4.2.2 路由 OSPF（OSPF的5种报文、8种状态机、邻居与邻接的形成）

OSPF的5种报文

OSPF设备之间交互并不是像Rip协议一般直接发送路由信息，而是先发送一些基础报文进行建立邻居。

邻居建立之后再进行交互LSA通过SPF选举出最优的路由加入到路由表中。

每种报文都有各自的作用，且在OSPF邻居与邻接建立过程中起到重要的作用。

在开始之前简单介绍LSA：LSA(链路状态通告) 是链接状态协议使用的一个分组，它包括有关邻居和通道成本的信息。

Hello报文

Hello报文，周期性发送，用于发现和维护OSPF邻居关系。

周期发送的时间受OSPF链路类型影响，如广播网络类型下的Hello发送间隔为10秒。

不同链路状态下的Hello报文发送方式不同，广播网络类型下的Hello报文以组播发送。

扩展了解可结合上一篇内容进行观看：路由 OSPF常见4种网络类型MA、P2P、NBMA、P2MP、OSPF报头字段信息简介。

报文字段简介

DD/DBD报文

DD（Database Description）数据库描述信息，建立邻居的基础上用于描述本地的路由摘要信息，主要用于数据库的同步。

DD报文中携带简要的路由信息。当对端邻居收到之后基于DD报文中的信息从而通过LSR进行请求所需的详细路由信息。

先描述后请求，减少了交换LSA的次数，提高网络的收敛速度。

如果没有DD报文，每次建立邻居后都要发送全部的LSA，如果对方已经有了大部分了，你还发一堆过去就产生了不必要的流量。

不同链路状态下的DD报文发送方式不同，广播网络类型下的DD报文以单播发送。

DD报文字段简介（首个DD报文）

DD报文字段简介（非首个DD报文——携带简要路由信息）

LSR报文

LSR(Link State Request)链路状态请求，用于请求DD报文中的详细路由信息。

不同链路状态下的LSR报文发送方式不同，广播网络类型下的LSR报文以单播发送。

LSR报文简介

LSU报文

LSU(Link State Update)链路状态更新，用于回复详细的LSR请求信息。

同时该LSU报文还用于在OSPF链路状态更新/拓扑变更时进行路由的更新通知。

即自动发送LSU报文，并不需要通过LSR请求后发送，主要为了让OSPF的网络更快的适应网络变更。不至于说当发现路由不通的时候再进行路由更新。

不同链路状态下的LSU报文发送方式不同，广播网络类型下的LSU报文以组播发送。

LSU报文简要介绍

LSACK报文

LSACK(Link State ACK)链路状态确认，用于对LSU报文内容进行确认。

回复LSACK可保障LSA传输的可靠性，不至于说发送LSU丢了也不知道。

不同链路状态下的LSACK报文发送方式不同，广播网络类型下的LSACK报文以组播发送。

LSACK报文简要介绍

OSPF的8种状态机与邻居邻接关系建立

OSPF在邻居与邻接建立的过程中会经过多个状态机的变化，状态机的出现不仅能让我们了解OSPF建立过程，也能在OSPF出现故障的时候通过状态机的状态来粗略判断问题的所在。

邻居建立过程

1、Down状态

启用了OSPF功能的链路默认成为down状态，并开始向外发送Hello报文（基于网络类型的不同发送方式也会不同，广播类型Hello为组播发送）

》报文发出之后，从Down状态转Init状态

值得注意的是OSPF的每条链路都会经历状态机，每条OSPF链路的状态机互不影响。

【简：启用OSPF的链路从Down状态开始，向外发送Hello报文后转为Init状态】

2、Init状态

OSPF设备接收到对端的Hello报文后，将再发送一个Hello报文，并在其它附上对端的router-id。

在Init状态下的链路，如果接收到传来的Hello包中含有自己的router-id，则表示对端已经发现了自己，此时链路就能成为2-way状态了。

【简：收到Hello回复Hello并携带邻居的router-id，如果Init链路收到Hello中有自己设备的router-id则转为2-way状态】

3、Attempt状态（NBMA）

该状态仅发生在NBMA网络中，表明该链路在发送Hello报文之后，到达了失效时间（dead interval）仍然没有收到对端回复Hello报文。

处于该状态下的链路仍然会向对端发送Hello报文。

4、2-way状态

链路处于该状态下，表明邻居建立成功。

》其它链路类型在成为2-way之后，发送第一个空DD报文后，进入Exstart状态。
（因为在其它网络类型中，DD报文通过单播发送，无法确认谁先发送DD报文，同时为了保障DD的可靠传递，需要进行选举主机设备）
》如果链路为P2P类型，则直接进入Exchange状态进行交互DD报文
（因为p2p类型链路所有报文交互都是组播，同时p2p是点到点网络，完全不需要担心LSA传递过程中丢失）

在邻居建立过程中，为了提高OSPF网络收敛的速度。在广播网络中建立邻居时，需要同时进行DR与BDR的选举。（2-way建立之前或之后就已经选举出DR与BDR了）

选举DR与BDR主要为了解决同网络中，报文信息相互发送造成网络中流量过大的问题。通过选举DR与BDR实现流量的统一整理与发送，减少网络中的OSPF报文过多，同时提高收敛的速度。

DR与BDR的作用如图：

DR与BDR、DR-Other的关系：

• 在一个广播网络中可以没有BDR，但必须存在一个DR设备。没有成为DR与BDR设备的其它OSPF设备称为DR-Other设备。
• 每条MA/NBMA链路中，都会独立选举DR、BDR。
• BDR是DR备份，DR失效之后，BDR成为DR，同时也将重新选举新的BDR。
• DR与BDR没有抢占性，当网络中出现新的更优先的路由器，也不会成为抢占现有网络中的DR身份。
• 接口优先级为0将不参与选举，如果此时为DR/BDR将立马失效，成为DRother。

