OSPF协议概念
OSPF(Open Shortest Path First开放式最短路径优先）是一个内部网关协议(Interior Gateway Protocol，简称IGP），用于在单一自治系统（autonomous system,AS）内决策路由。是对链路状态路由协议的一种实现，隶属内部网关协议（IGP），故运作于自治系统内部。著名的迪克斯彻（Dijkstra）算法被用来计算最短路径树。OSPF支持负载均衡和基于服务类型的选路，也支持多种路由形式，如特定主机路由和子网路由等。OSPF协议特点
1、OSPF是无类别链路类型IGP协议，作为一种链路状态的路由协议，OSPF将链路状态组播数据LSA（Link State Advertisement）传送给在某一区域内的所有路由器，OSPF通过获得网络中所有的链路状态信息，从而计算出到达每个目标精确的网络路径。
2、OSPF对网络没有跳数限制；
3、OSPF并不会周期性更新路由表，而采用增量更新，即只在路由有变化时，才会发送更新，并且只发送有变化的路由信息；事实上，OSPF是间接设置了周期性更新路由的规则，因为所有路由都是有刷新时间的，当达到刷新时间阀值时，该路由就会产生一次更新，默认时间为1800秒，即30分钟，所以OSPF路由的定期更新周期默认为30分钟。
4、区域内的路由器都具有相同的全局拓扑图
5、使用组播进行互相通信。
6、每个区域里的路由器都有一个区域的ID。
7、每个OSPF路由只维护自己所在区域的完整链路状态信息。
OSPF的拓扑结构
OSPF的路由类型
1、internal route区域路由器：该设备所有接口都属于同一个区域
2、Area-Border-Router（ABR）区域边界路由器：该设备同时属于两个以上的区域，必须有一个接口连接区域0
3、Backbone Route（BR）骨干路由器：该设备至少有一个接口属于骨干区域。所有ABR和区域0内的路由器都是骨干路由器
4、ASBR（AS Boundary Route）自治系统边界路由器：只要一台OSPF路由器引入了外部路由，它就是ASBR
OSPF区域类型划分
1、骨干区域area 0 ：
骨干区域负责区域间路由信息传播。作为中央实体，其他区域与之相连，骨干区域编号为 0，在该区域中，各种类型的 LSA 均允许发布。
2、非骨干区域：
传播信息要经过骨干区域转发；
3、标准区域 ：
除骨干区域外的默认的区域类型，在该类型区域中，各种类型的 LSA 均允许发布。
4、末梢区域 ：
即 STUB 区域，该类型区域中不接受关于 AS外部的路由信息，即不接受类型 5 的 AS 外部LSA，需要路由到自治系统外部的网络时，路由器使用缺省路由（0.0.0.0），末梢区域中不能包含有自治系统边界路由器 ASBR。
5、完全末梢区域：
该类型区域中不接受关于 AS 外部的路由信息，同时也不接受来自 AS 中其他区域的汇总路由，即不接受类型 3、类型 4、类型 5 的 LSA，完全末梢区域也不能包换有自治系统边界路由器 ASBR。
为什么非骨干区域必须和骨干区域相连接？
由于区域间OSPF是距离矢量的，是容易产生路由回环的。为了避免回环，所以区域间的流量必须经由骨干区域来传递。
划分区域的好处在于减少LSA的泛洪，减少路由表的大小。
Route ID
运行OSPF路由器的标识，一般用Loopback接口地址，建议手动绑定。（一般使用LoopBack口的环回地址）。
每一台OSPF路由器只有一个Router-ID，Router-ID使用IP地址的形式来表示，确定Router-ID的方法为：
1 .手工指定Router-ID。
2 .路由器上活动Loopback接口中IP地址最大的，也就是数字最大的，如C类地址优先于B类地址，一个非活动的接口的IP地址是不能被选为Router-ID的。
3 .如果没有活动的Loopback接口，则选择活动物理接口IP地址最大的。
OSPF工作过程及原理
1、路由器上启动OSPF协议后，直连的邻居间，开始组播收发hello包，Hello包中将存储本地已知邻居的RID，在双方RID均已知的情况下，建立邻居关系，生成邻居表；
2.邻居关系建立后，邻居间将进行条件匹配，匹配失败将停留为邻居关系**（2Way)，仅hello周期保活即可；匹配成功者间将进行邻接关系的建立；
3.邻接关系间的路由器，将使用DBD/LSR/LSU/LSACK来获取本地未知的所有LSA信息；使得同一区域内所有路由器的数据库完全一致；---- 数据库表；
4.当本地数据库完成同步后，将数据库-->有向图-->树型结构图-->将本地到达所有未知网段的最短路径加载于本地路由表中；
