一、OSPF概述
3. SPF计算
4. 维护路由表
OSPF：Open Shortest Path First，开放最短路径优先协议，是一种链路状态路由协议，在RFC 2328中描述。OSPF中的字母O意为open，也就是开放、公有，任何标准化的设备厂商都能够支持OSPF。
OSPF是一种使用相当广泛的IGP协议，深入掌握OSPF非常有必要。
与距离矢量路由协议直接交互路由器的路由表不同，OSPF作为链路状态路由协议，路由器之间交互的是LSA（链路状态通告），路由器将网络中泛洪的LSA搜集到自己的LSDB（链路状态数据库）中，这有助于OSPF理解整张网络拓扑，并在此基础上通过SPF最短路径算法计算出以自己为根的、到达网络各个角落的、无环的树，最终，路由器将计算出来的路由装载进路由表中。
二、OSPF基本概念
1、Router-IDOSPF Router-ID用于在OSPF domain中唯一地表示一台OSPF路由器，从OSPF网络设计的角度，我们要求全OSPF域内，禁止出现两台路由器拥有相同的OSPFRouterID。OSPF Router-ID的设定可以通过手工配置的方式，或者通过协议自动选取的方式。当然，在实际网络部署中，强烈建议手工配置OSPF的Router-ID，因为这关系到协议的稳定。在路由器运行了OSPF并由系统自动选定Router-ID之后，如果该Router-ID对应的接口DOWN掉，或出现一个更大的IP，OSPF仍然保持原Router-ID（也就是说，Router-ID值是非抢占的，稳定第一），即使此时reset ospf process重启OSPF进程，Router-ID也不会发生改变；除非重新手工配置Router-ID（OSPF进程下手工敲router-id xxx），并且重启OSPF进程方可。另外，如果该Router-ID对应的接口IP 地址消失，例如undo ip address，则reset ospf process后，RouterID也会发生改变。
2、COST
OSPF使用cost“开销”作为路由度量值。每一个激活OSPF的接口都有一个cost值。OSPF接口cost=100M /接口带宽，其中100M为OSPF的参考带宽（reference-bandwidth）。一条OSPF路由的cost由该路由从路由的起源一路到达本地的所有入接口cost值的总和。
注意：上图只是为了帮助大家理解路由cost的计算过程，我们都知道OSPF实际的路由计算是由LSA经过计算得来的，所以这里只是形象化的帮助大家理解而已：R1将路由更新出来，Cost=1，R2从Serial4/0/0口收到这条路由，最终这条路由在R2的路由表中的cost等于1加上serial4/0/0接口的cost 50也就是51，再将这条路由更新给R3，那么这条路由在R3上的cost=51+1也就是52。另外，由于默认的参考带宽是100M，这意味着更高带宽的传输介质（高于100M）在OSPF协议中将会计算出一个小于1的分数，这在OSPF协议中是不允许的（会被四舍五入为1）。而现今网络设备满地都是大于100M带宽的接口，这时候路由COST的计算其实就不精确了。所以可以使用bandwidth-reference 1000命令修改，但是这条命令要谨慎使用，一旦要配置，则建议全网OSPF路由器都配置。
3、报文类型
OSPF一共有五种报文，各有各的用途：Hello建立和维护OSPF邻居关系DBD链路状态数据库描述信息（描述LSDB中LSA头部信息）LSR链路状态请求，用于向OSPF邻居请求链路状态信息LSU链路状态更新（包含一条或多条LSA）LSAck对LSU中的LSA进行确认
4、OSPF的三张表
邻居表（Peer table）：
OSPF是一种可靠的路由协议，要求在路由器之间传递链路状态通告之前，需先建立OSPF邻居关系，hello报文用于发现直连链路上的其他OSPF路由器，再经过一系列的OSPF消息交互最终建立起全毗邻的邻居关系，其中两者之间需要经历几个邻居关系状态，这也是一个重要的知识点。路由器在各个激活的OSPF的接口上维护的邻居都列在邻居表中，通过观察邻居表，能够进一步了解OSPF路由器之间的邻居状态。链路状态数据库LSDB（Link-state database）：
OSPF用LSA（link state Advertisement 链路状态通告）来描述网络拓扑信息，然后OSPF路由器用链路状态数据库来存储网络的这些LSA。OSPF将自己产生的以及邻居通告的LSA搜集并存储在链路状态数据库LSDB中。掌握LSDB的查看以及对LSA的深入分析才能够深入理解OSPF。OSPF路由表（Routing table）：
