本文講述了華為HCIP認證OSPF協(xié)議。分享給大家供大家參考，具體如下：
 

OSPF協(xié)議基礎

• ◉ 鏈路狀態(tài)路由協(xié)議OSPF
• ◉ OSPF的工作過程
• OSPF基本工作原理
  • ◉ 鄰居建立過程
    • Router ID
    • 發(fā)現(xiàn)并建立鄰居 - Hello報文
    • OSPF鄰居建立過程
    • 發(fā)現(xiàn)并建立鄰居 - 手動建立
  • ◉ 鏈路狀態(tài)信息
    • 網(wǎng)絡類型 - P2P網(wǎng)絡
    • 網(wǎng)絡類型 - 廣播型網(wǎng)絡
    • 網(wǎng)絡類型 - NBMA網(wǎng)絡
    • 網(wǎng)絡類型 - P2MP網(wǎng)絡
    • OSPF的度量方式
  • ◉ 報文類型及作用
    • OSPF協(xié)議報文頭部
    • OSPF報文類型
    • OSP報文的功能需求
  • ◉ LSDB同步過程
    • OSPF的LSDB同步
    • OSPF鄰居狀態(tài)機
    • LSA頭部
  • ◉ DR與BDR的選舉及作用
    • DR與BDR作用
    • DR與BDR選舉
    • 鄰居與鄰接關系

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◉ 鏈路狀態(tài)路由協(xié)議OSPF

所謂Link State（鏈路狀態(tài)）指的就是路由器的接口狀態(tài)。

路由信息傳遞與路由計算分離
OSPF作為鏈路狀態(tài)路由協(xié)議，不直接傳遞各路由器的路由表，而傳遞鏈路狀態(tài)信息，各路由器基于鏈路狀態(tài)信息獨立計算路由。

基于SPF算法
所有路由器各自維護一個鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。鄰居路由器間先同步鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，再各自基于SPF（Shortest Path First）算法計算最優(yōu)路由，從而提高收斂速度。

以“累計鏈路開銷”作為選路參考值
在度量方式上，OSPF將鏈路帶寬作為選路時的參考依據(jù)。“累計帶寬”是一種要比“累積跳數(shù)”更科學的計算方式。

◉ OSPF的工作過程

OSPF的路由計算過程：

• 路由器之間發(fā)現(xiàn)并建立鄰居關系。
• 每臺路由器產(chǎn)生并向鄰居泛洪鏈路狀態(tài)信息，同時收集來自其他路由器鏈路狀態(tài)信息，完成LSDB（Link State Database）的同步。
• 每臺路由器基于LSDB通過SPF算法，計算得到一棵以自己為根的SPT（Shortest Path Tree），再以SPT為基礎計算去往各目的網(wǎng)絡的最優(yōu)路由，并形成路由表。

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OSPF基本工作原理

◉ 鄰居建立過程

Router ID

用于在自治系統(tǒng)中唯一標識一臺運行OSPF的路由器，每臺運行OSPF的路由器都有一個Router ID。

Router ID是一個32位的無符號整數(shù)，其格式和IP地址的格式是一樣的。

OSPF的路由器Router ID重新配置后，可以通過重置OSPF進程來更新Router ID。

Router ID選舉規(guī)則：

• 手動配置OSPF路由器的Router ID（通常建議手動配置）；
• 如果沒有手動配置Router ID，則路由器使用Loopback接口中最大的IP地址作為Router ID；
• 如果沒有配置Loopback接口，則路由器使用物理接口中最大的IP地址作為Router ID。

發(fā)現(xiàn)并建立鄰居 - Hello報文

OSPF路由器之間在交換鏈路狀態(tài)信息之前，首先需要彼此建立鄰居關系，通過Hello報文實現(xiàn)。

• OSPF協(xié)議通過Hello報文可以讓互聯(lián)的路由器間自動發(fā)現(xiàn)并建立鄰居關系，為后續(xù)可達性信息的同步作準備。
• 在形成鄰居關系過程中，路由器通過Hello報文完成一些參數(shù)的協(xié)商。
• 鄰居關系建立后，周期性的Hello報文發(fā)送還可以實現(xiàn)鄰居保持的功能，在一定時間內(nèi)沒有收到鄰居的Hello報文，則會中斷路由器間的OSPF鄰居關系。

