太阁实验栈 吃我一记最全面试大题OSPF强势安利
OSPF开放式最短路径优先协议：
OSPF是IETF（公有标准）定义的一种基于链路状态的内部网关路由协议（IGP）。支持中到大型企业网络（路由器数量100台左右、路由条目2-3万条、功能多）、属于无类协议，支持VLSM和CIDR。
版本：V1（实验室）、V2（支持IPv4）、V3（同时支持IPv4和IPv6--双栈模式）
算法：采用的SPF算法（迪杰斯特拉），即最小生成树算法（传递拓扑和路由信息）
特点：
1、不易环路-ospf区域内采用SPF最短路径算法，是不存在路由环路的，OSPF区域间传递路由信息的时候，传递的是路由协议，也就是说OSPF区域之间传递路由信息的时候，可能会产生路由环路。
2、收敛速度--支持触发更新，能够快速检测并通告自治系统内的拓扑变化；ERGRP＞IS-IS＞OSPF＞RIP
3、扩展性--支持IPv6：IS-IS（TLV）＞ERGRP/OSPF/RIP---路由条目、路由器数量：ERGRP＞IS-IS＞OSPF＞RIP
4、支持认证：支持明文和密文认证
5、QOS属性：在IPv4报文的TOS字段中ip precedence值设置为6，将OSPF协议设置成高优先级，在网络环境差的情况下可以优先转发。
6、OSPF使用的IP协议号为89，支持组播发送报文（224.0.0.5/224.0.0.6）
工作原理：
OSPF要求区域内每台运行OSPF的路由器都了解区域内的链路状态信息，这样才能计算出到达目的地的最优路径。首先路由器之间发送hello报文建立邻居和邻接关系，形成邻居表；邻居之间通过LSA泛洪交互拓扑信息，LSA中包含了路由器已知的接口IP地址、掩码、开销和网络类型等信息，收到LSA的路由器都可以根据LSA提供的信息建立自己的链路状态数据库LSDB形成拓扑表；路由器在LSDB的基础上使用SPF算法进行运算，建立起到达每个网络的最短路径树，通过计算得出到达每个目的网络的最优路由并将其加入到IP路由表中，形成路由表。
OSPF报头封装：
Layer2 /IPv4/OSPF/FCS（IP协议号为89）
注：
Version：版本字段，指出所采用的OSPF协议版本号（V1\V2\V3）
Packet Type：报文类型字段，标识对应报文的类型。OSPF有5种报文，分别是：Hello报文、DBD报文、LSR报文、LSU报文、LSAck报文。
Packet Length：报文长度字段，整个报文（OSPF报头和报文）的字节长度。
Router ID：路由器ID字段，指定发送报文的源路由器ID。
Area ID：区域ID字段，指定发送报文的路由器所对应的OSPF区域号。
Checksum：校验和字段，对OSPF报头和各报文具体内容但不包括下面的Authentication字段的校验和，用于对端路由器校验报文的完整性和正确性。
AuType：认证类型字段，0为不认证，1为明文认证，2采用MD5密文认证。
Authentication：认证字段，具体值根据不同认证类型而定：认证类型为不认证时，此字段没有数据，认证类型为简单认证时，此字段为认证密码，认证类型为MD5认证时，此字段为MD5摘要消息。
网络类型：
hello报文发送周期/存活周期----2、4（10S/40S） 3、5、6（30S/120S）
1、环回口Loopback：（不主动发送hello消息；宣告环回口时默认发送32位的主机路由；当该接口类型修改为p2p时，才可以发送正常的路由）
2、广播broadcost：以太网接口（选举DR/BDR，支持组播/单播报文发送）
