OSPF 五种报文 | 七种状态 | DR BDR 选举 | Option 字段详解

注：本文为 “OSPF 报文、状态、DR BDR 选举、Option 字段” 相关文章合辑。

在引文原文中加了几张图。

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OSPF 五种报文 + 七种状态

夜半少年于 2020-03-09 10:20:33 发布

OSPF（Open Shortest Path First）

OSPF 是内部网关协议中的一种链路状态路由协议，封装在 IP 报文中，协议号为 89。

简单的理解，部署了该协议的网络会周期性收集拓扑和路由的所有信息，然后计算出到达目的网段的最短路径，并且通过周期更新机制实时监控网络的变化。

按区域自治与否，可分为：

① IGP（AS 内部）

② EGP（AS 与 AS 之间）

按路由算法，可分为：

① 链路状态路由协议

② 距离矢量路由协议

IGP：工作在 AS 内，周期更新，收集运行了该协议的路由信息并实时监控网络的变化（如 OSPF、ISIS、RIP）；

EGP：工作在 AS 之间，不存在周期更新，存在触发更新，主要用于传递和选择 AS 间的路由（如 BGP）；

• 无环路
  类似于 STP 生成树协议，每一个 OSPF 区域（每一朵 “云”）相当于一个树干的枝杈，不会构成环路。

• 收敛快
   这是作为动态路由所特有的特点，每当链路 / 设备出现故障时，该部署了 OSPF 的区域会动态的扫描并感知到链路状态异常，从而进行拓扑的链路的更新。

• 扩展性好
   可以划分为多个 OSPF 区域，就像树干可以长出多个枝杈一样。

• 支持认证
   认证，是为了提高网络通信的安全性，OSPF 区域下所有设备接口之间的相互认可的一种口令 / 密钥方式。就像直播房间平台下，你输入对应的密码 / 房间号才可以进去一样。

OSPF 的五种报文

（1）Hello 报文：发现、协商、维护（周期发送）OSPF 邻居；

关于邻居的发现，有两种方式：

① 自动发现：通过发送目的 IP 地址为 224.0.0.5；

② 手工指定（NBMA）

那两者如何才能成功建立邻居（两者如何通过 hello 报文协商 “邻居的建立”）

通过查看 ospf 报文的头部，可以知道影响 OSPF 邻居建立的因素：

① version 必须一致；

② router id 不能一致；

③ area ID 要一致；

④ authentication-mode 要一致，password 也要一致；

⑤ netmask 要一致（广播、NBMA 网络中有这一要求的）；

⑥ hello/dead time 要一致；

⑦ option 字段的 N bit 和 E bit 要一致；

N 位 / E 位	代表的功能区域
N=0，E=0	代表 stub 区域（末节区域）
N=0，E=1	代表普通区域
N=1，E=0	代表 NSSA 区域 （Not so 末节区域）

N=1，代表支持 7 类 LSA
E=1，代表支持 5 类 LSA

（2）DD（Database Description，数据库描述）报文：携带 LSA 的摘要（就像快递单号，仅仅是对快递具体内容的简单描述标识而已）；

DD 报文携带的 LSA 摘要有什么字段？

link state type、link state id、advertiser (简称 ADV)。

（3）LSR（link state request）报文：请求 本设备缺少的 LSA 信息（容易理解，请求的东西一般是自己没有的），通过携带本设备所缺少的 LSA 的摘要信息来实现请求；

（4）LSU（link state update）报文：携带 LSA 信息 的报文。（类似于报刊会按照你订阅所需要看、但又还没有收到的报刊的单号进行递送）

① 收到了 LSR 请求报文后，LSU 会进行回复；

② 默认情况下，LSU 报文会周期为 1800s 动态更新，dead time 为 3600s；

③ 当网络发生变化时，也会发送出 LSU 更新链路状态（触发更新）；

（5）LSACK（link state ACK）报文：用来确认收到了 LSU 的报文，携带了 LSA 的详细信息（而不仅是 LSA 摘要了）；（快递员给你送完东西，快递员会验收确认，我们这边也要验货看看有无缺损、符不符合当初买的标准和实际的需求）

PS：LS Ack 报文携带的仅是 LSA 的摘要并不会携带完整的 LSA，跟 DD 报文类似。

OSPF 协议报文运作流程

下图描述了其运作的流程：

上图粗略的描述了 ospf 路由协议是怎么通过报文运作的。但我还是建议各位亲自抓取 OSPF 报文来分析，理解会更深一点。

OSPF 状态机是如何运作的？

1、down：刚开机时，随即发送第一个 hello 报文的状态。

2、init：发送了第一个 hello 报文后，等待收到对方发来 hello 报文的状态。

• attempt：跟 init 状态类似，但它只用于 NBMA 接口网络类型之中

3、2-way：双向连接，收到了邻居发来的 hello 报文（其中携带一些信息说明本设备为邻居的 route id 等），在这个状态里完成 DR 和 BDR 的选举。