Hello報文的作用：

• 鄰居發(fā)現(xiàn)：自動發(fā)現(xiàn)鄰居路由器。
• 鄰居建立：完成Hello報文中的參數(shù)協(xié)商，建立鄰居關系。
• 鄰居保持：通過Keepalive機制，檢測鄰居運行狀態(tài)。

OSPF鄰居建立過程

狀態(tài)含義：

• Down：這是鄰居的初始狀態(tài)，表示沒有從鄰居收到任何信息。
• Init：在此狀態(tài)下，路由器已經(jīng)從鄰居收到了Hello報文，但是自己的Router ID不在所收到的Hello報文的鄰居列表中，表示尚未與鄰居建立雙向通信關系。
• 2-Way：在此狀態(tài)下，路由器發(fā)現(xiàn)自己的Router ID存在于收到的Hello報文的鄰居列表中，已確認可以雙向通信。
  

鄰居建立過程：

• RTA和RTB的Router ID分別為1.1.1.1和2.2.2.2。當RTA啟動OSPF后，RTA會發(fā)送第一個Hello報文。此報文中鄰居列表為空，此時狀態(tài)為Down，RTB收到RTA的這個Hello報文，狀態(tài)置為Init。
• RTB發(fā)送Hello報文，此報文中鄰居列表為空，RTA收到RTB的Hello報文，狀態(tài)置為Init。
• RTB向RTA發(fā)送鄰居列表為1.1.1.1的Hello報文，RTA在收到的Hello報文鄰居列表中發(fā)現(xiàn)自己的Router ID，狀態(tài)置為2-way。
• RTA向RTB發(fā)送鄰居列表為2.2.2.2的Hello報文，RTB在收到的Hello報文鄰居列表中發(fā)現(xiàn)自己的Router ID，狀態(tài)置為2-way。

因為鄰居都是未知的，所以Hello報文的目的IP地址不是某個特定的單播地址。鄰居從無到有，OSPF采用組播的形式發(fā)送Hello報文（目的地址224.0.0.5）。

發(fā)現(xiàn)并建立鄰居 - 手動建立

OSPF支持通過單播方式建立鄰居關系。

對于不支持組播的網(wǎng)絡可以通過手動配置實現(xiàn)鄰居的發(fā)現(xiàn)與維護。

當網(wǎng)絡規(guī)模越來越大或者設備頻繁更新，相關聯(lián)的OSPF路由器都需要更改靜態(tài)配置，手動更改配置的工作量變大且容易出錯。除了特殊場景，一般情況下不適用手動配置的方式。

OSPF路由器之間建立鄰居關系是為了同步鏈路狀態(tài)信息。

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◉ 鏈路狀態(tài)信息

• 鏈路的類型
• 接口IP地址及掩碼
• 鏈路上所連接的鄰居路由器
• 鏈路的帶寬（開銷）
  

OSPF路由器同步的是最原始的鏈路狀態(tài)信息，而且對于鄰居路由器發(fā)來的鏈路狀態(tài)信息，僅作轉(zhuǎn)發(fā)。最終所有路由器都將擁有一份相同且完整的原始鏈路狀態(tài)信息。