1、DR、BDR、DR-Other的邻居与邻接关系：

• DR、BDR、DR-Other都能相互建立邻居关系，因为能够交互Hello报文。

• 但建立邻接关系的只有DR、BDR、DR与DR-Other之间、BDR与DR-Other之间。

• 因为在广播网络中OSPF规定DR-Other之间不能直接交互DD报文、LSR、LSU、LSACK报文，所以DR-Other之间无法建立邻接关系。

2、DR、BDR、DR-Other之间的报文交互

• DR-Other交互路由信息时，通过组播地址224.0.0.6向DR与BDR发送路由信息。

• DR、BDR收到224.0.0.6传来的报文时，通过组播地址224.0.0.5向所有的OSPF发送信息。

• 如果DR-Other有路由更新的时候，DR-Other会向224.0.0.6发送LSU信息，再由DR向224.0.0.5发送LSU报文，通知所有的OSPF设备更新路由。

DR与BDR的选举流程：

1、优选广播域中接口优先级大的，默认接口优先级为1。

2、优先级相同，比较router-id，大的成为DR，次BDR、其它DRother。

注意：在配置OSPF的时候，第一台配置之后的40秒内，同一个广播域中如果没有遇到比自己更优先的设备，自己将成为DR，往后的其它设备将是这个广播网络中的BDR与DRother。

所以在配置OSPF的时候，先配置实际DR的设备，其它再配置BDR、DRother设备，这样能有效保障初始的正常选举。

当然也能通过reset ospf process的方式将的身份有误的OSPF设备进程注销，从而进行重新选举，但在实际环境中谨慎使用。

邻居建立过程（图片）

邻接建立过程

5、Exstart状态

OSPF为了保障LSA信息在传递过程中的可靠性，定义了OSPF主从身份(Master、Slave)。

OSPF为何设计如此复杂的交互机制？

1、OSPF基于IP层的协议，IP本身是一种不可靠、不安全的。

2、通过设置主从设备+序列号，让报文有序的进行交互，能有效提高OSPF传递报文的可靠性。

选举主从的方式：通过OSPF的第一个空DD报文，比较router-id，router-id大的成为主。

选举主从（图片）

6、Exchange状态

如何通过DD报文确定主从身份？

主从设备在Exchange状态下的工作过程：

（1）基于选出的主从，slave主动向master发送DD（LSA信息）报文描述本地LSDB数据库信息，此时报文序列号使用的是master的序列号。

（2）masterr收到DD信息之后序列号递增并回复自己的DD报文（携带自己的链路状态信息）

（3）slavev收到master回复的DD时，需要回复确认信息，序列号为master的序列号（slave不可递增序列号值）

DD报文交互过程（图片）

• 1、从设备向主设备发送序列号为Y的DD报文，携带自己的设备路由简要信息。
  • 从设备发送的序列号Y为主设备的序列号，该序列号是在空DD报文主从选举时知道的。
• 2、主设备向从设备发送序列号为Y+1的DD报文，携带主设备路由简要信息。
  • 序列号+1，对从设备发来的DD报文进行确认。同时也是作为下一个从设备DD报文的序列号。
• 3、从设备向主设备发送序列号为Y+1的空DD报文，用于确认收到主设备的DD报文。
• 仔细观察会发现与TCP协议报文交互相似，在给对端发送报文之后，对端会给予一个确认的回复报文。如此下来就能够有效提升OSPF报文交互的可靠性，这也就是主从机制的作用。

7、Loading状态

基于DD报文中的描述信息，OSPF设备按需求发出LSR与LSA、LSACK等报文。

LSR、LSU、LSA交互过程（图片）

• A设备主要向B设备发起LSR请求详细的LSA信息。
• B设备通过LSU回复A设备所需的详细LSA信息。
• A设备收到LSU确认无误之后，回复B设备LSACK。
• A设备与B设备在完成所有LSA交互之后，就能够进入Full状态了。
• 这里不需要应用到主从了嘛？
• 不需要，主从机制主要是在Exchange状态下保障DD报文的可靠传输。而在Loading状态下有LSACK保障可靠传输。

8、Full状态

该状态下表示链路LSA已经交互成功，邻接关系建立完成。

后继链路将定时发送Hello报文进行维持邻接关系，如果链路到达Dead死亡时间未能收到Hello报文，则邻接关系断开，成为Down状态重新进行建立。

Full状态下会将学习到的LSA信息加入到LSDB表中，通过SPF算法计算选举出最优的路由条目加入到路由表中。

OSPF的3种稳定状态

什么是稳定的状态？即链路状态会长时间所处的状态机。

在OSPF状态机中，有三个稳定的状态机状态：Down、2-way、Full

Down：启用OSPF功能的链路默认所处状态机 或者 邻居失效后的状态。

2-way：在交互了Hello报文建立邻居之后所处的状态，DR-Other与DR-Other之间所处的状态。

Full：在邻接建立成功之后的状态，也是OSPF的最终状态。

邻居与邻接的关系

邻居是通过Hello报文发现了彼此，但没有交互LSA信息。

邻接是基于邻居的基础，交互了LSA信息，相互了解了对方的路由信息。

DR-Other与DR-Other之间可以通过Hello报文发现彼此，但不能直接进行交互LSA信息，需要通过广播网络中的DR设备进行统一的发送LSA。故DR-Other与DR-Other之间只会建立邻居，不会建立邻接。