一剑开天门系列-OSPF路由协议基础

<blockquote><span style="font-family: -apple-system, BlinkMacSystemFont, "Segoe UI", "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei", "Helvetica Neue", Helvetica, Arial, sans-serif, "Apple Color Emoji", "Segoe UI Emoji", "Segoe UI Symbol";">一、OSPF路由协议</blockquote>

<div class="image-package"><img src="https://upload-images.jianshu.io/upload_images/2084007-f82130c9d9ce5a90.jpeg" img-data="{"format":"jpeg","size":40673,"height":437,"width":1080}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
</div>

开放式最短路径优先OSPF（Open Shortest Path First）是IETF组织开发的一个基于链路状态的内部网关协议（Interior Gateway Protocol）。

两个版本：
IPv4协议使用的是OSPF Version 2（RFC2328）；针对IPv6协议使用OSPF Version 3（RFC2740）
在这里估计你要打三个问号了？？？什么是基于链路状态的内部网关协议，什么又是开放式最短路径树，为什么会出现OSPF呢？接下来就让我娓娓道来！
首先来展开第一个疑问：为什么会出现OSPF呢？肯定就有人说，出现任何❤️技术都是为了解决某个领域的难题，不错，OSPF的出现正是解决日益庞大的网络如何选路并到达目的地的难题，因特网最开始出现的时候是局限在某个区域中，而随着因特网的普及，越来越多的地区和区域都加入进来，到如今更是与我们生活融为一体，不可分割。早期的时候可能就是几个人互联的网络，或者是一个小型的区域网络，而随着组织和企业的加入，一个组织越来越多的人机开始交互，日益庞大，导致网络互联的成本和难度日益提高，一个数据包的选路越来越复杂，靠人手工维护陷入困境(静态路由)，相应的出现了自动学习的方法(动态路由)。

最开始的RIP协议，在早期解决了部分问题，但随着时间的推移，RIP的短板也越来凸显：
RIP：RIP是一种基于距离矢量算法的路由协议
<ol><li>收敛慢；</li><li>易产生路由环路；</li><li>可扩展性差，只支持最大16跳，大规模网络不合适；</li><li>不支持VLSM</li></ol>
OSPF能更好的解决RIP无法解决的问题
历史就是如此相似，混乱的时代总能产生英雄；而在网络江湖中，OSPF也应运而生。
OSPF就是为RIP的短板而生，集大成者得天下，而现在网络江湖中，OSPF已霸占主流；RIP也就退出历史潮流，OSPF在IGP中如鱼得水，那到底是如何做到的呢？请继续动动手指

<blockquote>二、OSPF关键要素
</blockquote>
OSPF是基于链路状态的路由协议，那什么是链路状态呢？
RIP是距离矢量路由协议，是跳跃点来作为路由选路，并不构建全局的面，简单理解可以说RIP是点，OSPF是以点构建成面，也就是每个OSPF上都有一套全局的地图可供选路。每个运行OSPF的路由器都有一张全局的地图库进行查询，RIP没法做到，那具体都有哪些因素影响呢？
OSPF关键要素--五种报文
OSPF是运行在网络层协议，IP协议号 89，其实在我理解OSPF是跨层封装，OSPF将协议包封装在IP包中，可以看如下图所示：
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</div>
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</div>
如下图所示：

<div class="image-package"><img src="https://upload-images.jianshu.io/upload_images/2084007-676222a0b5b47eba.jpeg" img-data="{"format":"jpeg","size":17959,"height":342,"width":543}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
</div>OSPF报文类型说明：
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</div>故OSPF是划分在IP层中，但是在整个TCP/IP协议簇中，很多协议其实并不能确定是属于那个协议，有些是跨协议，有些协议在灰色地带，最主要的还是看具体解决什么问题，我可以说OSPF是在传输层，BGP属于应用层，所以不能很粗略的定义在哪一层，OSPF是基于IP的，BGP基于TCP的，报文封装在下层，而解决的问题是网络层问题，看计算机网络自顶向下方法一书可以看出，故不要太局限严格定义在哪一层的协议。
OSPF数据包首部逻辑结构：

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</div>抓包结构：<div class="image-package"><img src="https://upload-images.jianshu.io/upload_images/2084007-7db40962cba751d3.jpeg" img-data="{"format":"jpeg","size":34909,"height":511,"width":1080}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
</div>
<div class="image-package"><img src="https://upload-images.jianshu.io/upload_images/2084007-13645ee22a836eb3.jpeg" contenteditable="false" img-data="{"format":"jpeg","size":108761,"height":796,"width":1382}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
</div>
OSPF关键要素--三张表
OSPF协议的运行需要三张表，邻居表、链路状态数据库、OSPF路由表。如下以华为示例：邻居表：display ospf peer<ol><li>通过Hello报文形成邻居</li><li>用邻居机制来维持路由</li><li>邻居表存储双向通信的OSPF路由器列表信息</li></ol>
链路状态数据库(LSDB)：display ospf peer<ol><li>通过LSU报文更新LSDB</li><li>描述拓扑信息的LSA存储在LSDB中</li></ol>
路由表：display ospf routing<ol><li>OSPF计算出来的路由将会加载到路由表</li><li>路由优先级域内>域间>域外 1/2 >NSS区域 1/2</li></ol>
<blockquote>三、OSPF协议原理
</blockquote>

启动OSPF，发送hello包，建立邻居关系，泛洪LSA，每台路由器汇总LSA，形成LSDB，链路状态数据库生成带权有向图，每台运行OSPF路由器以自己为根节点计算最小路径树，最终形成每台路由器的路由表加载到路由器内存中。
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LSA泛洪：运行链路状态路由协议的路由器都会进行链路状态公告LSA （Link State Advertisement）泛洪，LSA中包含了路由器已知的接口状态、接口IP地址、掩码、开销、网络类型、宣告路由ID和等信息。
通俗点讲就是LSA把路由器邻居相互之间的路由信息和拓扑信息进行握手交换。
建立LSDB：收到LSA的路由器都可以根据LSA提供的信息建立自己的链路状态数据库LSDB（Link State Database）。
通俗点讲就是每台路由器都会收到网络中其他的路由器发送过来的LSA信息，这些所有的LSA信息构成了LSDB。这里需要注意的是当网络稳定后，网络中的所有设备应该是有相同的LSDB的。
建立最短路径树：运行OSPF协议的路由器在LSDB的基础上使用SPF算法进行运算，建立起到达每个网络的最短路径树。
路由计算：通过最短路径树得出到达目的网络的最优路由，并将其加入到IP路由表中。
OSPF从最开始的邻居建立到最终路由表的加载是有一个过程的，整个过程分7个状态，分别都是不同的OSPF数据报文交互的结果。如下图：
<div class="image-package"><img src="https://upload-images.jianshu.io/upload_images/2084007-e5f5f9e14083dee5.jpeg" img-data="{"format":"jpeg","size":47488,"height":651,"width":779}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
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关于OSPF协议状态机下文讲结合实际抓包和图文着重分解。更多文章请关注微信公众号：网络小斐

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