对链路状态数据库进行SPF（Dijkstra）计算，而得出的OSPF路由表。
5、OSPF邻居关系建立过程
OSPF邻居关系的建立过程是我们在学习OSPF过程中的一个重点，而且非常具有研究价值，就OSPF的实际部署而言，掌握这里头的机制也是很有必要的，因为邻居关系的建立是OSPF工作的基本，如果连邻居关系都建立不起来，就别谈其他的了。在实际业务部署中，可能会碰到各种问题导致OSPF邻居关系无法正常建立，因此这个模块非常值得推敲。
本文描述数据通信基础性知识，因此更加深入的内容暂不涉及。
6、OSPF网络类型
OSPF是一个“接口敏感型”协议，这句话非常值得细细品味。在上面我们介绍ospf cost的时候，就曾经讲过，路由的cost实际上得累加上入接口的cost。而OSPF中后续要介绍的DR、BDR的概念，实际上也是基于接口的，另外邻居关系的建立，也是与接口有关，因此其实很多机制着眼点都与接口有关。一旦我们在某个接口上激活了OSPF，那么这个接口将会根据该接口的二层（数据链路层）封装，捆绑对应的OSPF网络类型，注意，不同的OSPF接口网络类型，OSPF在该接口上的操作将有所不同。OSPF支持的网络类型：点到点网络
广播型多路访问网络
非广播型多路访问（NBMA）网路
P2MP网络
常见链路层协议对应的默认网络类型
7、DR、BDR
n(n-1)/2
这么多个OSPF邻居关系，维护如此多的邻居关系不仅仅额外消耗设备资源，更是增加了网络中LSA的泛洪数量。
为减小多路访问网络中的 OSPF 流量，OSPF 会在每一个MA网络（多路访问网络）选举一个指定路由器 (DR) 和一个备用指定路由器 (BDR)。
DR选举规则：最高OSPF接口优先级拥有者被选作DR，如果优先级相等（默认为1），具有最高的OSPF Router-ID的路由器被选举成DR，并且DR具有非抢占性，也就是说如果该MA网络中，已经选举完成、并且选举出了一个DR，那么后续即使有新的、更高优先级的设备加入，也不会影响DR的选举，除非DR挂掉。
指定路由器 (DR)：DR 负责侦听多路访问网络中的拓扑变更信息并将变更信息通知给其他路由器，同时负责代表该MA网络发送LSA类型2。MA网络中，所有的OSPF路由器都与DR建立全毗邻的OSPF邻接关系。
备用指定路由器 (BDR)：BDR 会监控 DR 的状态，并在当前 DR 发生故障时接替其角色
注意OSPF为“接口敏感型协议”，DR及BDR的身份状态是基于OSPF接口的，所以如果我们说：“这台路由器是DR”实际上这种说法是不严谨的，严格的说，应该是：“这台路由器的这个接口，在这个MA网络上是DR”。
MA网络中，所有的DRother路由器均只与DR和BDR建立全毗邻的邻接关系，DRother间不建立全毗邻邻接关系，如此一来，该多路访问网络中设备需要维护的OSPF邻居关系大幅减小：M= (n-2)×2+1，LSA的泛洪问题也可以得到一定的缓解
路由器的接口如果网络类型为广播多路访问或者非广播多路访问型，那么都会进行DR/BDR的选举。所以我们看，OSPF接口网络类型的不同，OSPF的操作是有所不同的。在P2P或者P2MP类型的接口上，就不选举DR\BDR。
接下去看看在MA网络中，有了DR、BDR的存在后，LSA的泛洪：
8、OSPF 区域（area）的概念
单区域存在的问题：
OSPF多区域：
OSPF区域中的骨干区域area0：
OSPF路由器的角色
OSPF路由器的角色：
区域内路由器Internal Router区域边界路由器Area Border Router骨干路由器Backbone RouterAS边界路由器AS Boundary Router
三、OSPF LSAs及特殊区域
1、前言
前面我们已经介绍过了，对于OSPF这类的链路状态路由协议而言，LSA链路状态通告是工作在底层、最为关键、最为核心的构件，正因为有了LSA，OSPF能够准确的描述网络拓扑并且最终计算出最优的路由。OSPF设计了多种LSA，以便描述网络拓扑及各种类型的路由。
2、实验环境
R1、R2、R3、R4四台路由器运行OSPF。
设备接口互联IP如图所示，都是192.168.0.0/16开头的地址段。
所有设备配置Loopback0接口，IP地址为x.x.x.x/32，x为设备编号。
但仅在R1及R2上network loopback0接口。所有设备的OSPF RouterID均使用Loopback0接口的IP地址，也就是x.x.x.x
在R1、R2、R3所处的LAN中，将R3的GE0/0/0口优先级调高，使之成为DR
