概述
路由协议OSPF全称为Open Shortest Path First，也就开放的最短路径优先协议，因为OSPF是由IETF开发的，它的使用不受任何厂商限制，所有人都可以使用，所以称为开放的，而最短路径优先（SPF）只是OSPF的核心思想，其使用的算法是Dijkstra算法，最短路径优先并没有太多特殊的含义，并没有任何一个路由协议是最长路径优先的，所有协议，都会选最短的。
- OSPF的流量使用IP协议号89。
- OSPF工作在单个AS，是个绝对的内部网关路由协议（Interior Gateway Protocol，即IGP）。
- OSPF对网络没有跳数限制，支持 Classless Interdomain Routing (CIDR)和Variable-Length Subnet Masks (VLSMs)，没有自动汇总功能，但可以手工在任意比特位汇总，并且手工汇总没有任何条件限制，可以汇总到任意掩码长度。
- OSPF支持认证，并且支持明文和MD5认证；OSPF不可以通过Offset list来改变路由的metric。
- 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。
- OSPF所有路由的管理距离(Ddministrative Distance)为110，OSPF只支持等价负载均衡。
- 距离矢量路由协议的根本特征就是自己的 路由表是完全从其它路由器学来的，并且将收到的路由条目一丝不变地放进自己的路由表，运行距离矢量路由协议的路由器之间交换的是路由表，距离矢量路由协议 是没有大脑的，路由表从来不会自己计算，总是把别人的路由表拿来就用；而OSPF完全抛弃了这种不可靠的算法，OSPF是典型的链路状态路由协议，路由器之间交换的并不是路由表，而是链路状态，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。
术语
Router-id
Cost
- OSPF会自动计算接口上的Cost值，但也可以通过手工指定该接口的Cost值，手工指定的优先于自动计算的值。
- OSPF计算的Cost，同样是和接口带宽成反比，带宽越高，Cost值越小。到达目标相同Cost值的路径，可以执行负载均衡，最多6条链路同时执行负载均衡。
链路（Link）
就是路由器上的接口，在这里，应该指运行在OSPF进程下的接口。
链路状态（Link-State）
链路状态（LSA）就是OSPF接口上的描述信息，例如接口上的IP地址，子网掩码，网络类型，Cost值等等，OSPF路由器之间交换的并不是路由表，而是链路状态（LSA），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。OSPF路由器会将自己所有的链路状态毫不保留地全部发给邻居，邻居将收到的链路状态全部放入链路状态数据库（Link-State Database），邻居再发给自己的所有邻居，并且在传递过程种，绝对不会有任何更改。通过这样的过程，最终，网络中所有的OSPF路 由器都拥有网络中所有的链路状态，并且所有路由器的链路状态应该能描绘出相同的网络拓朴。
OSPF区域
可以配置任何OSPF路由器成为ABR或ASBR。
由于OSPF有着多种区域，所以OSPF的路由在路由表中也以多种形式存在，共分以下几种：
- 如果是同区域的路由，叫做Intra-Area Route，在路由表中使用O来表示；
- 如果是不同区域的路由，叫做Inter-Area Route或Summary Route，在路由表中使用O IA来表示；
- 如果并非OSPF的路由，或者是不同OSPF进程的路由，只是被重分布到OSPF的，叫做External Route，在路由表中使用O E2或OE 1来表示。
邻居（Neighbor）
邻接（Adjacency）
两台OSPF路由器能够形成邻居，但并不一定能相互交换LSA，只要能交换LSA，关系则称为邻接（Adjacency）。邻居之间只交换Hello包，而邻接（Adjacency）之间不仅交换Hello包，还要交换LSA。
DR/BDR
因为所有路由器都能与DR和BDR互换LSA，所以所有路由器都与DR和BDR是邻接（Adjacency）关系，而Drother与Drother之间无法互换LSA，所以Drother与Drother之间只是邻居关系。
OSPF数据包交换过程
Hello
Hello包是用来建立和维护OSPF邻居的，要交换LSA，必须先通过Hello包建立OSPF邻居。
Database Description Packets （DBD）
邻居建立之后，并不会立刻就将自己链路状态数据库中所有的LSA全部发给邻居，而是将LSA的基本描述信息发给邻居，这就是Database Description Packets （DBD），是LSA的目录信息，相当于书的目录，邻居在看完DBD之后，就能知道哪些LSA是需要邻居发送给自己的。
