OSPF协议详解(最终版)
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
2002244//22//188
邻居表的建立
2002244//22//188
拓扑表的建立
2002244//22//188
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。
OSPF协议 详细全解
OSPF协议学习笔记一、OSPF路由协议（Open Shortest Path First），开放最短路径优先协议。
是一种典型的链路状态的路由协议，OSFP将链路状态广播数据包LSA（Link State Advertisement）传送给在某一区域内的所有路由器。
二、OSPF路由协议特点：1、支持层次化的网络结构，便于简化大型网络2、划分区域（area）网络，方便扩展3、快速响应网络变化、触发更新4、网络带宽占用少、路由收敛速度快5、属于无类路由协议，支持VLSM和CIDR三、OSPF的工作原理：1、双方发送HELLO报文，2、建立邻接关系3、发送LSA（链路状态通告）4、LSA泛洪5、区域中的每台路由器形成相同的LSDB（链路状态数据库）6、根据LSDB形成无环路的拓朴图7、每台路由器利用SPF算法，以自己为根计算出到达目标网络的最短路径，并写入路由表四、OSPF报文类型：HELLO DBD LSR LSU LSACKHello报文：用于发现、验证、重新发现邻居的报文，采用周期性的组播（224.0.0.5）在广播型的网络中，更新的周期为10S/40S非广播多路访问的网络中，更新的周期30s/120sDBD：数据库描述报文，在发送前要先协商主从关系（master/slave）,由主方发送自己建立的链路状态数据库的格式和序列号。
LSR:向邻居发送OSPF的链路状态的请求LSU：向请求的邻居发送关于链路状态的更新LSACK：确认收到的链路状态更新五、建立邻接关系的接口状态：down init 2-way exchangestart exchange loading fulldown:接口处于OSPF协议的DOWN状态，没有接收邻居的验证和发现。
init：接口初始化状态，准备发送和接收hello报文。
two-way:邻居双方通过HELLO报方发现对方准备建立双向通信。
exchangestart:双方进入交换LS的准备阶段。
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）是一种用于在IP网络中进行路由选择的动态路由协议。
它基于链路状态算法，通过交换链路状态信息来计算最短路径，并维护一个最短路径树，从而实现网络中的路由选择。
一、OSPF协议的概述OSPF是一种开放式协议，它具有以下特点：1. OSPF是基于链路状态的路由协议，每个路由器通过交换链路状态信息来计算最短路径。
2. OSPF支持VLSM（可变长度子网掩码），可以更好地利用IP地址资源。
3. OSPF使用Hello协议来发现邻居路由器，建立邻居关系，并交换链路状态信息。
4. OSPF使用Dijkstra算法计算最短路径，并维护一个最短路径树。
5. OSPF支持分层设计，可以将网络划分为不同的区域，减少链路状态信息的交换量。
6. OSPF支持多种路由类型，如内部路由、外部路由、汇总路由等。
二、OSPF协议的工作原理1. 邻居关系建立OSPF使用Hello协议来发现邻居路由器，并建立邻居关系。
路由器通过发送Hello消息来宣告自己的存在，并等待其他路由器的响应。
当两个路由器之间的Hello消息交换成功时，它们就建立了邻居关系。
2. 链路状态信息交换OSPF邻居路由器之间通过交换链路状态信息（LSA）来了解网络拓扑，并计算最短路径。
每个路由器将自己的链路状态信息发送给邻居路由器，邻居路由器将收到的链路状态信息存储在链路状态数据库（LSDB）中。
3. 最短路径计算OSPF使用Dijkstra算法来计算最短路径。
每个路由器根据收到的链路状态信息，计算出到达目标网络的最短路径，并维护一个最短路径树。
最短路径树由根节点和各个子节点组成，根节点为网络的出口路由器。
4. 路由表生成OSPF根据最短路径树生成路由表，将最短路径信息存储在路由表中。
