RIP的不足

以跳數評估的路由并非最優路徑
如果RTA選擇S0/0傳輸，傳輸需時會大大縮短為3s

RIP協議限制網絡直徑不能超過16跳

收斂速度慢
RIP定期路由更新
– 更新計時器：定期路由更新的時間間隔，默認30秒。
– 失效計時器：失效計時器內未收到更新，路由失效，默認180秒。
– 清除計時器：清除計時器內未收到更新，路由清除，默認240秒。

更新發送全部路由表浪費網絡資源
假設RTA和RTB各有1000條路由，每條路由需占用20個字節
每次路由更新時，RTA和RTB之間單向需消耗至少160Kb的帶 寬資源

OSPF簡介

OSPF英文全稱Open Shortest Path First (開放式最短路徑優先)
OSPF是IETF 開發的一種鏈路狀態路由協議，使用基于帶寬的度量值。
OSPF采用SPF算法計算路由，從算法上保證了無路由環路。
OSPF通過鄰居關系維護路由，避免了定期更新對帶寬的消耗。
OSPF路由更新效率高，網絡收斂快，適用于大中型網絡。
OSPF報文封裝于IP，協議號89，組播地址224.0.0.5與224.0.0.6。

OSPF的基本工作原理

OSPF基本協議模型

OSPF四張表

鄰居表:記錄與本地路由器建立OSPF鄰居關系的相鄰路由器信息，用于維護鄰居狀態和協議交互。

LSDB表:存儲全網拓撲信息，包含所有接收到的LSA（鏈路狀態通告），用于計算最短路徑樹（SPF樹）。

ospf表:通過SPF算法（Dijkstra）從LSDB中計算出的最優路徑，尚未注入全局路由表。

全局路由:存儲設備最終使用的路由信息，包含從所有路由協議（OSPF、靜態路由、BGP等）學到的路由。

OSPF基本概念 ----------- Router ID

一臺路由器如果要運行OSPF協議，則必須存在Router ID（RID）。
RID是一個32比特無符號整數，可以在一個自治系統中唯一的標識一臺路由器。
RID可以手工配置，也可以自動生成。

如果沒有通過命令指定RID，將按照如下順序自動生成一個RID：
如果當前設備配置了Loopback接口，將選取所有Loopback接口上數值最大 的IP地址作為RID；
如果當前設備沒有配置Loopback接口，將選取它所有已經配置IP地址且鏈
路UP的接口上數值最大的IP地址作為RID。

OSPF基本概念------LS
鏈路狀態（LS）：路由器周邊的鏈路的狀態
直連網段狀態：通過接口網段和接口狀態感知
描述直連網段：（網段，掩碼，接口開銷）
直連拓撲狀態：通過OSPF鄰居和鄰居狀態感知
描述直連拓撲：（鄰居RouterID，連接接口，接口開銷）
接口開銷：OSPF參考帶寬 / 接口帶寬
OSPF參考帶寬默認為100Mbps。
Loopback接口的開銷默認為1。

OSPF基本概念------LSA
LSA:每個路由器通過LSA向鄰居通告自己的直連鏈路狀態，最終所有路由器同步鏈路狀態數據庫（LSDB）

OSPF基本概念-----LSDB
LSDB:
每臺OSPF路由器都有一個LSDB，用于存儲LSA。
同一個區域中的OSPF路由器的LSDB一致。
LSA封裝在LSU報文中，在區域內洪泛，最終達到區域內LSDB一致。
LSA在洪泛過程中內容保持不變。

OSPF基本概念----SPF
SPF計算
以自己LSA 1為根，進行SPF計算。
各OSPF路由器單獨進行SPF計算，互不影響。

OSPF基本概念 ----------- OSPF網絡類型
Broadcast廣播多路訪問：以太網接口
NBMA（Non-Broadcast Multi-Access，非廣播多點訪問網絡）：幀中繼接口
P2MP（Point-to-MultiPoint，點到多點）
P2P（Point-to-Point，點到點）：PPP HDLC接口

OSPF基本概念 ----------- OSPF報文類型與封裝

OSPF報文直接封裝在IP報文中，協議號為89。

鏈路層幀頭:在數據鏈路層（如以太網）中標識源/目標設備，確保幀正確傳輸到相鄰設備。

IP Header:在網絡層（三層）實現跨網段尋址，將OSPF報文從源IP路由到目標IP。

OSPF Packet:承載OSPF協議的具體信息（如Hello、LSU、LSR等），用于鄰居發現、LSDB同步等。

鏈路層幀尾:標記幀結束，并提供錯誤檢測機制。

維持鄰居關系(點對點)

