开放式最短路径优先（OSPF）协议是一种链路状态路由协议，是一种开放式的路由协议，支持多厂商间使用。OSPF使用了区域概念，管理员可以把路由器划分到不同区域，对路由更新流量进行控制。
基本信息- OSPFv2适用于IPv4网络中的OSPF协议
- OSPFv3适用于IPv6网络中的OSPF协议
- OSPF的IP协议号为89
- 使用组播224.0.0.5和224.0.0.6进行通信
- OSPF使用最短路径优先算法（SPF），也叫Dijkstra算法
- 管理距离（AD）为110
- 具有邻居的概念
- OSPF的度量值（cost开销值）的参考标准是：带宽
- 更新方式：
- 触发更新：拓扑发生变化，路由条目更新的时候，立即更新
- 周期更新：每30分钟更新一次。（每个路由条目给1800秒倒计时，倒计时结束后自动更新，然后重置倒计时）
- 邻接数据库：它构建了邻居表
- 该表对于每个路由器都是唯一的
- 保存建立双向通信的所有邻居路由器
- 通过show ip ospf neighbor 命令查看邻居表
- 链路状态数据库（LSDB）：它构建了拓扑表
- 保存网络中其他路由器信息
- 保存网络中的拓扑
- 相同区域内的路由器有相同的链路状态数据库（LSDB）
- 通过show ip ospf database 命令查看邻居表
- 转发数据库：它构建了路由表
- 通过SPF算法获得到达目标网络的最优路由放入路由表
- 每台路由器中的路由表是唯一的
- 通过show ip route ospf命令查看ospf的路由条目
| 数据包类型 | 作用 |
|---|---|
| Hello | 用于发现建立和维持邻居关系 |
| DBD（数据库描述数据包） | 用于数据库同步 |
| LSR（链路状态请求数据包） | 用于一台路由器向来一台路由器请求链路状态同步 |
| LSU（链路状态更新数据包） | 用于回复LSR请求的数据包 |
| LSAck（链路状态确认数据包） | 用于确认其他数据包 |
Hello数据包内容
Hello头部
| 字段 | 内容 |
|---|---|
| 版本 | OSPF的版本（v2或者v3） |
| 类型 | 1表示Hello数据包；2表示DBD数据包；3表示LSR数据包；4表示LSU数据包；5表示LSAck数据包 |
| 路由器 ID（Router-ID） | 用于唯一表示一个路由器 |
| 区域 ID（Area ID） | OSPF有区域概念，Area ID表示始发区域编号 |
Hello数据包
| 字段 | 内容 |
|---|---|
| 网络掩码 | 与发送接口关联的子网掩码 |
| Hello间隔 | 发送Hello包的间隔时间。多接入网络中Hello间隔时间默认为10s |
| Dead间隔 | 默认情况下Dead间隔时间为Hello间隔时间的4倍 |
| 路由器优先级 | 用于选取DR和BDR，所有OSPF路由器的默认优先级为1，可以手动修改0-255,0代表不参与选举 |
| 指定路由器（DR） | DR的路由器ID（Router-ID） |
| 备用指定路由器（BDR） | BDR的路由器ID（Router-ID） |
| 邻居列表 | 邻居路由器的路由器ID（Router-ID） |
路由器 ID（Router-ID）
Router-ID获取的方式：
- 手动配置Router-ID
- 如果没有配置Router-ID，将选取任意环回接口的最高IPv4地址作为Router-ID
- 如果没有配置环回接口，将选取所有物理接口最高IPv4地址作为Router-ID
- Hello间隔时间和Dead间隔时间要一致
- 网络类型要一致
- 直连设备的路由器ID（Router-ID）不能一样
- OSPF版本保持一致
- 直连接口在同一网段
- 直连接口在同一区域（Area）
- MTU保持一致
- 认证问题
-
Down：没有收到Hello包为Down状态，并且发送Hello包
-
Init：收到对方发送的hello包进入init状态
-
2-Way：收到对方回复的hello进入2-way状态，建立邻居关系（多路访问链路中选举DR，BDR）
-
Exstart：相互发送DBD包序列号选举主从关系，主设备先发送DBD包（Router-ID大的为主设备）
-
Exchange：相互交换DBD信息，使用DBD包的序列号确认收到DBD包（如果DBD和自己的一致则直接进入Full状态，不一致进入loading状态）