Link-state Request （LSR）
邻居在看完发来的LSA描述信息（DBD）之后，就知道哪些LSA是需要邻居发送给自己的，自己就会向邻居发送LSA请求（LSR），告诉邻居自己需要哪些LSA。
Link-state update（LSU）
当邻居收到其它路由器发来的LSA请求（LSR）之后，就知道对方需要哪些LSA，然后根据LSR，将完整的LSA内容全部发给邻居，以供计算路由表。
LSDB
就是已经收到了所有需要邻居发给自己的LSA，这时的链路状态数据库已经达到收敛状态。
OSPF启动过程
每个过程详细情况如下：
Down
路由器刚刚启动OSPF进程，还没有从任何路由器收到任何数据包，Hello包也没有收到，在此进程，可以向外发送Hello包，以试图发现邻居。
Attempt
因为OSPF使用组播发送数据包，如使用组播发送Hello包，如果Hello包不能发出去被其它路由器收到，就不能和其它路由器建立OSPF邻居；在一些组播不能发送的网络中，例如帧中继这样的非广播网络环境，组播不能够传递，在这种情况下，就需要指定OSPF使用单播向邻居发送Hello包，以此试图和指定的邻居建立OSPF邻居关系，在此状态下，OSPF称为Attempt状态。
Init
只是OSPF路由器一方收到了另一方的Hello，但并没有双方都交换Hello，也就是对方的Hello中还没有将自己列为邻居。
Two-way
双方都已经交换了Hello信息，并且从Hello中看到对方已经将自己列为邻居，此状态，就表示OSPF邻居关系已经建立，并且如果是需要选举DR和BDR的话，也已经选举出来，但OSPF邻居之间并不一定就会交换LSA，如果不需要交换LSA，则永远停留在此状态，如果需要形成邻接并互相交换LSA，则状态继续往下进行。（比如Drother与Drother之间将永远停留在Two-way状态，因为Drother与Drother之间不需要交换LSA。）
Exstart
因为在OSPF邻居之间交换完整的LSA之前，会先发送Database Description Packets （DBD），Link-state Request （LSR）等数据包，邻居之间是谁先发，谁后发，需要确定顺序，在Exstart状态，就是确定邻居之间的主从关系（Master—Slave关系），Router-ID数字大的为主路由器，另一端为从路由器，由主路由器先向从路由器发送信息。在选举DR与BDR的网络环境中，并不一定DR就是主路由器，BDR就是从路由器，因为DR和BDR可以通过调整接口优先级来控制，所以DR也许是因为优先级比BDR高，而Router-ID并不比BDR高。
在任何网络环境下，OSPF在交换LSA之前，都需要确定主从关系。
Exchange
就是交换Database Description Packets （DBD）的过程，DBD只是LSA的简单描述，只包含LSA的一些头部信息，收到DBD的路由器会和自己的链路状态数据库作对比，确定需要哪些LSA的完整信息，就会发送LSR请求给邻居。
Loading
邻居根据收到的LSR（Link-State Request），向对方回复Link-state update（LSU）。
Full
等到OSPF都收到了邻居回复的所有Link-state update（LSU），那么此时的数据库状态就变成了收敛状态，此状态就是Full状态，但此时只是数据库已经同步，但路由表却还在计算当中。
除了Two-way和Full这两个状态，邻居停留在任何状态，都是不正常。
OSPF网络类型（Network Type）
OSPF是一个在各方面都考虑比较周全的路由协议，也会因此将该协议变得更为复杂化，OSPF并不像RIP与EIGRP那样，RIP与EIGRP在运行时，并不考虑OSI模型在二层所定义的内容，即并不关心二层的链路介质类型，而OSPF在运行时，必须考虑链路层的类型，称为OSPF网络类型（Network Type），对于不同二层介质类型，OSPF将有不同的操作和运行过程，网络类型，可分为如下几种：
- 点到点（Point-To-Point）
- 点到多点（Point-To-Multipoint ）
- 广播（Broadcast ）
- 非广播（Non-Broadcast ）
- 点到多点非广播（Point-To-Multipoint Non-Broadcast）
对于不同的网络类型，将会影响到OSPF的Hello时间与Dead时间，关系到DR与BDR的选举与否，影响到OSPF邻居是自动建立还是手工建立，总结如下:
| 网络类型 | Hello时间 | 选举DR/BDR | 邻居建立方式 |
|---|---|---|---|