每臺運行OSPF協(xié)議的路由器所描述的信息中都應該包括鏈路的類型、接口IP地址及掩碼、鏈路上的鄰居、鏈路的開銷等信息。

路由器只需要知道目的網(wǎng)絡號/掩碼、下一跳、開銷（接口IP地址及掩碼、鏈路上的鄰居、鏈路的開銷）即可。

網(wǎng)絡類型 - P2P網(wǎng)絡

• 僅兩臺路由互連。
• 支持廣播、組播。
  

P2P網(wǎng)絡連接了一對路由器，廣播、組播數(shù)據(jù)包都可以轉(zhuǎn)發(fā)。

P2P網(wǎng)絡的例子：兩臺通過PPP（Point-to-Point Protocol）鏈路相連的路由器網(wǎng)絡。

網(wǎng)絡類型 - 廣播型網(wǎng)絡

• 兩臺或兩臺以上的路由器通過共享介質(zhì)互連。
• 支持廣播、組播。

廣播型網(wǎng)絡支持兩臺及兩臺以上的設備接入同一共享鏈路且可以支持廣播、組播報文的轉(zhuǎn)發(fā)，是OSPF最常見的網(wǎng)絡類型。

廣播型網(wǎng)絡的例子：通過以太網(wǎng)鏈路相連的路由器網(wǎng)絡。

同時因為一個廣播型網(wǎng)絡中存在多臺設備，鄰居關系建立以及鏈路信息同步方面，OSPF都有對應的特性來減少同一網(wǎng)絡多臺設備帶來的不利影響。

網(wǎng)絡類型 - NBMA網(wǎng)絡

• 兩臺或兩臺以上路由器通過VC互連。
• 不支持廣播、組播。
  

與廣播型網(wǎng)絡不同的是NBMA網(wǎng)絡默認不支持廣播與組播報文的轉(zhuǎn)發(fā)。在NBMA網(wǎng)絡上，OSPF模擬在廣播型網(wǎng)絡上的操作，但是每個路由器的鄰居需要手動配置。

NBMA（non-broadcast multiple access）型網(wǎng)絡的例子：通過全互連的幀中繼鏈路相連的路由器網(wǎng)絡。

在現(xiàn)在的網(wǎng)絡部署中，NBMA網(wǎng)絡已經(jīng)很少了。

網(wǎng)絡類型 - P2MP網(wǎng)絡

• 多個點到點網(wǎng)絡的集合。
• 支持廣播、組播。
  

將一個非廣播網(wǎng)絡看成是一組P2P網(wǎng)絡，這樣的非廣播網(wǎng)絡便成為了一個點到多點（P2MP）網(wǎng)絡。在P2MP網(wǎng)絡上，每個路由器的OSPF鄰居可以使用反向地址解析協(xié)議（Inverse ARP）來發(fā)現(xiàn)。P2MP可以看作是多個P2P的集合，P2MP可以支持廣播、組播的轉(zhuǎn)發(fā)。

沒有一種鏈路層協(xié)議默認屬于P2MP類型網(wǎng)絡，也就是說必須是由其他的網(wǎng)絡類型強制更改為P2MP。常見的做法是將非完全連接的幀中繼或ATM改為P2MP的網(wǎng)絡。

OSPF的度量方式

OSPF在計算接口的cost時，cost=參考帶寬/實際帶寬，默認參考帶寬為100M。當計算結果有小數(shù)位時，只取整數(shù)位；結果小于1時，cost取1。

若需要調(diào)整接口cost值有兩種方式：

• 直接在接口下配置，需要注意的是，配置的cost是此接口最終的cost值，作用范圍僅限于本接口。
• 修改OSPF的默認參考帶寬值，作用范圍是本路由器使能OSPF的接口。建議參考整個網(wǎng)絡的帶寬情況建立參考基線，所有路由器修改相同的參考帶寬值，從而確保選路的一致性。

OSPF以“累計cost”為開銷值，也就是流量從源網(wǎng)絡到目的網(wǎng)絡所經(jīng)過所有路由器的出接口的cost總和，以RTA訪問RTC Loopback 1接口192.168.3.3為例，其cost=G1’s cost+G3’s cost。

OSPF的度量方式不僅考慮“跳數(shù)”，而且還考慮了“帶寬”，選擇最優(yōu)的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。

