周期性地发送到邻居路由器，以确保链路的可用性和邻居的存在。Hello 报文还用于选举 DR和 BDR。
    • （Designated Router，指定路由器）
    • （Backup Designated Router，备份指定路由器）
• DD报文 ：数据库描述报文，用于描述本地链路状态数据库（LSDB）的情况。
  • DD 报文包含了 LSA的头部信息，用于与邻居路由器进行数据库同步。
    • （Database Description）
    • （Link State Advertisement，链路状态通告）
• LSR报文 ：链路状态请求报文，用于向邻居路由器请求自身缺少的链路状态信息。
  • 当路由器发现自己的链路状态数据库中缺少某些 LSA 时，会发送 LSR 报文请求邻居路由器发送相应的 LSA。
    • （Link State Request）
• LSU报文 ：链路状态更新报文，用于向邻居路由器发送详细的链路状态信息。
  • 当路由器接收到 LSR 报文后，会使用 LSU 报文回复请求的 LSA。LSU 报文包含了真正的 LSA 内容，用于更新邻居路由器的链路状态数据库。
    • （Link State Update）
• LSAck报文 ：链路状态确认报文，用于确认收到的 LSU 报文。
  • 当邻居路由器收到 LSU 报文后，会发送 LSAck 报文进行确认。LSAck 报文可以确保链路状态信息的传输可靠性。
    • （Link State Acknowledgment）

5.LSA类型

• 路由器 LSA ：每台运行 OSPF 的路由器都会产生这种类型的 LSA。

  • 它描述了路由器的接口和接口的Cost值以及描述路由器的特殊角色，如虚拟链路、ABR和 ASBR等。
    • （Router LSA，Type 1）
    • （Area Border Router，区域边界路由器）
    • （ Autonomous System Border Router，自治系统边界路由器）

• 网络 LSA ：在多路访问型网络（如以太网或帧中继网络）中，会选举出 DR（和 BDR。DR 会发送这种类型的 LSA，用来描述网络中的所有路由器。

  • （Network LSA，Type 2）

• 网络汇总 LSA ：由 ABR产生，用于通告其他区域的网络信息。

  • 汇总了与 ABR 相连的其他区域的网络信息，并将其发送到其他区域。
    • （Network Summary LSA，Type 3）
    • （Area Border Router，区域边界路由器）

• ASBR 汇总 LSA ：由 ABR 产生，用于通告 ASBR的位置。

  • 告诉其他区域 ASBR 的位置，以便其他区域的路由器能够通过 ABR 到达 ASBR。
    • （ASBR Summary LSA，Type 4）
    • （ Autonomous System Border Router，自治系统边界路由器）

• 外部 LSA ：由 ASBR 产生，用于通告外部路由信息。

  • 描述了 ASBR 从其他路由协议（如 BGP）学习到的路由信息，并将其通告给 OSPF 网络。
    • （External LSA，Type 5）

• 组播 LSA ：用于支持组播路由。

  • （Multicast LSA，Type 6）

• NSSA 外部 LSA ：在 NSSA使用，类似于 Type 5 LSA，但它的通告范围仅限于 NSSA 区域。

  • （NSSA External LSA，Type 7）
  • （Not-So-Stubby Area，非完全末梢区域）