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OSPF（開放最短路徑優先）是一種用于在IP網絡中選擇路由的内部網關協定（IGP）。它是一個開放标準協定，由RFC 2328定義，廣泛應用于大型企業網絡和網際網路。

OSPF的基本概念

1. 路由器ID

在OSPF中，每個路由器都有一個唯一的路由器ID（Router ID），用于辨別自己。路由器ID可以是一個IPv4位址，通常是路由器的一個接口IP位址。如果沒有明确配置路由器ID，OSPF會根據一組規則自動選擇一個。

例如，假設我們有三個路由器，它們的接口IP位址分别是192.168.1.1、192.168.1.2和192.168.1.3。在這種情況下，路由器ID可以是其中任意一個IP位址。

2. 鄰居關系

OSPF使用鄰居關系（Neighbor Relationship）來交換路由資訊。當兩個OSPF路由器在它們的接口之間建立了鄰居關系後，它們就可以互相交換路由資訊。

例如，假設我們有兩個相鄰的OSPF路由器A和B，它們的接口分别是192.168.1.1和192.168.1.2。當它們通過這兩個接口建立鄰居關系後，它們就可以開始交換路由資訊。

3. OSPF區域

OSPF将網絡劃分為不同的區域（Area），并使用OSPF區域之間的區域間路由（Inter-Area Routing）和區域内路由（Intra-Area Routing）來确定最佳路徑。

例如，假設我們有一個大型企業網絡，劃分為三個區域：區域0、區域1和區域2。區域0是骨幹區域（Backbone Area），連接配接了所有的OSPF區域。區域1和區域2是非骨幹區域，它們通過區域間路由與骨幹區域連接配接。

4. OSPF區域類型

OSPF定義了不同類型的區域，包括骨幹區域（Backbone Area）、标準區域（Standard Area）、NSSA區域（Not-So-Stubby Area）和Totally NSSA區域。

骨幹區域是連接配接所有區域的主要區域。标準區域是普通的OSPF區域。NSSA區域是一種特殊類型的區域，可以連接配接到其他非OSPF域。Totally NSSA區域是NSSA區域的變體，更加靈活。

OSPF工作原理

OSPF使用鍊路狀态路由（Link State Routing）算法來計算最短路徑。它通過交換鍊路狀态資料庫（Link State Database）來了解整個網絡的拓撲結構。

OSPF路由器之間通過洪泛（Flooding）方式交換鍊路狀态資訊。每個OSPF路由器都将自己的鍊路狀态資訊發送給相鄰的路由器，并将接收到的鍊路狀态資訊存儲在鍊路狀态資料庫中。然後，每個OSPF路由器都可以使用Dijkstra算法來計算最短路徑。

OSPF封包類型

封包類型描述 Hello封包用于發現和維護OSPF鄰居關系的封包 DD封包用于資料庫描述，交換鍊路狀态資料庫的摘要資訊 LSR封包用于請求鄰居路由器發送缺失的鍊路狀态資料 LSU封包用于向鄰居路由器發送鍊路狀态資料 LSAck封包用于确認接收到的鍊路狀态資料

Hello封包

Hello封包是OSPF用于發現和維護鄰居關系的重要封包類型。它的主要目的是交換路由器的相關資訊以确定鄰居是否可達和協商OSPF參數。

Hello封包的字段包括：

Router ID：發送Hello封包的路由器的ID。
Area ID：發送Hello封包的路由器所屬的OSPF區域ID。
Network Mask：網絡掩碼。
Hello Interval：發送Hello封包的時間間隔。
Dead Interval：判定鄰居路由器失效的時間間隔。

DD封包

DD（Database Description）封包用于交換鍊路狀态資料庫的摘要資訊。它允許路由器之間比較彼此的資料庫，以确定需要交換的更新資訊。

DD封包的字段包括：

Area ID：發送DD封包的路由器所屬的OSPF區域ID。
Interface MTU：發送DD封包的接口的最大傳輸單元。
Options：用于指定OSPF的選項和功能。
Sequence Number：序列号，用于辨別DD封包的順序。
LSA Headers：鍊路狀态資料庫中每個LSA的摘要資訊。

