OSPF報(bào)文詳解

一、OSPF 概述

1、IGP (Interior Gateway Protocol)，AS內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議。
2、鏈路狀態(tài)動(dòng)態(tài)路由協(xié)議。
3、IP 協(xié)議號(hào)89。
4、分area。area由一些network range組成。area 0 為骨干區(qū)域。同一area內(nèi)的router 鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫需要保持同步。
5、使用hello,Database Description,Link State Request,Link State Update,Link State Acknowledgment 這5中packet來發(fā)現(xiàn)和建立鄰接關(guān)系，并交換LSA(Link State Advertisement),同步鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。
6、使用5中LSA來描述area 內(nèi)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以及AS內(nèi)其他area的路由，及AS內(nèi)從外部AS學(xué)到的路由：1).Router links advertisements; 2).Network links advertisements; 3).Summary link advertisements; 4).ASBR-Summary link advertisements; 5).AS external link advertisements.
7、使用鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)LSA，并使用SPF(Shortest Path First)算法。以自己為根，計(jì)算出到目的網(wǎng)絡(luò)的無環(huán)的最短路徑樹。

二、OSPF Packet

2.1 OSPF 報(bào)文公共header

2.1.1 作用

封裝OSPF packet,表明packet的類型，來源，來源區(qū)域。也可以進(jìn)行認(rèn)證。

2.1.2 字段說明

Type:表明header下面跟的packet的類型（1-Hello;2-Database Description;3-Link State Request;4-Link State Update;5-Link State Acknowledgment）
Router ID：路由器在區(qū)域內(nèi)的唯一標(biāo)識(shí)，可用路由器上的interface IP.
Area ID: 發(fā)送該OSPF Packet的router interface 所屬的area.

2.2 OSPF Hello Packet

作用：發(fā)現(xiàn)鄰居，選舉DR/BDR（multi-access network），建立雙向通信關(guān)系。
字段說明：
Network Mask:發(fā)送接口的網(wǎng)絡(luò)掩碼。
HelloInt:Hello包周期發(fā)送時(shí)間間隔。
Options:可選能力字段，比如E位用來表示區(qū)域是否接收AS External link advertisement.
Rtr Pri: Router Priority在選舉DR/BDR的時(shí)候使用。
DeadInt：收到鄰居回復(fù)前的最大等待時(shí)間，超過改時(shí)間認(rèn)為鄰居Dead。
Designated Router:本router認(rèn)為的該multi-access network里面的指定路由器
Backup Designated Router:本router認(rèn)為的該multi-access network 里面的備用指定路由器。
Neighbor: 最近收到的hello packet 的 Router ID（發(fā)送路由器），如果在收到的hello packet里面看到自己的router ID 則和hello packet的發(fā)送路由器進(jìn)入雙向通信（2-way）狀態(tài)。

2.3 OSPF Database Description Packet

作用：互相交換鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫里面的LSA信息。比較然后發(fā)現(xiàn)自己沒有的或者比自己存儲(chǔ)的LSA更新的。
字段說明：
Option:作用同Hello里面的。
I/M/MS:I（Init bit,設(shè)置為1表示發(fā)送的第一個(gè)DBD，M（More bit，表示后面還有DBD），MS(Master/Slave,置1表示Master，只有1個(gè)master，其他的為slave，在DBD交換過程中，Master先發(fā)包含LSA頭部信息的DBD包，使用一個(gè)DD sequence number，slave 回復(fù)DBD包，使用相同的DD sequence number在傳遞LSA的同時(shí)對(duì)Master發(fā)送的DBD進(jìn)行確認(rèn)，以此實(shí)現(xiàn)可靠的信息交換)
Link State Advertisement Header: LSA數(shù)據(jù)包的header，header中包含足夠的信息以唯一的確認(rèn)一個(gè)SLA的實(shí)例。LSA Header下面會(huì)介紹