路由表包含了到达目标网络的下一跳路由器和距离等信息，路由器根据路由表来进行数据转发。
OSPF_协议的解析及详解
OSPF_协议的解析及详解OSPF协议的解析及详解一、引言OSPF（开放式最短路径优先）是一种用于计算机网络中的链路状态路由协议。
它是一个开放的标准协议，用于在大型IP网络中进行路由选择。
本协议旨在提供高效、稳定和可扩展的路由选择机制。
本文将对OSPF协议进行解析和详解。
二、OSPF协议的基本原理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来构建网络拓扑图，并计算最短路径。
每个路由器都维护一个链路状态数据库（LSDB），其中包含了整个网络的拓扑信息。
2. 路由器之间的邻居关系OSPF协议通过建立邻居关系来交换链路状态信息。
路由器之间通过Hello消息进行邻居发现，并通过交换数据库描述（DBD）消息来同步链路状态数据库。
一旦邻居关系建立，路由器之间将周期性地交换链路状态更新（LSU）消息。
3. SPF算法OSPF使用SPF（最短路径优先）算法来计算最短路径。
SPF算法基于Dijkstra算法，通过遍历链路状态数据库来确定最短路径。
每个路由器根据自己的链路状态数据库计算出最短路径树，并将其作为路由表的基础。
4. 区域划分为了提高OSPF协议的可扩展性，网络可以被划分为多个区域。
每个区域内部的路由器只维护自己区域的链路状态信息，而不需要了解整个网络的拓扑。
区域之间的边界路由器负责将区域内的路由信息与其他区域交换。
三、OSPF协议的消息格式OSPF协议定义了多种消息类型，用于在路由器之间交换信息。
以下是OSPF 协议中常用的消息类型及其格式：1. Hello消息Hello消息用于邻居发现和建立邻居关系。
它包含了发送Hello消息的路由器的ID、邻居路由器的ID等信息。
2. 数据库描述（DBD）消息DBD消息用于同步链路状态数据库。
它包含了链路状态数据库的摘要信息，如序列号、LSA类型等。
3. 链路状态更新（LSU）消息LSU消息用于交换链路状态信息。
它包含了链路状态数据库中的LSA（链路状态广告）。
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OSPF协议总结（完整版）OSPF的五个包:1．Hello：9项内容，4个必要2．DBD：数据库描述数据包（主要描述始发路由器数据库中的一些或者全部LSA信息），主要包括接口的MTU，主从位MS，数据库描述序列号等）；3．LSR：链路状态请求数据包（查看收到的LSA是否在自己的数据库，或是更新的LSA，如果是将向邻居发送请求）；4．LSU：链路状态更新数据包（用于LSA的泛洪扩散和发送LSA去响应链路状态请求数据包）；5．LSACK：链路状态确认数据包（用来进行LSA可靠的泛洪扩散，即对可靠包的确认）。
Hello包作用：1．发现邻居;2．建立邻居关系;3．维持邻居关系;4．选举DR，BDR5．确保双向通信。
2．邻居关系为FULL状态；而邻接关系是处于TWO-WAY状态。
Hello时间间隔:在点对点网络与广播网络中为10秒；在NBMA网络与点对多点网络中为30秒。
注：保持时间为hello时间4倍虚电路传送的LSA为DNA，时间抑制，永不老化.OSPF的组播地址:DR将使用组播地址224.0.0.5泛洪扩散更新的数据包到DRothersDRothers使用组播地址224.0.0.6发送更新数据包组播的MAC地址分别为：0100.5E00.0005，0100.5E00.0006OSPF的包头格式:| 版本| 类型| 长度| 路由器ID | 区域ID | 验证和| 验证类型|验证| 数据| | 1 byte | 1 | 2 | 4 | 4 | 2 | 2 | 8 | variance |OSPF支持的验证类型:OSPF支持明文和md5认证，用Sniffer抓包看到明文验证的代码是“1”，md5验证的代码是“2”。
OSPF支持的网络类型:1．广播2．非广播3．点对点（若MTU不匹配将停留在EX-START状态）4．点对多点5．虚电路（虚电路的网络类型是点对点）虚链路必须配置在ABR上，虚链路的配置使用的命令是area transit-area-id virtual-link router-id虚链路的Metric等同于所经过的全部链路开销之和DR /BDR选举：1．优先级(0~255; 0代表不参加选举;默认为1)；2．比较Router-id。
