OSPF路由协议详解
OSPF（Open Shortest Pass First 开放最短路径优先），一个链路状态协议。
区别于距离矢量路由协议，OSPF每个路由器都掌握所在区域上所有路由器的链路状态信息，了解整个网络的拓扑情况，因此可以独立的计算出到达任意目的地的路由。
另外介绍一下RIP的缺点：RIP是一步一步和邻居问路，走一步看一步，并且RIP以跳数为计算方式，不科学。
OSPF特点
OSPF是无类路由协议，支持VLSM。（可变长度子网掩码）
组播地址224.0.0.5代表所有OSPF路由器的组，224.0.0.6代表DR(指定路由器 DesignatedRouter) /BDR(备份指定路由器 BackupDesignatedRouter)
可以把组播地址看成一个微信群号，任何成员（组播源）往微信群（组播IP）里发送消息（组播数据），这个群里的成员（组播接收者）都会接收到此消息。SPF（最短路径优先算法）
SPF算法也被称为Dijkstra算法，这是因为最短路径优先算法SPF是由荷兰计算机科学家狄克斯特拉于1959年提出的。 SPF算法将每一个路由器作为根（ROOT）来计算其到每一个目的地路由器的距离，每一个路由器根据一个统一的数据库会计算出路由域的拓扑结构图，该结构图类似于一棵树，在SPF算法中，被称为最短路径树。OSPF支持认证。
OSPF支持报文验证功能，只有通过验证的报文才能接收，否则将不能正常建立邻居关系。 OSPF协议支持两种认证方式——区域认证和链路认证。 使用区域认证时，一个区域中所有的路由器在该区域下的认证模式和口令必须一致； OSPF链路认证相比于区域认证更加灵活，可专门针对某个邻居设置单独的认证模式和密码。 如果同时配置了接口认证和区域认证时，优先使用接口建立OSPF邻居。 每种认证方式又分为简单验证方式、MD5验证模式和Key chain验证模式。 简单验证模式在数据传递过程中，认证密钥和密钥ID都是明文传输，很容易被截获； MD5验证模式下的密钥是经过MD5加密传输，相当于简单验证模式更为安全； Key chain验证模式可以同时配置多个密钥，不同密钥可单独设置生效周期等。 # 原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_57636278/article/details/121036855
OSPF区域及其作用
OSPF协议中的区域（Area）概念用于优化大型网络的路由管理。通过将网络划分为多个区域，OSPF减少了路由器的负载，提高了网络的扩展性和稳定性。每个区域内的路由器只维护本区域的链路状态信息（LSDB），避免链路状态数据库过大，有助于OSPF在大型网络中的高效应用，并通过骨干区域（Area 0）与其他区域交换路由信息。
一、OSPF区域的两大分类：
骨干区域（Area 0）：
必须有且唯一：每个OSPF网络中必须有一个骨干区域，且只能有一个。
连接其他非骨干区域：骨干区域必须连接所有非骨干区域，负责区域间的路由信息传递。
一般无终端用户：骨干区域通常不包含终端用户。
非骨干区域：
根据实际需求划分：这些区域根据网络拓扑和终端用户分布进行划分。
必须连接Area 0：所有非骨干区域必须直接或间接与Area 0相连，用来连接终端用户和资源。
二、OSPF区域的详细分类（基于外部路由关系）：
标准区域（Standard Area）：
可以接收完整的链路状态更新和路由汇总信息，具备基本的区域特性。
骨干区域（Area 0）：
除了承担标准区域的功能外，还负责在不同区域间传递路由信息。
存根区域（Stub Area）：
不接收来自自治系统（AS）外部的路由信息，仅依赖默认路由访问外部网络，减少路由表大小。
完全存根区域（Totally Stub Area, TStub）：
不接收外部AS路由信息及其他区域的路由信息，仅依赖默认路由，这进一步减少了路由表中的信息量。
不完全存根区域（Not-So-Stubby Area, NSSA）：
类似于存根区域，但允许接收通过LSA Type 7发送的外部路由信息，并将其转换为LSA Type 5，以便在其他区域中传播。
路由器身份
一、从整体网络视角
ABR（区域边界路由器）：
作用：连接不同OSPF区域，通常在骨干区域（Area 0）与其他区域间传播路由信息。
职责：将本区域路由摘要发送至Area 0，Area 0的ABR再将其传播至其他区域，确保区域间的路由可达性。ASBR（自治系统边界路由器）：
作用：连接OSPF网络与非OSPF网络。
职责：将非OSPF网络的路由信息引入OSPF网络，通过生成Type 5或Type 7 LSA来传播外部路由。
二、从单一区域的视角
内部路由器：
定义：所有接口位于同一区域内的路由器。
