RIP的不足

以跳数评估的路由并非最优路径
如果RTA选择S0/0传输，传输需时会大大缩短为3s
在这里插入图片描述

RIP协议限制网络直径不能超过16跳

收敛速度慢
RIP定期路由更新
– 更新计时器：定期路由更新的时间间隔，默认30秒。
– 失效计时器：失效计时器内未收到更新，路由失效，默认180秒。
– 清除计时器：清除计时器内未收到更新，路由清除，默认240秒。
在这里插入图片描述

更新发送全部路由表浪费网络资源
假设RTA和RTB各有1000条路由，每条路由需占用20个字节
每次路由更新时，RTA和RTB之间单向需消耗至少160Kb的带宽资源

OSPF简介

OSPF英文全称Open Shortest Path First (开放式最短路径优先)
OSPF是IETF 开发的一种链路状态路由协议，使用基于带宽的度量值。
OSPF采用SPF算法计算路由，从算法上保证了无路由环路。
OSPF通过邻居关系维护路由，避免了定期更新对带宽的消耗。
OSPF路由更新效率高，网络收敛快，适用于大中型网络。
OSPF报文封装于IP，协议号89，组播地址224.0.0.5与224.0.0.6。

OSPF的基本工作原理

OSPF基本协议模型
在这里插入图片描述

OSPF四张表

在这里插入图片描述

邻居表:记录与本地路由器建立OSPF邻居关系的相邻路由器信息，用于维护邻居状态和协议交互。

LSDB表:存储全网拓扑信息，包含所有接收到的LSA（链路状态通告），用于计算最短路径树（SPF树）。

ospf表:通过SPF算法（Dijkstra）从LSDB中计算出的最优路径，尚未注入全局路由表。

全局路由:存储设备最终使用的路由信息，包含从所有路由协议（OSPF、静态路由、BGP等）学到的路由。

OSPF基本概念 ----------- Router ID

一台路由器如果要运行OSPF协议，则必须存在Router ID（RID）。
RID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器。
RID可以手工配置，也可以自动生成。

如果没有通过命令指定RID，将按照如下顺序自动生成一个RID：
如果当前设备配置了Loopback接口，将选取所有Loopback接口上数值最大的IP地址作为RID；
如果当前设备没有配置Loopback接口，将选取它所有已经配置IP地址且链在这里插入图片描述
路UP的接口上数值最大的IP地址作为RID。

OSPF基本概念------LS
链路状态（LS）：路由器周边的链路的状态
直连网段状态：通过接口网段和接口状态感知
描述直连网段：（网段，掩码，接口开销）
直连拓扑状态：通过OSPF邻居和邻居状态感知
描述直连拓扑：（邻居RouterID，连接接口，接口开销）
接口开销：OSPF参考带宽 / 接口带宽
OSPF参考带宽默认为100Mbps。
Loopback接口的开销默认为1。

OSPF基本概念------LSA
LSA:每个路由器通过LSA向邻居通告自己的直连链路状态，最终所有路由器同步链路状态数据库（LSDB）

OSPF基本概念-----LSDB
LSDB:
每台OSPF路由器都有一个LSDB，用于存储LSA。
同一个区域中的OSPF路由器的LSDB一致。
LSA封装在LSU报文中，在区域内洪泛，最终达到区域内LSDB一致。
LSA在洪泛过程中内容保持不变。

OSPF基本概念----SPF
SPF计算
以自己LSA 1为根，进行SPF计算。
各OSPF路由器单独进行SPF计算，互不影响。

OSPF基本概念 ----------- OSPF网络类型
Broadcast广播多路访问：以太网接口
NBMA（Non-Broadcast Multi-Access，非广播多点访问网络）：帧中继接口
P2MP（Point-to-MultiPoint，点到多点）
P2P（Point-to-Point，点到点）：PPP HDLC接口