我们开始来逐一认识每种LSA：
3、LSA详解
1） LSA类型1-路由器LSA（Router SLA）每一台运行OSPF的路由器均会产生1类LSA，1类LSA怎么理解？其实很简单，就是每台路由器描述一下自己“家门口的状况”，并且只会告诉给“全村的人”（本区域内泛洪）。1类LSA主要的功能有以下两点：描述路由器的特殊角色，如Virtual-link、ABR、ASBR：这是通过1类LSA中相关的V、B、E位的置1来体现的，例如如果本台设备是ABR，那么它产生的1类LSA中B位会置1。描述本路由器在某个区域内部的直连链路（接口）及接口COST值。
[R1] display ospf lsdb router 1.1.1.1 #这条命令查看router lsa也就是1类LSA 1.1.1.1
OSPF Process 1 with Router ID 1.1.1.1 Area: 0.0.0.1 Link State Database Type : Router #LSA类型为router lsa，也就是类型1 Ls id : 1.1.1.1 # LS ID为1.1.1.1，这是R1的RouterID Adv rtr : 1.1.1.1 # 该LSA通告者的RouterID，也就是R1的RouterID Ls age : 644 Len : 48 Options : E seq# : 80000006 chksum : 0xbca7 Link count: 2 #这个LSA包含2个链路的描述 * Link ID: 192.168.123.3 #链路1，ID为192.168.123.3也就是DR的IP地址 Data : 192.168.123.1 #R1的GE0/0/0口的IP Link Type: TransNet #链路类型 Metric : 1 #接口Cost=1 * Link ID: 1.1.1.1 #链路2，对应Loopback接口 Data : 255.255.255.255 Link Type: StubNet Metric : 0 #接口Cost=0 Priority: Medium这就是1类LSA， R2在Area1中的1类LSA大体上类似，那么R3泛洪的1类LSA是如何？
[R3 ]display ospf lsdb router 3.3.3.3
OSPF Process 1 with Router ID 3.3.3.3 Area: 0.0.0.0#R3在area0内泛洪的1类LSA Link State Database Type : Router Ls id : 3.3.3.3 Adv rtr : 3.3.3.3 Ls age : 946 Len : 48 Options : ABR E seq# : 80000002 chksum : 0x2878 Link count: 2 #R3在area0内泛洪的1类LSA包含两个Link，实际上一个用于描述这个接口所在的网段，另一个用于描述这个点到点接口对端的路由器也就是R4 * Link ID: 4.4.4.4 #R4的RouterID Data : 192.168.34.3 #R3的serial4/0/0的IP地址 Link Type: P-2-P Metric : 48 * Link ID: 192.168.34.0 #描述R4的Serial4/0/0口所在的网段及掩码 Data : 255.255.255.0 Link Type: StubNet Metric : 48 Priority : Low Area: 0.0.0.1 #R3在area1内泛洪的1类LSA Link State Database Type : Router Ls id : 3.3.3.3 Adv rtr : 3.3.3.3 Ls age : 970 Len : 36 Options : ABR E seq# : 80000007 chksum : 0x7fe4 Link count: 1 * Link ID: 192.168.123.3 Data : 192.168.123.3 Link Type: TransNet Metric : 1我们来总结一下，针对不同的链路类型，OSPF 1类LSA在描述不同链路类型的时候，LSID及Data字段的内容有不同：
2） LSA类型2-网络LSA（Network LSA）
在多路访问型MA网络中（例如以太网，或者帧中继网络），会选举DR、BDR，而所有的Drother都只能和DR及BDR建立邻接关系，Drother也就是非DR、BDR路由器之间不会建立全毗邻的OSPF邻接关系。