DR（Designated Router），指定路由器

BDR（Backup Designated Router），备份指定路由器

4、exstart：双方开始交换‘空’的DD 报文，通过 DD 报文中序号等摘要信息协商并选举出主从设备。

为什么要选举主从设备？

选举主从设备用于确定由哪台路由器开始发送 DBD 包。

由于 ospf 主要是建立在 IP 数据包的基础上，如果没有 tcp 报文的可靠传输保证，需要建立主从关系保证 DBD 数据库描述信息可靠交互。虽然主从选举表面只是一种关系选举，实际上是一种可靠更新机制，保证数据传输有序、可靠。

其中主从关系选举与优先级无关，只与 Router-ID 有关

router id 较大的设备（比如选举出的主设备），不一定是 DR。

5、exchange： 双方交换携带了 LSA 摘要DD 报文，用于同步 LSDB（可以说双方各自存储着自己的 LSA 报文数据库即 LSDB）。

6、loading： 用于加载 exchange 交换之后各自缺少的 LSA 报文。（此过程会发送 LSR、LSU、LSAck 报文）

7、full： 同步 LSDB 完成。（此过程拓扑链路发生变化会发送 HELLO、DD 报文、LSR、LSU、LSAck 报文，以进行动态刷新 LSDB）

下面演示七种状态通过 OSPF 协议如何运作的一个状态机制：

下图进一步的描述了 OSPF 协议的状态机大致运作流程。
 
 

如果 OSPF 进程停留在某个状态，问题出至哪里呢？

答：
停留在 init 状态：存在流量过滤，或链路存在单点故障

停留在 2-way 状态：DR/BDR 选举卡住了，通常是路由器中双方或某一方弃权了导致选举不成功（优先级为 0 时代表弃权）

停留在 exstart、exchange、loading 状态：通常是本端接口的 MTU 与对端接口的 MRU 不一致，本端发送的报文过大，对端接收不过来；（但注意两设备互联接口的 MTU 不匹配，华为默认不检查的）

OSPF 链路状态 (拓扑) 发生改变时怎么办？

答：OSPF 是链路状态路由协议，当链路状态 (拓扑) 发生变化时会执行触发更新机制，即：当链路状态发生改变时，运行 OSPF 的设备就会泛洪发出链路更新报文 (LSU)，如此很快地就告知给了所有相邻的路由器，然后通过比对链路数据库 (LSDB) 与路由表 (Routing table)，找出拓扑变化的部分，进而更新 LSDB。

搞懂邻居关系、邻接关系及其区别

1、邻居关系 邻接关系

邻居关系：邻居之间只能发送 hello 报文；
 
 邻接关系：OSPF 的五种报文都可以发送；

2、DR、BDR、DR other

DR、BDR、DR other 角色

DR：相当于一个班级（广播网络）里被选举出来的正班长。

BDR：相当于一个班级里选举出来的的副班长。

DR other：该班级学生里面除了上面的正班长、副班长之外的 “同学” 了。

3、邻居关系和邻接关系区别

理解了 DR、BDR 和 DR other 所扮演的角色，可以这样认为：邻居关系是简单的隔壁关系，邻接关系是更深层次的友好关系。

• DR/BDR 与 DR other 之间是邻接关系；（班长 / 副班长与班级同学关系友好）
• BDR 与 DR 之间是邻接关系；（副班长与班长关系友好）
• DR other 与 DR other 之间邻居关系；（同学和同学毗邻而已，关系不一定友好）

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OSPF 路由 DR、BDR 选举

夜半少年于 2020-03-10 18:07:03 发布

首先，强调一下：这里 OSPF 路由协议下选举 DR、BDR 是在广播网络、NBMA 网络中进行的。既然提到了 OSPF 网络类型，那就先来了解一下吧。

OSPF 的四种接口网络类型

网络类型	底层链路类型	需要选举 DR/BDR？	Hello time interval	Dead time
广播	以太网	需要	10s	40s
NBMA	FR、ATM	需要	30s	120s
P2P	PPP、HDLC	不需要	10s	40s
P2MP	手工配置	不需要	30s	120s

TIMER NAME	BROADCAST	NONBROADCAST	POINT-TO-POINT	POINT-TO-MULTIPOINT	POINT-TO-MUTUPOINT NON-BROADCAST
Hello Interval	10	30	10	30	30
Dead Interval	40	120	40	120	120
Poll Interval	120	120	120	120	120
Retransmit-Interval	5	5	5	5	5
Transmit-Link-Delay-Interval	1	1	1	1	1

P2MP 的手工配置：

interface GigabitEthernet0/0/0
ip address 10.1.12.1 255.255.255.0
ospf network-type p2mp // 修改 OSPF 的网络类型；
//ospf timer hello 10 // 也可以修改接口的 hello time；30s——>10s 

