6-24 OSPF原理
OSPF邻居关系的建立
OSPF邻居关系建立的简要过程
- 建立双向通信关系：知道互有彼此
- 协商主从关系：协商交互路由信息时，谁做主人，谁做从属
- 交互链路状态通告LSA：同步和发送LSA
- 完成同步：实现OSPF全毗邻
OSPF邻居关系建立的详细过程
A→B：Hello
- 路由器A向路由器B发送一个Hello包并进入Init状态：源地址为A，目的地址为组播地址224.0.0.5(运行OSPF的路由器都会监听该组播地址)；
- 路由器B接收这个Hello包，并将A放入邻居表中
B→A：Hello：通过下述过程，A、B之间的邻居关系就建立起来，彼此直到互为对方邻居
- 路由器B向路由器A发送一个Hello包并进入Init状态：源地址为B，目的地址为A（注意此时发的是一个单播包）
- 路由器A收到上述单播包，将B放进自己的邻居表当中，并且由于收到的是一个单播包，A就知道B的邻居表里已经有A了，A进入Two-way(双向)状态
A→B：DBD：数据库描述包，协商主从关系
- 路由器A向路由器B发送一个DBD包：告诉B说我的RouterID为12.1.1.1
B→A：DBD：数据库描述包
- 路由器B向路由器A发送一个DBD包：告诉A说我的RouterID为12.1.1.2，比你高一些；则B为主，A为从
A↔B：DBD：交互数据库描述包，这个DBD相当于是自己链路状态数据库的目录索引信息
- 交互DBD数据库描述包，即交互链路状态数据库的目录索引信息
A↔B：ACK：
- 确认DBD数据库描述包交互完毕
A→B：LSR链路状态请求包
- 链路状态请求包：告诉对方我需要哪个网络的链路状态信息
B→A：LSU链路状态更新包
- LSU链路状态更新包：对方需要的网络的链路状态信息
A→B：LSUAck确认更新包
- LSUAck确认更新包：告诉对方已收到并更新上述信息
通过上述交互，使得两台路由器LSDB链路状态数据库完全同步
注意上图中用红色标注出来的，是邻居关系建立的状态阶段
查看邻居关系
当两台路由器建立起OSPF邻居关系之后，可使用display ospf peer查看邻居关系
上图中Full状态说明两台路由器已经完全同步LSDB链路状态数据库
OSPF网络类型
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)网络
- P2MP网络
常见链路层协议对应的默认网络类型
| 网络类型 | 常见链路层协议 |
|---|---|
| Point-to-Point | PPP链路，HDLC链路 |
| Broadcast | 以太网链路 |
| NBMA | 帧中继链路，ATM链路 |
| P2MP | 需手工指定 |
DR和BDR
OSPF中有两个较为重要的概念，分别是DR和BDR
上述网络拓扑是一个广播多路网络，图1相当于将这些路由器连接至同一个交换机上去，交换机在拓扑中表现为一条总线了
在广播多路访问网络中，所有路由器接口都在相同网段，这些接口都将两两建立OSPF邻居关系这就意味着，网络中共有(排列组合):
$$
M=N(N-1)/2
$$
这么多OSPF邻居关系，维护如此多邻居关系不仅耗费设备资源，也增加了网络中LSA泛洪数量，如图2所示。
为解决上述的问题，我们需在广播多路访问网络中选举一个指定路由器DR和一个备用指定路由器BDR
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坐DR，如果优先级相等(默认为1)，具有最高OSPF RouterID的路由器被选举为DR，并且DR具有非抢占性。
指定路由器(DR)：负责使用变化新消息更新其他OSPF路由器(DRother)
备用指定路由器(BDR)：监控DR状态，并在当前DR发生故障后接替其角色
注意OSPF为“接口敏感协议”，DR及BDR的身份状态是基于OSPF接口的
Ma网络中(多路访问网络)，所有其他路由器均只与DR和BDR建立邻居关系，其他路由器之间不建立邻接关系
如此一来，Ma网络中OSPF需要维护的邻居关系大幅减少至
$$
M=(n-2)*2+1
$$
因此，LSA泛洪问题得到缓解，如下图所示
- 假设R3下方网络链路状态发生变化，路由器R3用224.0.0.6通知DR及BDR；DR、BDR监听224.0.0.6这一组播地址
- DR向组播地址224.0.0.5发送更新以通知其他路由器，所有的OSPF路由器监听224.0.0.5
- 路由器收到链路变化后的LSU后，更新自己的LSDB，进行SPF重新计算，更新路由表
OSPF区域概念
单区域存在的问题
如果所有路由器处于同一个OSPF区域，则会存在如下问题：
- LSA泛洪严重，OSPF路由器的负担很大
- 区域内部动荡会引起全网路由器的SPF计算，消耗路由器CPU资源
- LSDB庞大，资源消耗过多，设备性能下降，影响数据转发
- 每台路由器都需要维护的路由表越来越大，单区域内路由无法汇总
OSPF多区域
为此，引入多区域的OSPF，有如下优点：
- 减少了LSA洪泛范围，有效把拓扑变化控制在区域内，达到网络优化的目的
- 在区域边界可以做路由汇总，减小了路由表
- 充分利用OSPF特殊区域的扩展性，进一步减少LSA泛洪，从而优化路由
- 多区域提高了网络的扩展性，有利于组建大规模网络
所有非骨干区域必须与骨干区域直连
若骨干区域定义为区域0，则所有的其他非骨干区域必须与区域0直连，下面图2中区域3连接错误
OSPF区域中的路由器角色
| 类型 | 英文名称 |
|---|---|
| 区域内路由器 | Internal Router |
| 区域边界路由器 ABR | Area Border Router |
| 骨干路由器 | Backbone Router |
| AS边界路由器ASBR(自治系统边界路由器) | AS Boundary Router |