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上篇講到OSPF協(xié)議基礎(chǔ)，簡單總結(jié)為 “三表五包七狀態(tài)”；今天我們來談?wù)凮SPF協(xié)商過程；OSPF協(xié)商過程還是圍繞OSPF五種數(shù)據(jù)包和七種狀態(tài)來細(xì)化展開。
<blockquote>狀態(tài)與包分解
</blockquote>
 在中，提到OSPF協(xié)議五個包，分別是Hello、DBD、LSR、LSU、LSAck；下面將分析協(xié)商過程中七狀態(tài)如何結(jié)合五個包進(jìn)行整個OSPF建立的協(xié)商交互過程。
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</div>

如上圖所示，OSPF啟動開始使用Hello報文確定相互連接的鄰居是否可以通信，如下圖：
<div class="image-package"><img src="https://upload-images.jianshu.io/upload_images/2084007-92c24e92df0b1438.jpeg" img-data="{"format":"jpeg","size":37991,"height":705,"width":1080}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
</div>PS：OSPF的選路，是通過SPF算法計算出來的，而計算就有個計算方法，具體的計算方法后面張開說明，這里需要說明的是根據(jù)鏈路的開銷值(Cost)和協(xié)議的優(yōu)先級來選擇路由路徑的。
關(guān)于帶寬參考值說明：路由選擇最優(yōu)路徑是根據(jù)開銷值在選擇，默認(rèn)是根據(jù)接口鏈路帶寬來計算的(可手動設(shè)置cost值)，如OSPF有個默認(rèn)帶寬參考值100Mbps，而如果實際鏈路是1G，那么Cost值就是1，計算公式為：接口cost=帶寬參考值/接口帶寬，取計算結(jié)果的整數(shù)部分作為接口cost值，cost越小越優(yōu)先。在這里可以修改鏈路帶寬參考值，現(xiàn)在企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)帶寬最少也是千兆鏈路，可修改帶寬為10000Mbps為帶寬參考值，如果是千兆鏈路cost值就是10，萬兆鏈路就是1。

OSPF支持的網(wǎng)絡(luò)類型<ol><li>P2P--點到點網(wǎng)絡(luò)</li><li>P2MP--點到多點網(wǎng)絡(luò)</li><li>MA--廣播多路訪問網(wǎng)絡(luò)</li><li>NBMA--非廣播多路訪問網(wǎng)絡(luò)</li></ol>
詳細(xì)請了解該文章：OSPF支持的網(wǎng)絡(luò)類型


<div class="image-package"><img src="https://upload-images.jianshu.io/upload_images/2084007-bbdda91729249329.jpeg" img-data="{"format":"jpeg","size":46277,"height":574,"width":1080}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
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上圖所示，OSPF 協(xié)議啟動后，先尋找網(wǎng)絡(luò)中的鄰居（ Neighbor ），也就是通過 Hello 報文確認(rèn)可以雙向通信，Hello報文交換，確定鄰居關(guān)系。Down 失效狀態(tài)：這是鄰居的初始狀態(tài)，表示路由器還沒有從鄰居收到任何信息。<ol><li>停滯于此狀態(tài)表明路由器沒有從鄰居處接收到Hello報文。</li></ol>
Attempt 嘗試狀態(tài)：此狀態(tài)只在NBMA網(wǎng)絡(luò)上存在，表示路由器沒有收到鄰居的任何信息，但是已經(jīng)周期性地向鄰居發(fā)送了Hello報文；如果在Router Dead Interval的時間間隔內(nèi)未收到鄰居的Hello報文，則轉(zhuǎn)為Down狀態(tài)。<ol><li>停滯于此狀態(tài)表明路由器向已配置的鄰居發(fā)送了單播Hello報文，但沒有收到該鄰居的Hello報文。</li></ol>
Init 初始狀態(tài)：表示路由器已經(jīng)從鄰居收到了Hello報文，但是自己不在所收到的Hello報文的鄰居列表中。這說明自己尚未與鄰居建立起雙向通信關(guān)系。<ol><li>停滯于此狀態(tài)表明路由器收到了鄰居的Hello報文，但Hello報文中沒有包含接收路由器的OSPF RID（Router ID）。</li></ol>
前面三個階段都是Hello報文的交互作用：下面簡單說下Hello報文結(jié)構(gòu)和作用