LSR封包

LSR（Link State Request）封包用于請求鄰居路由器發送缺失的鍊路狀态資料。當一個路由器在其鍊路狀态資料庫中缺少某個LSA時，它可以發送LSR封包來請求鄰居路由器發送該LSA。

LSR封包的字段包括：

Area ID：發送LSR封包的路由器所屬的OSPF區域ID。
Link State Requests：要請求的LSA清單。

LSU封包

LSU（Link State Update）封包用于向鄰居路由器發送鍊路狀态資料。當一個路由器檢測到網絡拓撲發生變化時，它會生成LSU封包，并将更新的鍊路狀态資料發送給鄰居路由器。

LSU封包的字段包括：

Area ID：發送LSU封包的路由器所屬的OSPF區域ID。
LSA Headers：要傳輸的鍊路狀态資料的摘要資訊。

LSAck封包

LSAck（Link State Acknowledgment）封包用于确認接收到的鍊路狀态資料。當一個路由器接收到LSU封包後，會發送LSAck封包作為回應，通知發送方鍊路狀态資料已成功接收。

LSAck封包的字段包括：

Area ID：發送LSAck封包的路由器所屬的OSPF區域ID。
LSA Headers：已接收到的鍊路狀态資料的摘要資訊。

OSPF LSA類型

Router-LSA（Type 1）

Router-LSA是用于描述路由器與其直連網絡之間的連接配接狀态和鍊路成本的LSA類型。每個OSPF路由器都會生成一個Router-LSA來描述自己的鍊路狀态資訊。

Router-LSA的字段包括：

路由器ID：生成該LSA的路由器的唯一辨別符。
連接配接類型：描述與路由器相連的網絡類型，如點對點、廣播、虛拟鍊路等。
鍊路資料：描述與路由器直接相連的網絡和鍊路的資訊，包括IP位址、子網路遮罩、鍊路類型、鍊路狀态等。
鍊路狀态：描述鍊路的狀态，如啟用、禁用、DR（設計者路由器）等。

Network-LSA（Type 2）

Network-LSA用于描述多個路由器連接配接的廣播網絡的狀态。當OSPF路由器連接配接到一個共享網絡時，它們會生成一個Network-LSA來描述該網絡的狀态。

Network-LSA的字段包括：

路由器ID：生成該LSA的路由器的唯一辨別符。
網絡位址：廣播網絡的IP位址。
DR（設計者路由器）：指定負責該網絡的DR路由器的ID。
鄰居路由器：與該網絡直接相連的OSPF鄰居路由器的ID。

Network-summary-LSA（Type 3）

Network-summary-LSA用于描述區域内部網絡和區域之間的網絡彙總資訊。它由區域邊界路由器（ABR）生成，用于在區域之間傳遞網絡彙總資訊。

Network-summary-LSA的字段包括：

路由器ID：生成該LSA的ABR的唯一辨別符。
彙總網絡位址：網絡彙總的IP位址。
目标區域ID：接收網絡彙總資訊的目标區域的ID。
路由器訓示位：訓示接收方是否應将該網絡視為區域邊界路由器。

ASBR-summary-LSA（Type 4）

ASBR-summary-LSA用于描述區域邊界路由器（ASBR）與其他區域之間的網絡彙總資訊。它由ASBR生成，用于在不同區域之間傳遞外部網絡的彙總資訊。

ASBR-summary-LSA的字段包括：

路由器ID：生成該LSA的ASBR的唯一辨別符。
彙總網絡位址：網絡彙總的IP位址。
目标區域ID：接收網絡彙總資訊的目标區域的ID。
路由器訓示位：訓示接收方是否應将該網絡視為區域邊界路由器。

