1. OSPF的基本概念

OSPF（開放式最短路徑優先）

OSPF（開放式最短路徑優先）是內部網關協議（內部網關協議，簡稱IGP）。與RIP相比，OSPF是一種鏈路狀態協議，而RIP是一種距離矢量路由協議。鏈接是路由器接口的另一種說法，因此OSPF也稱為接口狀態路由協議。 OSPF通過通告路由器之間網絡接口的狀態以生成最短路徑樹來構建鏈接狀態數據庫。每個OSPF路由器都使用這些最短路徑來構造路由表。

OSPF分為OSPFv2和OSPFv3兩個版本，其中OSPFv2用于IPv4網絡，而OSPFv3用于IPv6網絡。可用于大型網絡。

基本概念和術語：

鏈接狀態：

OSPF路由器收集其網絡區域中每個路由器的連接狀態信息，即鏈路狀態信息（Link-State），并生成鏈路狀態數據庫（Link-State Database）。路由器已經掌握了該區域中所有路由器的鏈路狀態信息，這相當于了解整個網絡的拓撲。 OSPF路由器使用“最短路徑優先（SPF）”算法來獨立計算到任何目的地的路由。

區：

OSPF協議引入了“分層路由”的概念，該概念將網絡劃分為一組通過“主干”連接的相互獨立的部分。這些獨立的部分稱為“區域”，“主干”部分稱為“主干區域”。每個區域就像一個獨立的網絡，該區域中的OSPF路由器僅保存該區域的鏈接狀態。每個路由器的鏈路狀態數據庫都可以保持合理的大小，路由計算時間和報文數不會太大。一個

2. OSPF數據包

1. hello package發現，維護和創建鄰居關系10s 40s

2. dbd軟件包數據庫摘要

3. lsr鏈接狀態請求

4. lsu鏈接狀態更新響應lsr承擔lsa

5. lsack鏈路狀態確認報文

3. OSPF的四種路由器類型

OSPF在邏輯上將自治系統分為一個或多個區域。所有其他區域必須連接到區域0。

內部路由器：所有端口都在同一區域中的路由器，維護鏈路狀態數據庫。

骨干路由器：路由器，其端口連接到骨干區域。一個

區域邊界路由器（ABR）：具有多區域端口的路由器，通常用作區域的出口。 ABR為每個連接區域建立一個鏈路狀態數據庫，并負責將連接區域的路由摘要信息發送到骨干區域，而骨干區域上的ABR負責將該信息發送到每個區域。一個

自治域系統邊界路由器（ASBR）：至少一個連接到外部自治域網絡（例如非OSPF網絡）的端口的路由器負責將非OSPF網絡信息引入OSPF網絡。

4. DR和BDR

指定路由器（DR）和備用指定路由器（BDR）

多路訪問網絡上可能有多個路由器。為了避免由于在路由器之間建立完整的鄰居關系而導致的大量開銷，OSPF要求在該區域中選舉DR。每個路由器都與其建立完整的鄰居關系。 DR負責收集所有鏈路狀態信息并將其發布到其他路由器。當選擇DR時，也會選擇BDR。當DR失敗時，BDR承擔DR的責任。一個

點對點網絡不需要DR，因為只有兩個節點，它們彼此完全相鄰。 OSPF協議包括Hello協議，交換協議和擴散協議。本文僅介紹Hello協議，其他兩種協議可以參考RFC2328中的具體描述。一個

當路由器在端口上啟動OSPF路由時，它將從該端口發送Hello消息，并且還將以一定間隔定期發送Hello消息。 OSPF路由器使用Hello消息初始化新的鄰居關系，并確認相鄰路由器的鄰居之間的通信狀態。一個

對于廣播網絡和非廣播多址網絡，路由器使用Hello協議選舉DR。在廣播網絡中，會使用多播地址224.0.0.5定期廣播Hello消息，并通過此過程自動發現路由器鄰居。在NBMA網絡中，DR負責將Hello數據包一一發送到其他路由器。