<div class="image-package"><img src="https://upload-images.jianshu.io/upload_images/2084007-0c50306769e276f6.jpeg" img-data="{"format":"jpeg","size":24515,"height":318,"width":487}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
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字段長度含義Network Mask32比特發(fā)送Hello報文的接口所在網(wǎng)絡(luò)的掩碼。HelloInterval16比特發(fā)送Hello報文的時間間隔。Options8比特可選項：<ol><li>E：允許FloodAS-External-LSAs</li><li>MC：轉(zhuǎn)發(fā)IP組播報文</li><li>N/P：處理Type-7 LSAs</li><li>DC：處理按需鏈路</li></ol>Rtr Pri8比特DR優(yōu)先級。默認(rèn)為1。如果設(shè)置為0，則路由器不能參與DR或BDR的選舉。RouterDeadInterval32比特失效時間。如果在此時間內(nèi)未收到鄰居發(fā)來的Hello報文，則認(rèn)為鄰居失效。Designated Router32比特MA網(wǎng)絡(luò)中DR的接口地址。若不存在則為0.0.0.0Backup Designated Router32比特MA網(wǎng)絡(luò)中BDR的接口地址。若不存在則為0.0.0.0Neighbor32比特鄰居，以Router ID標(biāo)識。
2-Way 雙向通信狀態(tài)：表示路由器與鄰居的雙向通信關(guān)系已經(jīng)建立（即已經(jīng)建立起了鄰居關(guān)系），但是尚未建立起鄰接關(guān)系。<ol><li>停滯于此狀態(tài)表明路由器彼此都收到了對方的Hello報文，并且都從Hello報文中發(fā)現(xiàn)了自己的OSPF RID。對于以太網(wǎng)鏈路上的非DR/BDR路由器來說，這種狀態(tài)是可以接受的。</li></ol>
可以查看下wireshark抓包下的Hello報文：
<div class="image-package"><img src="https://upload-images.jianshu.io/upload_images/2084007-8d33d1ef93c75151.jpeg" img-data="{"format":"jpeg","size":82797,"height":626,"width":1058}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
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綜上原理可得Hello報文作用：用于發(fā)現(xiàn)鄰居和維護(hù)鄰居關(guān)系

