OSPF
1、定义
开放式最短路径优先OSPF（Open Shortest Path First）是IETF组织开发的一个基于链路状态的内部网关协议（Interior Gateway Protocol）。本文的OSPF均指对IPv4协议使用的OSPFv2。
2、特点
由于RIP协议存在收敛慢、路由环路及扩展性差等问题，不适合大规模网络。与RIP等路由协议相比，OSPF具有如下特点：
- 适应范围广：支持各种规模的网络，特别是大型网络。
- 收敛速度快：在网络拓扑结构发生变化后立即发送更新报文，并将变化在AS（Autonomous System，自治系统即由一组使用相同路由协议来交换路由信息的路由设备组成的网络）中同步。
- 无路由自环：OSPF根据收集到的链路状态利用最短路径树算法计算路由，从算法本身保证了不会形成路由自环。
- 支持区域划分：允许将网络划分成不同区域来分层管理，区域间传送的路由信息被进一步抽象，从而减少了占用的网络带宽。
- 支持等价路由：支持到同一目的地址的多条等价路由。
- 支持组播：在某些类型的链路上以组播地址发送协议报文，减少对其它设备的干扰。
- OSPF中对路由信息的描述都是封装在链路状态通告LSA（Link State Advertisement）中发布出去的。
3、路由设备ID号
一台路由设备如果要运行OSPF协议，则必须存在Router ID（路由设备ID）。Router ID是一个32比特无符号整数，可以在一个自治系统中唯一的标识一台路由设备。Router ID可以由系统选举产生，也可以手动进行配置。Router ID选举规则如下：
- 若存在配置IP地址的Loopback接口，则选择Loopback接口地址中最大的作为Router ID；
- 若没有配置IP地址的Loopback接口，则从IP接口中选择IP地址最大的作为Router ID；
- 若IP地址已经被其它OSPF进程选用，则不能被该进程选用；
- 若没有配置任何IP地址，则无法选举Router ID，无法创建进程，只能手动配置Router ID。
4、OSPF的网络类型
根据链路层协议类型，OSPF将网络分为以下几种类型：
广播（Broadcast）类型：当链路层协议是Ethernet或FDDI时，OSPF缺省认为网络类型是Broadcast。在该类型的网络中，通常以组播形式（组播地址为224.0.0.5和224.0.0.6）发送协议报文。
P2MP（Point-to-MultiPoint，点到多点）类型：没有一种链路层协议会被缺省的认为是P2MP类型，必须是由其他的网络类型强制更改的。常用做法是将NBMA改为P2MP。在该类型的网络中，缺省情况下，以组播形式（组播地址为224.0.0.5）发送协议报文。可以根据用户需要，以单播形式发送协议报文。
P2P（Point-to-Point，点到点）类型：当链路层协议是PPP或HDLC（High-Level Data Link Control，高级数据链路控制）时，OSPF缺省认为网络类型是P2P。在该类型的网络中，以组播形式（组播地址为224.0.0.5）发送协议报文。
NBMA（Non-Broadcast Multi-Access）类型：当链路层协议是帧中继、X.25时，缺省情况下，OSPF认为网络类型是NBMA。在该类型的网络中，以单播形式发送协议报文。
注意现在只有P2P和广播的OSPF网络类型，其他两个已经淘汰
5、OSPF的5种报文
OSPF协议报文主要包括以下几种：
6.OSPF的3张表
OSPF的工作过程分为三大步骤，分别是形成邻居关系、形成邻接关系、计算路由。
OSPF建立邻居必须要收集lsa，收集完成形成邻接，收集到的lsa计算路由。完成这三个步骤，会分别形成三张表OSPF邻居表、LSDB邻接表、OSPF路由表。
邻居和邻接：
在OSPF网络中，邻居设备之间为了交换路由信息，邻居设备之间首先要建立邻接关系，邻居（Neighbors）关系和邻接（Adjacencies）关系是两个不同的概念：
邻居关系：OSPF设备启动后，会通过OSPF接口向外发送Hello报文，收到Hello报文的OSPF设备会检查报文中所定义的参数，如果双方一致就会形成邻居关系，两端设备互为邻居。
邻接关系：形成邻居关系后，如果两端设备成功交换DD报文和LSA，才建立邻接关系。
邻居和邻接状态是通过OSPF状态机表现的，OSPF共有8种邻居状态机，分别是Down、Attempt、Init、2-way、Exstart、Exchange、Loading、Full，如下图所示。Down、2-way、Full是稳定状态，Attempt、Init、Exstart、Exchange、Loading是不稳定状态。不稳定状态是在转换过程中瞬间存在的状态，一般不会超过几分钟。
OSPF邻居状态机及含义如下表：
7、OSPF路由的计算过程
OSPF协议中，路由的计算过程如下：
- 每台OSPF路由设备根据网络拓扑结构生成LSA，并通过更新报文将LSA发送给网络中的其它OSPF路由设备。