AS-external-LSA（Type 5）

AS-external-LSA用于描述來自其他自治系統（AS）的外部網絡的資訊。它由ASBR生成，并用于向OSPF域内部傳遞外部網絡的路由資訊。

AS-external-LSA的字段包括：

路由器ID：生成該LSA的ASBR的唯一辨別符。
外部網絡位址：來自其他AS的外部網絡的IP位址。
路徑類型：訓示路徑類型，如Type 1（區域内路徑）或Type 2（區域間路徑）。
路徑成本：訓示到達該外部網絡的成本。

NSSA LSA（Type 7）

NSSA LSA用于描述在NSSA區域中來自其他自治系統（AS）的外部網絡的資訊。它類似于AS-external-LSA，但用于在NSSA區域内部傳遞外部網絡的路由資訊。

NSSA LSA的字段和AS-external-LSA類似，但有一些特定的差別，如NSSA區域的特殊屬性和轉換機制。

Opaque LSA（Type9/Type 10/Type 11）

Opaque LSA是用于擴充OSPF協定以支援特定的擴充功能和應用的LSA類型。它具有更加靈活的結構，可以用于傳遞各種自定義的資訊。

Opaque LSA的類型包括：

Type 9：用于擴充OSPF以支援OSPFv2的TE（Traffic Engineering）擴充。
Type 10：用于擴充OSPF以支援OSPFv3的TE擴充。
Type 11：用于擴充OSPF以支援廣域網（WAN）連接配接的資訊交換，如多協定标簽交換（MPLS）。

每種類型的Opaque LSA具有自己特定的字段和用途，可以根據需要靈活地定義和使用。

OSPF 路由器類型

區域内路由器（Internal Router）

區域内路由器是位于同一OSPF區域内的路由器，它們隻與同一區域内的其他路由器互動。區域内路由器的主要功能是轉發區域内的資料包，維護LSDB（鍊路狀态資料庫），計算并選擇最佳路徑。

區域内路由器的特點包括：

在同一區域内的所有路由器都是區域内路由器。
區域内路由器隻與同一區域内的其他路由器交換LSA資訊。
用于區域内的内部路由選擇和轉發資料包。

區域邊界路由器（ABR）

區域邊界路由器是連接配接兩個或多個OSPF區域的路由器。它們在不同區域之間扮演着關鍵的橋梁角色，負責在區域之間轉發資料包，并進行網絡彙總和分發。

區域邊界路由器的特點包括：

在連接配接多個區域的邊緣處。
可以同時屬于多個區域，通常至少屬于一個區域。
負責在區域之間轉發資料包。
進行區域間的網絡彙總和分發。

骨幹路由器（Backbone Router）

骨幹路由器是位于OSPF中骨幹區域（Backbone Area）内的路由器。骨幹區域是連接配接所有區域的主要區域，骨幹路由器負責轉發來自其他區域的資料包。

骨幹路由器的特點包括：

在骨幹區域内，連接配接所有區域。
用于轉發來自其他區域的資料包。
負責維護骨幹區域的拓撲資訊。

自治系統邊界路由器（ASBR）

自治系統邊界路由器是連接配接OSPF域與其他自治系統（AS）的路由器。它們負責在OSPF域與外部網絡之間交換路由資訊，并進行外部網絡的彙總和分發。

自治系統邊界路由器的特點包括：

連接配接OSPF域與其他自治系統（AS）。
負責在OSPF域與外部網絡之間交換路由資訊。
進行外部網絡的彙總和分發。

OSPF 路由類型

路由類型描述 Intra Area 在同一OSPF區域内選擇路由，并用于在該區域内轉發資料包 Inter Area 在不同OSPF區域之間選擇路由，并用于在區域之間轉發資料包第一類外部路由（Type 1 External）來自其他自治系統（AS）的外部路由，在OSPF域内部傳遞并進行成本計算，用于轉發到其他區域和AS 第二類外部路由（Type 2 External）來自其他自治系統（AS）的外部路由，在OSPF域内部傳遞，并将其成本設定為固定值，用于轉發到其他區域和AS