鄰居之間通過交換Hello報文，確認鄰居是否工作正常
如果在一定的時間間隔內，收不到鄰居發來的Hello報文，就認為鄰居已經失效，從鄰居表中刪除。

DR/BDR的選舉原則

首先比較Hello報文中攜帶的優先級
優先級最高的被選舉為DR，優先級次高的被選舉為BDR
優先級為0的不參與選舉
優先級一致的情況下，比較Router ID
Router ID越大越優先
保持穩定原則
當DR/BDR已經選舉完畢，就算一臺具有更高優先級的路由器變為有效，也 不會替換該網段中已經選舉的DR/BDR成為新的DR/BDR

當DR失效時，BDR立刻成為新的DR
DRother路由器進行競爭，Router ID高的成為新的BDR

鄰居關系無法建立原因總結

DOWN、Init、two-way之間的狀態轉換

DOWN 初始狀態，表示未收到任何來自鄰居的Hello報文。
Init 已收到鄰居的Hello報文，但鄰居的Hello報文中未包含自己的Router ID。
2-Way 雙向通信已建立，雙方Hello報文中均包含對方的Router ID。

DOWN → Init
觸發條件：
本地路由器從接口收到鄰居發來的Hello報文，但該Hello報文的鄰居列表（Neighbor List）中不包含自己的Router ID。

Init → 2-Way
觸發條件：
本地路由器收到鄰居發來的Hello報文，且該報文的鄰居列表中包含自己的Router ID。

狀態轉換詳解

(1) ExStart → Exchange
觸發條件：
雙方路由器通過空DBD報文（不含LSA摘要）協商主從關系（Master/Slave）。
Master：負責控制DBD報文交換，使用自己生成的初始序列號。
Slave：響應Master的序列號。
選舉依據：Router ID較大者成為Master。
關鍵動作：
發送帶I（Init）、M（More）、MS（Master/Slave）標志的DBD報文。
一旦主從關系確定，進入Exchange狀態。

(2) Exchange → Loading
觸發條件：
雙方通過DBD報文交換LSDB摘要（LSA頭部信息，如LSA類型、Link State ID等）。
對比本地LSDB，發現缺失的LSA。
關鍵動作：
若發現缺失的LSA，發送LSR（Link State Request） 請求完整LSA。
收到LSR的一方回復LSU（Link State Update） 攜帶完整LSA。

所有缺失LSA請求完成后，進入Loading狀態。

(3) Loading → Full
觸發條件：
通過LSR/LSU報文完成所有缺失LSA的同步。
雙方LSDB完全一致。
關鍵動作：
發送LSAck（Link State Acknowledgment） 確認收到的LSA。
狀態變為Full，鄰接關系正式建立，開始定期維護LSDB。

OSPF協議包具備超時重傳機制
OSPF協議包具備序列號，對重復包不做處理

包含在各種報文中的LSA信息

LSA報文頭部

泛洪新LSA
當有新的LSA生成或收到時，這條新的LSA應當被泛洪。
泛洪新的LSA時，只需要使用LS Update報文和LS Ack報文。

1. 當RTA有新的LSA要泛洪時，RTA向RTB發送一個LS Update報文，在
   這個報文里包含這條LSA。
2. 收到新的LSA以后，RTB向RTA泛洪一個LS Ack報文進行確認。
   當在兩個處于完全鄰接狀態（鄰居狀態為Full）的路由器之間泛洪新的LSA
   時，鄰居狀態不受影響。
   

在廣播和NBMA網絡中，鏈路狀態發生變化時，主要是通過DR路由器發送更新報文。

OSPF LSA洪泛與老化

– LSA不老化的缺點：當網絡長時間中斷，故障網絡中的設備發起
的LSA長時間無效，但仍然存儲在LSDB中，浪費設備內存。
OSPF LSA采用遞增老化
LSA自發起時開始計時，到達最大老化時間后，從LSDB中清除。
OSPF最大老化時間3600秒，LSA頭部的老化時間字段用于計時。

OSPF LSA老化與全網刷新
正常OSPF網絡的路由維護
LSA老化時間到達最大老化時間的一半(30分鐘)，發起路由器
隨機等待一段時間后重新發起該LSA，然后洪泛，刷新所有路由器LSDB。
新發起的LSA序列號加1，老化時間為0。
LSA在整個洪泛過程中，除老化時間外，其余各字段都保持不變

OSPF區域劃分

OSPF協議區域LSA發布