5. OSPF鄰居建立過程

Down開始發送問候，但未收到鄰居的問候。收到對方打招呼后，進入下一個狀態

初始化（初始化狀態）當另一方發送的問候具有自己的路由器ID進入下一個狀態時

雙向鄰居關系的建立完成-進行選舉-選舉完成-下一個狀態進入-DR之間的穩定狀態-其他Exstart-選舉主從關系-主機首先具有DBD優先級）

重啟前啟動狀態

交換交換DBD

通過LSR加載Exchange LSA以請求LSA另一方通過LSU更新LSA

完全建立鄰接關系開始SPF算法計算路徑

6. OSPF支持的網絡接口類型

OSPF根據鏈路層協議類型將網絡分為以下五種類型：任何第2層鏈路都將具有適應的網絡接口類型；根據拓撲和需求的變化，可以更改網絡接口類型以適應它。

①點對點（P2P）網絡

當鏈路層協議為PPP和HDLC時，默認情況下，OSPF會將網絡類型視為P2P。在這種類型的網絡中，協議消息（Hello消息，DD消息，LSR消息，LSU消息，LSAck消息）以多播（224.0.0.5）的形式發送。

Hello Time和Dead時間：10s / 40s

是否選擇DR和BDR：否

是否主動發現鄰居：是

②廣播（Broadcast）網絡

當鏈路層協議為以太網，FDDI，以太網或令牌環時，默認情況下，OSPF會將網絡類型視為廣播。在這種類型的網絡中，通常以組播形式發送Hello消息，LSU消息和LSAck消息。其中，組播地址224.0.0.5為OSPF路由器的預留IP組播地址。組播地址224.0.0.6是OSPF DR的保留IP組播地址。 DD報文和LSR報文以單播方式發送。

Hello Time和Dead時間：10s / 40s

是否選擇DR和BDR：是

是否主動發現鄰居：是

③NBMA（非廣播多址）網絡

術語解釋：非廣播網絡是指支持兩個以上路由器互連但不具有廣播功能的網絡。在非廣播網絡上，OSPF具有兩種操作模式，即非廣播多址訪問和點對多點。非廣播多址訪問（NBMA）：在NBMA網絡上，OSPF模擬廣播網絡上的操作，但是每個路由器的鄰居都需要手動配置，并且只能與NBMA類型的網絡接口建立鄰居關系。 NBMA方法要求網絡中的路由器形成完整的連接。點對多點：將整個非廣播網絡視為一組點對點網絡。可以使用低級協議（例如反向ARP）來發現每個路由器的鄰居。對于無法完全連接的網絡，應使用點對多點模式，例如僅使用PVC的不完全連接的幀中繼網絡。

缺省情況下，鏈路層協議為ATM，FR或X.25時，OSPF會將網絡類型視為NBMA。在這種類型的網絡中，協議消息（Hello消息，DD消息，LSR消息，LSU消息，LSAck消息）以單播發送。

Hello Time和Dead時間：30s / 120s

是否選擇DR和BDR：是

是否主動發現鄰居：否

④點對多點（點對多點）網絡

默認情況下，沒有鏈路層協議將被視為點對多點類型。點對多點必須由其他網絡類型強制更改，即項目是按需的。通常的做法是將未完全連接的NBMA更改為點對多點網絡。在這種類型的網絡中，Hello消息以多播（224.0.0.5）的形式發送，其他協議消息（DD消息，LSR消息，LSU消息，LSAck消息）以單播形式發送。

Hello Time和Dead時間：30s / 120s

是否選擇DR和BDR：否

是否主動發現鄰居：是

⑤虛擬鏈接（Virtual Link）網絡

從上面的文章可以看出，OSPF的骨干區域必須是連續的，但是當物理上不連續時，我們可以使用虛擬連接來使羅吉山的骨干區域連續。然后可以在任何兩個區域邊界路由器上恢復虛擬鏈路，但是要求兩個區域邊界路由器都具有連接到公共非骨干區域的端口。此非骨干區域是“過境”區域。虛擬鏈接實際上是骨干區域中的虛擬鏈接。注意：不建議在實際網絡中使用虛擬鏈接。規劃網絡時，請盡量避免虛擬鏈接。

