OSPF协议详解分析
OSPF协议原理及配置详解
OSPF协议原理及配置详解OSPF（Open Shortest Path First）是一种用于计算机网络中的内部网关协议（IGP），用于在大型网络中动态确定数据包的传输路径。
其算法基于Dijkstra最短路径算法，并支持IPv4和IPv6网络。
OSPF的工作原理如下：1. 链路状态数据库（Link State Database）：每个OSPF路由器都维护着一个链路状态数据库，其中存储了它所连接的所有网络的信息，包括链路的状态、带宽、延迟等。
每个OSPF路由器通过发送链路状态更新（Link State Update）将自己的链路状态信息告知其他路由器。
2.路由器之间的邻居关系建立：OSPF路由器之间通过邻居发现过程建立邻居关系。
当一个OSPF路由器启动时，它会向网络广播HELLO消息来寻找其他路由器。
当两个路由器之间收到彼此的HELLO消息时，它们可以建立邻居关系。
3. 路由计算：每个OSPF路由器通过收集链路状态信息来计算最短路径。
路由器将链路状态信息存储在链路状态数据库中，并使用Dijkstra 最短路径算法来确定到达目标网络最短路径。
4.路由更新：当链路状态发生变化时，OSPF路由器将会发送更新消息通知其他路由器。
其他路由器接收到更新消息后，会更新自己的链路状态数据库，并重新计算最短路径。
OSPF的配置如下：1. 启用OSPF协议：在路由器配置模式下使用"router ospf"命令启用OSPF协议。
2. 配置区域（Area）：将网络划分为不同的区域。
在配置模式下使用"area <区域号> range <网络地址> <网络掩码>"命令将网络地址加入到区域中。
3. 配置邻居：使用"neighbor <邻居IP地址>"命令来配置OSPF邻居关系。
邻居IP地址可以手动配置或通过HELLO消息自动发现。
OSPF_协议的解析及详解
OSPF_协议的解析及详解OSPF协议的解析及详解OSPF（Open Shortest Path First）是一种内部网关协议（IGP），用于在大型企业网络中进行路由选择。
本文将对OSPF协议进行解析和详解，包括其工作原理、协议格式、路由选择算法等内容。
一、OSPF协议的工作原理OSPF协议基于链路状态路由（LSR）算法，通过交换链路状态信息来计算最短路径。
它将网络拓扑信息分发给所有路由器，每个路由器都会构建一个链路状态数据库（LSDB），并根据该数据库计算最短路径树。
OSPF协议使用Hello消息来发现邻居路由器，并建立邻居关系。
一旦建立了邻居关系，路由器就会交换链路状态更新消息（LSU）来更新链路状态数据库。
每个路由器都会根据链路状态数据库计算最短路径，并将其存储在路由表中。
二、OSPF协议的协议格式OSPF协议使用IP协议号89，其协议格式如下：1. OSPF报文头部：- 版本号：用于指示OSPF协议的版本。
- 报文类型：用于指示报文的类型，如Hello、数据库描述、链路状态请求等。
- 报文长度：指示整个报文的长度。
- 路由器ID：唯一标识一个路由器。
- 区域ID：将网络划分为不同的区域，用于控制链路状态数据库的大小。
2. OSPF Hello消息：- 网络类型：指示网络类型，如点对点、广播、NBMA等。
- 路由器优先级：用于选举DR（Designated Router）和BDR（Backup Designated Router）。
- 邻居列表：列出与该路由器相邻的所有路由器。
3. OSPF LSU消息：- 序列号：用于标识链路状态数据库的更新。
- 链路状态记录：包含了与该路由器相邻的所有路由器的链路状态信息。
4. OSPF LSR消息：- 链路状态请求列表：列出了需要请求的链路状态信息。
三、OSPF协议的路由选择算法OSPF协议使用Dijkstra算法来计算最短路径树。
该算法通过不断更新最短路径表来选择最短路径。
ospf路由协议
Osfp 路由协议1、OSPF协议概述OSPF（Open Short Path First）开放最短路径优先协议，是一种基于链路状态的内部网协议（Interior Gateway Protocol），主要用于规模较大的网络中。
2、OSPF的特点●适应范围广：支持各种规模的网络，最多可支持数百台路由器。
●快速收敛：在网络拓扑结构发生变化后立即发送更新报文，使这一变化在自治系统中被处理。
