最通俗易懂的OSPF五种报文+七种状态

文章目录

OSPF是什么？
OSPF的五种报文，你知道哪几个？
那OSPF协议是怎么通过这几个报文运作？
OSPF状态机是如何运作的啊？
- 如果OSPF进程停留在某个状态，问题出至哪里呢？
- 那OSPF链路状态(拓扑)发生改变时怎么办?
搞懂邻居关系、邻接关系及其区别

既然要讲到OSPF的五种报文、七种状态，那我们就来看一下OSPF究竟是什么个东西。

OSPF是什么？

OSPF，Open Shortest Path First，一种链路状态路由协议，更是一种内部网关协议（如下图），封装在IP报文中，协议号为89。简单的理解，部署了该协议的网络会周期性收集拓扑和路由的所有信息，然后计算出到达目的网段的最短路径，并且通过周期更新机制实时监控网络的变化。

按区域自治与否，可分为：IGP（AS内部）、EGP（AS与AS之间）
按路由算法，可分为：
①链路状态路由协议
②距离矢量路由协议

IGP：工作在AS内，周期更新，收集运行了该协议的路由信息并实时监控网络的变化（如OSPF、ISIS、RIP）；
EGP：工作在AS之间，不存在周期更新，存在触发更新，主要用于传递和选择AS间的路由（如BGP）；

无环路
类似于STP生成树协议，每一个OSPF区域（每一朵“云”）相当于一个树干的枝杈，不会构成环路。
收敛快
这是作为动态路由所特有的特点，每当链路/设备出现故障时，该部署了OSPF的区域会动态的扫描并感知到链路状态异常，从而进行拓扑的链路的更新。
扩展性好
可以划分为多个OSPF区域，就像树干可以长出多个枝杈一样。
支持认证
认证，是为了提高网络通信的安全性，OSPF区域下所有设备接口之间的相互认可的一种口令/密钥方式。就像直播房间平台下，你输入对应的密码/房间号才可以进去一样。

OSPF的五种报文，你知道哪几个？

（1）Hello报文：发现、协商、维护（周期发送）OSPF邻居；
关于邻居的发现，有两种方式：
①自动发现：通过发送目的IP地址为224.0.0.5；
②手工指定（NBMA）

那两者如何才能成功建立邻居（两者如何通过hello报文协商“邻居的建立”）
通过查看ospf报文的头部，我们可以知道影响OSPF邻居建立的因素：
①version必须要一致；
②router id不能一致；
③area ID要一致；
④authentication-mode要一致，password也要一致；
⑤netmask要一致（广播、NBMA网络中有这一要求的）；
⑥hello/dead time要一致；
⑦option字段的N bit和E bit要一致；

N位/E位	代表的功能区域
N=0，E=0	代表stub区域（末节区域）
N=0，E=1	代表普通区域
N=1，E=0	代表NSSA区域（Not so 末节区域）

N=1，代表支持7类LSA
E=1 ，代表支持5类LSA

（2）DD（Database Description）报文：数据库描述报文，携带LSA的摘要（就像快递单号，仅仅是对快递具体内容的简单描述标识而已）；

注意：DD报文携带的LSA摘要有什么字段？

答：link state type、link state id、advertiser(简称ADV)。

（3）LSR（link state request）报文：请求本设备缺少的LSA信息（很容易理解，请求的东西一般是自己没有的），通过携带本设备所缺少的LSA的摘要信息来实现请求；

（4）LSU（link state update）报文：携带LSA信息的报文。（类似于报刊会按照你订阅所需要看、但又还没有收到的报纸的单号进行递送）

①收到了LSR请求报文后，LSU会进行回复；
②默认情况下，LSU报文会周期为1800s动态更新，dead time为3600s；
③当网络发生变化时，也会发送出LSU更新链路状态（触发更新）；

（5）LSACK（link state ACK）报文：用来确认收到了LSU的报文，携带了LSA的详细信息（而不仅是LSA摘要了）；（快递员给你送完东西，这时候快递员会验收确认，我们这边也要验货看看有无缺损、符不符合当初买的标准和实际的需求）

