OSPF基本工作原理（下）

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我是靠谱客的博主超帅雨，最近开发中收集的这篇文章主要介绍OSPF基本工作原理（下），觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

LSDB同步过程

状态含义：ExStart：邻居状态变成此状态以后，路由器开始向邻居发送DD报文Master/Slave关系是在此状态下形成的，初始DD序列号也是在此状态下确定的。在此状态下发送的DD报文不包含链路状态描述。

Exchange：在此状态下，路由器与邻居之间相互发送包含链路状态信息摘要的DD 报文。

Loading：在此状态下，路由器与邻居之间相互发送LSR报文、LSU报文、LSAck报文。

Full：LSDB同步过程完成，路由器与邻居之间形成了完全的邻接关系。

LSDB同步过程如下：

1） RTA和RTB的Router ID分别为1.1.1.1和2.2.2.2并且二者已建立了邻居关系。当RTA 的邻居状态变为ExStart后，RTA会发送第一个DD报文。此报文中，DD序列号被随机设置为X，I-bit设置为1，表示这是第一个DD报文，M-bit设置为1，表示后续还有DD报文要发送，MS-bit设置为1，表示RTA宣告自己为Master。

2）当RTB的邻居状态变为ExStart后，RTB会发送第一个DD报文。此报文中，DD序列号被随机设置为Y（I-bit=1，M-bit=1，MS-bit=1，含义同上）。由于RTB的Router ID较大，所以RTB将成为真正的Master。收到此报文后，RTA会产生一个 Negotiation-Done事件，并将邻居状态从ExStart变为Exchange。

3）当RTA的邻居状态变为Exchange后，RTA会发送一个新的DD报文，此报文中包含了 LSDB的摘要信息，序列号设置为RTB在步骤2中使用的序列号Y，I-bit=0，表示这不是第一个DD报文，M-bit=0，表示这是最后一个包含LSDB摘要信息的DD报文，MSbit=0，表示RTA宣告自己为Slave。收到此报文后，RTB会产生一个NegotiationDone事件，并将邻居状态从ExStart变为Exchange。

4）当RTB的邻居状态变为Exchange后，RTB会发送一个新的DD报文，此报文包含了 LSDB的摘要信息，DD序列号设置为Y+1, MS-bit=1，表示RTB宣告自己为Master。

5）虽然RTA不需要发送新的包含LSDB摘要信息的DD报文，但是作为Slave，RTA需要对Master发送的每一个DD报文进行确认。所以，RTA向RTB发送一个新的DD报文，序列号为Y+1，该报文内容为空。发送完此报文后，RTA产生一个Exchange-Done 事件，将邻居状态变为Loading。RTB收到此报文后，会将邻居状态变为Full（假设 RTB的LSDB是最新最全的，不需要向RTA请求更新）。

1）RTA开始向RTB发送LSR报文，请求那些在Exchange状态下通过DD报文发现的、并且在本地LSDB中没有的链路状态信息。 2） RTB向RTA发送LSU报文，LSU报文中包含了那些被请求的链路状态的详细信息。 RTA在完成LSU报文的接收之后，会将邻居状态从Loading变为Full。