●无环路由：根据收集到的链路状态用最短路径树算法计算路由。
●区域划分：允许自治系统内的网络被划分成区域来管理，区域间传送的路由信息被汇聚，从而减少了占用的网络资源。
●路由分级：使用4类不同的路由，按照优先顺序分别是区域间路由、区域路由、第一类路由、第二类路由。
3、OSPF的基本概念●自治系统（Autonomous System，AS）：为一组路由器使用相同路由协议交换路由信息的路由器。
●路由器ID号：运行OSPF协议的路由器，每一个OSPF进程必须存在自己的Router-ID。
●OSPF邻居：OSPF路由器启动后，便会通过OSPF接口向外发送Hello报文，收到Hello报文的OSPF路由器会检查报文中所定义的参数，使双方成为邻居。
●OSPF连接：只有当OSPF路由器双方成功交换DD报文，交换LSA并达到LSDB的同步后，才能形成邻接关系。
4、OSPF路由的计算过程每台路由器根据自己周围的网络拓扑结构生成链路状态通告（State Advertisement，LSA），并通过更新报文将LSA发送给网络中的其他OSPF路由器。
每台OSPF路由器都会收到其他路由器通告的LSA，所有的LSA放在一起便组成了链路状态数据库（Link State Database，LSD）。
LSA是对路由器周围网络拓扑结构的描述，LSDB 则是对整个自治系统的网络拓扑结构的描述。
OSPF路由器将LSDB转换成一张带权的有向图，这张图便是对整个网络拓扑结构的真实反映。
OSPF路由协议详解
2024/2/18
R1
TWO-WAY
Hello
Hello
R2
Init
TWO-WAY
带有Active Neighbor字段
17
邻接关系的过程
R1
TWO-WAY
Hello
Hello
R2
Init
TWO-WAY
之后如果链路类型为广播网络，则开始DR/BDR的选举 DR/BDR与LSA链路状态上的其他路由器都建立邻接关系后路由器之间才能交换 链路状态信息
2002244//22//188
OSPF术语
• Router-ID • 度量值cost • 链路状态 • OSPF区域 • 邻居与邻接 • DR和BDR
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邻居表的建立
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拓扑表的建立
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路由表的建立
• 列出通过SPF算法计算出的到达每个相连网络的最佳路径
DBD Exchange
DBD
25
邻接关系的过程
R1发给R2的第三个DBD报文：
2024/2/18
R1
R2
Exchange
DBD
Excha的过程
R2发给R1的第三个DBD报文：
2024/2/18
R1
Exchange
Loading
R2
DBD Exchange
用来存储路由器在某个ospf接口上发现 的邻居,初始的hello没有该字段。
15
邻接关系的过程
点击打开第一个深红色的包（R2发给R1）：
2024/2/18
R1
R2
Init Hello
OSPF_协议的解析及详解
OSPF_协议的解析及详解OSPF协议的解析及详解OSPF（Open Shortest Path First）是一种内部网关协议（IGP），用于在IP网络中实现动态路由。
本文将对OSPF协议进行解析和详解，包括其基本概念、工作原理、路由计算算法、协议报文格式以及配置和故障排除等方面的内容。
一、基本概念1.1 OSPF协议OSPF是一种链路状态路由协议，通过交换链路状态信息来计算最短路径，并维护路由表。
它基于Dijkstra算法，具有快速收敛、可扩展性强等特点。
1.2 OSPF区域OSPF将网络划分为不同的区域，每个区域由一个区域边界路由器（Area Border Router，ABR）连接。
区域之间通过区域边界路由器进行路由信息的交换。
1.3 OSPF邻居关系OSPF通过建立邻居关系来交换路由信息。
邻居关系的建立是通过Hello报文来实现的，Hello报文中包含了路由器的标识、优先级、网络类型等信息。
二、工作原理2.1 OSPF路由计算OSPF使用Dijkstra算法来计算最短路径。