PS：在MA網(wǎng)絡(luò)中，鄰居狀態(tài)在 2-Way 后，會進(jìn)行 DR 和 BDR 選舉。什么是MA網(wǎng)絡(luò)？MA 網(wǎng)絡(luò)，即多路訪問網(wǎng)絡(luò)，是在同一個共享介質(zhì)中連接多個設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中的任意兩臺設(shè)備都能直接進(jìn)行二層通信。MA 網(wǎng)絡(luò)有兩種，一種是 BMA 網(wǎng)絡(luò)，即廣播型多路訪問網(wǎng)絡(luò)，比如以太網(wǎng)，典型場景就是一臺以太網(wǎng)交換機(jī)連接著多臺路由器，如果有一個廣播數(shù)據(jù)發(fā)出來，整個網(wǎng)絡(luò)中的路由器都能收到。另一種是 NBMA 網(wǎng)絡(luò)，即非廣播型多路訪問網(wǎng)絡(luò)，比如幀中繼，只是幀中繼不支持廣播。
在 MA 網(wǎng)絡(luò)中，n 臺路由器都兩兩建立鄰接關(guān)系，那么就有 n(n-1)/2 個鄰接關(guān)系，會消耗大量的路由器資源，增加網(wǎng)絡(luò)中 LSA 的泛洪數(shù)量。為了優(yōu)化鄰接關(guān)系數(shù)量，減少不必要的協(xié)議流量，OSPF 會在每一個 MA 網(wǎng)絡(luò)中選舉一個 DR（指定路由器）和一個 BDR（備用指定路由器）。
既不是 DR 也不是 BDR 的路由器叫做 DROther ，MA網(wǎng)絡(luò)中所有 DROther 只和 DR 及 BDR 建立 OSPF 鄰接關(guān)系，BDR 也和 DR 建立鄰接關(guān)系，DROther 之間只停留在 2-Way 狀態(tài)。這樣，就有 2(n-2)+1 個鄰接關(guān)系，數(shù)量得到優(yōu)化。
<div class="image-package"><img src="https://upload-images.jianshu.io/upload_images/2084007-bc17f2f980d7cf2e.jpeg" img-data="{"format":"jpeg","size":68746,"height":1155,"width":667}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
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DR 會偵聽網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)渥兓畔?，并將變更信息通知給其它路由器。BDR 會監(jiān)控 DR 狀態(tài)，當(dāng) DR 發(fā)生故障時就接替它的工作。
DR 、BDR 的選舉通過 Hello 報文實現(xiàn)，發(fā)生在 2-Way 狀態(tài)之后。Hello 報文有路由器接口的 DR 優(yōu)先級，取值范圍是 0 ~ 255 ，默認(rèn)值為 1 ，DR 優(yōu)先級為 0 的接口沒有 DR 和 BDR 的選舉資格。
當(dāng)接口激活 OSPF 后，它會查看網(wǎng)絡(luò)中是否存在 DR ，如果有就使用已經(jīng)存在的 DR ，也就是 DR 不可搶占，否則選擇最高優(yōu)先級的路由器成為 DR ，當(dāng)優(yōu)先級相等時，選擇 Router-ID 最大的路由器成為 DR 。之后還會進(jìn)行 BDR 的選舉，選舉過程與 DR 類似。
需要注意的是，DR 和 BDR 是一個接口級別的概念。某臺路由器是 DR ，這種說法不準(zhǔn)確，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼f法是：某臺路由器的某個接口在這個 MA 網(wǎng)絡(luò)中是 DR 。<div class="image-package"><img src="https://upload-images.jianshu.io/upload_images/2084007-31a5e53f1dc42269.jpeg" img-data="{"format":"jpeg","size":26770,"height":291,"width":789}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
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在一個 MA 網(wǎng)絡(luò)中，DR 要確保網(wǎng)絡(luò)中的所有路由器有相同的 LSDB ，也就是確保 LSDB 同步。DR 使用組播地址 224.0.0.5 向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送 LSU 報文，所有 OSPF 路由器都會偵聽這個組播地址，并同步自己的 LSDB 。而 DROther 感知到拓?fù)渥兓瘯r，向 224.0.0.6 發(fā)送 LSU 報文通告這個變化，DR 和 BDR 會偵聽這個組播地址。
鄰居已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，接下來就是ExStart和Exchange的過程，也就是鏈路狀態(tài)信息傳遞過程，在這個過程，鄰居之間交互DD報文。
ExStart 信息交換初始狀態(tài)：鄰居狀態(tài)變成此狀態(tài)以后，路由器開始向鄰居發(fā)送DD報文。Master/Slave關(guān)系是在此狀態(tài)下形成的，初始DD序列號也是在此狀態(tài)下確定的。在此狀態(tài)下發(fā)送的DD報文不包含鏈路狀態(tài)描述。<ol><li>停滯于此狀態(tài)表明鄰居路由器之間的MTU不匹配或OSPF RID重復(fù)。</li></ol>
DD報文的主從選擇
<div class="image-package"><img src="https://upload-images.jianshu.io/upload_images/2084007-247ed18778b5d495.jpeg" img-data="{"format":"jpeg","size":27396,"height":439,"width":601}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
</div>
Exchange 信息交換狀態(tài)：在此狀態(tài)下，路由器與鄰居之間相互發(fā)送包含鏈路狀態(tài)信息摘要的DD報文。<ol><li>停滯于此狀態(tài)表明鄰居路由器之間的MTU不匹配。</li></ol>
路由器進(jìn)入 Exchange 狀態(tài)，向鄰居發(fā)送描述自己 LSDB 的 DD 報文，DD 報文中包含 LSA 頭部。DD 報文逐個發(fā)送，每個報文中都有 DD 序列號，DD 序列號由 Master 路由器決定，序列號在 DD 報文的交互過程中遞增，確保交互過程的有序性和可靠性。
DD 報文用于描述 LSDB ，攜帶 LSDB 中 LSA 的頭部數(shù)據(jù)，而非完整的 LSA 內(nèi)容。在路由器鄰接關(guān)系的建立過程中，先用空的 DD 報文協(xié)商 Master/Slave ，然后用 DD 報文描述各自的 LSDB ，這種 DD 報文包含 LSDB 里的 LSA 頭部。路由器可以使用多個 DD 報文來描述 LSDB ，為了保證 DD 報文傳輸?shù)捻樞蚝涂煽?，Master 路由器使用序列號字段遞增的方式，主導(dǎo)整個 LSDB 描述過程。
<div class="image-package"><img src="https://upload-images.jianshu.io/upload_images/2084007-fd13763d872e35a0.jpeg" img-data="{"format":"jpeg","size":37429,"height":759,"width":619}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
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DD報文結(jié)構(gòu)：<div class="image-package"><img src="https://upload-images.jianshu.io/upload_images/2084007-5af972213add1dde.jpeg" img-data="{"format":"jpeg","size":45987,"height":362,"width":816}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
</div>
<ol><li>Interface MTU：16位，此接口最大可發(fā)出IP報文的長度，華為默認(rèn)不填充為0。</li><li>Options：含義同OSPF報文頭一致。</li><li>I位：1位，當(dāng)連續(xù)發(fā)送多個DD報文時，是第一個DD報文時為1，否則為0。</li><li>M位：1位，當(dāng)連續(xù)發(fā)送多個DD報文時，后續(xù)沒有LSA頭要傳時，則為0。</li><li>M/S位：1位，當(dāng)兩臺路由器交換DD報文需選舉主從，RouterID大的為主，當(dāng)值位1則為Master。</li><li>DDS equence Number：32位，DD報文序列號，主從交互DD利用序列號保證DD報文傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性。</li><li>LSA Headers：本地LSDB的頭部信息。</li></ol>
DD報文抓包
<div class="image-package"><img src="https://upload-images.jianshu.io/upload_images/2084007-dc2a39bae460e744.jpeg" img-data="{"format":"jpeg","size":43168,"height":458,"width":1080}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
</div>DD報文作用：用來描述本地LSDB的摘要信息,用于同步數(shù)據(jù)庫
Loading 信息加載狀態(tài)：在此狀態(tài)下，路由器與鄰居之間相互發(fā)送LSR報文、LSU報文、LSAck報文。<ol><li>停滯于此狀態(tài)表明可能存在硬件故障或硬件故障或MTU不匹配。</li></ol>
接下來，路由器進(jìn)入 Loading 狀態(tài)，路由器向鄰居發(fā)送 LSR 請求 LSA 的完整信息。鄰居使用 LSU 進(jìn)行回應(yīng)，LSU 報文里有 LSA 的完整信息。在收到 LSU 報文后，路由器需要發(fā)送 LSAck 對 LSA 進(jìn)行確認(rèn)。
LSR報文格式：用于向鄰居請求完整的LSA。{注意：只會請求自己沒有的LSA}
<div class="image-package"><img src="https://upload-images.jianshu.io/upload_images/2084007-e6863feffff6e632.jpeg" img-data="{"format":"jpeg","size":43344,"height":383,"width":775}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
</div>
<ol><li>LS type：32位，LSA的類型</li><li>Link State ID：32位，根據(jù)LSA中的LSA Type和LSA Description在路由域中描述一個LSA。</li><li>Advertising Router：32位，產(chǎn)生此LSA的路由器Router ID。</li></ol>
LSA常見的類型：type-1=Router LSAtype-2=Network LSAtype-3=Network Summary LSAtype-4=ASBR Summary LSAtype-5=AS External LSAtype-6=Group Membership LSAtype-7=NSSA LSA
日常使用的有1、2、3、4、5、7后續(xù)文章講詳細(xì)講解LSA

