OSPF

该协议叫做 OSPF - open shortest path first ，开放式 最短 路径 优先级协议，通过该协议计算出来的肯定是去往一个目标网络时，所使用的最短的、无环的转发路径。

该协议属于 OSI 模型第三层，协议号是 89 。 所有的 OSPF 报文，都是包含在IP头部后面

该协议的报文，是通过组播的方式发送的，组播地址是 224.0.0.5 和 224.0.0.6 。

然后在路由器之间来回的发送，从而就可以让路由器互相学习彼此的路由条目。

OSPF工作原理

1. 建立邻居表：包含的是成为邻居关系的设备，所有的OSPF报文，仅仅在邻居之间发送
2. 同步数据库：包含的是自己的以及从邻居学习过来的“链路状态信息/通告”- LSA(advertisement)
3. 计算路由表：包含的自己基于“数据库中的LSA”计算出来的最好的路由条目

OSPF报文类型

1. hello，用于邻居表的建立、维护和拆除
2. dd，database description，数据库描述报文，用于实现数据库的快速和可靠的同步
3. lsr，link state request，链路状态请求，用于请求想要的“LSA”的
4. lsu，link state update，链路状态更新，用于发送 LSA 报文的
5. lsack，link state acknowledge，链路状态确认，用于实现 LSR 和 LSU 的可靠传输

OSPF报文分析之 Hello

• OSPF报文封装

  OSPF报文是封装在IP头部后面，协议号为 89 ，目标IP是 224.0.0.5

• OSPF头部

  1. version: 表示的是 OSPF 协议的版本，默认是2。支持的IPv4；
  2. message type ： 信息类型，表示的是 OSPF 的报文类型，此时是 hello
  3. source ospf router : 表示的是发送这个 ospf 报文的路由器的 router-id
  4. packet length：表示的是后面的这个 OSPF 报文的大小/长度
  5. area id : 表示的是该报文是从哪个区域发送出来的
  6. packet checksum ：表示的报文的校验和，用于检测报文在传输过程中是否出错
  7. auth type：表示的是认证类型，也就是常说的加密类型，一般都是明文或者密文，默认情况下，OSPF的认证类型是 Null（空，也就是没认证）
  8. auth data ： 表示的是加密的密码

• OSPF hello

  1. network mask : 表示的是发送这个Hello报文的出接口的掩码
  2. hello interval : 表示的是该端口发送hello报文的周期，默认是 10s
  3. options：可选项，也通常被称之为“特殊标记位”，用来表示一个路由器的能力
  4. router priority : 路由优先级，默认是 1
  5. router dead interval ： 表示的是(邻居)路由器的死亡时间，默认是 40s
  6. designated router : 指定路由器，俗称 DR
  7. back designated router : 备份的指定路由器，俗称 BDR
  8. active neighbor : 活动邻居，通常称之为 neighbor-list → 邻居列表。表示的是自己认可、承认的邻居设备的 router-id

OSPF邻居建立影响因素

• 确保设备之间的IP地址互通

  建立邻居的设备，必须是同一个网段的；

  两个接口的IP地址，必须能够互相 ping 通

• 确保设备可以发送 hello 报文

  1. 接口必须通过 network 命令，正确宣告
  2. 确保接口不能够被配置为 OSPF 的静默接口

• 确定设备之间发送报文的方式

  1. 要么都是组播
  2. 要么都是单播

• 确保设备可以接收 hello报文

  1. 接口必须通过 network 命令，正确宣告
  2. 确保接口不能够被配置为 OSPF 的静默接口
  3. 该端口上如果配置了策略(ACL)，不能拒绝 OSPF 报文

• 确保设备可以比较 hello 报文

  1. router-id 不能相同
  2. area-id 必须相同
  3. 认证类型必须相同
  4. 认证密码必须相同
  5. 掩码必须相同**（特殊情况下）**
  6. hello 计时器必须相同
  7. 特殊标记位，必须相同
  8. 端口优先级，不能全为0**（特殊情况下）**
  9. dead计时器必须相同

  注意：特殊情况下，指的是“一个网段中需要 DR的情况”