每个路由器维护一个链路状态数据库（Link State Database，LSDB），其中保存了所有邻居路由器发送的链路状态信息。
根据LSDB中的信息，路由器计算出最短路径树，并更新路由表。
2.2 OSPF的路由选择OSPF使用最短路径优先（Shortest Path First，SPF）算法来选择最优路径。
SPF算法考虑了路径的成本（Cost），成本越低的路径被认为是最优路径。
2.3 OSPF的路由更新OSPF使用链路状态通告（Link State Advertisement，LSA）来更新路由信息。
当网络拓扑发生变化时，路由器会生成LSA，并向邻居路由器发送更新信息。
邻居路由器收到LSA后，更新自己的链路状态数据库，并重新计算最短路径。
三、协议报文格式3.1 Hello报文Hello报文用于建立邻居关系。
它包含了路由器的标识、优先级、Hello间隔等信息。
OSPF协议开放最短路径优先路由协议详解
OSPF协议开放最短路径优先路由协议详解OSPF（Open Shortest Path First）协议是一种开放的链路状态路由协议，广泛用于大型企业网络和互联网中。
它采用了最短路径优先策略，通过计算路由器之间的链路成本来选择最优的路径，以实现数据在网络中的快速传输。
一、OSPF协议的基本概念与特点1. 链路状态路由协议OSPF是一种链路状态路由协议，它通过交换链路状态信息，即路由器之间的网络拓扑信息，来计算最短路径。
每个路由器都会构建一个拓扑数据库，记录网络中的所有链路和节点信息。
2. 开放的协议OSPF是一种开放的协议，意味着它的协议规范是公开的，任何厂商和组织都可以基于这个协议进行实现和部署。
这为网络设备的互操作性和标准化提供了便利。
3. 分层体系结构OSPF协议采用了分层的体系结构，将整个网络分为区域（Area）、区域边界路由器（Area Border Router，ABR）和自治系统边界路由器（Autonomous System Boundary Router，ASBR）。
通过在不同的层次中交换信息，提高了网络的可扩展性和管理性。
4. 成本度量OSPF协议中，每条链路都有一个与之相关的成本，成本越低表示链路质量越好。
路由器通过比较链路的成本来选择最优路径，这样可以使得数据传输的延时和带宽利用率达到最优。
5. 动态更新和适应性OSPF协议支持动态更新，当网络拓扑发生变化时，路由器可以自动更新拓扑数据库，并重新计算最短路径。
这种自适应的特性使得OSPF协议能够应对网络的变化和故障，保证网络的稳定性和可用性。
二、OSPF协议的工作原理1. 邻居发现与状态交换在OSPF协议中，路由器首先要通过Hello消息来发现相邻路由器，并建立邻居关系。
一旦建立了邻居关系，路由器之间就可以交换链路状态信息，在数据库中记录邻居路由器的信息。
2. 构建拓扑数据库每个OSPF路由器都会根据收到的链路状态信息构建拓扑数据库。
OSPF协议详解
OSPF协议详解OSPF（Open Shortest Path First）是一种开放式的最短路径优先（SPF）路由协议，它用于在IP网络中确定最佳转发路径。
在本文中，我们将详细介绍OSPF的工作原理、优点、协议特点以及配置方法。
1.工作原理：OSPF使用了链路状态路由算法，这种算法将网络上的每个路由器都视为一个节点（或称为“LSDB数据库中的顶点”），并通过链路状态广播（LSA）协议来交换链路信息。
每个路由器都会维护一个属于自己的图，这个图描述了整个网络的拓扑结构。
当一个链路状态发生变化时（如链路故障或新增链路），路由器会发送链路状态通告（LSA）消息给所有邻居路由器，以便更新其拓扑图。
接收到这些消息的路由器将更新自己的拓扑图，并重新计算到达目标网络的最短路径。
2.优点：（1）快速收敛：OSPF使用链路状态广播信息，并且每个路由器都维护了一个图，这使得当网络发生变化时，只需更新那些受影响的链路即可，从而加快了网络的收敛速度。
（2）支持多种网络类型：OSPF可以用于各种类型的网络，如以太网、FDDI（光纤分布式数据接口）、点对点链路和虚拟链路等。
（3）可划分区域：OSPF网络可以划分成不同的区域，每个区域都有独立的LSDB数据库和SPF计算。
这种分层结构使得OSPF对大型网络的扩展更加容易。
（4）通过区域间的路由聚合减少链路状态交换的开销。
