大家好，我是小弗。上篇《圖解 OSPF 》，只是描述了協議的完整過程，并解釋了文中出現的專用名詞，看完能對 OSPF 有一個全流程的了解。OSPF 的專用名詞也比較多，這次索性把常見的名詞整理出來，以供大家(也包括我自己)學習和參考。按照慣例，先來一張全景圖，一眼就能看完文章的主要內容，方便閱讀和查找。
Router-IDRouter-ID 用于標識 OSPF 路由器，是一個 32 位的數值，跟 IPv4 地址格式一樣，比如：192.168.100.1 。連續的 OSPF 路由器組成的網絡叫做 OSPF 域，域內 Router-ID 必須唯一，也就是在同一個域內不允許出現兩臺相同 Router-ID 的路由器。Router-ID 可以手動設置，也可以自動生成，常見的做法是把設備的 Router-ID 指定為設備的 Loopback 接口的 IP 地址。
Loopback 接口Loopback 接口也就是本地回環接口，是一種軟件的、邏輯的接口，不只網絡設備支持 Loopback 接口，Windows 主機或 Linux 主機也支持。根據業務需求，在網絡設備上創建 Loopback 接口，并配置 IP 地址。Loopback 接口非常穩定，除非手動進行關閉或刪除，否則是永遠不會失效的。正因如此，Loopback 接口常用于設備網管、網絡測試、網絡協議應用等。
OSPF 三張表OSPF 使用三種表格確保能正常運行。
鄰居表( Peer Table )在 OSPF 交互 LSA 之前，兩臺直連路由器需要建立 OSPF 鄰居關系。當一個接口激活 OSPF 后，就會周期性的發送 OSPF Hello 報文，同時偵聽 Hello 報文從而發現直連鏈路上的鄰居。在接口上發現鄰居后，鄰居的信息會寫入路由器的 OSPF 鄰居表，隨后一個鄰接關系的建立過程也開始了。
鏈路狀態數據庫( Link-State Database ，LSDB )OSPF 路由器在網絡中泛洪的鏈路狀態信息，叫做 LSA( Link-State Advertisement ，鏈路狀態通告)。路由器搜集 LSA 并添加到自己的 LSDB 中，路由器通過 LSDB 獲取網絡的完整信息。OSPF 定義了多種類型的 LSA ，這些 LSA 各有用途，最終目的是讓路由器知道網絡的拓撲結構以及網段信息，并計算出最短路徑樹，從而發現到達全網各個網段的路由。
OSPF 路由表( Routing Table )OSPF 根據 LSDB 中的數據，運行 SPF 算法，得到一棵以自己為根、無環的最短路徑樹，基于這棵樹，OSPF 能夠發現到達網絡中各個網段的最佳路徑，從而得到路由信息，并添加到 OSPF 路由表中。當然，這些 OSPF 路由表中的路由最終是否被添加到全局路由器，還需要經過比較路由優先級等過程。
度量值每種路由協議對度量值的定義是不同的，OSPF 使用 Cost(開銷)作為路由度量值，Cost 值越小，則路徑(路由)越優。每一個激活 OSPF 的接口都有一個接口的 Cost 值，值等于 100/接口帶寬 Mbit/s，計算結果取整數部分，當結果小于 1 時，值取 1 。這個值也可以人為修改，修改值會直接影響 Cost 值的計算，從而影響網絡中 OSPF 路由的選擇。
報文類型及格式OSPF 協議的報文直接使用 IP 封裝，在 IP 報文頭部對應的協議號是 89 。通常 OSPF 的協議報文使用組播地址作為目的 IP 地址，有兩個組播 IP 地址是 OSPF 專用。
224.0.0.5：這個組播 IP 地址是指所有的 OSPF 路由器。
224.0.0.6：這個組播 IP 地址是指所有的 OSPF DR 路由器。
OSPF 一共定義了五種報文，各有各的用途。
路由器的接口一旦激活 OSPF ，就會開始發送 Hello 報文。Hello 報文的一個重要功能就是發現直連鏈路上的 OSPF 鄰居。發現鄰居后，就開始鄰接關系的建立。這個過程中，DD 報文用于發送 LSA 的頭部摘要。通過 DD 報文的交互，路由器知道了對方所有的 LSA ，而 LSR 向對方請求完整的 LSA 。LSU 對 LSR 進行回應，或者主動更新 LSA ，LSU 包含完整的 LSA 數據。LSAck 保證 OSPF 更新機制的可靠性。此外，Hello 報文負責 OSPF 鄰居關系的維護，兩臺直連路由器形成鄰接關系后，雙方仍然周期性的發送 Hello 報文，告知對方自己是在線狀態。