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◉ 報文類型及作用

OSPF協(xié)議報文頭部

OSPF有規(guī)定的通信標準，使用IP承載其報文，協(xié)議號為89。

在OSPF Packet部分，所有的OSPF報文均使用相同的OSPF報文頭部：

• Version：對于當前所使用的OSPFv2，該字段的值為2。
• Type：OSPF報文類型。
• Packet length：表示整個OSPF報文的長度，單位是字節(jié)。
• Router ID：表示生成此報文的路由器的Router ID。
• Area ID：表示此報文需要被通告到的區(qū)域。
• Checksum：校驗字段，其校驗的范圍是整個OSPF報文，包括OSPF報文頭部。
• Auth Type：為0時表示不認證；為1時表示簡單的明文密碼認證；為2時表示加密（MD5）認證。
• Authentication：認證所需的信息。該字段的內(nèi)容隨AuType的值不同而不同。

OSPF報文類型

Type=1為Hello報文，用來建立和維護鄰居關系，鄰居關系建立之前，路由器之間需要進行參數(shù)協(xié)商。

Type=2為數(shù)據(jù)庫描述報文（DD），用來向鄰居路由器描述本地鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，使得鄰居路由器識別出數(shù)據(jù)庫中的LSA是否完整。

Type=3為鏈路狀態(tài)請求報文（LSR），路由器根據(jù)鄰居的DD報文，判斷本地數(shù)據(jù)庫是否完整，如不完整，路由器把這些LSA記錄進鏈路狀態(tài)請求列表中，然后發(fā)送一個LSR給鄰居路由器。

Type=4為鏈路狀態(tài)更新報文（LSU），用于響應鄰居路由器發(fā)來的LSR，根據(jù)LSR中的請求列表，發(fā)送對應LSA給鄰居路由器，真正實現(xiàn)LSA的泛洪與同步。

Type=5為鏈路狀態(tài)確認報文（LSAck），用來對收到的LSA進行確認，保證同步過程的可靠性。

DD、LSR、LSU、LSAck與LSA的關系：

• DD報文中包含LSA頭部信息，包括LS Type、LS ID、Advertising Router 、LS Sequence Number、LS Checksum。
• LSR中包含LS Type 、LS ID和Advertising Router 。
• LSU中包含完整的LSA信息。
• LSAck中包含LSA頭部信息，包括LS Type、LS ID、Advertising Router、LS Sequence Number、LS Checksum。

OSP報文的功能需求

OSPF路由器之間為了完成LSA的同步，可以直接把本地所有LSA發(fā)給鄰居路由器，但是鄰居路由器直接同步LSA并不是最好的方式。

更快速、更高效的方式是先在鄰居路由器之間傳送關鍵信息，路由器基于這些關鍵信息識別出哪些LSA是沒有的、哪些是需要更新的，然后向鄰居路由器請求詳細的LSA內(nèi)容。

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◉ LSDB同步過程

OSPF的LSDB同步

狀態(tài)含義：

• ExStart：鄰居狀態(tài)變成此狀態(tài)以后，路由器開始向鄰居發(fā)送DD報文。Master/Slave關系是在此狀態(tài)下形成的，初始DD序列號也是在此狀態(tài)下確定的。在此狀態(tài)下發(fā)送的DD報文不包含鏈路狀態(tài)描述。
• Exchange：在此狀態(tài)下，路由器與鄰居之間相互發(fā)送包含鏈路狀態(tài)信息摘要的DD報文。
• Loading：在此狀態(tài)下，路由器與鄰居之間相互發(fā)送LSR報文、LSU報文、LSAck報文。
• Full：LSDB同步過程完成，路由器與鄰居之間形成了完全的鄰接關系。
  