OSPF基本概念 ----------- OSPF报文类型与封装
在这里插入图片描述

OSPF报文直接封装在IP报文中，协议号为89。
在这里插入图片描述

链路层帧头:在数据链路层（如以太网）中标识源/目标设备，确保帧正确传输到相邻设备。

IP Header:在网络层（三层）实现跨网段寻址，将OSPF报文从源IP路由到目标IP。

OSPF Packet:承载OSPF协议的具体信息（如Hello、LSU、LSR等），用于邻居发现、LSDB同步等。

链路层帧尾:标记帧结束，并提供错误检测机制。

维持邻居关系(点对点)
在这里插入图片描述

邻居之间通过交换Hello报文，确认邻居是否工作正常
如果在一定的时间间隔内，收不到邻居发来的Hello报文，就认为邻居已经失效，从邻居表中删除。

DR/BDR的选举原则

首先比较Hello报文中携带的优先级
优先级最高的被选举为DR，优先级次高的被选举为BDR
优先级为0的不参与选举
优先级一致的情况下，比较Router ID
Router ID越大越优先
保持稳定原则
当DR/BDR已经选举完毕，就算一台具有更高优先级的路由器变为有效，也不会替换该网段中已经选举的DR/BDR成为新的DR/BDR
在这里插入图片描述

当DR失效时，BDR立刻成为新的DR
DRother路由器进行竞争，Router ID高的成为新的BDR

邻居关系无法建立原因总结
在这里插入图片描述

DOWN、Init、two-way之间的状态转换
在这里插入图片描述

DOWN 初始状态，表示未收到任何来自邻居的Hello报文。
Init 已收到邻居的Hello报文，但邻居的Hello报文中未包含自己的Router ID。
2-Way 双向通信已建立，双方Hello报文中均包含对方的Router ID。

DOWN → Init
触发条件：
本地路由器从接口收到邻居发来的Hello报文，但该Hello报文的邻居列表（Neighbor List）中不包含自己的Router ID。

Init → 2-Way
触发条件：
本地路由器收到邻居发来的Hello报文，且该报文的邻居列表中包含自己的Router ID。

状态转换详解

在这里插入图片描述

(1) ExStart → Exchange
触发条件：
双方路由器通过空DBD报文（不含LSA摘要）协商主从关系（Master/Slave）。
Master：负责控制DBD报文交换，使用自己生成的初始序列号。
Slave：响应Master的序列号。
选举依据：Router ID较大者成为Master。
关键动作：
发送带I（Init）、M（More）、MS（Master/Slave）标志的DBD报文。
一旦主从关系确定，进入Exchange状态。

(2) Exchange → Loading
触发条件：
双方通过DBD报文交换LSDB摘要（LSA头部信息，如LSA类型、Link State ID等）。
对比本地LSDB，发现缺失的LSA。
关键动作：
若发现缺失的LSA，发送LSR（Link State Request）请求完整LSA。
收到LSR的一方回复LSU（Link State Update）携带完整LSA。

所有缺失LSA请求完成后，进入Loading状态。

(3) Loading → Full
触发条件：
通过LSR/LSU报文完成所有缺失LSA的同步。
双方LSDB完全一致。
关键动作：
发送LSAck（Link State Acknowledgment）确认收到的LSA。
状态变为Full，邻接关系正式建立，开始定期维护LSDB。

OSPF协议包具备超时重传机制
OSPF协议包具备序列号，对重复包不做处理

包含在各种报文中的LSA信息

在这里插入图片描述

LSA报文头部

在这里插入图片描述

泛洪新LSA
当有新的LSA生成或收到时，这条新的LSA应当被泛洪。
泛洪新的LSA时，只需要使用LS Update报文和LS Ack报文。

当RTA有新的LSA要泛洪时，RTA向RTB发送一个LS Update报文，在
这个报文里包含这条LSA。
收到新的LSA以后，RTB向RTA泛洪一个LS Ack报文进行确认。
当在两个处于完全邻接状态（邻居状态为Full）的路由器之间泛洪新的LSA
时，邻居状态不受影响。

在广播和NBMA网络中，链路状态发生变化时，主要是通过DR路由器发送更新报文。

OSPF LSA洪泛与老化

– LSA不老化的缺点：当网络长时间中断，故障网络中的设备发起
的LSA长时间无效，但仍然存储在LSDB中，浪费设备内存。
OSPF LSA采用递增老化
LSA自发起时开始计时，到达最大老化时间后，从LSDB中清除。
OSPF最大老化时间3600秒，LSA头部的老化时间字段用于计时。

OSPF LSA老化与全网刷新
正常OSPF网络的路由维护
LSA老化时间到达最大老化时间的一半(30分钟)，发起路由器
随机等待一段时间后重新发起该LSA，然后洪泛，刷新所有路由器LSDB。
新发起的LSA序列号加1，老化时间为0。
LSA在整个洪泛过程中，除老化时间外，其余各字段都保持不变

在这里插入图片描述