3、非广播NBMA non-broadcos ：串行接口--帧中继的主接口/多点子接口/ATM（选举DR/BDR，默认不支持组播报文发送，指定neighbor后支持单播报文发送）
4、点到点Point to point：串行接口--HDLC/PPP/帧中继的子接口（不选举DR/BDR；支持组播/单播报文发送；只能建立一个邻居）
5、点到多点Point to multipoint：帧中继（默认不对应任何接口需手工指定；支持组播/单播报文发送，不选DR/BDR，默认发送32位主机路由）
6、点带多点非广播Point to multipoint non-broadcost：帧中继（默认不对应任何接口需手工指定；不支持组播报文发送，指定neighbor后支持单播报文发送，不选举DR/BDR，默认发送32位的主机路由）
接口状态变换：
Loopback：被设置为环回口的接口会被通告为一个Stub网络（接口测试时）
注：该状态下的如果端口收到UnloopInd事件后，端口解除环回状态，进入Down状态。
Down：接口的初始状态，底层协议显示该端口不可用，所有定时器被关闭。
注：收到Interface Up事件后，端口的链路层协议变成可用状态（链路层Up）。
1、点到点、点到多点（非广播）和虚连接virtual-link
Point-to-point（P-to-P）：接口是可用的，端口试图与邻居建立邻接关系，并以Hello Interval的间隔发送Hello报文。
2、广播型和非广播NBMA
Waiting：路由器通过监听接收到的Hello报文检测网络中是否已经有DR和BDR。在此状态下的路由器不可以参与选举DR和BDR（wait interval）。
Backup Seen：路由器已经检测到网络中是否存在BDR。
Backup：路由器成为该区域内的BDR，和区域内所有的其他路由器建立邻接关系。
DR：该路由器成为该区域内的DR，和区域内所有的其他路由器建立邻接关系。
DROther：该路由器连接到一个广播型/NBMA网络，而且该路由器不是一个DR/BDR。此状态下的该路由器将与DR和BDR形成邻接关系并交换路由信息。
路由器ID：Router ID是一个32位的值（使用点分十进制，不要求PING可达），唯一标识了一个自治系统内的路由器；手工配置为优，防止Router ID因为接口地址的变化而改变导致网络频繁的翻动；其次使用逻辑接口中最大的IP地址作为Router ID；最后使用物理接口的最大IP地址作为Router ID。
注：建议在宣告前手工指定Router ID，否则是不会生效的（防止网络波动），可以使用clear ip ospf process强制重置OSPF进程后生效；同一个区域内的Router ID不能冲突，建议不同区域内的Router ID也不要冲突，否则在做路由重分发时会导致网络的翻动。
LSDB：链路状态数据库；LSDB由LSA汇总得到的
LSU: 链路状态跟新，用于封装LSA，一个LSU包含一个或多个LSA
LSA：链路状态通告，内容包含拓扑信息和路由信息；共11种类型（0-11），1类LSA是在区域内泛洪发送；2类LSA在区域内子网络发送；3类LSA是在ABR设备上发送跨区域通告；4类LSA在区域间发送描述AS边节点的。5类、7类。
OSPF报文类型：
1、Hello 报文：邻居发现报文（根据网络类型10s或30s发送一次）；用于发现和实时的维护邻居关系，并在广播和非广播网络类型中选举DR/BDR.