职责：维护所在区域的链路状态数据库（LSDB），参与路由计算与信息传播。主干路由器：
定义：连接骨干区域（Area 0）的路由器。
职责：在Area 0内传递和处理路由信息，确保非骨干区域互通。
三、从单个网段的视角
DR（指定路由器）：
定义：在多访问网络中负责收集与传播LSA的路由器。
职责：集中处理LSA交换，减少泛洪流量，维护网段内路由信息。BDR（备份指定路由器）：
定义：DR的备份，DR失效时接替其工作。
职责：在DR不可用时接替其职责。DRothers：
定义：非DR和BDR的路由器。
职责：通过DR和BDR间接交换LSA，不直接参与路由转发。
DR/BDR的选举
选举DR/BDR的目的与作用
在一个区域中，只需要DR作为区域中心与区域外路由器建立邻居关系，并收集所有链路状态信息，这样可以减少大量开销，节省带宽，降低路由器压力。
（这里的区域指同一网段的路由器，区分area几区域）
在广播网络上，DR和BDR都使用组播地址224.0.0.6来接收链路状态更新报文。在下面这个图中，RTA与RTB只需要与DR/BDR建立邻接关系，而RTA与RTB之间只是邻居关系即可，可以发现，DR可以减少广播型网络中邻接关系的数量。
选举DR/BDR的规则与过程
选举环境
OSPF在多访问网络（如广播和NBMA网络）中进行DR/BDR的选举，而在点对点网络中不需要选举。
几种OSPF网络类型
1.广播多路访问型（如以太网）
2.非广播多路访问型NBMA（如Frame Relay帧中继，X.25广域网，ATM）
3.点到点型（如PPP，HDLC）
4.点到多点型每个多访问网络中的路由器都会参与选举，以确定一个DR和一个BDR。
选举规则
每个路由器都有一个OSPF接口的优先级值（默认是1，范围是0到255），可以通过配置更改。如果优先级为0，该路由器不参与DR/BDR选举。
在选举过程中，优先级最高的路由器被选为DR，第二高的被选为BDR。如果有多个路由器的优先级相同，则比较路由器的Router ID（RID），RID较高的被选为DR/BDR。
选举过程
DR的选举：所有参与选举的路由器根据优先级比较，优先级最高的成为DR。如果有多个优先级相同，则Router ID较高者当选。
BDR的选举：在选出DR后，优先级次高（或Router ID次高）的路由器会被选为BDR。
没有重新选举的条件：
当DR或BDR已经选举完成后，即使有新的路由器加入，它们不会自动抢占现有的DR和BDR，除非现有的DR或BDR失效或者被移除。
DR/BDR的职责：
DR负责在网络中作为路由更新的转发者，减少网络中的LSA（链路状态通告）泛洪。
BDR在DR失效时立即接管DR的职责，避免选举的延迟。
选举示例
假设有三个路由器R1、R2和R3，配置如下：
R1：优先级2，Router ID为192.168.1.1
R2：优先级1，Router ID为192.168.1.2
R3：优先级1，Router ID为192.168.1.3
在这种情况下：
R1 的优先级最高，因此它会被选为DR。
R3 和 R2 优先级相同，比较Router ID，R3的Router ID较高，因此它会被选为BDR。
最后是DR/BDR选举的几个小注意点：
1.只要是多路访问型网络（广播和NBMA），就会选举DR，BDR。
2.不同网段间选DR，BDR，而不是每个OSPF区域为单位选举。
3.DR，BDR，DRothers 说的都是接口，不是设备。
4.设备优先级设置为0不参与选举；DR，BDR不可以抢占；DR down掉后，BDR直升DR，重新选举BDR。
5.OSPF系统启动后，若40s内没有新设备接入就会开始选举，所以为保证DR与BDR的选举不发生意外，建议优先配置想成为DR与BDR的设备。OSPF工作过程概述
邻居关系的建立：OSPF使用组播地址在所有启用OSPF协议的接口上发送Hello包，建立邻居关系并形成邻居表。
交换链路状态信息（LSA）：建立邻居关系后，路由器互相发送LSA（链路状态信息），共享路由信息。
形成链路状态数据库（LSDB）：每台路由器通过接收并存储LSA，形成其所在区域的LSDB。
SPF算法计算最佳路径：路由器通过无环的SPF算法计算从源到目的的最佳路径，将结果放入路由表中。
这与EIGRP类似，不同的是OSPF不是直接交换路由表，而是交换LSA来逐步建立完整的拓扑信息。
一、OSPF邻居关系的建立过程
OSPF的邻居关系有两个层次：
邻居（Neighbor）：路由器之间交换了Hello包，但尚未交换LSA。
邻接（Adjacency）：在邻居基础上，路由器间交换了LSA并同步了LSDB。
邻居关系的状态变化：
Down：邻居的初始状态，表示路由器未收到任何Hello包。