所有 OSPF 報文是相同的頭部，這個頭部的長度是 24 字節。
版本( Version )：OSPFv2 的值為 2 。類型( Type )：表示 OSPF 報文的類型。值與報文類型對應關系是：1 - Hello ;2 - DD ;3 - LSR ;4 - LSU ;5 - LSAck 。報文長度( Packet Length )：整個 OSPF 報文的長度，單位是字節。路由器 ID( Router Identification )：路由器的 OSPF Router-ID 。區域 ID( Area Identification )：表示所屬的區域 ID ，是一個 4 字節的數值。校驗和( Checksum )：用來校驗報文有效性。認證類型( Authentication Type )：表示報文使用的認證類型。認證數據( Authentication Data )：用于報文認證的內容。Hello 報文Hello 報文用于發現直連鏈路上的鄰居，以及維護鄰居關系。Hello 報文攜帶鄰居關系建立的各項參數，建立鄰居關系的過程中，會檢查這些參數，只有參數匹配，才能正確建立鄰居關系。
網絡掩碼( Network Mask )：這個字段表示接口的網絡掩碼。如果兩臺路由器是通過以太網接口連接，那么直連的兩個接口必須配置相同的網絡掩碼。如果收到的 Hello 報文中“網絡掩碼”字段與自己接口的不同，就忽略這個 Hello 報文，不會建立鄰居關系。Hello 間隔( Hello Interval )：接口周期性發送 Hello 報文的時間間隔，單位是秒。兩臺路由器要建立鄰居關系，需要接口的 Hello Interval 相同，否則鄰居關系無法建立。默認情況下，OSPF 路由器在 P2P 或 Broadcast 類型的接口上，Hello 間隔是 10 秒，在 NBMA 及 P2MP 類型的接口上，Hello 間隔是 30 秒。選項( Options )：這個字段一共 8 比特，每個比特位都表示路由器的某個特性。路由器通過設置相應的 Options 比特位來通告自己支持某種特性或擁有某種能力。路由器優先級( Router Priority )：路由器優先級，也叫做 DR 優先級，用于 DR 和 BDR 的選舉。默認情況下，OSPF 接口的 DR 優先級是 1 ，這個值也可以通過命令進行修改。路由器失效時間( Router Dead Interval )：路由器等待對方發送 Hello 報文的時間，超過這個時間就認為是路由器已離線。路由器建立鄰居關系，也需要雙方接口的 Router Dead Interval 相同。默認情況下，Router Dead Interval 是 Hello Interval 的 4 倍。指定路由器( Designated Router )：網絡中 DR 的接口 IP 地址。如果值為 0.0.0.0 ，表示沒有 DR ，或 DR 還未選舉出來。備份指定路由器( Backup Designated Router )：網絡中 BDR 的接口 IP 地址。如果值為 0.0.0.0 ，表示沒有 BDR ，或 BDR 還未選舉出來。鄰居( Neighbor )：表示鄰居的 Router-ID ，是在直連鏈路上發現的有效鄰居，如果發現多個鄰居，就包含多個鄰居字段。DD 報文DD 報文用于描述 LSDB ，這個報文攜帶的是 LSDB 中 LSA 的頭部數據，并非完整的 LSA 內容?；猷従拥穆酚善魇褂每盏?DD 報文來協商主/從( Master/Slave )，空的 DD 報文不包含任何 LSA 頭部信息。Router-ID 更大的路由器成為 Master 路由器。