- 每台OSPF路由设备都会收集其它路由设备通告的LSA，所有的LSA组成了LSDB。LSA是对路由设备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路由设备将LSDB转换成一张带权值的有向图，这张图便是对整个网络拓扑结构的真实反映。各个路由设备得到的有向图是完全相同的。
- 每台路由设备根据有向图，使用SPF（Shortest Path First，最短路径优先）算法计算出一棵以自己为根的最短路径树，这棵树给出了到自治系统中各节点的路由。
8.OSPF邻接关系建立流程
9.OSPF的4种路由类型
1、区域内路由器
Internal Router
该类设备的所有接口都属于同一个OSPF区域。
2、区域边界路由器ABR
Area Border Router
该类设备可以同时属于两个以上的区域，但其中一个必须是骨干区域。
ABR用来连接骨干区域和非骨干区域，它与骨干区域之间既可以是物理连接，也可以是逻辑上的连接。
3、骨干路由器
Backbone Router
该类设备至少有一个接口属于骨干区域。
所有的ABR和位于Area0的内部设备都是骨干路由器。
4、自治系统边界路由器ASBR
AS Boundary Router
与其他AS交换路由信息的设备称为ASBR。
ASBR并不一定位于AS的边界，它可能是区域内设备，也可能是ABR。只要一台OSPF设备引入了外部路由的信息，它就成为ASBR。
习题
1、两台空配置的 MSR 路由器通过图示的方式连接，通过配置 IP 地址，两台路由器的 GE0/0 接口可以互通。如今分别在两台路由器上增加如下配置：
RTA：
[RTA]ospf
[RTA-ospf-1]area 0
[RTA-ospf-1-area-0.0.0.0]network 192.168.1.1 0.0.0.3
[RTA-GigabitEthernet0/0]ospf dr-priority 2
RTB：
[RTB]ospf
[RTB-ospf-1]area 0
[RTB-ospf-1-area-0.0.0.0]network 192.168.1.2 0.0.0.3
[RTB-GigabitEthernet0/0]ospf dr-priority 2
那么在 OSPF邻居状态稳定后，_B_____。
A. OSPF 接口优先级相同，在 192.168.1.0/30网段上不进行 OSPF DR选举
B. 两台路由器中，一台为DR，一台为 BDR
C. 两台路由器中，一台为DR，一台为DRother
D. 两台路由器的邻居状态分别为FULL、2-Way
实验验证，并截图显示路由器的邻居信息放入下表中：
2、三台 MSR 路由器通过图示的方式连接，192.168.1.0/30 为 RTA 和 RTB 之间的互连网段， 10.10.10.0/30 是 RTB 和 RTC 之间的互连网段。在三台路由器的互连接口上都运行了 OSPF 而且都属于 Area 0，同时在 Area0 里都只发布了三台路由器互连接口网段。假设 OSPF 运行正常，OSPF 邻居建立成功，那么**__**ACD____。
A. 如果三台路由器之间的链路都是以太网，那么网络中至少有两个 DR
B. 如果三台路由器之间的链路都是以太网，那么网络中可能只有一个 DR
C. 三台路由器的 OSPF 邻居状态稳定后，三台路由器有同样的 LSDB
D. RTB 的路由表中没有 OSPF路由
实验验证，并截图显示路由器的邻居信息放入下表中：
3、三台 MSR 路由器通过图示的方式连接。三台路由器都属于 OSPFArea0，同时在 Area0 里通过 network 命令发布了三台路由器的互连网段。在 RTC 上，网段 NET-1 也通过 network 命令在 OSPFArea0 中发布了。三台路由器之间的 OSPF Cost 如图所示。目前三台路由器的邻居状态稳定，那么____AB__。
A. 在 RTA 的路由表只有一条到达 NET-1 网段的 OSPF 路由
B. 在 RTB 的路由表有两条去往目的网段 NET-1 的 OSPF 路由
C. 对 RTB 而言，到达目的网段 NET-1 会优先选择 RTB—>RTC 路径
D. 网络状态稳定后，在接下来的 45 分钟之内，网络上 OSPF 邻居之间只有 Hello 报文传递
4、在四台 MSR 路由器之间运行 OSPF 并划分区域，其连接以及划分方式如图。已知网络中所有链路的OSPF Cost 值都为10，那么关于此图描述正确的是_**_**D___。
A. 网络中四台路由器都是ABR(Area Border Router)
B.Area 0之间的链路故障后，RTA访问RTB 的路径为 RTA->RTD->RTC->RTB
C. RTA访问RTC有两条等值路径，分别为 RTA->RTB->RTC和 RTA->RTD-RTC
D. RTD访问RTB 会优先选择 RTD->RTA->RTB路径