| 点到点(p2p) | 10s | 否 | 自动 |
| 点到多点(p2mp) | 30s | 否 | 自动 |
| 广播(Boradcast) | 10s | 是 | 自动 |
| 非广播(Non-B) | 30s | 是 | 手工 |
| 点到多点非广播(p2mp-Non-B) | 30s | 否 | 手工 |
OSPF链路类型（Link Type）
OSPF确实因为考虑问题的全面，而导致路由协议的复杂，OSPF不仅因为不同的二层链路层介质定义了不同的OSPF网络类型（Network Type），还因为链路上的邻居，而定义了OSPF链路类型（Link Type） 。
OSPF网络类型（Network Type）是完全根据二层链路层的介质决定的，而OSPF链路类型（Link Type）不仅受二层链路层介质的影响，还受到链路中OSPF邻居的影响，同时还影响到LSA，因此变得复杂。
OSPF链路类型（Link Type）分为以下几种：
Stub Network Link
在一个网段中只有一台OSPF路由器的情况下，该网段被OSPF链路类型定义为Stub Network Link；因为一个网段中只有一台OSPF路由器，所以在这个网段就不可能有OSPF邻居，一个接口被通告进OSPF，无论其二层链路是什么介质，只要在该接口上没有OSPF邻居，那么就是Stub Network Link；Loopback接口永远被定义为Stub Network Link，默认使用32位掩码表示，无论将Loopback接口改为哪种OSPF网络类型（Network Type），始终改变不了它的OSPF链路类型（Link Type）属性，但可以改变它在LSA中的掩码长度。
Point-To-Point Link
OSPF网络类型（Network Type）为Point-To-Point的接口，OSPF链路类型（Link Type）为Point-To-Point Link，但Loopback接口除外；而网络类型为点到多点（Point-To-Multipoint）的接口，同样链路类型也为Point-To-Point Link。
Point-To-Point Link可以是手工配置的地址（Numbered），也可以是借用的地址（Unnumbered），也可以是物理接口或逻辑子接口。
Transit Link
拥有两台或两台以上OSPF路由器的链路，简单理解为有邻居的OSPF接口就是Transit Link，但网络类型为Point-To-Point和点到多点（Point-To-Multipoint）的接口除外，因为它们被定义为Point-To-Point Link。
Virtual link
就是OSPF虚链路（Virtual Link），但希奇的是，虚链路（Virtual Link）被定义为手工配置的地址（Numbered）的Point-To-Point Link。
OSPF外部路由
OSPF同其它路由协议一样，可以将其它外部协议的路由信息或其它OSPF进程的路由信息重分布进自己的域内，这样的路由在OSPF域内就是OSPF外部路由（External Route），在路由表中的表示方法和OSPF自己的路由会有所不同，因为OSPF外部路由可以分为两类，分为Type 2和Type 1，所以在路由表中分别表示为OE2和OE1。
所以必须给每一个OSPF路由器定义一个身份，就相当于人的名字，这就是Router-ID，并且Router-ID在网络中绝对不可以有重名，否则路由器收到的链路状态，就无法确定发起者的身份，也就无法通过链路状态信息确定网络位置，OSPF路由器发出的链路状态都会写上自己的Router-ID，可以理解为该链路状态的签名，不同路由器产生的链路状态，签名绝不会相同。
重分布外部路由时，默认类型为O E2，如果通过两个ASBR能到达相同的外部路由，选择O E1的优先，其次是O E2，但如果都为O E1或O E2，则选择到达Forward Address最小Metric的路径优先，如果Forward Address都为0.0.0.0，最后选择到达ASBR最小Metric的路径优先，但如果Forward Address地址一个为0.0.0.0，一个为真实地址，统一比较到ASBR的Metric。
OSPF末节区域
如果路由增加，就意味着LSA的增加，有时，在一个末梢网络中，许多路由信息是多余的，并不需要通告进来，因为一个OSPF区域内的所有路由器都能够通过该区域的ABR去往其它OSPF区域或者OSPF以外的外部网络，既然一个区域的路由器只要知道去往ABR，就能去往区域外的网络，所以可以过滤掉区域外的路由进入某个区域，这样的区域称为OSPF末节区域（Stub Area）；一个末节区域的所有路由器虽然可以从ABR去往区域外的网络，但路由器上还是得有指向ABR的路由，所以末节区域的路由器只需要有默认路由，而不需要明细路由，即可与区域外的网络通信，根据末节区域过滤掉区域外的不同路由，可将末节区域分为如下四类：