Master/Slave 確定后，雙方開始使用 DD 報文描述各自的 LSDB ，這時的 DD 報文包含 LSDB 里的 LSA 頭部信息。路由器可以使用多個 DD 報文來描述 LSDB ，為了確保 DD 報文傳輸的有序和可靠，Master 路由器使用 “ DD Sequence Number( DD 序列號)” 字段主導整個 LSDB 交互過程。比如：Master 路由器發送一個 DD 序列號是 100 的 DD 報文給 Slave 路由器，Slave 收到這個報文后，才發送自己的 DD 報文，而 DD 序列號也使用 100 。Master 路由器發送下一個 DD 報文( DD 序列號是 101 )，Slave 路由器才會發送 DD 報文。這個過程一直持續，直到 LSDB 同步完成。
接口最大傳輸單元( Interface Maximum Transmission Unit )：接口的 MTU 。默認情況下，接口發送的 DD 報文中，無論接口實際的 MTU 值是多少，值都為 0 。
選項( Options )：路由器支持的 OSPF 可選項。I 位( Initial Bit )：初始化位，協商 Master/Slave 路由器時，值為 1 ，Master/Slave 選舉完成后，值為 0 。M 位( More Bit )：如果值為 1 ，表示后續還有 DD 報文;如果值為 0 ，表示這是最后一個 DD 報文。MS 位( Master Bit )：Master 路由器發送的 DD 報文中，值為 1 ，Slave 路由器則值為 0 。DD 序列號( DD Sequence Number )：DD 報文的序列號，在 DD 報 文交互過程中，逐次加 1 ，確保傳輸的有序和可靠。DD 序列號必須由 Master 路由器決定，而 Slave 路由器只能使用 Master 路由器發送的 DD 序列號來發送自己的 DD 報文。LSA 頭部( LSA Header )：當路由器使用 DD 報文描述自己的 LSDB 時，LSA 頭部信息就在這里。一個 DD 報文可能包含一條或多條 LSA 頭部信息。LSR 報文在與 OSPF 鄰居交換 DD 報文后，路由器就知道了鄰居的 LSDB 摘要，向鄰居發送 LSR 報文請求所需 LSA 的完整數據。LSR 報文的鏈路狀態類型( Link-State Type )、鏈路狀態 ID( Link-State ID )、通告路由器( Advertising Router )三個字段表示路由器請求的 LSA 。如果請求多個 LSA ，那么 LSR 可能包含多個三元組。
鏈路狀態類型( Link-State Type )：表示 LSA 類型。OSPF 有多種 LSA 類型，每種 LSA 描述 OSPF 網絡的某個部分，使用不同的類型編號。常見的 LSA 類型值和 LSA 名稱是：1 - Router LSA ，2 - Network LSA ，3 - Network Summary LSA ，4 - ASBR Summary LSA ，5 - AS External LSA 。鏈路狀態標識( Link-State ID )：LSA 的標識。不同的 LSA 類型，字段的定義不同。通告路由器( Advertising Router )：生成這條 LSA 的路由器的 Router-ID 。LSU 報文路由器收到鄰居發送的 LSR 后，會使用 LSU 報文進行回應，在 LSU 報文中包含請求 LSA 的完整信息，一個 LSU 報文可以包含多個 LSA 。另外，當路由器感知到網絡發生變化時，也會觸發 LSU 報文的泛洪，及時把網絡變化通告給其它路由器。在 BMA 網絡中，非 DR 、BDR 路由器向組播地址 224.0.0.6 發送 LSU 報文，而 DR 和 BDR 會偵聽這個組播地址，DR 在接收 LSU 報文后向 224.0.0.5 發送 LSU 報文，從而將更新信息泛洪到整個 OSPF 區域，所有的 OSPF 路由器都會偵聽 224.0.0.5 這個組播地址。
LSAck 報文當一臺路由器收到鄰居發送的 LSU 報文時，為了確認 LSA 已經送達，需要對報文中的 LSA 進行確認，就是回復一個 LSAck 報文。LSAck 報文包含路由器確認的 LSA 頭部信息。