LSDB同步過程：

• RTA和RTB的Router ID分別為1.1.1.1和2.2.2.2并且二者已建立了鄰居關系。當RTA的鄰居狀態(tài)變?yōu)镋xStart后，RTA會發(fā)送第一個DD報文。此報文中，DD序列號被隨機設置為X，I-bit設置為1，表示這是第一個DD報文，M-bit設置為1，表示后續(xù)還有DD報文要發(fā)送，MS-bit設置為1，表示RTA宣告自己為Master。
• 當RTB的鄰居狀態(tài)變?yōu)镋xStart后，RTB會發(fā)送第一個DD報文。此報文中，DD序列號被隨機設置為Y（I-bit=1，M-bit=1，MS-bit=1，含義同上）。由于RTB的Router ID較大，所以RTB將成為真正的Master。收到此報文后，RTA會產(chǎn)生一個Negotiation-Done事件，并將鄰居狀態(tài)從ExStart變?yōu)镋xchange。
• 當RTA的鄰居狀態(tài)變?yōu)镋xchange后，RTA會發(fā)送一個新的DD報文，此報文中包含了LSDB的摘要信息，序列號設置為RTB在步驟2中使用的序列號Y，I-bit=0，表示這不是第一個DD報文，M-bit=0，表示這是最后一個包含LSDB摘要信息的DD報文，MS-bit=0，表示RTA宣告自己為Slave。收到此報文后，RTB會產(chǎn)生一個Negotiation-Done事件，并將鄰居狀態(tài)從ExStart變?yōu)镋xchange。
• 當RTB的鄰居狀態(tài)變?yōu)镋xchange后，RTB會發(fā)送一個新的DD報文，此報文包含了LSDB的摘要信息，DD序列號設置為Y+1, MS-bit=1，表示RTB宣告自己為Master。
• 雖然RTA不需要發(fā)送新的包含LSDB摘要信息的DD報文，但是作為Slave，RTA需要對Master發(fā)送的每一個DD報文進行確認。所以，RTA向RTB發(fā)送一個新的DD報文，序列號為Y+1，該報文內(nèi)容為空。發(fā)送完此報文后，RTA產(chǎn)生一個Exchange-Done事件，將鄰居狀態(tài)變?yōu)長oading。RTB收到此報文后，會將鄰居狀態(tài)變?yōu)镕ull（假設RTB的LSDB是最新最全的，不需要向RTA請求更新）。
• RTA開始向RTB發(fā)送LSR報文，請求那些在Exchange狀態(tài)下通過DD報文發(fā)現(xiàn)的、并且在本地LSDB中沒有的鏈路狀態(tài)信息。
• RTB向RTA發(fā)送LSU報文，LSU報文中包含了那些被請求的鏈路狀態(tài)的詳細信息。RTA在完成LSU報文的接收之后，會將鄰居狀態(tài)從Loading變?yōu)镕ull。
• RTA向RTB發(fā)送LSAck報文，作為對LSU報文的確認。RTB收到LSAck報文后，雙方便建立起了完全的鄰接關系。

從建立鄰居關系到同步LSDB的過程較為復雜，錯誤的配置或設備鏈路故障都會導致無法完成LSDB同步。為了快速排障，最關鍵的是要理解不同狀態(tài)之間切換的觸發(fā)原因。

OSPF鄰居狀態(tài)機

這是形成鄰居關系的過程和相關鄰居狀態(tài)的變換過程。

• Down：這是鄰居的初始狀態(tài)，表示沒有從鄰居收到任何信息。在NBMA網(wǎng)絡上，此狀態(tài)下仍然可以向靜態(tài)配置的鄰居發(fā)送Hello報文，發(fā)送間隔為PollInterval，通常和Router DeadInterval間隔相同。
• Attempt：此狀態(tài)只在NBMA網(wǎng)絡上存在，表示沒有收到鄰居的任何信息，但是已經(jīng)周期性的向鄰居發(fā)送報文，發(fā)送間隔為HelloInterval。如果Router DeadInterval間隔內(nèi)未收到鄰居的Hello報文，則轉(zhuǎn)為Down狀態(tài)。
• Init：在此狀態(tài)下，路由器已經(jīng)從鄰居收到了Hello報文，但是自己不在所收到的Hello報文的鄰居列表中，表示尚未與鄰居建立雙向通信關系。在此狀態(tài)下的鄰居要被包含在自己所發(fā)送的Hello報文的鄰居列表中。
• 2-Way Received：此事件表示路由器發(fā)現(xiàn)與鄰居的雙向通信已經(jīng)開始（發(fā)現(xiàn)自己在鄰居發(fā)送的Hello報文的鄰居列表中）。Init狀態(tài)下產(chǎn)生此事件之后，如果需要和鄰居建立鄰接關系則進入ExStart狀態(tài)，開始數(shù)據(jù)庫同步過程，如果不能與鄰居建立鄰接關系則進入2-Way。
• 2-Way：在此狀態(tài)下，雙向通信已經(jīng)建立，但是沒有與鄰居建立鄰接關系。這是建立鄰接關系以前的最高級狀態(tài)。
• 1-Way Received：此事件表示路由器發(fā)現(xiàn)自己沒有在鄰居發(fā)送Hello報文的鄰居列表中，通常是由于對端鄰居重啟造成的。
• ExStart：這是形成鄰接關系的第一個步驟，鄰居狀態(tài)變成此狀態(tài)以后，路由器開始向鄰居發(fā)送DD報文。主從關系是在此狀態(tài)下形成的；初始DD序列號是在此狀態(tài)下決定的。在此狀態(tài)下發(fā)送的DD報文不包含鏈路狀態(tài)描述。
• Exchange：此狀態(tài)下路由器相互發(fā)送包含鏈路狀態(tài)信息摘要的DD報文，描述本地LSDB的內(nèi)容。
• Loading：相互發(fā)送LS Request報文請求LSA，發(fā)送LS Update通告LSA。
• Full：兩臺路由器的LSDB已經(jīng)同步。