-
Loading：通过LSR，LSU，LSAck获取更多路由信息，然后过渡到Full状态
-
Full：建立邻接关系
注意：
2-Way状态是建立邻居关系
Full状态是建立邻接关系
OSPF路由器角色
- 指定路由器（DR）
- 备用指定路由器（BDR）
- 其他路由器（DROTHER）
DR和BDR的选举：
- 优先级高的成为DR。
- 优先级一样看Router-ID，Router-ID 大的为DR
在多接入网络中，OSPF选举DR和BDR来管理邻接数量和链路状态通告（LSA）。
DROTHER使用组播224.0.0.6向DR和BDR发送LSA。
DR负责收集和发送LSA给其他路由器，使用组播224.0.0.5发送LSA。
OSPF中的DR和BDR不会实行抢占
在网络中刚开始就选举了R3为DR，R2为BDR
当R4加入网络过后R3和R2的角色将不会因为一个更高Router-ID的路由器加入而发生改变。
如果R3发生故障，R2将成为DR，R4将成为BDR
注意：在点对点网络中是不会选举DR和BDR的
OSPF区域概念为了使OSPF更加高效且课扩展，OSPF使用多区域，支持分层路由。同一个区域内的路由器共享相同的LSDB信息。
-
单区域OSPF：所有的路由器都在同一个区域内。最好使用区域 0
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多区域OSPF：以多区域、层级式的方式来实施OSPF。所有区域不许连接到骨干区域（区域 0）。
通过使用多区域OSPF可以将一个大型路由域划分为更小的路由域。每个区域之间的路由器都具有到达不同网络的路由，但是不同区域内的LSDB是不一样的，每个区域只需管理好自己区域内的LSDB，而无需管理别的区域内的LSDB。例如，区域内的拓扑出现变化，只有区域内的路由器重新计算数据库。相对于单区域OSPF，多区域OSPF大大减少了计算量。
注意：其他区域中的路由器也会接收到拓扑变化的更新，但是这些路由器只会更新自己的路由表，而不会重新执行SPF计算。
多区域OSPF的优势：
- 缩小了路由表：可以对区域间的网络地址进行汇总。默认情况下不启用汇总功能。（EIGRP和RIPv2默认开启自动汇总）
- 减少链路状态更新的负载：每个区域只对自己区域内的链路状态进行更新，不会将所有区域的链路状态进行汇总更新（单区域OSPF将对整个区域内的链路状态进行更新，无论区域有多大）。
- 降低了SPF计算频率：单区域OSPF中的拓扑变化只会影响一个区域内部。
区域51中的拓扑发生变化，只会在区域51内进行LSA泛洪，SPF计算也只在区域51里面进行。
区域1 和区域0只更新路由表。
多区域OSPF路由器角色- 区域边界路由器（ABR）：
顾名思义区域边界路由器就是在OSPF中连接不同区域的路由器。这类路由器必须为相连的每个区域维护单独的LSDB，并且能在区域间路由。
ABR是区域的送出点，也就是说从本区域想去往另一个区域只能从ABR通过。因此ABR可以对路由条目进行汇总，从而减小路由表。 - 自制系统边界路由器（ASBR）：
该路由器用于连接外部网络，外部网络不是OSPF的一部分。
例如，该路由器的一个接口连接了OSPF，另一个接口连接了EIGRP。
ASBR可以使用“路由重分布”的技术将外部网络信息导入OSPF。
例如，在ASBR上使用“路由重分布”可以将EIGRP的路由条目导入OSPF，也可以将OSPF的路由器条目导入EIGRP中。
如下图所示：
R1为ABR同时也是ASBR
R2为ABR
| LSA类型 | 描述 |
|---|---|
| 第1类 | 路由器LSA——区域内LSA （区域内传递的LSA） |
| 第2类 | 网络LSA——谁是DR |
| 第3类 | 汇总LSA——区域间LSA （其他区域传递的LSA） |
| 第4类 | 汇总LSA——谁是ASBR |
| 第5类 | 自制系统外部LSA（从外部网络传递的LSA） |
| 第6类 | 组播OSPF LSA |
| 第7类 | 为NSSA定义的LSA |
| 第8类 、第9类 | 用于承载IPv6的OSPF |
| 第10类、第11类 | 用于MPLS TE环境 |
- 一个LSU包含一个或多个LSA。
- LSA包含目的网络的路由信息。
- 末节区域（STUB）
- 完全末节区域（totally STUB）
- NSSA区域（非完全末节区域）
- 完全NSSA区域（完全非完全末节区域）