2、DBD报文：数据库描述报文；两台路由器进行LSDB数据库同步时，用DBD报文来描述自己的LSDB。DBD报文的内容包括LSDB中每一条LSA的头部（LSA的头部可以唯一标识一条LSA）和序列号。LSA头部只占一条LSA的整个数据流量的一小部分，这样就可以减少对链路带宽的消耗。
3、LSR报文：链路状态请求报文；两台路由器互相交换过DBD报文之后，知道对端的路由器有哪些LSA是本地LSDB所缺少的，这时需要发送LSR报文向对方请求缺少的LSA（内容包含link state ID、ADV router、LSA类型、LSA序列号）。
4、LSU报文：链路状态更新报文；用来向对端路由器发送所需要的LSA。
5、LSACK报文：链路状态确认报文；用来对接收到的LSU报文进行确认。
确认机制一：显式确认--一发一确认（使用单独的报文确认） LSR/LSU/LSACK
确认机制二：隐式确认---一发一回应（使用相同的报文+序列号回应）DBD
点到点网络：使用组播地址224.0.0.5发送
广播网络：hello（组）、DD（单）、LSR（单播）、LSU（组播）、LSACK（组播）
邻居发现报文：hello报文
1、Network Mask：发送Hello报文的接口的网络掩码。
2、Hello Interval：发送Hello报文的时间间隔，单位为秒。
3、Options：标识发送此报文的OSPF路由器所支持的可选功能。
E位：表示区域内是否允许5类LSA通行（置1允许/置0不允许）
N位：表示区域内是否允许7类LSA通行（置1允许/置0不允许）
4、Router Priority：发送Hello报文的接口的优先级，用于选举DR和BDR。
5、Router Dead Interval：失效时间。如果在此时间内未收到邻居发来的Hello报文，则认为邻居失效；单位为秒，通常为四倍Hello Interval。
6、Designated Router：发送Hello报文的路由器所选举出的DR的IP地址。如果设置为0.0.0.0，表示未选举DR路由器。
7、Backup Designated Router：发送Hello报文的路由器所选举出的BDR的IP地址。如果设置为0.0.0.0，表示未选举BDR。
8、Neighbor：邻居的Router ID列表，表示本路由器已经从邻居收到了Hello
数据库描述报文：DBD报文（option字段省略）
Flg：Flg字段，前5位置0，后3位包含以下内容：
I(Init bit，置1表示发送的第一个DBD
M(More bit，置1表示后面还有DBD)
MS(Master/Slave,置1表示Master，只有1个master，其他的为slave，在DBD交换过程中，Master先发包含LSA头部信息的DBD包，使用一个DBD sequence number，slave回复DBD报文，使用相同的DBD sequence number，在传递LSA的同时对Master发送的DBD进行确认，以此实现可靠的信息交换。
接口MTU：最大传输单元，默认1500字节。
Link State Advertisement Header: LSA数据包的报头，包含LS Type, LS ID, Advertising Router和LS Sequence Number。
链路状态请求报文：LSR报文
LS type：LSA类型，其中的11种LSA之一。
Link State ID：相应的LS type的LSA header里面包含的Link State ID字段Advertisiong Router:通告该被请求LSA的Router。
链路状态更新报文：LSU报文
advertisements:包含的LSA的数量。
link state advertisements:完整的LSA数据包
当网络有变动时，发送新的LSA时需要邻居使用 Ackownledged packet进行确认。未收到邻居的确认，对该邻居进行单播重传，以确保他们的数据库信息同步。
链路状态确认报文：LSACK报文
Link State Advertisement Header:收到的Update packet里面包含的唯一确认LSA的报头三元素和序列号，发送回去表示具体的LSA已经收到。
链路状态通报告报文：LSA报头
1、LS age：此字段表示LSA已经生存的时间（0-3600），单位是秒。
2、Option：可选项功能（详细内容见TCP/IP路由协技术.卷一）。
B位：边界位，置1表示产生此LSA的路由器是一个ABR
E位：外部位，置1表示产生此LSA的路由器是一个ASBR
3、LS type：标识了LSA的格式和功能（共11种）；常用的LSA类型有六种。