5.收敛完成，仅hello包周期保活即可；正常每30min，邻接关系间再进行一次DBD的对比，若一致及正常；若不一致将马上进行同步；
6.结构突变：触发更新
断开网段 直连断开网段的设备，直接使用LSU告知邻接，需确认
新增网段 直连新增网段的设备，直接使用LSU告知邻接，需确认
无法沟通 hello time 对应的 dead time ；dead time 到时后，断开邻居关系，去除基于该邻接共享的LSA计算所得路由；
在所有路由器都在初始阶段（down）时，AR1会发送一个HELLO包给AR2，因不知道其他的路由器，发送的信息中只包含自己的地址192.168.0.1，这是AR2会接收到了的hello包，进入init状态，并知道了AR1的地址，也会发送一个hello包，其中包含自己的IP地址192.168.2.0和AR1的地址192.168.1.0发送回去，并双向建立通话（2-way）状态。两个路由器会互相发送消息，AR1给AR2发送的是自己的IP地址192.168.0.1，假定自己是主路由器，AR2也会给AR1发送自己的IP地址192.168.0.2，进行假定自己是主路由器，并进行IP地址比较，建立主从关系（Exstart)。建立主从关系后，进入交换摘要信息（Exchange），AR2给AR1发送DBD报文，里面包含自己的链路状态数据库的描述。AR1也会给AR2发送DBD报文，里面包含自己的链路状态数据库的描述。
进入loading状态，获取对方的链路状态详细信息，AR1给AR2发送LSR报文，说明自己需要192.168.2.0/24的完整目录。AR2收到后，会通过LSU报文，发送关于网络192.168.2.0/24的目录给AR1.并双方分别进行LSAck确认。结束后，所有路由器进入收敛状态（full）。
OSPF三张表
| 邻居表 | 主要记录形成邻居关系路由器 |
| 链路状态数据库 | 记录链路状态信息 |
| OSPF路由表 | 通过链路状态数据库得出 |
OSPF邻居表
OSPF链路状态数据库
OSPF路由表
OSPF 5种数据报文
1、Hello报文------组播收发，用于邻居、邻接关系的发现、建立、周期保活
hello报文组播发送，hello time为10s或者30s，dead time是hello time 的4倍
2、DBD包----- 数据库描述包-- 本地LSDB（链路状态数据库）目录
3、LSR包----- 链路状态请求 -- 用于询问对端本地未知的LSA信息
4、LSU包----- 链路状态更新 -- 用于共享具体的每一条LSA信息
5、LSACK包-----链路状态确认 -- 确认包
LSA--链路状态通告--具体的一条一条 路由或者拓扑信息，不是一种数据包，所有的LSA是使用LSU这种包来转发的；
OSPF报文格式
OSPF的数据包是跨层封装于3层报头后方 ，协议号89
OSPF的状态机 ---8种
状态机----两台OSPF路由器间不同关系的阶段
Down: 一旦接收到对端的hello包进入下一个状态
Attempt:该状态仅对NBMA网络上的邻居有效，表示最近没有从邻居收到信息，但仍需作出进一步的尝试，用以与邻居联系。这时按HelloInterval的间隔向邻居发送Hello包
Init:初始化 若接收到的hello包中存在本地的RID，那么进入下一个状态机
2Way:双向通讯 邻居关系建立的标志
条件：点到点网络直接进入下一个状态机；MA网络进行DR/BDR选举，非DR/BDR之间不能进入下一个状态机；
Exstart:预启动 使用不携带数据库目录信息的DBD包，进行主从关系的选举，RID数值大为主，优先进入下一个状态机
Exchange：准交换 使用携带数据库目录信息的DBD包，进行目录共享，需要ACK确认
Loading：加载 接收到其他邻接的目录信息后，和本地进行比对，若本地存在未知的LSA信息，将使用LSR询问对端，对端使用LSU来更新这些LSA信息，直至双方数据库一致；LSU需要ACK确认；
Full：转发 标志着邻接关系已经建立；
参考链接：
https://blog.csdn.net/qq_48345422/article/details/123051175
https://blog.csdn.net/qq_47855463/article/details/115122239
https://blog.csdn.net/weixin_46959185/article/details/111475031
https://blog.csdn.net/weixin_55609813/article/details/115121677