Intra Area

Intra Area路由用于在同一OSPF區域内選擇路由，并用于在該區域内轉發資料包。當資料包需要從源到達目的地時，Intra Area路由通過查找區域内的最短路徑來選擇下一跳。

Intra Area路由的特點包括：

在同一OSPF區域内選擇路由。
負責在區域内轉發資料包。
使用區域内部鍊路狀态資料庫（LSDB）計算最短路徑。

Inter Area

Inter Area路由用于在不同OSPF區域之間選擇路由，并用于在區域之間轉發資料包。當資料包需要從源區域到達目的區域時，Inter Area路由通過查找區域間的最短路徑來選擇下一跳。

Inter Area路由的特點包括：

在不同OSPF區域之間選擇路由。
負責在區域之間轉發資料包。
使用區域間鍊路狀态資料庫（LSDB）計算最短路徑。

第一類外部路由（Type 1 External）

第一類外部路由是來自其他自治系統（AS）的外部路由，在OSPF域内部傳遞并進行成本計算，用于轉發到其他區域和AS。當資料包需要到達其他AS時，第一類外部路由将起到關鍵作用。

第一類外部路由的特點包括：

來自其他AS的外部路由。
在OSPF域内部傳遞。
通過在區域間鍊路狀态資料庫（LSDB）中計算成本來選擇下一跳。

第二類外部路由（Type 2 External）

第二類外部路由是來自其他自治系統（AS）的外部路由，在OSPF域内部傳遞，并将其成本設定為固定值，用于轉發到其他區域和AS。與第一類外部路由相比，第二類外部路由不進行成本計算。

第二類外部路由的特點包括：

來自其他AS的外部路由。
在OSPF域内部傳遞。
将其成本設定為固定值，不進行成本計算。

OSPF 區域類型

普通區域（Normal Area）

普通區域是标準的OSPF區域類型，包含所有OSPF功能，并可以與其他區域進行完全的LSA交換。普通區域内的路由器可以直接與同一區域内的其他路由器進行通信，并交換鍊路狀态資訊。

普通區域的特點包括：

路由器可以與同一區域内的其他路由器進行完全的LSA交換。
支援區域内部的内部路由選擇和轉發資料包。
可以與其他區域之間進行區域間路由選擇和轉發資料包。

STUB區域

STUB區域通過彙總外部路由并使用預設路由減少區域内路由器的負擔，并阻止來自其他區域的LSA資訊。這樣可以簡化區域内的路由表，減少記憶體和計算資源的使用。

STUB區域的特點包括：

在STUB區域中，外部路由被彙總為預設路由。
區域内的路由器隻需要維護預設路由，而不需要具體的外部路由資訊。
STUB區域不會接收來自其他區域的LSA資訊。

Totally STUB區域

Totally STUB區域類似于STUB區域，但還阻止來自骨幹區域的LSA資訊。這樣可以進一步簡化區域内的路由表，并減少資源消耗。

Totally STUB區域的特點包括：

在Totally STUB區域中，外部路由被彙總為預設路由。
區域内的路由器隻需要維護預設路由，而不需要具體的外部路由資訊。
Totally STUB區域不會接收來自骨幹區域的LSA資訊。

NSSA區域

NSSA（Not-So-Stubby Area）區域允許将外部路由引入OSPF區域，但LSA類型被修改以相容OSPF，并提供更大的靈活性。NSSA區域允許在OSPF域内引入外部路由，同時保持區域内的資源消耗較低。

NSSA區域的特點包括：

允許在NSSA區域中引入外部路由。
NSSA區域的ASBR（自治系統邊界路由器）将外部路由轉換為NSSA LSA類型。
NSSA區域内的其他路由器可以接收和轉發NSSA LSA。