4、Link State ID：此字段是该LSA所描述的那部分链路的标识；例如Router ID
5、Advertising Router：此字段是产生此LSA的路由器的Router ID。
6、LS sequence number：序列号字段，此字段用于检测旧的和重复的LSA。
7、LS checksum：校验和字段 8、Length：LSA报文长度
注：LS type，Link State ID和Advertising Router的组合共同标识一条LSA。
LSA防环机制：一台路由器收到LSA后要判断新旧，只接收和泛洪新的LSA，丢弃旧的LSA（通过LSA报头中的序列号、老化计时器、校验和）。
链路状态通报告报文：LSA报文载荷（以1类LSA为例，每种报文载荷内容不一样）
V(virtual link) 如果产生此LSA 的路由器是虚连接的端点，则值为1
E (external): 如果产生此LSA 的路由器是ASBR， 则值为1
B (border)：如果产生此LSA 的路由器是ABR，则值为1
#links：LSA 中所描述的链路信息的数量，路由器处于某区域中所有链路和接口
Link ID :链接的对端标识，不同链路类型的Link ID表示的意义也不同。
Type :链路类型，为1表示通过点对点链路与另一个路由器相连；为2表示连接到传送网络；为3表示连接到STUB 网络；为4 表示虚电路
#TOS：链路不同方式的数量Metric :链路的度量值
TOS：服务类型Tos metric ：指定服务类型的链路度量值
Link ID :链路标识，具体的数值根据链路类型而定。
Link data：用于描述此链接的附加信息，不同的链路类型所描述的信息也不同。
邻居状态机：
邻居和邻接关系建立的过程如下：
1、Down：这是邻居的初始状态，表示没有从邻居收到任何信息。
2、Attempt：此状态只在NBMA/点到多点非广播网络上存在，表示没有收到邻居的任何信息，但是已经周期性的向邻居发送报文，发送间隔为Hello发送周期。如果四倍Hello发送周期内未收到邻居的Hello报文，则转为Down状态。
3、Init：在此状态下，路由器已经从邻居收到了Hello报文，但是自己不在所收到的Hello报文的邻居列表中（路由器ID），尚未与邻居建立双向通信关系。
4、2-Way：在此状态下，双向通信已经建立，但是没有与邻居建立邻接关系。这是建立邻接关系以前的最高级状态（邻居关系已建立，可以发送hello报文）。
-广播、非广播网络：选举指定/备份路由器DR/BDR（full）、DR Others（2-way）
-比较参选路由器OSPF优先级（0-255,默认1，0没有参选资格，值越高越优先）
-优先级相同时，继而比较路由器ID，值越高越优先（DR/BDR选举不支持抢占）
-点到点网络/点到多点（非广播）不需要选举主/备份路由器DR/BDR
注：DR Others只和DR/BDR建立邻居/邻接关系，DR Others发送跟新给DR/BDR时使用组播地址224.0.0.6；DR/BDR和DR Others之间同步跟新时使用组播地址224.0.0.5；选举时间为4倍的hello时间（wait interval为40S或120S）。
5、ExStart：这是形成邻接关系的第一个步骤，邻居状态变成此状态以后，路由器开始向邻居发送DBD报文。主从关系是在此状态下形成的，初始DBD序列号也是在此状态下决定的，在此状态下发送的DBD报文不包含链路状态描述。
路由器使用DBD报文进行主从路由器(Master/Slave）的选举和数据库摘要信息交互过程：
-邻居状态变为ExStart以后，RTA向RTB发送第一个DBD报文（载荷为空），在这个报文中，DBD序列号被设置为X（假设），RTA宣告自己为主路由器。RTB也向RTA发送第一个DBD报文，在这个报文中，DBD序列号被设置为Y（假设）。RTB也宣告自己为主路由器。由于RTB的Router ID比RTA的大，所以RTB应当为主路由器（DBD中包含MTU和router ID，思科默认开启MTU一致性检测）。
-主路由器(MAster）：发起第一个DBD报文；确认序列号
-从路由器（Slave）：仅仅对主路由器发送的DBD报文做确认
6、Exchange：此状态下路由器相互发送包含链路状态信息摘要的DBD报文，描述本地LSDB的内容。
7、Loading：相互发送LSR报文请求LSA，互相发送LSU/LSACK报文互相同步LSA
8、Full：路由器的LSDB已经同步（邻接关系已建立，可以发送hello、LSDB、路由信息）。
OSPF建立邻居、邻接关系需要满足的条件：