次者为BDR。
在Point-to-Point, Point-to-Multipoint(广播与非广播)这三种网络类型不选取DR与BDR; Broadcast, NBMA选取DR与BDR。
先启动OSPF进程的路由器会等待一段时间，这个时间内你没有启动其它路由的OSPF进程的话，第一台路由就认为自己是DR，之后再加进来的也不能在选举了，这个等待时间叫做Wait Timer计时器，CISCO规定的Wait Timer是40秒。
这个时间内你启动的路由是参与选举的，所以真实工作环境中，40秒你大概只启动了两台，DR会再前两台启动的路由中产生，工作一段时间以后，活的最久的路由最有可能成为DROSPF over FRAME-RELAY 的配置：(1) NBMA : 在HUB上指定邻居；SPOKE上设置优先级为0。
(2) P-TO-P: 接口下配置命令ip ospf network point-to-point。
(3) P-TO-MULT P：接口下配置命令ip ospf network point-to-multipoint。
按需电路配置:接口下配置命令ip ospf demand-cricuit。
孤立区域问题解决:1．虚电路（虚电路穿过的区域一定是标准区域，标准区域一定是全路由的）2．隧道3．多进程重分发注：如果中间间隔区域为stub区域,则只能用隧道解决.OSPF分区域的原因:1．LSA数据过大，造成带宽负载过大。
2．计算全网拓扑，对cup要求过高。
3．数据库过大，对内存要求过高。
OSPF的区域类型:骨干: LSA:1 2 3 4 5标准: LSA:1 2 3 4 5stub: LSA1 2 3nssa: LSA1 2 3 7 7(default)AREA 1 NSSA DEFAULT INFORMATION-ORIGINATE(ABR上产生默认路由LSA 7)total-stub: 1 2一条默认3total-nssa: 1 2 7一条默认3LSA的类型：类型1: 路由器链路信息内容包括:路由器链路Router-id; 接口地址; 接口网络; 接口花费可使用show ospf database router命令查看。
类型2: 网络链路信息由DR通告，如果是点对点的网络类型，没有LSA2类型3、4：汇总链路(都是ABR通告)3号通告ospf区域间信息4号通告asbr的router-id信息(通告nssa区域的abr)类型5：通告外部路由类型7：nssa区域外部路由OSPF邻居建立过程:A-------------------------Bdowninit B收到A 发来hello进入init状态two way hello 4个“*”匹配，选举DR BDR ；A在hello中发现自己的Router-id;exstart 交换DBD;确立主从关系(多路访问Router-id高为主,低为从; 串行接口下接口地址大的为主)exchange 交换数据DBD（主的先发）loading 交换完整数据包LSR LSUfull注：每个LSA由序列号确认为最新的更新。
当路由器收到LSA之后的处理过程：（1）如果数据库有这样的，再查看序列号，如果序列号相同，忽略这条LSA；如果序列号偏大，将其转到数据库，并进行SPF，更新路由表；如果序列号偏小，将一个包含自己的LSA新信息发送给发送方。
（2）如果数据可没有这样的，将其加到数据库表，并发一个ACK返回，并运行SPF，更新路由表。
‘OSPF的Metric值：Cost=10的8次方/带宽，简便记做100Mb/带宽值。
Metric值是由cost值逐跳累加的。
环回口的路由，掩码为/32，既我们所说的“主机路由”。
在实际应用中，环回口以32位的居多，用作ospf的管理接口。
但是如果你想让环回口模拟一个网段，我们可以通过以下配置来消除。
R1(config)#int loopback 0R1(config-if)#ip ospf network point-to-point环回口只能配置成point-to-point这种类型，不可以配置成其它的类型。