从某种层面上说，DR实际上代表了这个MA网络，在本区域内泛洪2类LSA，来呈现该MA网络中的所有路由器。因此2类LSA仅存在于有MA网络的area中，并且由DR发送，用来描述这个MA网络中的所有路由器（的Router-ID）。
得益于1、2类LSA，OSPF在一个区域内的路由计算就没有问题了。
3） LSA类型3-网络汇总LSA（Network Summary LSA）
前两类LSA解决了区域内路由计算的问题，那么区域间呢？如果路由器需要访问其他区域呢？这时就需要3类LSA。3类LSA是网络汇总LSA，这里的“汇总”二字，其实翻译为“归纳”更贴切，它和路由汇总是完全不同的概念。由于ABR同时属于两个以上的区域（其中必须有骨干区域），它知道这些区域的1、2类LSA，那么就能做件事：将某个区域的1、2类LSA，做个归纳，然后为其他区域生成3类LSA并泛洪到其他区域中，如此一来，区域间的路由计算就没问题了。.因此3类LSA，由ABR产生：
[R3] display ospf lsdb
OSPF Process 1 with Router ID 3.3.3.3 Link State DatabaseArea: 0.0.0.0
Type LinkState ID AdvRouter Age Len Sequence Metric Router 4.4.4.4 4.4.4.4 1574 48 80000002 48 Router 3.3.3.3 3.3.3.3 1573 48 80000002 48 Sum-Net 192.168.123.03.3.3.3 1593 28 80000001 1 Sum-Net 2.2.2.2 3.3.3.3 1350 28 80000001 1 Sum-Net 1.1.1.1 3.3.3.3 1386 28 80000001 1 Area: 0.0.0.1 Type LinkState ID AdvRouter Age Len Sequence Metric Router 2.2.2.2 2.2.2.2 1351 48 80000005 1 Router 1.1.1.1 1.1.1.1 1387 48 80000006 1 Router 3.3.3.3 3.3.3.3 1597 36 80000007 1 Network 192.168.123.3 3.3.3.3 1638 36 80000003 0 Sum-Ne192.168.34.0 3.3.3.3 1593 28 80000001 48
在更详细点的来查看一下R3产生的3类LSA
[R3] display ospf lsdb summary OSPF Process 1 with Router ID 3.3.3.3Area: 0.0.0.0 # R3为area0注入的LSA3Link State Database Type : Sum-Net Ls id : 192.168.123.0 Adv rtr : 3.3.3.3 Ls age : 1637 Len : 28 Options : E seq# : 80000001 chksum : 0x1b50 Net mask : 255.255.255.0 Tos 0 metric: 1 Priority : LowType : Sum-Net
Ls id : 2.2.2.2 #描述2.2.2.2/32这个子网的LSA3 Adv rtr : 3.3.3.3 Ls age : 1394 Len : 28 Options : E seq# : 80000001 chksum : 0xbe89 Net mask : 255.255.255.255 Tos 0 metric: 1#cost=1 Priority : LowType : Sum-Net
Ls id : 1.1.1.1 #描述1.1.1.1/32这个子网的LSA3 Adv rtr : 3.3.3.3 Ls age : 1430 Len : 28 Options : E seq# : 80000001 chksum : 0xec5f Net mask : 255.255.255.255 Tos 0 metric: 1#cost=1 Priority : LowArea: 0.0.0.1