2.4 OSPF Link State Request

作用：向鄰居請(qǐng)求其數(shù)據(jù)庫中自己沒有的或者比自己更新的LSA。
字段說明：
LS type：LS 類型如之前介紹的5中LSA。
Link State ID：相應(yīng)的LS type的LSA header里面包含的Link State ID字段內(nèi)容。其具體的值在之后介紹LSA Header時(shí)介紹。
Advertisiong Router:通告該被請(qǐng)求LSA的Router。
以上三個(gè)字段可以唯一的確認(rèn)要請(qǐng)求的LSA。

2.5 OSPF Link State Update

作用：向鄰居發(fā)送其請(qǐng)求的LSA(單播)，在網(wǎng)絡(luò)上泛洪L(zhǎng)SA（多播，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)有變動(dòng)時(shí)，發(fā)送新的LSA），發(fā)送的Upadate packet需要neighbor使用 Ackownledged packet進(jìn)行確認(rèn)。如果未收到neighbor的確認(rèn)，對(duì)改neighbor進(jìn)行單播重傳，以確保他們的數(shù)據(jù)庫信息同步。
字段說明：
#advertisements:包含的LSA的數(shù)量。
link state advertisements:完整的LSA數(shù)據(jù)包。

2.6 OSPF Link State Acknowledgment

作用：對(duì)收到的Update packet進(jìn)行確認(rèn)。字段說明：
#A Link State Advertisement Header:收到的Update packet里面包含的LSA的header，發(fā)送回去表示具體的LSA已經(jīng)收到。

三、 OSPF LSA 封裝

上面介紹的5中OSPF packet 是用來建立并維持鄰居關(guān)系并交換和保持鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫同步的。其交換和存儲(chǔ)的正是下面要介紹的5中LSA。
1、Router links
2、Network links
3、Summary link(IP network)
4、Summary link(ASBR)
5、AS external link
下面通過介紹不同LSA的包的內(nèi)容，來介紹一下OSPF是如何通過LSA來描述area 的拓?fù)洌癮rea內(nèi)包含的網(wǎng)段。并通過LSA來學(xué)習(xí)area 外部，AS外部的路由。

3.1 OSPF LSA Common Header

作用：通過LS type,Link State ID,Advertising Router, 來唯一的確認(rèn)一個(gè)LSA，通過LS age，LS sequence number 用來唯一確認(rèn)該LSA最新的實(shí)例。
字段說明：
LS age：LSA被生成以后到現(xiàn)在的時(shí)間。
Options:可選的能力支持，同Hello。
LS type:頭部下面跟隨的LSA的類型（1-Router links;2-Network links;3-Summary links(IP network);4-Summary link(ASBR);5-AS external link）
Link State ID:表示該LSA描述的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境（internet environment）,根據(jù)不同的LS type，有不同的值，Router links 其值為router's OSPF Router ID; Network links其值為 IP interface address
of the Designated Router;Summary link（3）其值為IP network number;Summary link(4)其值為ASBR's Router ID;AS external link其值為IP network number.
Advertising Router:生成改LSA的router's router ID。
LS sequence number:LSA 序列號(hào)用來檢測(cè)舊的或者重瞳的LSA。
LS checksum:整個(gè)LSA的一個(gè)校驗(yàn)值。
length:LSA的長(zhǎng)度，包括頭部。

3.2 Router link advertisement

作用：描述router上屬于相應(yīng)area的interface(or link)的state 和 cost。該Router的所有的屬于一個(gè)area的link必須被包含在一個(gè)Router links advertisement里面。area里面的每個(gè)router生成。其link State ID為生成該LSA的路由器的Router ID.
字段說明：
E/B: E表明router是否是ASBR，B表明router是否是ABR
#links:改LSA中包含的LINK的數(shù)量。
Type:link的類型 1-Point-to-piont;2-transit network;3-stub network;4-Virtual link.
Link ID:定義該link連接的對(duì)象，針對(duì)不同的link type其值不同，P-2-P其值為Neighboring router's ID;Transit-network其值為IP address of Designated Router;Stub-network其值為IP network/sunet number;Virtrual Link 其值為Neighboring router's ID.
Link Data:其值也根據(jù)鏈路類型來確定：Stub-network其值為network mask;其他類型該值為router 關(guān)聯(lián)接口的IP 地址。
TOS 0 metric: TOS（Type of Service在IP里面定義的服務(wù)類型）0 的metric 值。也就是cost。

3.3 Network link advertisement

作用：由transit-network（multi-access network）的Designated Router生成，描述所有連接到該multi-access network的router。其Link State ID 為DR's interface ip.
字段說明：
Network Mast:transit-network 的網(wǎng)絡(luò)掩碼。
Attached Router:附加（連接）在該multi-access network的路由器的router-id ，包括Designated Router 其自己的router ID.