Attempt（NBMA网络特有）：表示没有收到Hello包，但路由器在周期性发送Hello包。如果在RouterDeadInterval内没有收到Hello包，状态回到Down。
Init：路由器已收到来自邻居的Hello包，但自己尚未被邻居识别，还未建立双向通信。
2-Way：双向通信已经建立，路由器彼此在对方的Hello包中。到达2-Way状态意味着成功建立了邻居关系，但尚未建立邻接关系。
ExStart：邻接关系建立的第一步，路由器开始互相发送DD（Database Description）报文以商定主从关系，确认初始DD序列号。
Exchange：路由器通过DD报文互相交换LSDB的摘要信息。
Loading：路由器通过LSR（链路状态请求）请求缺失的LSA，并通过LSU（链路状态更新）报文发送LSA。
Full：LSDB完全同步，邻接关系正式建立。
二、OSPF的路由更新过程
触发更新：OSPF支持拓扑变化时的触发更新，一旦检测到链路变化或新增链路，立即发送更新报文。
周期性更新：即使没有拓扑变化，OSPF每30分钟会进行一次更新，确保路由信息的一致性。
LSA处理过程：
当路由器收到新的LSA时，首先检查该LSA是否已存在于本地LSDB中。
如果该LSA是新的，路由器会将其加入LSDB，回复LSAck确认，并继续将该LSA泛洪至其他邻居。同时通过SPF算法重新计算路由并更新路由表。
如果收到的LSA已存在，则根据序列号判断是否较新。序列号较大的LSA为较新版本：
如果本地LSA较旧，则更新本地LSDB并继续泛洪该LSA，同时通过SPF算法重新计算最佳路径。
如果本地LSA较新，则将本地较新的LSA泛洪给邻居。
泛洪机制
泛洪是OSPF更新LSA的重要机制。路由器收到LSA后会将其从除接收接口外的所有接口发送出去，确保LSA在网络中快速传播并保持同步。
这一过程确保了网络中的所有路由器可以通过互相交换信息，快速获得最新的路由信息并更新其路由表。
报文封装和5种报文类型
OSPF报文封装
OSPF报文封装在IP报文中，协议号为89。
OSPF报文类型
Hello报文：
作用：最常用的OSPF报文，用于发现并维护邻居关系。在广播网络（如以太网）和NBMA网络中，还用于选举DR（指定路由器）和BDR（备份指定路由器）。
主要内容：Router ID、邻居列表、Hello间隔、RouterDeadInterval等参数。
DD报文（Database Description，数据库描述报文）：
作用：在两台OSPF路由器进行LSDB（链路状态数据库）同步时，使用DD报文描述各自的LSDB内容。DD报文类似一个目录清单，包含LSA（链路状态广告）条目的头部信息。
主要内容：LSA头部信息，如LSA类型、链路状态ID、序列号等，用于快速比较LSA的新旧。
LSR报文（Link State Request，链路状态请求报文）：
作用：当两台路由器交换完DD报文后，如果一台路由器发现对方的LSDB中有自己缺少的LSA，会发送LSR报文，明确请求对方发送这些缺失的LSA。
主要内容：请求的LSA ID、LSA类型等，用于指定需要的LSA。
LSU报文（Link State Update，链路状态更新报文）：
作用：回应LSR报文，发送所请求的LSA给邻居，以便对方更新其LSDB。LSU报文也可用来主动通告网络拓扑变化。
主要内容：具体的LSA数据，包含链路状态信息、序列号、老化时间等。
LSAck报文（Link State Acknowledgment，链路状态确认报文）：
作用：当路由器收到LSU报文后，必须发送LSAck报文来确认接收到的LSA。这确保LSA更新过程中的可靠性，防止信息丢失。
主要内容：确认的LSA头部信息，用于确保对方收到更新。
这五种报文通过相互协作，完成OSPF的邻居发现、链路状态同步和路由信息传播，确保网络中的路由器能持续更新并同步最新的网络拓扑信息。
OSPF的6种常用OSPF LSA类型
LSA Type 1：Router LSA：
由谁产生：每台路由器为所属区域生成。
作用：描述该区域内路由器链路的状态和代价信息。一个边界路由器（ABR）可能为每个连接的区域生成多个Type 1 LSA。
传播范围：仅限于其所在的OSPF区域，不跨区域传播。
LSA Type 2：Network LSA：
由谁产生：由指定路由器（DR）生成。
作用：包含该网络中所有连接路由器的链路状态和代价信息。只有DR能够监测和生成此类信息。
适用范围：广播网络或NBMA网络中，表示连接在同一网段的所有路由器。
LSA Type 3：Summary LSA：
由谁产生：由区域边界路由器（ABR）生成。