鄰接關系OSPF 有兩個概念：鄰居關系和鄰接關系。假如兩臺路由器通過網線直連，在雙方互聯的接口上激活 OSPF ，路由器接口開始發送和偵聽 Hello 報文，通過 Hello 報文發現彼此，并確認雙向通信后，就形成了鄰居關系。
之后，兩臺路由器會開始交互空的 DD 報文協商 Master/Slave ，再交互包含 LSA 頭部信息的 DD 報文，以便同步自己的 LSDB ，然后通過 LSR 和 LSU 報文交互雙方的 LSA 。當兩者的 LSDB 同步完成后，兩臺路由器形成對網絡拓撲的一致認知，并開始獨立計算路由。這時，兩臺路由器形成了鄰接關系。
網絡類型OSPF 的許多功能或特性都是基于接口實現的，當一個接口激活 OSPF 后，這個接口會維護很多 OSPF 變量，比如：接入的區域 ID 、接口 Cost 值、DR 優先級、鄰居列表、認證類型等，其中接口的網絡類型( Network-Type )是非常重要的一個變量。OSPF 接口的網絡類型跟接口的數據鏈路層封裝有關，在不同網絡類型的接口上，OSPF 的操作有所不同。
1、點對點類型( Point-to-Point ，P2P )P2P 網絡是在一條鏈路上只能連接兩臺路由器的環境。典型的例子就是 PPP 鏈路，當兩臺路由器通過 PPP 鏈路直連時，接口的封裝協議就是 PPP ，接口激活 OSPF 后，網絡類型就是 P2P 。OSPF 在 P2P 網絡類型中，接口以組播方式發送協議報文，組播地址是 224.0.0.5 ，報文類型包括 Hello 報文、DD 報文、LSR 報文、LSU 報文和 LSAck 報文。默認情況下，P2P 類型接口的 Hello 報文發送間隔是 10 秒。P2P 類型的網絡中，不會選舉 DR 和 BDR 。
2、廣播型多路訪問類型( Broadcast Multi-Access ，BMA )BMA 網絡中可以多臺路由器接入，任意兩臺路由器之間都能進行二層通信，一臺路由器發送出去的廣播數據，其它所有路由器都能收到，是一個支持廣播的網絡環境。以太網就是典型的 BMA 網絡。當多臺路由器接入到 BMA 網絡時，比如多臺路由器連接在同一臺二層交換機上，這些路由器的接口激活 OSPF 就會開始發送組播的 Hello 報文，從而發現網絡中的其它路由器。BMA 網絡中，會選舉 DR 和 BDR ，所有非 DR 、BDR 路由器僅與 DR 和 BDR 建立鄰接關系。
OSPF 在 BMA 網絡中，接口以組播方式發送 Hello 報文、LSU 報文以及 LSAck 報文，單播方式發送 DD 報文及 LSR 報文。當路由器需要向 DR 和 BDR 發送 OSPF 報文時，使用 224.0.0.6 這個組播地址作為目的 IP 地址;當需要向所有的 OSPF 路由器發送報文時，使用 224.0.0.5 。默認情況下，廣播類型接口的 Hello 報文發送間隔是 10 秒。
3、非廣播型多路訪問類型( Non-Broadcast Multi-Access ，NBMA )NBMA 網絡也允許多臺路由器接入，但是不具備廣播能力，這時組播發送的 Hello 報文在 NBMA 網絡中可能會有問題。為了讓 OSPF 路由器之間能夠順利發現彼此，并正確建立鄰接關系，還需要手動配置，比如使用單播方式發送 OSPF 報文等。幀中繼、X.25 就是 NBMA 網絡，不過現在已經幾乎看不到這類型網絡了。NBMA 網絡中，也會進行 DR 和 BDR 選舉。默認情況下，NBMA 類型接口的 Hello 報文發送間隔是 30 秒。
4、點對多點類型( Point-to-Multipoint ，P2MP )P2MP 網絡中，路由器接口的數據鏈路層封裝不會自動設置，必須手動指定。P2MP 類似將多條 P2P 鏈路的一頭進行捆綁的網絡。在 P2MP 網絡中無需選舉 DR 、BDR 。OSPF 在 P2MP 類型的接口上以組播方式發送 Hello 報文，以單播方式發送其它報文。默認情況下，Hello 報文發送間隔是 30 秒。
了解了這么多的網絡類型，即使兩個路由器的直連接口的網絡類型不同，也能建立 OSPF 鄰接關系，但是 OSPF 路由計算容易出現問題，因為網絡類型會影響 LSA 對接口的描述，關系到路由器對網絡拓撲的理解和路由計算。因此，OSPF 鄰接的路由器，互聯接口的網絡類型必須一致。
