超级干货，OSPF协议无敌详解

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下午好，我的网工朋友。

大家都知道，为了实现高效的数据传输和网络资源利用，路由协议的选择可以说是非常重要的。

开放最短路径优先协议（Open Shortest Path First，简称OSPF）作为一种内部网关协议（IGP），因其高度的灵活性、可扩展性和可靠性，在现代网络架构中占据了重要的位置。

OSPF通过使用链路状态算法（基于Dijkstra的SPF算法），能够快速地在大型网络环境中实现路由信息的交换和路由表的更新，从而确保数据包能够沿最优路径转发。

关于OSPF的各种内容在前面给大家盘了不少，今天就来总体的精讲一下OSPF协议，先码再看

今日文章阅读福利：《 OSPF经典学习笔记（62页） 》

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01 OSPF概述

OSPF协议自1980年代末期发展至今，已经成为一种广泛采用的动态路由协议。

最初的设计目的是解决传统距离矢量路由协议（如RIP）在大规模网络环境下存在的问题，比如慢收敛速度、路由环路等。OSPF协议采用了链路状态路由算法，这使得它能够更快地响应网络变化并维持一致的路由信息。

目前，OSPF有两个主要版本：

OSPFv2：主要用于IPv4网络，定义在RFC 2328中。它是OSPF的第一个广泛部署版本，支持单播和多播流量。
OSPFv3：随着IPv6的出现而发展起来，定义在RFC 5340中。OSPFv3不仅支持IPv6地址族，还引入了一些改进，如更灵活的多播支持和更好的安全性。

01 OSPF与其他路由协议的对比

相比于其他动态路由协议，OSPF具有以下特点：

无环路由：由于采用了链路状态算法，OSPF能够有效地避免路由环路的问题。
快速收敛：当网络发生改变时，OSPF能够迅速更新路由信息，保证网络服务的连续性。
层次化设计：通过划分不同的区域（Area），OSPF能够减少路由表的大小，简化路由计算，并提高网络的可管理性。
灵活的度量标准：OSPF允许管理员根据网络需求配置不同的度量标准，如带宽、延迟等，以实现更加智能的路由选择。

02 OSPF的基本概念

01 区域（Area）

OSPF通过将网络划分为多个逻辑上的区域（Area）来组织和管理网络。

区域是OSPF网络的一个重要组成部分，用于将网络分割成多个逻辑组，以简化路由管理和减少LSA的数量。

主要区域类型包括：

骨干区域（Area 0）：这是所有其他非骨干区域必须连接的中心区域。所有区域必须直接或间接地与骨干区域相连，以确保路由信息能够在整个OSPF域内传播。

普通区域：这些区域直接连接到骨干区域，可以包含路由器、网络接口和子网。

末节区域（Stub Area）：这种区域不接收自治系统外部的路由更新，可以减少路由表的大小。通常用于网络边缘，以减少对核心网络的影响。

完全末节区域（Totally Stubby Area）：除了默认路由之外，不接受任何自治系统外部的路由更新。

NSSA（Not-So-Stubby Area）：类似于末节区域，但是允许注入自治系统外部的路由信息，同时也可以阻止某些类型的LSA进入该区域。

02 链路状态数据库（LSDB）

每个运行OSPF协议的路由器都会维护一个本地的链路状态数据库（LSDB）。

LSDB包含了路由器所知道的所有网络链接的状态信息，包括邻接关系、网络状态和度量值等。LSDB是通过路由器之间交换链路状态通告（LSA）来填充的。所有路由器最终会拥有相同的LSDB，这保证了路由的一致性。

03 路由选择表（Routing Table）

基于LSDB中的信息，每台路由器会独立运行最短路径优先（SPF）算法来计算到达每个目的网络的最佳路径，并将这些信息存储在路由选择表中。

路由选择表决定了路由器如何转发数据包到目标网络。

03 OSPF网络类型

OSPF协议支持多种网络类型，不同的网络类型影响着OSPF邻居关系的形成以及链路状态信息的传播方式。

主要的OSPF网络类型包括：

01 广播多路访问（Broadcast Multi-Access）

在广播多路访问网络中，所有设备共享同一个广播域。这类网络中，OSPF通过选举产生一个指定路由器（DR）和一个备份指定路由器（BDR）。

DR负责收集来自区域内其他路由器的信息，并将这些信息扩散给其他路由器。BDR作为DR的备份，在DR失效时接管其职责。

02 非广播多路访问（Non-Broadcast Multi-Access）

非广播多路访问网络同样支持多个设备之间的通信，但它不具备广播能力。

在NBMA网络中，OSPF同样需要选举DR和BDR。不同于广播网络的是，NBMA网络中的设备需要手动配置邻接关系，而不是自动形成。

03 点对点（Point-to-Point，如PPP链路）

点对点网络是指两个设备之间直接通信的网络，没有其他设备介入。在这种网络类型中，不需要选举DR或BDR，因为只有两个节点，它们之间可以直接形成邻接关系。

04 点到多点（Point-to-Multipoint）

点到多点网络是一种特殊类型的网络，其中有一个中心节点与多个末端节点通信。末端节点之间不直接通信。

在这种网络中，中心节点负责与末端节点建立邻接关系，并维护LSDB。点到多点网络可以配置为普通模式或完全模式（Full Point-to-Multipoint），后者意味着所有末端节点之间也会形成邻接关系。

05 网络类型对OSPF运作的影响

不同的网络类型影响着OSPF邻居发现机制和链路状态信息的传播效率。

例如，在广播网络中，通过DR和BDR的选举减少了全网范围内的LSA泛洪；而在点对点网络中，由于不存在DR/BDR选举过程，所以邻接关系的建立更为简单和快速。

04 DR&BDR选举

在OSPF协议中，为了提高网络效率并减少链路状态信息的传播次数，广播多路访问和非广播多路访问网络中需要选举产生指定路由器（DR）和备份指定路由器（BDR）。

01 DR的角色

指定路由器（DR）的主要职责包括：

收集来自同一网络段内其他路由器的链路状态信息。
将收集到的信息封装成链路状态通告（LSA）并泛洪给其他路由器。
减少网络中的LSA泛洪次数，从而减轻网络负载。

02 BDR的角色

备份指定路由器（BDR）作为DR的备份，它与DR保持相同的链路状态信息。一旦DR失效，BDR可以立即接管DR的职责，从而保证网络的高可用性。

03 选举过程

DR和BDR的选举是通过发送Hello报文来进行的，这个过程遵循以下步骤：

初始阶段：所有路由器启动时，默认认为自己是DR和BDR，并开始发送Hello报文。
Router ID比较：路由器通过Hello报文中携带的信息来确定彼此的存在，并基于Router ID（一个唯一的标识符，通常是路由器上最高的IP地址）来决定哪个路由器将成为DR和BDR。
最高Router ID：具有最高Router ID的路由器将成为DR，而次高的则成为BDR。
优先级设置：管理员可以通过配置路由器的优先级来影响选举结果。优先级为0的路由器不会成为DR或BDR。
选举稳定：一旦选举完成，DR和BDR就不再改变，除非网络状况发生变化（如DR或BDR失效）。