OSPF ： 开放式最短路径优先协议

使用范围：IGP
协议算法特点： 链路状态型路由协议，SPF算法
协议是否传递网络掩码：传递网络掩码
协议封装：基于IP协议封装，协议号为 89

一.OSPF 特点

1.OSPF 是一种典型的链路状态型路由协议
2.传递信息称作LSA，LSA 链路状态通告，包含路由信息和拓扑信息。路由LSA：描述本路由器上接口的路由信息拓扑LSA：描述路由器之间的连接状态
3.更新方式： 触发更新+30分钟的链路状态刷新 
4.更新地址： 组播和单播更新，组播地址： 224.0.0.5（ALL SPF router） 224.0.0.6 （ALL DR router）
5.支持路由认证
6.支持手工汇总
7.支持区域划分
8.OSPF 比较消耗设备资源

二.OSPF 区域

区域划分的意义： 1.减少LSA的数量 2.减少LSA的传播范围
区域的划分是基于接口的（链路的）

区域的标记：使用了32个二进制 1.十进制 2.类似于IP地址 A.B.C.D

区域的分类：
骨干区域： 区域标记为0或0.0.0.0
非骨干区域：区域标记不等于0或0.0.0.0

区域设计原则： 向日葵型网络结构
1.OSPF网络中必须存在并唯一的骨干区域（单区域除外）
2.若存在非骨干区域，非骨干区域必须与骨干区域直接相连

OSPF中路由器的角色：

 骨干路由器：非骨干路由器：ABR：区域边界路由器，能够产生3类LSA的路由器ASBR：自治系统边界路由器，能够产生5类或7类LSA的路由器

三.OSPF 消息数据包

Hello DBD LSR LSU LSACK

hello包 -- 组播收发，用于邻居、邻接关系的发现、建立、周期保活  
DBD -- 数据库描述包--  本地LSDB（链路状态数据库）目录
LSR---链路状态请求 --  用于询问对端本地未知的LSA信息
LSU-- 链路状态更新 --  用于共享具体的每一条LSA信息
LSack 链路状态确认 -- 确认包

hello： 周期性发送，周期时间10s或30s（根据不同的网络类型默认10s或30s）
目的：建立并维持OSPF 邻居关系（邻居关系建立之后充当保活包功能）

DBD：数据库描述数据包
1.主从选举DBD： 比较双方的router-id ，router-id大的一方为主
（master ）：小的一方为从
（slave）：主用于控制LSA的交互
2.携带LSA头部信息的DBD

LSR： 链路状态请求，按照DBD中报文的未知LSA头部进行请求。

四.OSPF 邻居状态机制

Down、 init 、 attempt（过渡） 、 two-way 、 exstart 、exchange 、loading 、full
Down 一旦接收到对端的hello包进入下一个状态。
Init —初始化状态，一旦开始发送hello报文，进入初始化状态。
Two-way—双向通信状态（邻居状态），接收到包含自己router-id 的对方hello报文。
条件：点到点网络直接进入下一个状态机；MA网络进行DR/BDR选举，非DR/BDR之间不能进入下一个状态机。
邻居关系建立条件：

1.router-id 必须不同
2.area ID 相同
3.认证： 认证类型 （不认证=0 明文认证=1 MD5=2） 认证数据
4.hello时间，dead时间必须一致
5.特殊区域标识一致（E（外部路由位）=1 ； N（NSSA外部路由位）=0 P=0）
6.MA网络中，网络掩码必须一致
7.必须同时使用单播或组播更新
8.更新源检测（双方的IP地址必须在同一网段）

邻居状态下（two-way）： MA的网络中会选举DR（指定路由器） BDR（备份指定路由器）

DR选举：

 1.比较优先级 （范围：0-255，默认优先级为1 ，越大越优） 2.比较各自的router-id，越大越优

注意：

1.DR抢占是关闭的 
2.DR是一个接口概念 
3.优先级范围0-255，数字为0代表不参与选举
4.先选举BDR ，再升级为DR 

主从选举：发生在exstart状态， 通过双方的router-id进行比较，router-id大的一方为主。 发送的主从选举DBD，DBD中包含了MTU值（默认思科直接启用，华为中默认不包含MTU，可以使用命令激活传递MTU值的功能，若双方的MTU值不值则卡在exstart 状态）。

Exstart—预启动状态，一旦开始发送主从DBD，则进入预启动状态。

Exchange —预交换，主从选举完成，则发送携带LSA头部信息的DBD，进入预交换状态，会发送LSR数据包。（但是没有LSU）。

Loading —加载状态，一旦发送LSU数据包，进入了加载状态，进行大量LSA的学习。

Full —邻接状态。双方LSA同步（双方LSA全部学习）

五、OSPF的工作过程

路由器上启动OSPF协议后，直连的邻居间，开始组播收发hello包，hello包中将存储本地已知邻居的RID，在双方RID均已知的情况下，建立邻居关系，生成邻居表；
邻居关系建立后，邻居间将进行条件匹配，匹配失败将停留为邻居关系，仅hello周期保活即可；匹配成功者间将进行邻接关系的建立；
邻接关系间的路由器，将使用DBD/LSR/LSU/LSack来获取本地未知的所有LSA信息；使得同一区域内所有路由器的数据库完全一致；---- 数据库表；
当本地数据库完成同步后，将数据库–>有向图–>树型结构图–>将本地到达所有未知网段的最短路径加载于本地路由表中；
收敛完成，仅hello包周期保活即可；正常每30min，邻接关系间再进行一次DBD的对比，若一致及正常；若不一致将马上进行同步；