Totally NSSA區域

Totally NSSA區域類似于NSSA區域，但還阻止來自骨幹區域的LSA資訊。這樣可以進一步控制區域内的資源消耗，并提供更高的靈活性。

Totally NSSA區域的特點包括：

允許在Totally NSSA區域中引入外部路由。
Totally NSSA區域的ASBR将外部路由轉換為Totally NSSA LSA類型。
Totally NSSA區域内的其他路由器可以接收和轉發Totally NSSA LSA。

OSPF支援的網絡類型

廣播類型（Broadcast）

廣播類型是指具有廣播能力的網絡類型，如以太網。廣播類型網絡支援多點傳播和廣播傳輸，OSPF可以直接在廣播網絡上運作。

廣播類型網絡的特點包括：

支援廣播傳輸，允許多點傳播和廣播流量。
路由器可以通過廣播通信，交換LSA資訊。
OSPF可以直接在廣播網絡上運作，無需額外的配置。

NBMA類型（Non-Broadcast Multi-Access）

NBMA類型是指非廣播多點接入類型的網絡，如幀中繼、ATM等。這些網絡不支援廣播和多點傳播傳輸，OSPF在NBMA網絡上需要特殊的配置。

NBMA類型網絡的特點包括：

不支援廣播和多點傳播傳輸。
路由器之間的通信需要經過專門配置。
OSPF在NBMA網絡上需要使用額外的配置選項，如配置鄰居清單或使用特殊的Hello封包選項。

點到多點P2MP類型（Point-to-Multipoint）

點到多點P2MP類型是一種一對多連接配接的網絡類型，允許一個OSPF路由器與多個其他路由器直接通信，無需逐個建立點到點連接配接。

點到多點P2MP類型網絡的特點包括：

允許一個OSPF路由器與多個其他路由器直接通信。
無需逐個建立點到點連接配接。
OSPF路由器可以使用單個Hello封包與所有相鄰路由器進行鄰居關系的建立。

點到點P2P類型（Point-to-Point）

點到點P2P類型是指一對一連接配接的網絡類型，僅允許兩個OSPF路由器之間建立點到點連接配接，如點到點鍊路或虛拟專用線路（VPN）。

點到點P2P類型網絡的特點包括：

僅允許兩個OSPF路由器之間建立點到點連接配接。
通常用于連接配接兩個路由器的專用鍊路或虛拟專用線路（VPN）。
點到點連接配接通常具有較高的帶寬和可靠性。

OSPF DR和BDR

主題描述 DR（Designated Router）被選舉為網絡中某一段子網的代表，負責與其他路由器交換鍊路狀态資訊并彙總網絡拓撲資訊。 BDR（Backup Designated Router）作為DR的備份，接收并轉發鍊路狀态資訊，當DR不可用時，BDR将接替其角色并成為新的DR。 DR和BDR的選舉過程通過Hello封包交換和優先級比較來選舉DR和BDR，優先級高的路由器将成為DR，第二高的則成為BDR。 DR和BDR的特點 DR和BDR之間建立鄰居關系，DR負責向BDR和其他路由器發送鍊路狀态資訊，BDR隻向其他路由器發送鍊路狀态資訊。

DR（Designated Router）

DR（Designated Router）是在OSPF網絡中被選舉為網絡中某一段子網的代表，負責與其他路由器交換鍊路狀态資訊并彙總網絡拓撲資訊。DR起到減少鍊路狀态資料庫（LSDB）更新開銷的作用，進而提高網絡性能。

DR的主要特點和作用包括：

在每個多點傳播或非廣播多點接入（NBMA）網絡中，選舉一個DR。
DR負責與其他路由器交換Hello封包和鍊路狀态資訊（LSA）。
DR彙總其他路由器的鍊路狀态資訊，并将其反映在區域内的LSDB中。
減少了網絡中鍊路狀态資訊的交換和更新開銷。
DR能夠減少鍊路狀态資訊更新的洪泛，提高網絡的收斂速度。

BDR（Backup Designated Router）

BDR（Backup Designated Router）是作為DR的備份存在的路由器。BDR接收并轉發來自其他路由器的鍊路狀态資訊，并在DR不可用時接替其角色成為新的DR。