（5）支持VLSM（可变长度子网掩码）：OSPF支持VLSM，可以根据不同的子网掩码长度进行路由。
3.协议特点：（1）基于链路状态：OSPF使用链路状态来计算最佳路径，而不是基于距离向量，这使得OSPF在选择最佳路径时更加准确。
（2）通过区域间的路由聚合减少链路状态交换的开销。
（3）支持分层结构：OSPF支持网络的分层结构，将大型网络划分为多个区域，每个区域都有独立的LSDB数据库和SPF计算。
（4）使用多种类型的LSA：OSPF定义了几种不同的LSA类型（如类型1、类型2、类型3），用于交换链路状态信息和计算最佳路径。
OSPF_协议的解析及详解
OSPF_协议的解析及详解OSPF（Open Shortest Path First），即开放式最短路径优先协议，是一种用于路由选择的广泛应用的动态路由协议。
OSPF协议通过建立邻居关系和交换链路状态信息（LSA）来计算路由表，实现网络之间的最短路径选择。
首先，OSPF协议使用一个特殊的Hello报文来建立邻居关系。
当OSPF路由器被配置为OSPF路由器并启动时，它将向相邻路由器发送Hello报文，以确认对方是否也是OSPF路由器，并建立邻居关系。
Hello 报文还包含了一些其他的信息，如路由器ID、网络类型等。
建立邻居关系后，OSPF路由器将开始交换链路状态信息（LSA）。
每个OSPF路由器都维护着一个链路状态数据库（LSDB），其中存储了网络拓扑和链路状态的信息。
路由器将通过将LSA广播到整个OSPF区域来交换LSA，并在收到的LSA中更新其链路状态数据库。
链路状态信息包括了路由器的ID、邻接路由器的ID、链路的状态（如开启、关闭等）、链路的带宽等。
在交换链路状态信息的过程中，OSPF使用Dijkstra算法来计算出最短路径。
Dijkstra算法将使用下面的几个参数来计算路径的开销：-路由器的ID-链路的带宽-路由器到邻接路由器的开销-链路连接状态利用这些参数，OSPF路由器将计算出从源路由器到所有其他路由器的最短路径，并将结果存储在路由表中。
OSPF路由器将通过路由表选择最佳路径来转发数据包。
此外，OSPF还支持网络分割和级别的概念。
网络分割意味着将大的OSPF网络划分为多个区域，每个区域有一个主要的路由器来处理该区域内部的路由选择。
级别是指区域之间的层次结构，底层的区域将汇总上层的信息，以减少网络的规模。
OSPF协议具有以下优点：-支持大规模网络：OSPF可以处理复杂的网络拓扑，适用于大型企业网络和因特网。
-支持快速收敛：OSPF可以快速适应网络拓扑的变化，重新计算最短路径并更新路由表。
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OSPF 学习笔记OSPF 协议号是89，也就是说在ip 包的protocol 中是89，用ip 包来传送数据包格式:在OSPF 路由协议的数据包中，其数据包头长为24 个字节，包含如下8 个字段：* Version number-定义所采用的OSPF 路由协议的版本。
* Type-定义OSPF 数据包类型。
OSPF 数据包共有五种：* Hello-用于建立和维护相邻的两个OSPF 路由器的关系，该数据包是周期性地发送的。
* Database Description-用于描述整个数据库，该数据包仅在OSPF 初始化时发送。
* Link state request-用于向相邻的OSPF 路由器请求部分或全部的数据，这种数据包是在当路由器发现其数据已经过期时才发送的。
* Link state update-这是对link state 请求数据包的响应，即通常所说的LSA 数据包。
* Link state acknowledgment-是对LSA 数据包的响应。
* Packet length-定义整个数据包的长度。
* Router ID-用于描述数据包的源地址，以IP 地址来表示，32bit* Area ID-用于区分OSPF 数据包属于的区域号，所有的OSPF 数据包都属于一个特定的OSPF 区域。
* Checksum-校验位，用于标记数据包在传递时有无误码。
* Authentication type-定义OSPF 验证类型。
* Authentication-包含OSPF 验证信息，长为8 个字节。
FDDI 或快速以太网的Cost 为1，2M 串行链路的Cost 为48，10M 以太网的Cost 为10 等。