1、版本必须一致（OSPF报头中/2-way）
2、Router ID不能冲突（OSPF报头中/2-way）
3、直连路由器两端的区域号Area保持一致；和接收端口所属区域的Area ID不一致，但是值为0，表示属于骨干区域，而且是在一个虚连接上发送的；（OSPF报头中/2-way）
4、认证类型和认证密钥保持一致（OSPF报头中/2-way）
5、掩码保持一致（HELLO报文中/2-way）广播/非广播网络中需保持一致
6、Hello时间、Dead时间保持一致（HELLO报文中/2-way）
7、Option字段中，E位和N位区域类型保持一致（HELLO报文中/2-way）
8、直连链路两端的MTU值保持一致（first DBD报文中）
9、直连链路两端的网络类型匹配，否则FULL状态下不能交互LSA
OSPF多区域划分：
OSPF将一组网段组合在一起称为一个区域（区域划分是基于路由器的接口），划分OSPF区域可以缩小路由器的LSDB规模和优化路由。区域内的详细拓扑信息不向其他区域发送，区域间传递的是抽象的路由信息，而不是详细的描述拓扑结构的链路状态信息。每个区域都有自己的LSDB，不同区域的LSDB是不同的。路由器会为每一个自己所连接到的区域维护一个单独的LSDB。由于详细链路状态信息不会被发布到区域以外，因此LSDB的规模大大缩小了；同时多区域的划分可以方便进行路由汇总，减少路由条目。
AS：自治系统，使用同一种路由协议交换路由信息的一组路由器。
骨干区域/传输区域：Area 0，为了避免区域间路由环路，非骨干区域之间不允许直接相互发布路由信息，非骨干区域都必须连接到骨干区域；骨干区域支持1、2、3、4、5类LSA通行。
非骨干区域：常规区域、末节区域stub、完全末节区域tottlly stub、次末节区域NSSA 、完全次末节区域tottlly NSSA（非骨干区域编号可以任意、重复）
--常规区域：标准区域，在这个区域里面可以正常传递OSPF各类报文；常规区域支持1、2、3、4、5类LSA通行。
--末节区域：叶子区域，不能是区域0；不能存在ASBR（hello字段中option字段的E位置0）；也不能使用virtual-link；stub区域内所有路由器区域类型要保持一致；ABR会主动向区域内下放一条默认路由，度量值默认为1，路由类型为OIA；该区域支持1、2、3类LSA通行；一般放置的是性能较差的路由器
--完全末节区域：该区域仅支持1、2类LSA通行；ABR会主动向区域内下放一条默认路由，度量值为1，路由类型为OIA；如果要到达本区域以外的目标网络的时候，直接把报文通过默认路由发出去；一般放置的是性能较差的路由器。
--次末节区域：NSSA是在含有stub区域的条件下还能够存在ASBR，不允许5类LSA通行，但是可以允许7类LSA通行。默认情况下ABR/ASBR不会下放一条默认路由到该区域，需要手工配置；ASBR下放默认路由时需要本地路由表中拥有该缺省路由，ABR则不需要；度量值为1，路由类型为ON2（满足条件同stub）。
--完全次末节区域：就是在完全末节区域环境下允许引入外部路由，ABR会主动向区域内下放一条默认路由，度量值为1，路由类型为OE1（满足条件同stub）。
ABR（Area Border Routers）：区域边界路由器，该类路由器可以同时属于两个以上的区域，但其中一个必须是骨干区域。ABR用来连接骨干区域和非骨干区域，它与骨干区域之间既可以是物理连接，也可以是逻辑上的连接；它包含所有相连区域的LSDB；ABR是可以产生3类LSA的。
真ABR：该路由器不但有一个接口属于area 0而且area 0中有属于full的邻居；遵守3类LSA的防环机制，收到非骨干区域传递过来的3类LSA时，只可以将3类LSA放进拓扑表，不进行路由计算，也不会将该路由传递给其他邻居。
伪ABR：该路由器有一个接口属于area 0；但是在area 0并没有full的邻居，可以不遵守3类LSA的防环机制，在传递3类LSA时可能会出现环路。
ASBR（AS Boundary Routers）：自治系统边界路由器，和其他AS交换路由信息的路由器，这种路由器会向整个AS通告AS外部路由信息（路由重分发）；ASBR 是可以产生5类和7类LSA；ASBR并不一定位于AS 的边界，它可能是区域内路由器，也可能是ABR。
BR（Backbone Routers）：骨干路由器，路由器至少有一个接口属于骨干区域。所有的ABR 和位于Area0 的内部路由器都是骨干路由器。
IR（Internal Routers）：内部路由器，路由器的所有接口属于同一个区域且该区域一定是非骨干区域。
下期为大家介绍OSPF的LSA类型，敬请期待！