3.4 Summary link advertisement

作用：由ABR（Area Border Router）生成,一個(gè)Summary links advertisement 只能包含一條屬于本AS但是是area外的destination route。其lsa header里的Link State ID就是其要通告的destination route（IP network number）
字段說明：
Network Mast:Link State ID 里面IP network number 的網(wǎng)絡(luò)掩碼。IP network number+ Network Mask 形成該LSA傳遞的路由的具體的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)。
TOS/metric:該路由針對(duì)于不同的TOS的metric值。
TYPE-4
作用：由ABR生成告訴區(qū)域內(nèi)的路由器通告AS external link advertisements 的ASBR（Autonomous System Boundary Router）的位置。其LSA header 里面Link State ID的值為 ASBR的 Router ID.
字段說明：
Network Mask: 在該類型的SLA里，該字段沒有意義，必須置0.

3.5 AS External Link advertisement

作用：由ASBR生成,一個(gè)AS external links advertisement 只能包含一條本AS外部的destination route。其lsa header里的Link State ID就是其要通告的destination route（IP network number）
字段說明：
Network Mast:Link State ID 里面IP network number 的網(wǎng)絡(luò)掩碼。IP network number+ Network Mask 形成該LSA傳遞的路由的具體的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)。
E：externel metric 類型。置1表示Type2 external metric（只使用外部初始的cost，改路由在AS內(nèi)部傳遞其metric不隨著內(nèi)部路徑成本的增加而增加）。置0表示Type 1 external metric(意思是路由的metric隨著內(nèi)部路徑成本的增加而增加)
TOS/metric:該路由針對(duì)于不同的TOS的metric值。
Forwarding address：第三方轉(zhuǎn)發(fā)地址。數(shù)據(jù)包應(yīng)該被發(fā)送到該地址進(jìn)行下一步的轉(zhuǎn)發(fā)，而不是發(fā)送到ASBR上。如果改地址為0.0.0.0，則數(shù)據(jù)包路由到ASBR上，之后再進(jìn)行下一步的轉(zhuǎn)發(fā)。

四、OSPF 工作原理

OSPF是如何通過5中LSA來構(gòu)建area 拓?fù)浜蛯W(xué)習(xí)路由的：
其實(shí)網(wǎng)絡(luò)就是由點(diǎn)（路由器以及附著在路由上的stub network）和線（link/network）組成。
OSPF Router通過Router LSA學(xué)習(xí)到一下信息：1）、標(biāo)識(shí)出來一個(gè)路由器（Router ID）；2）router 上的stub network比如interface vlan,loopback interface；3）、和point-to-point link 網(wǎng)段連接的Router的 Router ID.
OSPF Router通過Network LSA學(xué)習(xí)到multi-access network 里面附著的Router。
在同一個(gè)區(qū)域內(nèi)的所有OSPF Router的LSDB同步以后，Router 就可以計(jì)算出一張完成的區(qū)域內(nèi)路由器連接拓?fù)鋱D了。到該area內(nèi)的目的網(wǎng)絡(luò)的路由，OSPF Router 以自己為根根據(jù)不同鏈路的cost 最后計(jì)算出一條到該目的地網(wǎng)絡(luò)的最短路徑。
area 外部但是屬于AS內(nèi)部的目的網(wǎng)絡(luò)路由，區(qū)域內(nèi)的路由器通過ABR通告的summary LSA 來學(xué)習(xí)到（ABR就是一個(gè)AREA 的出口）
AS外部的路由，AS內(nèi)部的路由器通過ASBR通告的 AS external LSA 來學(xué)習(xí)到。ASBR就是一個(gè)AS的出口。