所有路由器会通过一种被称为刷新（Flooding）的方法来交换链路状态数据。
Flooding 是指路由器将其LSA 数据包传送给所有与其相邻的OSPF 路由器，相邻路由器根据其接收到的链路状态信息更新自己的数据库，并将该链路状态信息转送给与其相邻的路由器，直至稳定的一个过程。
当路由器有了一个完整的链路状态数据库时，它就准备好要创建它的路由表以便能够转发数据流。
CISCO 路由器上缺省的开销度量是基于网络介质的带宽。
要计算到达目的地的最低开销，链路状态型路由选择协议（比如OSPF）采用Dijkstra 算法，OSPF 路由表中最多保存 6 条等开销路由条目以进行负载均衡，可以通过"maximum-paths" 进行配置。
如果链路上出现fapping 翻转，就会使路由器不停的计算一个新的路由表，就可能导致路由器不能收敛。
路由器要重新计算客观存它的路由表之前先等一段落时间，缺省值为 5 秒。
在CISCO 配置命令中"timers spf spf-delay spy-holdtime" 可以对两次连续SPF 计算之间的最短时间（缺省值10 秒）进配置。
路由器初始化时Hello 包是用224.0.0.5 广播给域内所有OSPF 路由器，选出DR 后在用224.0.0.6 和DR，BDR 建立邻接。
DR 用224.0.0.5 广播给DRother LSA BDR 也是DRother 用224.0.0.6 广播LSA 给DR 和BDRDR 是在一个以太网段内选举出来的，如果一个路由器有多个以太网段那么将会有多个DR 选举；DR 的选择是通过OSPF 的Hello 数据包来完成的，在OSPF 路由协议初始化的过程中，会通过Hello 数据包在一个广播性网段上选出一个ID 最大的路由器作为指定路由器DR（如果设置优先级的话那么首先看优先级，优先级为0 不参加选举）并且选出ID 次大的路由器作为备份指定路由器BDR，BDR 在DR 发生故障后能自动替代DR 的所有工作然后重新选择BDR 。
当一个网段上的DR 和BDR 选择产生后，该网段上的其余所有路由器都只与DR 及BDR 建立相邻关系。
见下图DR 的选举过程：这里可以以选举村长为例选举的时候用Hello 包中的DR 字节来标识，开始的时候都是标识的自己，一旦选举出一个DR 来那么即使后来再有优先级更高的进来也不重新选举（因为一旦重新选举那么所有的邻接关系都要重新建立）OSPF 启动的过程：downinit 发送Hello（224.0.0.5）DR 字段为全零（因为还没有选出DR），单通状态，我能收到对端的Hello 报文，但对方没有收到我的报文，怎么知道对端有没有收到我的报文呢，通过Neighbors Seen看2way 2 个OSPF 路由器从Hello 中发现互相的router id（本地路由器最大ip，一般是loopback）建立邻接在这个阶段已经知道谁是DR 了exstart 预启动状态，OSPF 路由器建立主从关系（看谁的routerid 大）然后协商一个序列号（因为ip 是不可靠的传输采用确认＋超时重传就可以）准备传送，头两个DD 报文为空，不包含LSA 的数据Router 1：DD seq=x,I=1,M=1,MS=1I 是第一个报文M 是more 表示还有后续报文MS 是表示Router 1 是MasterRouter 2：DD seq=y,I=1,M=1,MS=1I 是第一个报文M 是more 表示还有后续报文MS 是表示Router 2 是Master究竟谁是master 呢，就会选一个router id 大的作为master谁当了master 序列号就用谁生成的那个数，在这里应该是Router 2 的yexchange 和DR 开始交换数据，master 先发送lsdb 报文，此报文只是一个index（如同一本书的目录）不包含实际的路由数据，slave 也发送报文，看谁的序列号高，序列高的数据新，相邻路由器可以根据数据库描述数据包的序列号与自身数据库的数据作比较，若发现接收到的数据比数据库内的数据序列号大，则相邻路由器会针对序列号较大的数据发出请求，并用请求得到的数据来更新其链路状态数据库。
Router 1 先发送DD 报文序列号用master 的并且MS 字段为0RouteR2 回应报文把序列号加 1 表示已经收到了刚才的DD 报文并且也包含自己的DD 报文，下一个Router 1 的DD 报文还用y＋1来表示因为slave 无权把序列号加1。