<div class="image-package"><img src="https://upload-images.jianshu.io/upload_images/2084007-b1a96bc7899c850d.jpeg" img-data="{"format":"jpeg","size":97542,"height":674,"width":896}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
</div>
LSU報文格式：LSU報文包含的是完整的LSA信息，用于回復(fù)LSR報文。并且當(dāng)路由器感知到網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變化時也會泛洪LSU。PS：注意：非DR/BDR路由器的LSU報文是發(fā)送給224.0.0.6地址的，而DR收到這個報文后又會把它發(fā)送給224.0.0.5[所有的OSPF路由器]。這樣就大大的減少的網(wǎng)絡(luò)開支，有利于網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化。<div class="image-package"><img src="https://upload-images.jianshu.io/upload_images/2084007-2cae20d41fe6ffc1.jpeg" img-data="{"format":"jpeg","size":38363,"height":316,"width":750}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
</div>
<ol><li>Number of LSAs：32位，表示此Update中包含的LSA數(shù)量。</li><li>LSAs：多個完整的LSA內(nèi)容。</li></ol>

<div class="image-package"><img src="https://upload-images.jianshu.io/upload_images/2084007-7cb2698ce9496cdd.jpeg" img-data="{"format":"jpeg","size":145097,"height":844,"width":906}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
</div>
LSAck報文格式：鏈路狀態(tài)確認(rèn)報文，用于確認(rèn)LSU報文；為了保障每條LSA可達(dá)，需要LSAck來對每天收到的LSA進(jìn)行確認(rèn)。<div class="image-package"><img src="https://upload-images.jianshu.io/upload_images/2084007-56f90924e1809dc5.jpeg" img-data="{"format":"jpeg","size":34619,"height":285,"width":763}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
</div>
LSA Headers：LSA頭列表，OSPF通過LSA頭對完整的LSA做確認(rèn)，一份LSA可以對多份LSU中的LSA做確認(rèn)。
<div class="image-package"><img src="https://upload-images.jianshu.io/upload_images/2084007-2b1a2daa04935da7.jpeg" img-data="{"format":"jpeg","size":84850,"height":816,"width":1030}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
</div>
Full 完全鄰接狀態(tài)：表示LSDB同步過程完成，路由器與鄰居之間形成了完全的鄰接關(guān)系。
整個狀態(tài)變化的報文交互情況：
<div class="image-package"><img src="https://upload-images.jianshu.io/upload_images/2084007-82bc56e7cdf31e7c.jpeg" img-data="{"format":"jpeg","size":65066,"height":742,"width":739}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
</div>

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