DR、BDR 选举的作用

Router 类型	角色作用
DR	减少 MA 网络中报文的交互数量，节省链路的资源；
BDR	作为备份的 DR，当 DR 出故障时，BDR 可以充当 DR（临危受命，哈哈）

MA 网络：multiple access 网络，指上面提到的广播类型、NBMA 型网络，由于 MA 网络内设备接口结点多，选个 “管理者”（DR/BDR）可以减少结点与结点之间的报文交互。

DR、BDR 选举的规则

比较的字段	如何比较
比较接口的优先级	范围：0-255；优先级为 0，表示弃权 ；默认优先级为 1；优先级越大越优 ；
比较设备的 router id	若出现优先级相同的情况，router id 越大越优；

修改 priority（优先级）：

interface GigabitEthernet0/0/0
 ip address 10.1.12.1 255.255.255.0 
 ospf dr-priority 12
123

router id

router id 用于标识一台设备。route id 标识的生成可以分为手工配置和自动生成两种，如下：

（1）手工配置：

• ① 系统视图下配置： ospf 1 router-id 1.1.1.1
  
• ② 协议视图下： router id 1.1.1.1

手工配置 router id 可能不能马上生效，需要刷新 OSPF 的进程： 即在用户视图下：
reset ospf process —>Y

（2）自动生成：

• 华为标准： 最先 UP 的接口 成为设备的 router id；

• RFC 标准：

设备环回接口 有 / 无	router id
有	Loopback 接口 IP 地址大的
没有	物理接口 IP 地址大的

OSPF 划分区域

（1）Area 0 属于骨干区域；
（2）其他的 Area ID 都属于非骨干区域；
（3）非骨干区域之间要互访，只有经过骨干区域 Area 0 才能互访；

路由器 “使者”	特点
ABR	处于骨干区域与非骨干区域的边界
ASBR	处于 AS 边界用做外部路由引入的设备

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OSPF Option 字段详解

运维不粘锅 2021-02-04 09:52:41

1、OSPFv2 Option

OSPFv2 的 Option 字段如下所示：

比特位         ~~~~~~~	说明
DN	用来避免在 MPLS 中出现环路。当 3 类、5 类和 7 类 LSA 中设置了 DN 位之后，接收路由器就不能在它的 OSPF 路由计算中使用该 LSA。如果需要接受，需要配置 -instance-capability simple。
O	用来说明路由器是否有能力发送和接收 opaque LSA，即类型 9、类型 10 和类型 11。
DC	当始发路由器支持按需链路上的 OSPF 的能力时，该位将被设置。
EA	当始发路由器具有接收和转发外部属性 LSA（External-Attributes-LSA）的能力时，该位被置位。
N/P	N 位：只在 Hello 数据包中使用。N=1 表明路由器支持 7 类 LSA。N=0 表明该路由器将不接收和发送 NSSA LSA。 P 位：只用在 NSSA LSA 中。P=1 表明将告诉一个 NSSA 区域中的 ABR 路由器将 7 类 LSA 转换为 5 类 LSA。
MC	该位描述是否多播扩展 OSPF 转发 IP 多播包，也就是 MOSPF。
E	当始发路由器具有接收 OSPF 域外部 LSA（AS-external-LSA）的能力时，该位置位。
MT	表示始发路由器支持多拓扑 OSPF (MT-OSPF)。

2、OSPFv3 Option

OSPFv3 的 Option 字段如下所示

比特位       ~~~~~	说明
DC	虚链路相关报文使用，当 DC=1 时，表示此报文为虚链路报文。
R	用来标识设备是否具有转发能力。如果 R 为 0，则该节点的路由信息将不会参加路由计算。如果当前设备是不想转发非本地地址报文的路由器，可以将 R 比特置 0，类似 IS-IS 的 OL 比特。
N	用于表示该路由为 7 类 LSA，用于 7 类 LSA 和 5 类 LSA 的转化，NSSA 使用。
MC	与组播相关
E	如果该比特为 0，表示不支持 AS-External LSA 泛洪。
V	若 V6 置 0，如果V 比特置0，该路由器或链路不会参加路由计算。

3、OSPFv2 与 OSPFv3 Hello 报头区别

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via:

• 最通俗易懂的 OSPF 五种报文 + 七种状态_ospf 五种报文七种状态 - 优快云 博客 夜半少年于 2020-03-09 10:20:33 发布
  https://blog.youkuaiyun.com/qq_42605300/article/details/104727306

• 一篇文章算是彻底理解了 OSPF 路由 DR、BDR 的选举_ospf 在 p2mp 类型的接口上也会选举 dr、bdr-优快云 博客 夜半少年于 2020-03-10 18:07:03 发布
  https://blog.youkuaiyun.com/qq_42605300/article/details/104775068

• OSPF Option 详解_51CTO 博客_ mpls option 运维不粘锅 2021-02-04 09:52:41
  https://blog.51cto.com/xxy12345/2618949