PS：LS Ack报文携带的仅是LSA的摘要并不会携带完整的LSA，跟DD报文类似。

那OSPF协议是怎么通过这几个报文运作？

下图很好地描述了其运作的流程：

上图粗略的描述了ospf路由协议是怎么通过报文运作的。但我还是墙裂建议各位亲自抓取OSPF报文来分析，理解会更深一点。

OSPF状态机是如何运作的啊？

1、down：刚开机时，随即发送第一个hello报文的状态。

2、init：发送了第一个hello报文后，等待收到对方发来hello报文的状态。

attempt：跟init状态类似，但它只用于NBMA接口网络类型之中

3、2-way：双向连接，收到了邻居发来的hello报文（其中携带一些信息说明本设备为邻居的route id等），在这个状态里完成DR和BDR的选举。

PS：
DR（Designated Router），指定路由器
BDR（Backup Designated Router），备份指定路由器

4、exstart：双方开始交换‘空’的DD报文，通过DD报文中序号等摘要信息协商并选举出主从设备。

为什么要选举主从设备？
选举主从设备用于确定由哪台路由器开始发送DBD包。
由于ospf主要是建立在IP数据包的基础上，所以没有tcp报文的可靠传输保证，所以需要建立主从关系保证DBD数据库描述信息可靠交互。虽然主从选举表面只是一种关系选举，实际上是一种可靠更新机制，保证数据传输有序、可靠。

其中主从关系选举与优先级无关，只与Router-ID 有关

router id较大的设备（比如选举出的主设备），不一定是DR

5、exchange：双方交换携带了LSA摘要DD报文，用于同步LSDB（可以说双方各自存储着自己的LSA报文数据库即LSDB）。

6、loading：用于加载exchange交换之后各自缺少的LSA报文。（此过程会发送LSR、LSU、LSAck报文）

7、**full：**同步LSDB完成。（此过程拓扑链路发生变化会发送HELLO、DD报文、LSR、LSU、LSAck报文，以进行动态刷新LSDB）

下面演示七种状态通过OSPF协议如何运作的一个状态机制：

下图进一步的描述了OSPF协议的状态机大致运作流程。 ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20200310172758110.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQyNjA1MzAw,size_16,color_FFFFFF,t_70)

如果OSPF进程停留在某个状态，问题出至哪里呢？

答：
停留在init状态：存在流量过滤，或链路存在单点故障
停留在2-way状态：DR/BDR选举卡住了，通常是路由器中双方或某一方弃权了导致选举不成功（优先级为0时代表弃权）

停留在exstart、exchange、loading状态：通常是本端接口的MTU与对端接口的MRU不一致，本端发送的报文过大，对端接收不过来；（但注意两设备互联接口的MTU不匹配，华为默认不检查的）

那OSPF链路状态(拓扑)发生改变时怎么办?

答：OSPF是链路状态路由协议，当链路状态(拓扑)发生变化时会执行触发更新机制，即：当链路状态发生改变时，运行OSPF的设备就会泛洪发出链路更新报文(LSU)，如此很快地就告知给了所有相邻的路由器，然后通过比对链路数据库(LSDB)与路由表(Routing table)，找出拓扑变化的部分，进而更新LSDB。

搞懂邻居关系、邻接关系及其区别

1、邻居关系？邻接关系？
邻居关系：邻居之间只能发送hello报文；
邻接关系：OSPF的五种报文都可以发送；

2、DR、BDR、DR other

在这之前我们先明白**DR、BDR、DR other是什么角色？**

DR：相当于一个班级（广播网络）里被选举出来的正班长。
BDR：相当于一个班级里选举出来的的副班长。
DR other：该班级学生里面除了上面的正班长、副班长之外的“臣子”了。

3、邻居关系和邻接关系区别？
理解了DR、BDR 和 DR other所扮演的角色，我们可以这样认为：邻居关系是简单的隔壁关系，邻接关系是更深层次的友好关系。

DR/BDR与DR other之间是邻接关系；（班长/副班长与班级同学肯定友好啦）
BDR与DR之间是邻接关系；（副班长与班长肯定友好啦）
DR other与DR other之间邻居关系；（同学和同学就是毗邻而已，关系不一定友好）