- Stub Area（末节区域）
- Totally Stub Area（完全末节区域）
- Not-so-Stubby Area（NSSA）
- Totally Not-so-Stubby Area（Totally NSSA）
各类型的特征如下：
Stub Area（末节区域）
Totally Stub Area（完全末节区域）
可以发现，末节区域与完全末节区域的不同之处在于，末节区域可以允许其它OSPF区域的路由（Inter-Area Route）进入，而完全末节区域却不可以。
Not-so-Stubby Area（NSSA）
NSSA与末节区域的最大区别在于，NSSA区域可以允许自身将外部路由重分布进OSPF，而末节区域则不可以。
Totally Not-so-Stubby Area（Totally NSSA）
Totally NSSA与NSSA的区别在于，NSSA区域可以允许其它OSPF区域的路由（Inter-Area Route）进入，而Totally NSSA区域却不可以，但Totally NSSA区域的ABR会自动向Totally NSSA区域内发送一条指向自己的默认路由。
总结各区域的特征如下：
| 区域类型 | 接收区域间路由 | ABR是否发送默认路由 | 是否可以重分布外部路由 |
|---|---|---|---|
| Stub Area | 是 | 是 | 否 |
| Totally Stub Area | 否 | 是 | 否 |
| NSSA | 是 | 否 | 是 |
| Totally NSSA | 否 | 是 | 是 |
- 在末节区域下，ABR自动发出的默认路由，Metric值默认为1，可通过命令area area-id default-cost cost修改，默认路由除了默认的Cost值以外，还会累加真实接口的Cost值。
- 骨干区域不能配置为任何末节区域。
- 当将某个区域配置为末节区域后，则区域中所有路由器都必须配置为末节区域，因为配置为末节区域的路由器上所有接口发出的Hello包中都会有末节标签，所有如果对方没有末节标签，则不能成为邻居。
OSPF LSA类型
OSPF中共有11类LSA，而在CCIE的要求中，只需要理解1、2、3、4、5、7共6类即可，这些LSA会因为区域类型，网络类型，链路类型，路由器身份的不同而不同，以下是详细介绍：
类型 1 （Router Link）
类型 2 （Network Link）
类型2的LSA只有在需要选举DR/BDR的网络类型中才会产生，并且只是DR产生，BDR没有权利产生，LSA 2与LSA 1没有任何关联，没有任何依存关系，是相互独立的。
类型 3 （Summary Link）
类型3的LSA就是将一个区域的LSA发向另一个区域时的汇总和简化，ABR其实就是将LSA 1汇总和简化，变成LSA 3后再发到另一个区域的，如果是详细完整的LSA 1，是绝不允许的，LSA 3是LSA 1的缩略版。
类型 4 （ASBR Summary Link）
对于外部路由，执行重分布的路由器ASBR在LSA中写上自己的Router-ID，然后传递到多个OSPF区域，所以会被多个ABR转发，而ABR在转发外部路由的LSA时，是没有权限修改LSA的Router-ID，这样一来，外部路由的Router-ID在所有OSPF路由器上都不会改变，永远是ASBR的Router-ID，最终造成的结果是只有与ASBR同在一个区域的路由器才能到达外部路由，因为只有与ASBR同在一个区域的路由器才知道如何到达ASBR的Router-ID，而其它区域的路由器对此却无能为力；为了能够让OSPF所有区域都能与外部路由连通，在ABR将外部路由从ASBR所在的区域转发至其它区域时，需要发送单独的LSA来告知如何到达ASBR的Router-ID，因为ABR将外部路由的LSA告诉了其它区域，是有义务让它们与外部路由可达的，所以额外发送了单独的LSA来告知如何到达ASBR的Router-ID；这个单独的LSA就是类型4的LSA，LSA 4是包含的ASBR 的Router-ID，只要不是ASBR所在的区域，都需要ABR发送LSA 4来告知如何去往ASBR。
类型 5 （External Link）
类型5的LSA就是外部路由重分布进OSPF时产生的，并且是由ASBR产生的，LSA中包含ASBR的Router-ID，任何路由器都不允许更改该Router-ID，LSA 5中还包含Forward Address，对于LSA 5 的Metric值计算与选路规则也有所不同，详细信息请见OSPF外部路由部分。
类型 7 （NSSA Link）