7. OSPF消息的目的地址

8. OSPF的工作過程

（1）了解自己的鏈接

每個路由器都了解自己的鏈路，即其直接連接的網絡。

（2）尋找鄰居

與RIP不同，OSPF協議運行后，它不會立即向網絡廣播路由信息，而是首先在網絡中尋找可以與其自身交換鏈接狀態信息的周圍路由器。可以交換鏈接狀態信息的路由器是彼此的鄰居。一個

（3）創建鏈路狀態包

一旦路由器建立了鄰居關系，就可以創建鏈路狀態數據包。一個

（4）鏈路狀態信息傳輸

路由器將描述鏈路狀態的LSA泛洪到鄰居，最后形成一個鏈路狀態數據庫，其中包含網絡的完整鏈路狀態信息。

（5）計算路線

路由區域中的每個路由器都可以使用SPF算法獨立計算路由。

9. OSPF協議的主要優點

（1）OSPF適用于廣泛的網絡：OSPF協議對路由跳數沒有限制，因此OSPF協議可以在許多場合使用，并且支持更大的網絡規模。只要在多播網絡中，OSPF協議就可以支持數十個路由器一起工作。

（2）組播觸發更新：收斂完成后，OSPF協議以觸發方式將拓撲變化信息發送給其他路由器，從而降低了網絡寬帶的利用率。同時，可以減少干擾，尤其是在使用時。組播網絡結構，發送信息時不影響其他設備

（3）收斂速度快：如果網絡結構發生變化，OSPF協議系統將以最快的速度發送新的報文，使新的拓撲結構迅速傳播到整個網絡；此外，OSPF采用較短周期的HELLO消息來維護鄰居狀態。

（4）以成本為度量標準：在設計OSPF協議時，要考慮鏈路帶寬對路由度量的影響。 OSPF協議以成本值為標準，鏈路成本和鏈路帶寬成反比關系。帶寬越高，成本越小。這樣，OSPF路由主要基于帶寬因素。

（5）OSPF協議的設計是避免路由環路：在使用最短路徑的算法下，接收路由中的鏈路狀態，然后生成路徑，因此不會產生環路。

（6）廣泛的應用：在Internet上廣泛使用，將會有大量的應用示例。證明這是使用最廣泛的IGP之一。

10. OSPF區域

在OSPF中劃分區域的目的是控制鏈路狀態信息LSA泛洪的范圍，減小鏈路狀態數據庫LSDB的大小，提高網絡可伸縮性并實現快速收斂。

當網絡包含多個區域時，OSPF協議有特殊規定，即必須有一個區域0，通常稱為主干區域（Backbone Area）。設計OSPF網絡時，一個好的方法是從骨干區域開始，然后擴展到其他區域。骨干區域位于所有其他區域的中心，也就是說，所有區域都必須在物理上或邏輯上連接到骨干區域。這種設計思想的原因是，OSPF協議需要將來自所有區域的路由信息引入到骨干區域，然后又將來自骨干區域的路由信息分發到其他區域。

OSPF將區域分為幾種類型

骨干區域：作為中心實體，其他區域也連接到骨干區域，骨干區域號為0。在該區域中，允許發布各種類型的LSA。

標準區域：除骨干區域以外的默認區域類型。在這種類型的區域中，允許發布各種類型的LSA。

存根區域：STUB區域。此類型的區域不接受有關AS外部的路由信息，即，它不接受類型5 AS外部LSA。當需要路由到自治系統外部的網絡時，路由器將使用默認路由（0.0.0.0），自治區域邊界路由器ASBR不能包含在末節區域中。

完整的末節區域：此類區域不接受AS外部的路由

同時，它不接受來自AS中其他區域的摘要路由，即不接受類型3，類型4和類型5的LSA，并且完整的存根區域不能用自治系統替換ASBR。邊界路由器。

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