即使在以太網中只有兩臺路由器，OSPF 也會選舉 DR 和 BDR ，實際上沒必要且浪費時間，因為從邏輯上看是點對點的連接，選舉 DR 和 BDR 實在是畫蛇添足。因此，為了提高 OSPF 的效率，加快鄰接關系的建立過程，可以把互聯接口的網絡類型修改為 P2P 。
DR 和 BDR多路訪問( MA )網絡是指在同一個共享介質中連接著多個設備的網絡，在這個網絡中，任意兩臺設備之間都能夠進行二層通信。MA 網絡有兩種：一種是 BMA 網絡，另一種是 NBMA 網絡。典型的 BMA 網絡是一臺交換機連接多臺路由器，如果有一個廣播數據發出來，那么整個網絡中的路由器都會收到。
在 MA 網絡中，n 臺路由器都兩兩建立鄰接關系，那么就有 n(n-1)/2 個鄰接關系，會消耗大量的路由器資源，增加網絡中 LSA 的泛洪數量。為了優化鄰接關系數量，減少不必要的協議流量，OSPF 會在每一個 MA 網絡中選舉一個 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網絡中所有 DROther 只和 DR 及 BDR 建立 OSPF 鄰接關系，BDR 也和 DR 建立鄰接關系，DROther 之間只停留在 2-Way 狀態。這樣，只有 2(n-2)+1 個鄰接關系，數量得到優化。
DR 在 LSDB 同步方面有關鍵性的作用，會偵聽網絡中的拓撲變化信息，并將變更信息通知給其它路由器。DR 會生成一種 Type-2 LSA ，這個 LSA 包含個 MA 網絡中所有 OSPF 路由器的 Router-ID ，也包括 DR 自己的。BDR 會監控 DR 狀態，當 DR 發生故障時就接替它的工作。
DR 、BDR 的選舉通過 Hello 報文實現，發生在 2-Way 狀態之后。Hello 報文有路由器接口的 DR 優先級，取值范圍是 0 ~ 255 ，默認值為 1 ，DR 優先級為 0 的接口沒有 DR 和 BDR 的選舉資格。當接口激活 OSPF 后，它會查看網絡中是否存在 DR ，如果有就使用已經存在的 DR ，也就是 DR 不可搶占，否則選擇最高優先級的路由器成為 DR ，當優先級相等時，選擇 Router-ID 最大的路由器成為 DR 。之后還會進行 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 ，這種說法不準確，嚴謹的說法是：某臺路由器的某個接口在這個 MA 網絡中是 DR 。在一個 MA 網絡中，DR 確保接入到網絡中的所有 OSPF 路由器擁有相同的 LSDB ，也就是確保這些 LSDB 的同步。DR 使用組播地址 224.0.0.5 向網絡中發送 LSU 報文，所有的 OSPF 路由器會偵聽這個目的地址，并與 DR 同步 LSDB 。而 DROther 感知到拓撲變化時，向 224.0.0.6 發送 LSU 報文通告這個變化，DR 和 BDR 會偵聽這個組播地址。
區域和多區域連續的 OSPF 路由器組成的網絡叫做 OSPF 域( Domain )，為了保證每臺路由器都能正常的計算路由，就要求域內所有的路由器同步 LSDB ，才能達到對整個 OSPF 網絡的一致認知。當網絡規模越來越大時，每臺路由器維護的 LSDB 變得臃腫，計算龐大的 LSDB 需要消耗更多的設備資源，加重設備的負擔。另外，網絡拓撲的變化，引起所有域內的路由器重新計算，而域內路由無法進行匯總，每臺路由器需要維護的路由表也越來越大，又是一個不能忽略的資源消耗。
因此，OSPF 引入了區域( Area )的概念。在一個大規模的網絡中，會把 OSPF 域分成多個區域。某些 LSA 的泛洪只在單個區域內部，同一個區域內的路由器維護一套相同的 LSDB ，對區域內的網絡有一致的認知。每個區域獨立進行 SPF 計算，區域內的拓撲結構對區域外是不可見的，而且區域內部的拓撲變化通知被限制在區域內，避免對區域外部造成影響。如果一臺路由器的多個接口分別接入多個不同的區域，那么它會為每個區域分別維護一套 LSDB 。多區域的設計極大程度的限制了 LSA 的泛洪，有效的把拓撲變化的影響控制在區域內，另外在區域邊界路由器上可以進行路由匯總，減少網絡中的路由條目數量。