其他：1．当一个路由器既是ABR又是ASBR时为了不让巨量外部路由分发进nssa区域使用命令：area 1 nssa no-redistribution default-information originate2．配置命令show ip ospf database router用来查询拓扑3．一个路由器在理论上支持65535个OSPF进程，在实际环境中一个路由器可支持的OSPF进程数量与其可用物理接口数量相等。
（这个我对老师说的有疑问，如果我启用了很多环回口，每个环回口一个区域不可以吗？）OSPF汇总在OSPF骨干区域当中，一个区域的所有地址都会被通告进来。
但是如果某个子网忽好忽坏不稳定，那么在它每次改变状态的时候，都会引起LSA在整个网络中泛洪。
为了解决这个问题，我们可以对网络地址进行汇总。
Cisco路由器的汇总有两种类型：区域汇总和外部路由汇总。
区域汇总就是区域之间的地址汇总，一般配置在ABR上；外部路由汇总就是一组外部路由通过重发布进入OSPF中，将这些外部路由进行汇总。
一般配置在ASBR上。
区域汇总：area area-id range ip-address mask外部路由汇总：summary-address ip-address mask我设计的两个试验，把几个知识点串起来试验一用一个试验总结一下ospf over 桢中继的时候，OSPF几种网络类型的差别。
封装好FR，DEBUG看到的几种情况情况一：两边只起了OSPF进程，其它全部默认这种情况下邻居需要手动配置！R2(config)#router ospf 10R2(config-router)#neighbor 12.1.1.3选举了DR,BDRhello的间隔是30sOSPF的数据包是单播传送的。
情况二：两边的网络类型改为Broadcast（命令接口下ip ospf network broadcast）这种网络类型下是不需要手动配置邻居关系有DR与BDR的选举。
Hello时间间隔为10s。
使用224.0.0.5这个组播地址传送数据包。
情况三：网络类型改为Point-to-Point（命令接口下ip ospf net point-to-point）不需要手动指定邻居没有DR/BDR的选举Hello时间间隔为10s使用224.0.0.5这个组播地址传送数据。
情况四：Point-to-Multipoint（命令接口下ip ospf network point-to-multipoint）不需要手动指定邻居没有DR和BDR的选举Hello时间间隔为30s以224.0.0.5这个组播地址发送数据情况五：非广播的Point-to-Multipoint（命令接口下ip ospf network point-to-multipoint non-broadcast）邻居需要手动指定，但是邻居只要在一边指定即可。
没有DR和BDR的选取Hello时间间隔为30s使用单播传送OSPF数据列出一张表，方便看网络类型邻居自动发现有无DR选举Hello间隔传输方式默认否有30s 单播Broadcast 是有10s 组播Point-to-Point 是无10s 组播Point-to-Multipoint 是无30s 组播Point-to-Multipoint(非广播) 否，单边指即可无30s 单播试验二OSPF的认证总结：OSPF的认证有2种类型（不验证也算的话是3种），使用DEBUG可以看到type0表示无认证，type1表示明文认证，type2表示MD5认证。
明文认证发送密码进行认证，而MD5认证发送的是报文摘要。
OSPF的认证可以在链路上进行，也可以在整个区域内进行认证。
另外虚链路同样也可以进行认证。
同样也是分情况来讨论。
情况一：R1和R2明文验证R1(config)#int s1/0R1(config-if)#ip ospf authentication（启用认证）R1(config-if)#ip ospf authentication-key cisco（配置密码）不配置R2的话通过debug工具我们可以看到如下信息：*Aug 15 22:51:54.275: OSPF: Rcv pkt from 10.1.1.2, Serial1/0 : MismatchAuthentication type. Input packet specified type 0, we use type 1这里的type0是指对方没有启用认证，type1是明文认证。