作用：汇总并通告从ABR到其他区域（尤其是主干区域area 0）的路由信息。它通常会汇总区域内的路由信息并通告给其他区域，而不是传递详细的路由信息。
适用范围：跨区域传播，主要用于连接区域到area 0的链路信息。
LSA Type 4：ASBR Summary LSA：
由谁产生：由ABR生成。
作用：通告ASBR（自治系统边界路由器）的路由信息。与LSA Type 3不同，Type 4 LSA用于描述从区域到ASBR的路由，而不是区域内部的路由。
适用范围：用于其他区域了解如何到达ASBR。
LSA Type 5：External LSA：
由谁产生：由ASBR生成。
作用：通告自治系统外部的路由信息。Type 5 LSA会在整个OSPF域中传播（除了Stub和完全Stub区域）。
适用范围：用于通告从OSPF域外引入的外部路由（如BGP引入的路由）。
LSA Type 7：NSSA LSA：
由谁产生：由ASBR在NSSA（不完全存根区域）生成。
作用：通告NSSA区域内的外部路由信息。Type 7 LSA在NSSA区域内部生成，但可通过ABR转换为Type 5 LSA，以便传播到其他区域。
适用范围：仅用于NSSA区域，允许外部路由信息的有限传播。
这些LSA类型通过不同的路由器和区域之间的协作，确保OSPF网络中路由信息的精确传播和同步，优化整个网络的路由选择。
如果有小伙伴想详细了解下OSPF中不同类型LSA的内容，可以点击这里看这个博主写的文章
配置命令
1. OSPF基础配置
配置OSPF并启用区域
# 进入OSPF配置模式
[Huawei] ospf 1 router-id 1.1.1.1
# 在指定接口上启用OSPF（假设接口为GigabitEthernet0/0/0）
[Huawei-ospf-1] area 0
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0] network 192.168.1.0 0.0.0.255
# 退出到全局模式
[Huawei-ospf-1] quit2. 配置OSPF的认证
配置简单认证
# 进入接口模式（假设接口为GigabitEthernet0/0/0）
[Huawei] interface GigabitEthernet0/0/0
# 启用OSPF的简单密码认证
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0] ospf authentication-mode simple huawei123配置MD5认证
# 进入接口模式
[Huawei] interface GigabitEthernet0/0/0
# 启用OSPF的MD5认证
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0] ospf authentication-mode md5 1 huawei1233. 查看OSPF状态
查看OSPF基本信息
# 查看OSPF进程、Router ID、区域等信息
[Huawei] display ospf查看邻居状态
# 查看与OSPF邻居的邻接关系状态
[Huawei] display ospf peer查看LSA信息
# 查看OSPF的LSA信息
[Huawei] display ospf lsdb4. 配置OSPF的DR/BDR优先级
配置接口优先级来影响DR/BDR选举
# 进入接口模式（假设接口为GigabitEthernet0/0/0）
[Huawei] interface GigabitEthernet0/0/0
# 设置OSPF接口优先级
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0] ospf dr-priority 1005. 配置OSPF的区域类型
配置OSPF存根区域（Stub Area）
# 进入OSPF进程配置模式
[Huawei] ospf 1
# 将area 1配置为存根区域
[Huawei-ospf-1] area 1
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.1] stub配置OSPF完全存根区域（Totally Stub Area）
# 配置完全存根区域
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.1] stub no-summary6. 配置OSPF静态路由重分发
在OSPF中重分发静态路由
# 进入OSPF进程配置模式
[Huawei] ospf 1
# 重分发静态路由到OSPF
[Huawei-ospf-1] import-route static完。