OSPF 的每一個區域都由一個編號，不同的編號表示不同的區域，這個區域編號也叫做區域 ID( Area-ID )。區域 ID 是一個 32 位二進制數，與 IPv4 地址的格式一樣，比如 Area 0.0.0.1 ，為了方便起見，也會用十進制數表示，Area 0.0.0.1 簡化成 Area1 ，Area 0.0.0.255 簡化成 Area255 ，Area 0.0.1.0 簡化成 Area256 。
一個 OSPF 域中，允許存在多個區域，其中有一個中心區域，也就是骨干區域 Area0(或 Area 0.0.0.0 )。OSPF 要求域內的所有非骨干區域(區域 ID 不是 0 的區域)必須與 Area0 相連。如果一個域內有多個區域，那么有且只有一個 Area0 ，Area0 負責在區域之間發布區域間的路由。因此，所有的 ABR( Area Border Router ，區域邊界路由器)至少有一個接口屬于 Area0 ，所以 Area0 包含所有的 ABR 。有點類似星型結構，骨干區域在中間，每個非骨干區域是分支。
任何一個非骨干區域都必須與 Area0 相連，當網絡中某個區域沒有與 Area0 相連時，這個區域的路由計算就會出問題。OSPF 的區域間路由都由 Area0 中轉，任何兩個非骨干區域之間是不能直接交互路由的。
解決方法是修改 OSPF 的網絡設計，與 Area0 直接相連。如果不能改或改動成本大等問題，可以考慮使用 OSPF 虛鏈路( Virtual Link )。Virtual Link 是一種邏輯的鏈路，不是一條真實的鏈路。通過搭建一條 Virtual Link ，可以把原來沒有與骨干區域直連的區域給連接起來。
另一個可能的問題是，骨干區域不連續或被分隔開。非骨干區域交互區域路由時，容易引發路由環路。因此，OSPF 要求 ABR 只能將自己直連的區域內部路由通告給 Area0 ，而不能將自己到達其它區域的域間路由通告給 Area0 。另外，ABR 可以將自己直連區域的內部路由和到達其它區域的域間路由通告給非骨干區域。這樣就能規避網絡規劃不合理導致的路由環路。解決問題最好的辦法是修改 OSPF 的規劃，當然建立 Virtual Link 也可以臨時解決這個問題。
實際部署中，Virtual Link 并不是一種常規的技術，而是一種臨時方案，合理的 OSPF 網絡規劃依然是一個最佳的選擇。
OSPF 路由器角色在 OSPF 中，有多種路由器角色，在 OSPF 網絡中都發揮著不同的作用。實際上，OSPF 不僅在路由器上使用，許多交換機、防火墻，甚至 Linux 主機都能實現。這里說的 OSPF 路由器，實際上是以路由器為代表。
內部路由器( Internal Router ，IR )：所有接口都在同一個 OSPF 區域內的路由器。圖中 R1 、R4 、R5 是 IR 。區域邊界路由器( Area Border Router ，ABR )：接入多個區域的路由器，并非所有接入多個區域的路由器都是 ABR 。它至少有一個接口在 Area0 中，同時還有其它接口在其它區域中。ABR 負責在區域之間傳遞路由信息，因此必須連接到 Area0 ，同時連接著其它區域。圖中 R2 、R3 是 ABR 。骨干路由器( Backbone Router ，BR )：至少有一個接口接入 Area0 的路由器，那它就是一臺骨干路由器，另外 ABR 也是骨干路由器。圖中 R1 、R2 、R3 、R6 是 BR 。AS 邊界路由器( AS Boundary Router ，ASBR )：工作在 OSPF 自治系統( Autonomous System ，AS )邊界的路由器。ASBR 將 OSPF 域外的路由引入到本域，外部路由在整個 OSPF 域內傳遞。并不是同時運行多種路由協議的路由器就一定是 ASBR ，ASBR 一定是將外部路由重分發到 OSPF ，或者執行了路由重分發操作的路由器。圖中 R6 是 ASBR 。X 關閉
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