如果DD 报文中的M＝0那么表示DD 报文发送结束loading 装入状态，如果新加入的路由器的从DD 报文中看出那个是自己需要的路由数据，则发送lsr 报文，请求发送数据，对端发送LSU报文，此报文包含所需的全部数据。
full 收到LSU 报文后发送确认，完成充满状态。
Hello 包TTL 值是1，在以太网中每10 秒发送一次，而且不穿过路由器，通常OSPF 协议报文的TTL 都是1（虚连接除外）link status 包flood 整个area （麦子说flood 是由区域内所有路由器接力完成）一个DD 报文可以含有很多个LSA 的头部信息从init――――loading 是路由器第一次交换信息的时候才出现，到了full 以后如果在有路由变化那么就只发送LSU邻居状态机（灰色为可以长期存在的状态，白颜色为短暂状态）2－way 为2 个DRother 之间可以有这种状态OSPF 五种协议报文：LSA 类型type 1 又被称为路由器链路信息数据包（Router Link），所有的OSPF 路由器都会产生这种数据包，用于描述路由器上联接到某一个区域的链路或是某一端口的状态信息。
路由器链路信息数据包只会在某一个特定的区域内广播，而不会广播至其它的区域。
在类型1 的链路数据包中，OSPF 路由器通过对数据包中某些特定数据位的设定，告诉其余的路由器自身是一个区域边界路由器或是一个AS 边界路由器。
并且，类型 1 的链路状态数据包在描述其所联接的链路时，会根据各链路所联接的网络类型对各链路打上链路标识，Link ID 。
表一列出了常见的链路类型及链路标识。
相邻路由器的路由器标1 用于描述点对点的网络识2 用于描述至一个广播性网络的链路DR 的端口地址3 用于描述至非穿透网络，即stub 网络的链路stub 网络的网络号码相邻路由器的路由器标4 用于描述虚拟链路识链路类型3（1 对0 或者Stub 网络）的链路状态描述――link id10.0.0.0 / 网段/data:255.0.0.0 / 掩码type:StubNet (3) / 类型/metric:50 /度量/链路类型1（点对点）的链路状态描述，首先要描述一下接口的路由信息：linkid:20.0.0.0 / 网段/ data:255.0.0.0 /掩码/type:StubNet(3) / 类型/ 此处还是3，因为ppp 类型分成2 部分，首先把它想象成一个1：0 也就是类型3 的网络这么做是为了描述接口的路由，20.0.0.0，第二步在描述对端连接的那台路由器metric:5 /度量值/对对端路由器的描述：link id:2.2.2.2 / 对端RouterID/data:20.0.0.2 /对端路由器的接口地址/type:Router (1) /类型/metric：5对帧中继(点对多点)链路状态的描述：首先也是先描述接口网段的路由link id:40.0.0.1 /网段/ 描述的是自己的接口地址，不是网段data: 255.255.255.255 / 掩码/ type:StubNet（3） /类型/ 此处还是描述成1 对0 的网段metric: 5 /度量值/link id: 3.3.3.3 /对端routerF 的id/ 因为是连接多点的，所以有多段描述data:40.0.0.1 /与router F 相连的接口地址/ type:Router(1) / 类型/ metric:5 /度量值/link id:4.4.4.4 /对端routerE 的id/data:40.0.0.1 /与router E 相连的接口地址/ 此处描述的是routerA 的接口地址，并不是Router E 的接口地址，没关系因为点对多点连接的接口地址都在一个子网内type:Router(1) /类型/metric:5 /度量值/对广播型网络链路状态的描述：不描述接口网段的路由了link id:30.0.0.3 /网络中DR 的接口地址/ data:30.0.0.1 /本接口的地址/type:TransNet(2) /类型/ metric:50 /花费/ 每个路由器只生成这些信息，缺少的信息有DR 补齐，这样会节省很多的描述信息，如果不是的话假如这里有100 台路由器那么得生成100 段描述信息。