OSPF邻居状态详解

• init

  初始化状态。

  当收到了对方设备发送过来的hello报文，并且参数协商成功。此时就会将该设备的router-id 放入到自己的邻居表中，状态设置为 init

  如果邻居卡在了该状态，说明：设备之间存在单向链路故障

• attempt

  尝试状态

  该状态呢，仅仅出现在NBMA 网络环境下，两边通过单播建立邻居的时候。

  每一个peer命令配置最后，都可以在邻居表中看到一个 处于 attempt 状态的邻居。

• two-way

  双向通信状态。

  当在对方发送过来的 hello 报文中的，发现自己的 router-id (active neighbor)，此时邻居的状态就会立刻从init 过渡到 two-way 状态。

  如果该网段中，同时存在多个 OSPF 路由器，那么就要在该状态(two-way)状态，进行DR/BDR的选举。

  但是，这个选举过程中，通常会在该状态持续 40s 的时间，目的就是为了在这个时间内尽量的收集更多的同网段设备发送的 ospf hello报文，这样一来呢，竞选出来的 dr/bdr 更加的客观。

  但是如此一来，就会导致 OSPF 邻居建立的时间就会变长

  如果邻居卡在了该状态，说明：设备之间想选DR，但是死活选不出来。因为优先级全0

• exstart

  交换初始化状态(exchange start)

  该状态下，两边互相交换的是第一个 DD 报文，但是此时该 DD报文中，啥简要信息都没包含。因为此时发送第一个 DD 报文的主要目的是，是为了确定两个设备之间的主从关系，为了实现后续的 DD 报文的可靠传输。一旦邻居设备之间的主从关系确定以后：从设备发送的DD报文的序列号，一定要和主设备发送的DD报文的序列号一致。

  主设备和从设备的竞选原则：

     仅仅比较设备之间的 router-id ，越大越好。
  
    并且，在该状态下，有的时候，设备之间是需要检查 DD 报文中的 MTU 字段的。
  
    如果两边的 MTU 取值不同，则邻居状态就会卡在 exstart，不会继续下去了。
  
    但是，在华为设备上，默认情况下，关闭了“MTU检查机制”。
  
    但是，在思科设备上，默认是开启了“DD报文中的MTU检查机制的”。
  
    如果邻居卡在了该状态，说明：两边的MTU取值不相同
  

• exchange

  交换状态

  该状态下，设备之间交换的就是大量的 DD 报文了。该报文中包含的是每个OSPF路由器的数据库中的 LSA 条目的简要信息。当两边的数据库题目的简要信息全都发送完毕了，就开始对比两边的数据库之间的差异了。知道了两边的数据库的不同之后，邻居设备之间就开始向对方请求自己没有的那些数据库条目信息 — LSA 。

  在上述的 DD报文中，我们可以明确的区分出 DD 报文是由主设备发送的，还是从设备发送的，可以明确的判断出当前两边的 DD 报文是否传输完毕了。因为在DD报文中

  包含了下面的3个重要的字段信息：

  • master/slave : 该字段如果取值1，说明是master(主设备)；如果取值0，则是从设备

  • more:该字段表示后面还有更多的 dd 报文；如果取值1，说明后续还有；如果取值0，

    则说明后续没有更多DD报文，即当前这个DD报文是最后1个DD报文

  • init：该字段表示是不是第一个DD报文；如果取值1，说明是第一个DD报文；如果

    取值0，则说明不是第一个DD报文

• loading

  加载状态

  该状态下，就是通过不断的发送 LSR 报文和 LSU 报文，实现两边的数据库同步。并且整个过程中，应该确保是安全和稳定的，所以每次发送 LSR 和LSU ，都会伴随着 LSAck的发送。

• Full

  完全邻接状态

  该状态下，两边的数据库条目（LSA）就完全一致了。

• down

  挂掉了

  该状态下，表示没有在规定的 dead 时间内，收到对方的任何的 ospf 报文

• 关于LSA的讨论

  1. 区域56中，有没有4类LSA？没有
  2. R2上，有几个4类LSA？2个
  3. 区域19的R9上，有没有R6产生的5类LSA？有
  4. 区域19的R9上，有没有R6产生的5类LSA表示的路由？没有的
  5. 区域12的R1上，关于 192.168.56.0/24 这个路由是通过几类LSA表示的？ 3类
  6. 在R1上有几个关于 192.168.56.0/24 的3类LSA ？ 2个
  7. 在R12上有几个关于 192.168.56.0/24 的3类LSA ？ 3个 0区域中R5发送的、12区域自己发送的、12区域另外一个ABR-R2发送的1个