一、OSPF 基础
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技术背景（RIP 的问题）
早期 RIP 因设计局限不适合大规模网络，主要问题：
- 最大跳数 15，限制网络规模；
- 30 秒周期性全量更新，浪费带宽；
- 收敛慢，易产生路由环路；
- 仅以跳数为度量，选路不精准。
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OSPF 协议特点
OSPF 是链路状态型 IGP，优势显著：
- 无跳数限制，支持大规模网络；
- 组播更新（Hello 用 224.0.0.5，DR/BDR 接收 LSU 用 224.0.0.6），节约带宽；
- 触发更新 + SPF 算法，收敛快且无环路；
- 以 Cost（与带宽成反比）为度量，选路更科学；
- 30 分钟周期性刷新 LSA，维持数据库时效性；
- 核心：传递链路状态信息（而非路由表），各路由器基于 LSDB 独立计算路由。
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OSPF 三张核心表
- 邻居表：记录通过 Hello 报文发现的邻居（含 Router ID、状态等），是建立邻接的基础；
- 拓扑表（LSDB）：存储区域内所有 LSA，描述完整拓扑，区域内路由器 LSDB 需完全同步；
- 路由表：由 SPF 算法基于 LSDB 计算生成，记录到达目标网络的最佳路径。
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OSPF 数据包类型与封装
封装在 IP 报文中（协议号 89），含 5 种类型：
- Hello：发现 / 维护邻居（需匹配 Hello/Dead 时间、掩码等）；
- DD：交换 LSDB 摘要（协商同步，含 MTU 信息）；
- LSR：请求缺失的 LSA；
- LSU：携带完整 LSA（响应 LSR 或泛洪更新）；
- LSAck：确认 LSU，保证可靠传输。
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OSPF 工作过程
- 阶段 1：建立邻居关系：通过 Hello 报文发现邻居，选举 DR/BDR（广播 / NBMA 网络）；
- 阶段 2：同步 LSDB：交换 DD 报文确认差异，用 LSR 请求、LSU 响应、LSAck 确认完成同步；
- 阶段 3：计算路由：LSDB 同步后进入 Full 状态，运行 SPF 算法生成路由表。
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OSPF 状态机
从邻居发现到完全邻接的状态流转：
Down→Init→2-Way（邻居关系建立）→ExStart（协商 DD 主从）→Exchange（交换 LSDB 摘要）→Loading（请求 / 接收 LSA）→Full（完全邻接，LSDB 同步）。
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Cost 计算
- 公式：Cost = 参考带宽（默认 100Mbps）/ 链路带宽（Mbps）；带宽≥参考带宽时 Cost=1；
- 建议将参考带宽设为网络最大带宽（如 10000Mbps），避免高带宽链路 Cost 相同。
二、OSPF 区域划分
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划分背景
单区域网络规模扩大时，LSDB 庞大、SPF 计算复杂、LSA 泛洪耗带宽，故引入区域划分。
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分区好处
- 限制 LSA 泛洪范围，降低开销；
- 提高网络可扩展性，便于管理。
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区域类型
- 骨干区域（Area 0）：核心，所有非骨干区域需直接 / 通过虚连接与之相连；
- 非骨干区域（Area 1,2...）：普通接入区域；
- 特殊区域：Stub、Totally Stub、NSSA、Totally NSSA（优化 LSDB 和路由表）。
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路由器类型
- 区域内路由器（IR）：所有接口属同一区域；
- 骨干路由器（BR）：至少 1 个接口连骨干区域；
- ABR：连接骨干与非骨干区域，传递区域间路由；
- ASBR：连接 OSPF 与其他 AS，引入外部路由。
三、LSA（链路状态通告）
LSA 是 OSPF 核心，描述拓扑 / 路由信息，共 6 种主要类型：
| 类型 | 生成者 | 描述内容 | 泛洪范围 |
|---|---|---|---|
| Type-1 | 区域内路由器 | 自身链路状态（直连网段、邻居） | 本区域 |
| Type-2 | DR（广播 / NBMA） | 网段信息及连接的路由器 | 本区域 |
| Type-3 | ABR | 区域间路由（网段形式） | 跨区域（经 ABR 更新） |
| Type-4 | ABR | 到达 ASBR 的路径 | 跨区域 |
| Type-5 | ASBR | 外部路由 | 整个 OSPF 域（除特殊区域） |
| Type-7 | NSSA 内 ASBR | NSSA 区域引入的外部路由 | 仅 NSSA 区域（ABR 转 Type-5） |
四、OSPF 网络类型
基于二层链路类型定义，影响邻居发现和 DR 选举：
| 网络类型 | 应用场景 | 报文发送方式 | DR/BDR 选举 | Hello/Dead 时间 |
|---|---|---|---|---|
| 广播 | 以太网 | 组播 | 需要 | 10s/40s |
| P2P | PPP/HDLC | 组播 | 不需要 | 10s/40s |
| NBMA | 帧中继 / ATM | 单播（手动指定邻居） | 需要 | 30s/120s |
| P2MP | 手动修改类型 | 单播（模拟组播） | 不需要 | 30s/120s |
五、OSPF 高级特性
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特殊区域
- Stub：不接收 Type-4/5 LSA，ABR 下发 Type-3 默认路由；
- Totally Stub：不接收 Type-3/4/5 LSA，仅 ABR 下发 Type-3 默认路由；
- NSSA：不接收 Type-4/5 LSA，允许本区域引入外部路由（Type-7），ABR 转 Type-5；
- Totally NSSA：不接收 Type-3/4/5 LSA，仅 ABR 下发 Type-3 默认路由。
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路由聚合
- ABR 聚合：将区域内多条 Type-3 LSA 聚合成一条，减少跨区域 LSA；
- ASBR 聚合：将引入的多条外部路由（Type-5/7）聚合，减少外部 LSA；
- 自动生成 Null0 黑洞路由防环。
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安全与控制
- 认证：支持接口 / 区域 / 虚链路认证（明文 / MD5）；
- 静默接口：不发送 Hello 报文，避免与终端建立邻居；
- 路由控制：通过修改优先级、Cost 调整选路，通过过滤控制 LSA。
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防环与选路
- 防环：区域内依赖 SPF 算法，区域间依赖 "非骨干区域必连骨干" 原则；
- 选路优先级：区域内路由 > 区域间路由 > 外部路由（Type-1 > Type-2）。