OSPF(Open Shortest Path First)

一、概述

     路由協議OSPF全稱爲Open Shortest Path First，也就開放的最短路徑優先協議，由於OSPF是由IETF開發的，因此全部廠商均可以用。

     OSPF的流量使用IP協議號89。

     OSPF對網絡沒有跳數限制，支持 Classless Interdomain Routing (CIDR)和Variable-Length Subnet Masks (VLSMs)，沒有自動彙總功能，能夠手動彙總。

     OSPF並不會週期性更新路由表，而採用增量更新，即只在路由有變化時，纔會發送更新，而且只發送有變化的路由信息；事實上，OSPF是間接設置了週期性更新路由的規則，由於全部路由都是有刷新時間的，當達到刷新時間閥值時，該路由就會產生一次更新，默認時間爲1800秒，即30分鐘，因此OSPF路由的按期更新週期默認爲30分鐘。

     OSPF全部路由的管理距離(Ddministrative Distance)爲110，OSPF只支持等價負載均衡。

     OSPF是典型的鏈路狀態路由協議，路由器之間交換的並非路由表，而是鏈路狀態，OSPF經過得到網絡中全部的鏈路狀態信息，從而計算出到達每一個目標精確的網絡路徑。

二、OSPF術語

      Router-ID

           RID是路由器在ospf中的惟一標識，選舉原則，思科會自動在全部環回口中選擇最大的IP，作RID，若是沒有環回口，則選擇活動的物理口IP最大的一個。同時也能夠手動指定。

           RID絕對不能夠重名，不然路由器收到的鏈路狀態，就沒法確認發起者的身份。

           注：若是一臺路由器收到一條鏈路狀態，沒法到達該Router-ID的位置，就沒法到達鏈路狀態中的目標網絡，Router-ID只在OSPF啓動時計算，或者重置OSPF進程後計算。

      COST

           OSPF會自動計算接口上的Cost值，但也能夠經過手工指定該接口的Cost值，手工指定的優先於自動計算的值。

           OSPF計算的Cost，一樣是和接口帶寬成反比，帶寬越高，Cost值越小。到達目標相同Cost值的路徑，能夠執行負載均衡，最多6條鏈路同時執行負載均衡。

      鏈路狀態LSA

           鏈路狀態（LSA）就是OSPF接口上的描述信息,例如接口上的IP地址，子網掩碼，網絡類型，Cost值等等，由於ospf路由器之間交換的並非路由表，而是鏈路狀態信息。

      OSPF區域

           由於OSPF路由器之間會將全部的鏈路狀態（LSA）相互交換，絕不保留，當網絡規模達到必定程度時，LSA將造成一個龐大的數據庫，勢必會給OSPF計算帶來巨大的壓力；爲了可以下降OSPF計算的複雜程度，緩存計算壓力，OSPF採用分區域計算，將網絡中所

有OSPF路由器劃分紅不一樣的區域，每一個區域負責各自區域精確的LSA傳遞與路由計算，而後再將一個區域的LSA簡化和彙總以後轉發到另一個區域，這樣一來，在區域內部，擁有網絡精確的LSA，而在不一樣區域，則傳遞簡化的LSA。

           OSPF的區域0就是全部區域的核心，稱爲BackBone 區域（骨幹區域），而其它區域稱爲Normal 區域（常規區域），在理論上，全部的常規區域應該直接和骨幹區域相連，常規區域只能和骨幹區域交換LSA，常規區域與常規區域之間即便直連也沒法互換LSA。

       Internal Router（IR）

           路由器全部接口都屬於同一個區域。

       Area Border Router （ABR）

           一臺OSPF路由器屬於多個區域，即該路由器的接口不都屬於一個區域。

      Autonomous System Boundary Router （ASBR）

           一臺OSPF路由器將外部路由協議重分佈進OSPF

            注：

              ★一臺路由器能夠運行多個OSPF進程，不一樣進程的OSPF，可視爲沒有任何關係，如須要得到相互的路由信息，須要重分佈。

              ★每一個OSPF進程能夠有多個區域，而路由器的鏈路狀態數據庫是分進程和分區域存放的。

       DR/BDR  

            當多臺OSPF路由器連到同一個多路訪問網段時， 經過在多路訪問網段中選擇出一個核心路由器，稱爲DR（Designated Router），網段中全部的OSPF路由器都和DR互換LSA，這樣一來，DR就會擁有全部的LSA，而且將全部的LSA轉發給每一臺路由器；DR就像

是該網段的LSA中轉站，全部的路由器都與該中轉站互換LSA，若是DR失效後，那麼就會形成LSA的丟失與不完整，因此在多路訪問網絡中除了選舉出DR以外，還會選舉出一臺路由器做爲DR的備份，稱爲BDR（Backup Designated Router），BDR在DR不可用時，代替

DR的工做，而既不是DR，也不是BDR的路由器稱爲Drother，事實上，Dother除了和DR互換LSA以外，同時還會和BDR互換LSA。

            選舉原則:

               首先比較優先，選舉優先級最高的成爲DR，優先級數字越大，表示優先級越高，被選爲DR的概率就越大，次優先級的爲BDR，優先級範圍是0-255，默認爲1，優先級爲0表示沒有資格選舉DR和BDR。

               其次比較RID，若是在優先級都相同的狀況下，Route-Id 最大的成爲DR，其次是BDR，數字越大，被選爲DR的概率就越大。

             注：★ Drother路由器將數據包發向目標地址224.0.0.6，只能被DR和BDR接收，其它Drother不能接收；而DR和BDR將數據包發向目標地址224.0.0.5，能夠被全部路由器接收。

三、OSPF數據報

         Hello

              創建和維護OSPF鄰居。

         DBD

             交換LSDB的摘要信息 

         LSR

              請求某條特定的LSA信息

         LSU

              發送給鄰居，鄰居所請求的LSA

         LSACK

               用於肯定LSA的接受

四、OSPF啓動狀態

        Down →   路由器剛剛啓用OSPF進程，Hello包還沒收到，在此進程，能夠向外發送Hello包，以試圖發現鄰居。

        Attempt →非廣播多路訪問中，有這個狀態，須要手動指定鄰居

        Init →只是OSPF路由器一方收到了另外一方的Hello，但並無雙方都交換Hello，也就是對方的Hello中尚未將本身列爲鄰居。

        Two-way →雙方都已經交換了Hello信息，而且從Hello中看到對方已經將本身列爲鄰居，而且若是是須要選舉DR和BDR的話,也已經選舉出來，但OSPF鄰居之間並不必定就會交換LSA，若是不須要交換LSA，則永遠停留在此狀態，若是須要造成鄰接並互相交換LSA，則狀態繼續往下進行，（好比Drother與Drother之間將永遠停留在Two-way狀態，由於Drother與Drother之間不須要交換LSA。）

        Exstart →在鄰居之間交換完整的LSA以前，會先發送DBD，LSR，誰先發，誰後發，須要肯定順序，在此階段，就是肯定鄰居的主從關係（Master---slave），由主路由器向從路由器發送信息。

           注：在任何網絡環境下，OSPF在交換LSA以前，都須要肯定主從關係。

        Exchange → 交換DBD的過程，發送LSR。

        Loading →鄰居收到LSR，回覆LSU。

        Full→表示數據庫已經同步，數據庫狀態變成了收斂，但路由表卻還在計算當中。

          注：除了Two-way和Full這兩個狀態，鄰居停留在任何狀態，都是不正常。

五、OSPF網絡類型

       OSPF在運行時，必須考慮鏈路層的類型，稱爲OSPF網絡類型，網絡類型可分爲以下幾種：

              點到點

              點到多點

              廣播

              非廣播多路訪問

        因爲不一樣的網絡類型，將會影響到OSPF的Hello時間與Dead時間，關係到DR與BDR的選舉與否，影響到OSPF鄰居是自動創建仍是手工創建，總結以下表：

        

網絡類型	Hello時間	選舉DR/BDR	鄰居創建方式
點到點 （Point-To-Point）	10秒	否	自動
點到多點 （Point-To-Multipoint）	30秒	否	自動
廣播 （Broadcast ）	10秒	是	自動
非廣播 （Non-Broadcast ）	30秒	是	手工
點到多點非廣播 （Point-To-Multipoint Non-Broadcast）	30秒	否	手工

 

         注★OSPF鄰居的成功創建，並不要求雙方網絡類型一致，但雙方網絡類型不一致，將可能致使鏈路狀態數據庫中的條目沒法進入路由表。

 六、OSPF LSA類型

        類型 1  （Router Link）

             任何一臺路由器都會產生，每臺路由器的每一個接口，都由本身的鏈路狀態，即便有多個OSPF接口，也只有一條1類LSA，由於全部接口的鏈路狀態會打包成一條1類LSA。

        類型 2  （Network Link）

              只有在選舉DR/BDR的網絡類型中才會產生，並卻只有DR產生。

        類型 3  （Summary Link）

              類型3的LSA就是將一個區域的LSA發向另外一個區域時的彙總和簡化，ABR其實就是將LSA 1彙總和簡化，變成LSA 3後再發到另外一個區域的。

        類型 4  （ASBR Summary Link）

              ABR產生，主要告訴其它區域如何前往ASBR，泛洪範圍ABR鏈接的其餘區域

        類型 5  （External Link）

              ASBR產生，用於通告前往自治域系統外部的路由，並傳遍整個ospf自主系統，泛洪範圍整個自治域

        類型 7  （NSSA Link）

               NSSA將外部路由重分佈進OSPF時，路由信息使用類型7來表示，LSA 7由NSSA區域的ASBR產生，LSA 7也只能在NSSA區域內傳遞，若是要傳遞到NSSA以外的其它區域，須要同時鏈接NSSA與其它區域的ABR將LSA 7 轉變成LSA 5後再轉發。