#R3为area1注入的LSA3Link State Database Type : Sum-Net Ls id : 192.168.34.0 #描述192.168.34.0/24这个子网 Adv rtr : 3.3.3.3 Ls age : 1637 Len : 28 Options : E seq# : 80000001 chksum : 0xc9cb Net mask : 255.255.255.0 Tos 0 metric: 48#cost为48 Priority : Low以上就是R1在area0及area1中产生的3类LSA。事实上3类LSA由ABR就是将某个区域的子网信息通告给其他区域。往更深的角度思考，其实OSPF在area之间的3了LSA传递很像距离矢量路由协议的行为。
4） LSA类型4-ASBR汇总LSA（ASBR Summary LSA）
知道外部的路由（这通过重发布的动作，已经完成了注入，借助5类LSA完成传播）
知道完成这个重分发动作的ASBR的位置
也就是说，我们在围城里，想要去围城外的某个地方，需具备两个条件，1是你要知道外头有什么，2是你要知道城门在哪里，所以5类LSA告诉你外头有啥，4类LSA告诉你城门是谁。
关键在于第二点。与ASBR在同一区域的区域内部路由器（例如本实验中的R3），能通过ASBR（R4）产生的1类LSA知道该ASBR的位置（1类LSA中E位=1，所以与ASBR同区域的路由器都知道），但是问题来了，1类LSA的泛洪范围是本区域内，那么该区域外的路由器（如area1中的R1、R2），如何得知这台ASBR的位置呢？那么就需要借助4类LSA了。
[R1]display ospf lsdb asbr
OSPF Process 1 with Router ID 1.1.1.1 Area: 0.0.0.1 Link State Database Type : Sum-Asbr Ls id : 4.4.4.4#ASBR的RouterID Adv rtr : 3.3.3.3 #通告这条4类LSA的ABR的RouterID Ls age : 1037 Len : 28 Options : E seq# : 80000001 chksum : 0x2ce3 Tos 0 metric: 48 #ABR也就是R3自己到达ASBR的开销
5）LSA类型5-AS外部LSA（AS External LSA）
[R1]display ospf lsdb ase
OSPF Process 1 with Router ID 1.1.1.1 Link State Database Type : External Ls id : 44.44.44.0 #注入进来的这条外部路由的网络号 Adv rtr : 4.4.4.4 #ASBR的RouteriD Ls age : 781 Len : 36 Options : E seq# : 80000001 chksum : 0xcde2 Net mask : 255.255.255.0#外部路由的掩码 TOS 0 Metric: 1 #这条外部路由的外部metric E type : 2 #外部路由的metric类型，为metric-type 2 Forwarding Address : 0.0.0.0 Tag : 1 Priority : Medium
6）LSA类型7：NSSA外部LSA（NSSA External LSA）
7类LSA是一种非常特殊的LSA，要注意的是这种LSA作为一种描述外部路由的LSA它只能被在NSSA中进行泛洪，不能跨越NSSA进入骨干区域0。特殊区域NSSA会阻挡从骨干区域area0中过来的5类LSA进入，同时允许NSSA本地始发外部路由，这些外部路由以7类LSA的形式在本地NSSA中进行泛洪，当这些7类LSA到达NSSA的ABR时，由该ABR负责将这些7类LSA转换成5类LSA，方可注入骨干区域。
[R3] display ip routing-table
Route Flags: R - relay, D - download to fib------------------------------------------------------------------------------Routing Tables: Public Destinations : 16 Routes : 16 Destination/Mask Proto Pre Cost Flags NextHop Interface11.11.11.0/24 O_NSSA 150 1 D 192.168.123.1 GigabitEthernet0/0/0……但是7类LSA是不能进入area0的，那么area0内的用户如何能够学习到这条外部路由呢？R3作为一台ABR，就发挥了很重要的作用，它会做一个“7转5”的动作，也就是讲7类LSA转换成5类LSA，然后在泛洪到area0中，从而泛洪到其他常规区域中：