因为NSSA区域可以将外部路由重分布进OSPF进程，而NSSA不是一般的常规区域，所以在NSSA将外部路由重分布进OSPF时，路由信息使用类型7来表示，LSA 7由NSSA区域的ASBR产生，LSA 7也只能在NSSA区域内传递，如果要传递到NSSA之外的其它区域，需要同时连接NSSA与其它区域的ABR将LSA 7 转变成LSA 5后再转发。
LSA各参数
在LSA的内容中，将有多个参数来表示，这些参数会因为LSA类型，区域类型，网络类型，链路类型，路由器身份的不同而不同，是真正的变化多端，非常的复杂，这些参数在我们操作OSPF时，可以帮助我们更好的分析LSA，但并不会起决定性的作用，所以对LSA参数的理解与否，不会影响到OSPF的配置与排错，若无特殊要求，LSA参数需要大家了解即可，不需要掌握，不需要牢记。
LSA中包含的参数有LS Type，Link State ID，Link ID，Link Data，具体如下：
LS Type
LS Type就是前面讲到的LSA类型，如LSA 1，LSA 2，LSA 3，LSA 4，LSA 5，LSA 7。
Link State ID
因为OSPF接口的链路状态，是使用LSA发送的，接口的相关信息，如网络号，掩码等等，它们算是LSA真正的内容，而LSA也是有简明信息的，或者说是LSA的标题，或者说是LSA的名称，这就是Link State ID，如果将LSA比作一个包裹，那么Link State ID就是包裹外面写的信息，比如包裹里是一件衣服，那么Link State ID可能就是写的衣服是什么牌子，什么尺寸，什么颜色，等等；但不同类型的LSA，其Link State ID的表示也会不同，如下表：
| LSA类型 | Link State ID内容 |
|---|---|
| LSA 1 | 是产生LSA 1的路由器的Router-ID |
| LSA 2 | 因为LSA 2是由DR产生的，所以LSA 2的Link State ID是DR的接口地址 |
| LSA 3 | 是目标网络的网络地址，其实这个等同于路由条目 |
| LSA 4 | 是ASBR的Router-ID |
| LSA 5 | 是目标网络的网络地址，其实这个等同于路由条目 |
Link ID
Link ID的具体内容如下表：
| 链路类型(Link Type) | Link ID内容 |
|---|---|
| Stub Network Link | 使用接口的网络号和子网掩码来表示 |
| Point-To-Point Link | 邻居的Router-ID |
| Transit Link | 是DR的接口地址 |
| Virtual link | 同Point-To-Point Link，是邻居的Router-ID |
Link Data
是接口上的IP地址，如果链路类型（Link Type）为Stub Network Link，则Link Data是子网掩码。
OSPF虚链路（Virtual Link）
OSPF认证
同RIP和EIGRP一样，出于安全考虑，OSPF也使用了认证，OSPF同时支持明文和MD5认证，在启用OSPF认证后，Hello包中将携带密码，双方Hello包中的密码必须相同，才能建立OSPF邻居关系，需要注意，空密码也是密码的一种。
当OSPF邻居的一方在接口上启用认证后，从该接口发出的Hello包中就会带有密码，双方的Hello包中拥有相同的密码时，邻居方可建立；一台OSPF路由器可能有多个OSPF接口，也可能多个接口在多个OSPF区域，只要在接口上输入OSPF认证的命令后，便表示开启了OSPF认证，可以在每个接口上一个一个启用，也可以一次性开启多个接口的认证，如果需要开启多个接口的认证功能，那么认证的命令就并非直接在接口上输入，而是到OSPF进程模式下输入，并且是对某个区域全局开启的，当在进程下对某个区域开启OSPF认证后，就表示在属于该区域的所有接口上开启了认证。所以，在进程下对区域配置认证，是快速配置多个接口认证的方法，与在多个接口上一个一个开启，没有本质区别。因为OSPF虚链路被认为是骨干区域的一个接口，一条链路，所以在OSPF进程下对骨干区域开启认证后，不仅表示开启了区域0下所有接口的认证，同时也开启了OSPF虚链路的认证，但OSPF虚链路在建立后，并没有Hello包的传递，所以认证在没有重置OSPF进程的情况下，是不会生效的。
OSPF汇总路由
OSPF RFC (1583)并没有规定一个区域适合多少台路由器，一个网段多少个邻居，或如何布署网络。
配置OSPF实验
- OSPF邻居
- OSPF LSA
- OSPF虚链路
- OSPF认证
- OSPF外部路由
- OSPF路由汇总
- OSPF末节区域
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