BDR的主要特點和作用包括：

在每個多點傳播或非廣播多點接入（NBMA）網絡中，選舉一個BDR。
BDR的功能與DR類似，但僅在DR不可用時才接替其角色。
BDR負責與其他路由器交換Hello封包和鍊路狀态資訊（LSA）。
BDR僅向其他路由器發送鍊路狀态資訊，不向其他BDR發送資訊。
BDR能夠快速接管DR的角色，并確定網絡中的DR角色不會出現間斷。

DR和BDR的選舉過程

在OSPF網絡中，DR和BDR的選舉過程是通過Hello封包的交換和優先級比較來實作的。以下是DR和BDR的選舉過程：

路由器在OSPF網絡中發送Hello封包，其中包含自己的優先級。
路由器接收到Hello封包後，比較對方的優先級與自己的優先級。
優先級較高的路由器将成為DR，并将其選為DR的路由器作為BDR。
如果優先級相同或未配置優先級，則使用路由器ID進行比較。
如果路由器ID也相同，則通過回環接口的IP位址來決定選舉結果。

通過以上選舉過程，OSPF網絡中的路由器将選舉出DR和BDR，并建立相應的鄰居關系。

DR和BDR的特點

DR和BDR之間建立鄰居關系，這樣可以實作更高效的鍊路狀态資訊交換和更新。以下是DR和BDR的特點：

DR負責向BDR和其他路由器發送鍊路狀态資訊（LSA）。
BDR僅向其他路由器發送鍊路狀态資訊，不向其他BDR發送資訊。
DR和BDR之間維護特殊的鄰居關系，確定在DR發生故障時BDR可以接替其角色。
DR和BDR的選舉過程通過Hello封包的交換和優先級比較來實作。

通過DR和BDR的特點和選舉過程，OSPF網絡能夠減少鍊路狀态資訊的洪泛和更新開銷，提高網絡的性能和可靠性。

OSPF簡單配置示例

我會介紹三個廠商的：

華為（Huawei）拓撲圖

配置示例 [R1] ospf 1 router-id 1.1.1.1

[R1-ospf-1-area-0.0.0.0] network 192.168.1.0 0.0.0.255

[R1-ospf-1-area-0.0.0.0] network 10.0.0.0 0.0.0.255

[R2] ospf 1 router-id 2.2.2.2

[R2-ospf-1-area-0.0.0.0] network 192.168.1.0 0.0.0.255

[R2-ospf-1-area-0.0.0.0] network 20.0.0.0 0.0.0.255

思科（Cisco）拓撲圖

配置示例 Router1(config)# router ospf 1

Router1(config-router)# router-id 1.1.1.1

Router1(config-router)# network 192.168.1.0 0.0.0.255 area 0

Router1(config-router)# network 10.0.0.0 0.0.0.255 area 0

Router2(config)# router ospf 1

Router2(config-router)# router-id 2.2.2.2

Router2(config-router)# network 192.168.1.0 0.0.0.255 area 0

Router2(config-router)# network 20.0.0.0 0.0.0.255 area 0

Juniper（Juniper Networks）拓撲圖

配置示例

set protocols ospf area 0.0.0.0 interface ge-0/0/0.0
set protocols ospf area 0.0.0.0 interface ge-0/0/1.0

set protocols ospf area 0.0.0.0 interface ge-0/0/0.0
set protocols ospf area 0.0.0.0 interface ge-0/0/2.0

這些示例僅為示範目的，實際的配置可能因裝置型号和作業系統版本而有所不同。在實際配置時，請參考各個廠商的官方文檔和裝置手冊進行詳細配置。

總結

OSPF是一種強大而靈活的内部網關協定，它提供了可靠的路由選擇機制。通過了解OSPF的基本概念和工作原理，您可以更好地配置和管理您的網絡。

OSPF技術連載1：OSPF基礎知識，7000字總結！