3）RTA向RTB发送LSAck报文，作为对LSU报文的确认。RTB收到LSAck报文后，双方便建立起了完全的邻接关系。

4）从建立邻居关系到同步LSDB的过程较为复杂，错误的配置或设备链路故障都会导致无法完成LSDB同步。为了快速排障，最关键的是要理解不同状态之间切换的触发原因。

这是形成邻居关系的过程和相关邻居状态的变换过程。
Down：这是邻居的初始状态，表示没有从邻居收到任何信息。在NBMA网络上，此状态下仍然可以向静态配置的邻居发送Hello报文，发送间隔为PollInterval，通常和Router DeadInterval间隔相同。
Attempt：此状态只在NBMA网络上存在，表示没有收到邻居的任何信息，但是已经周期性的向邻居发送报文，发送间隔为HelloInterval。如果Router DeadInterval 间隔内未收到邻居的Hello报文，则转为Down状态。
Init：在此状态下，路由器已经从邻居收到了Hello报文，但是自己不在所收到的 Hello报文的邻居列表中，表示尚未与邻居建立双向通信关系。在此状态下的邻居要被包含在自己所发送的Hello报文的邻居列表中。
2-Way Received：此事件表示路由器发现与邻居的双向通信已经开始（发现自己在邻居发送的Hello报文的邻居列表中）。Init状态下产生此事件之后，如果需要和邻居建立邻接关系则进入ExStart状态，开始数据库同步过程，如果不能与邻居建立邻接关系则进入2-Way。
2-Way：在此状态下，双向通信已经建立，但是没有与邻居建立邻接关系。这是建立邻接关系以前的最高级状态。
1-Way Received：此事件表示路由器发现自己没有在邻居发送Hello报文的邻居列表中，通常是由于对端邻居重启造成的。
ExStart：这是形成邻接关系的第一个步骤，邻居状态变成此状态以后，路由器开始向邻居发送DD报文。主从关系是在此状态下形成的；初始DD序列号是在此状态下决定的。在此状态下发送的DD报文不包含链路状态描述。
Exchange：此状态下路由器相互发送包含链路状态信息摘要的DD报文，描述本地 LSDB的内容。
Loading：相互发送LS Request报文请求LSA，发送LS Update通告LSA。
Full：两台路由器的LSDB已经同步。

LSA（Link State Advertisement）是路由器之间链路状态信息的载体，LSA是LSDB的最小组成单位，也就是说LSDB是由一条条LSA构成的
所有的LSA都拥有相同的头部，关键字段的含义如下：

1）LS age：此字段表示LSA已经生存的时间，单位是秒。

2）LS type：此字段标识了LSA的格式和功能。常用的LSA类型有五种

3）Link State ID：此字段是该LSA所描述的那部分链路的标识，例如Router ID等。

4）Advertising Router：此字段是产生此LSA的路由器的Router ID。

5）LS sequence number：此字段用于检测旧的和重复的LSA

LS type，Link State ID和Advertising Router的组合共同标识一条LSA。
LSDB中除了自己生成的LSA，另一部分是从邻居路由器接收的。邻居路由器之间相互更新LSA必然需要一个“通道”。

DR与BDR的选举及作用

问题引出，在运行OSPF的MA网络包括广播型和NBMA网络，会存在两个问题：

1）在一个有n个路由器的网络，会形成(n×(n−1))/2 个邻居关系。

2）邻居间LSA的泛洪扩散混乱，相同的LSA会被复制多份，如RTA向其邻居RTB、RTC、 RTD分别发送一份自己的LSA，RTB与RTC、RTC与RTD、RTB与RTD之间也会形成邻居关系，也会发送RTA的LSA。

这样的工作效率显然是很低的，消耗资源的。最为高级的路由协议，OSPF是怎样解决这些问题的呢？

单点故障（single point of failure，缩写SPOF）是指系统中一点失效，就会让整个系统无法运作的部件，换句话说，单点故障即会整体故障。

DR（Designated Router）即指定路由器，其负责在MA网络建立和维护邻接关系并负责 LSA的同步。
DR与其他所有路由器形成邻接关系并交换链路状态信息，其他路由器之间不直接交换链路状态信息。这样就大大减少了MA网络中的邻接关系数量及交换链路状态信息消耗的资源。
DR一旦出现故障，其与其他路由器之间的邻接关系将全部失效，链路状态数据库也无法同步。此时就需要重新选举DR，再与非DR路由器建立邻接关系，完成LSA的同步。为了规避单点故障风险，通过选举备份指定路由器BDR，在DR失效时快速接管DR的工作。
伪节点是一个虚拟设备节点，其功能需要某台路由器来承载，下面将介绍DR/BDR的选举规则。

1、只有在广播或NBMA类型接口时才会选举DR，在点到点或点到多点类型的接口上不需要选举DR。
2、DR是指某个网段的概念，是针对路由器的接口而言的。某台路由器在一个接口上可能是DR，在另一个接口上有可能是BDR，或者是DR Other。
3、若DR、BDR已经选择完毕，当一台新路由器加入后，即使它的DR优先级值最大，也不会立即成为该网段中的DR。
4、DR并不一定就是DR优先级最大的路由器；同理，BDR也并不一定就是DR优先级第二大的路由器。