结构突变：触发更新

1、断开网段 直连断开网段的设备，直接使用LSU告知邻接，需确认
2、新增网段  直连新增网段的设备，直接使用LSU告知邻接，需确认
3、无法沟通    hello time 对应的 dead time ；dead time 到时时，断开邻居关系，去除基于该邻接共享的LSA计算所得路由；

六、OSPF的基础配置

[r1]ospf 1 router-id 1.1.1.1  
启动时，定义进程号，仅具有本地意义；建议配置RID。

RID格式为ipv4地址，且需要全网唯一。
手工配置–环回接口上取最大数值的ip地址—物理接口上最大ip地址的数值。

宣告：1、区域划分 2、接口激活协议 3、传递接口信息

[r1-ospf-1]area  0
[r1-ospf-1-area-0.0.0.0]network 1.1.1.1 0.0.0.0
[r1-ospf-1-area-0.0.0.0]network 12.1.1.0 0.0.0.255

区域划分规则：

1、星型结构 -- 区域0为骨干 大于0为非骨干  非骨干区域必须直连骨干区域
2、ABR--区域边界路由器   两个区域间必须依靠ABR连接

启动配置完成后，邻居间使用hello包建立邻居关系，生成邻居表：
hello包 – 组播收发 周期发送
hello time 10s 或30s
dead time 为hello time 4倍

邻居间hello包中有一些参数必须完全一致，否则无法建立邻居关系；
Hello 和dead time 、区域ID、认证参数、末梢区域标记；另外在华为的设备中OSPF要求邻居间接口上配置的ip地址，其掩码长度必须一致。

[r2]display  ospf peer  查看邻居表
[r2]display  ospf peer  brief   查看邻居关系简报

当邻居关系建立后，邻居间进行条件匹配，匹配失败，将保持为邻居关系；匹配成功，将建立为邻接关系，邻接关系将使用DBD/LSR/LSU/LSack来获取本地未知的所有LSA信息，同步生成数据库表—LSDB 链路状态数据库

[r2]display  ospf lsdb  查看数据库表

数据库表同步完成后，邻接间的互动完成，仅hello包保活；之后本地基于本地的数据库表；
转换为有向图，再转换为树形结构，最终将本地到达所有未知网段的最短路径，加载于本地的路由表中：

<r1>display  ip routing-table protocol  ospf 

默认ospf协议在华为设备中，优先级为10；度量为cost值
cost值=开销值= 参考带宽/接口带宽 默认参考带宽为100M
ospf协议将cost值之和最小定义为最佳路径，加载于本地路由表中

若接口带宽大于参考带宽，cost值为1，将可能导致选路不佳；可以修改默认的参考带宽

[r1]ospf 1 
[r1-ospf-1]bandwidth-reference ?INTEGER<1-2147483648>  The reference bandwidth (Mbits/s)
[r1-ospf-1]bandwidth-reference 1000

切记：一旦修改，整个网络所有ospf路由器需要一致；

关于ospf的MTU问题：
在ospf协议的DBD包中将携带本地接口的MTU值，若两端一致可以正常建立邻居关系；若不一致将无法建立邻接关系；
默认华为设备不携带MTU；

[r1-ospf-1] int g0/0/1  
[r1-GigabitEthernet0/0/1]ospf mtu-enable    两端设备均需开启

七、关于OSPF协议从邻居建立成为邻接的条件

根据网络类型决定
在点到点网络中，所有的邻居关系必然成为邻接关系
在MA网络中从邻居到邻接前将利用一个周期的dead time；进行DR/BDR选举；
先比较这些参选接口的优先级，默认1，取值范围0-255；越大越好，0标识不参选；
DR优先级最大，BDR次大；选举非抢占，故若希望干涉选举，需要重启ospf进程，或者将非DR/BDR修改为0；

[r2]interface GigabitEthernet 0/0/1
[r2-GigabitEthernet0/0/1]ospf dr-priority  3  修改优先级

重启进程

<r2>reset ospf process 
Warning: The OSPF process will be reset. Continue? [Y/N]:y

非DR/BDR间为邻居关系。

八、OSPF的接口网络类型

OSPF协议在不同的网络类型，其工作的方式不同

[r1]display  ospf interface GigabitEthernet 0/0/1OSPF Process 1 with Router ID 1.1.1.1InterfacesInterface: 12.1.1.1 (GigabitEthernet0/0/1)Cost: 1       State: DR        Type: Broadcast    MTU: 1500  

网络类型           ospf接口网络类型
LoopBack          P2P（LoopBack）  无hello    环回使用32位主机路由
点到点 （PPP/HDLC/GRE）P2P          10s hello time      不选DR/BDR 
BMA  （以太网）     Broadcast       10s hello time      选DR/BDR
NBMA   （MGRE）    P2P 

在tunnel接口上，ospf的默认工作方式为P2P，这种工作方式，只能建立一个邻居关系，故在MGRE环境中将无法正常工作；
修改接口的默认工作方式：

[r1]interface Tunnel 0/0/0
[r1-Tunnel0/0/0]ospf network-type ?broadcast  Specify OSPF broadcast networknbma       Specify OSPF NBMA networkp2mp       Specify OSPF point-to-multipoint networkp2p        Specify OSPF point-to-point network

切记：一个网段中所有接口的ospf工作方式必须一致；否则将无法建立邻居关系，或者因为不同工作方式的hello time一样，错误建邻，无法收敛；

当MGRE环境中，使用OSPF，且所有tunnel接口修改为broadcast工作方式后，必须基于拓扑接口考虑DR位置问题
MGRE可以构建不同的拓扑结构：

1、星型--中心到站点--轴辐状  中心站点为DR，取消BDR
2、全连网状 ---   不需要再关注DR
3、部分网状 --- 基于能够全网段内正常共享LSA来考虑最佳的DR位置