LSA頭部

LSA是OSPF鏈路狀態(tài)信息的載體

LSA（Link State Advertisement）是路由器之間鏈路狀態(tài)信息的載體。LSA是LSDB的最小組成單位，也就是說LSDB由一條條LSA構成的。

所有的LSA都擁有相同的頭部，關鍵字段的含義如下：

• LS age：此字段表示LSA已經(jīng)生存的時間，單位是秒。
• LS type：此字段標識了LSA的格式和功能。常用的LSA類型有五種。
• Link State ID：此字段是該LSA所描述的那部分鏈路的標識，例如Router ID等。
• Advertising Router：此字段是產(chǎn)生此LSA的路由器的Router ID。
• LS sequence number：此字段用于檢測舊的和重復的LSA。

LS type，Link State ID和Advertising Router的組合共同標識一條LSA。

LSDB中除了自己生成的LSA，另一部分是從鄰居路由器接收的。鄰居路由器之間相互更新LSA必然需要一個“通道”。

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◉ DR與BDR的選舉及作用

DR與BDR作用

• 減少鄰接關系
• 降低OSPF協(xié)議流量
  

DR（Designated Router）即指定路由器，其負責在MA網(wǎng)絡建立和維護鄰接關系并負責LSA的同步。

DR與其他所有路由器形成鄰接關系并交換鏈路狀態(tài)信息，其他路由器之間不直接交換鏈路狀態(tài)信息。這樣就大大減少了MA網(wǎng)絡中的鄰接關系數(shù)量及交換鏈路狀態(tài)信息消耗的資源。

DR一旦出現(xiàn)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(tài)數(shù)據(jù)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(guī)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。

偽節(jié)點是一個虛擬設備節(jié)點，其功能需要某臺路由器來承載，下面將介紹DR/BDR的選舉規(guī)則。

DR與BDR選舉

選舉規(guī)則：DR/BDR的選舉是基于接口的

• 接口的DR優(yōu)先級越大越優(yōu)先

• 接口的DR優(yōu)先級相等時，Router ID越大越優(yōu)先

鄰居與鄰接關系

鄰居（Neighbor）關系與鄰接（Adjacency）關系是兩個不同的概念。OSPF路由器之間建立鄰居關系后，進行LSDB同步，最終形成鄰接關系。

在P2P網(wǎng)絡及P2MP網(wǎng)絡上，具有鄰居關系的路由器之間會進一步建立鄰接關系。

在廣播型網(wǎng)絡及NBMA網(wǎng)絡上，非DR/BDR路由器之間只能建立鄰居關系，不能建立鄰接關系，非DR/BDR路由器與DR/BDR路由器之間會建立鄰接關系，DR與BDR之間也會建立鄰接關系。

鄰接關系建立完成，意味著LSDB已經(jīng)完成同步，接下來OSPF路由器將基于LSDB使用SPF算法計算路由。