2016.8.30 第2次修订

华为OSPF理论知识详解（二）

华为OSPF理论知识详解（一）：http://www.023wg.com/lypz/100.html

8、OSPF邻居状态机

OSPF共有8种状态机，分别是：Down、Attempt、Init、2-way、Exstart、Exchange、Loading、Full。

1、Down：

邻居会话的初始阶段，表明没有在邻居失效时间间隔内收到来自邻居路由器的Hello数据包。

2、Attempt（尝试连接）：

该状态仅发生在NBMA网络中，表明对端在邻居失效时间间隔（dead interval）超时后仍然没有回复Hello报文。此时路由器依然每发送轮询Hello报文的时间间隔（poll interval）向对端发送Hello报文。

3、Init：

收到Hello报文后状态为Init。

4、2-way：

收到的Hello报文中包含有自己的Router ID，则状态为2-way；如果不需要形成邻接关系则邻居状态机就停留在此状态，否则进入Exstart状态。

5、Exstart（预启动）：

开始协商主从关系，并确定DD的序列号，此时状态为Exstart。

6、Exchange（交换、传输）：

主从关系协商完毕后开始交换DD报文，此时状态为Exchange。

7、Loading：

DD报文交换完成即Exchange done，此时状态为Loading。

8、Full：

LSR重传列表为空，此时状态为Full。

       9、OSPF邻接关系建立

初始状态下，所有OSPF接口的邻居状态都是down，没有与任何设备建立邻居关系，更没有建立邻接（邻居关系不等于邻接关系）关系。

整个OSPF邻接关系建立分4个主要阶段：

1、邻居发现阶段：

以P2P和广播类型网络中设备为例如下图1

                    图1  OSPF邻接关系建立示意图

首先，当R1的OSPF接口启动路由进程后，会以组播方式向所连接的同网段所有直连的OSPF设备发送一个hello报文。此时因为R1没有与其他设备建立邻居关系，不知道其他设备的路由器ID，所以此hello报文中只封装了自己OSPF路由区域的路由ID。

当R2收到来自R1的hello报文后，将收到来自R1报文的接口转换为init状态，同时R2从接收到的hello报文中获取R1的路由ID并添加到邻居列表中。

然后在Dead Interval超时前以组播方式向所连接网段中的所有直接连接的OSPF设备发送一个封装了自己路由ID和R1路由ID的hello报文。

当R1收到来自R2的hello报文后发现里面有自己的路由ID，则将收到来自R2报文的接口转为2-way状态，同时从收到的报文中获取R2的路由ID并添加到邻居列表中，在Dead Interval超时前以组播方式向所连接的网段中所直连接的OSPF设备发送封装了自己的路由ID 和R2路由ID 的hello报文。

当R2再次收到来自R1的hello报文，发现里面有自己的路由ID后，将收到来自R1报文的接口转换成2-way状态。这是R1和R2建立双向2-way邻居关系。

通过以上4步（两次握手）建立起邻居关系，进入主从关系确立阶段。

2、主从关系确立阶段

在双方都进入2-way后，各自通过hello报文进行DR/BDR选举。

DR和BDR是由同一网段中所有路由器根据路由优先级和路由器ID选举出来的，只有hello报文中Rtr Pri（优先级）字段大于0 的路由器才具有选举资格。

在与一个或多个邻居之间都进入2-way之后，本地路由器对每个邻居发来的hello包中的优先级、DR、BDR域进行检查。此时，所有路由器都宣称自己为DR（将自己的接口地址置于hello包DR字段中）,也都宣称自己为BDR。（将自己的接口地址置于hello包BDR字段中）

DR字段中优先级最高的路由器被宣告为DR,如果优先级一样，则拥有最高路由器ID的邻居被选为DR。

BDR字段中优先级最高的路由器被宣告为BDR,如果优先级一样，则拥有最高路由器ID的邻居被选为BDR；如果没有任何路由被选为BDR，则拥有最高优先级的非DR邻居路由器被选为BDR,如果优先级相同，则最高路由ID者被选为BDR。

进入exstart（预启动）状态后，双方路由器开始以DD报文进行交互，确定双方的主从关系（不是DR与BDR），确定用于数据交换的初始DD报文的序列号，以保证路由器得到的永远是最新的链路状态信息。

通过双方的路由器ID来确定主从关系，路由器ID大的为主设备。确定好主从关系后，从设备以主设备的DD报文序列号向主设备发送DD报文，并转换自己接收DD报文的接口为exchange状态；主设备收到从设备DD报文后也将收到DD报文的接口转换为exchange状态。

3、数据库同步阶段

主设备开始向从设备发送带有LSA header字段的报文，对从设备进行数据更新。当主设备向从设备发送最后一个DD报文时，将接收DD报文的接口转换为loading状态；当从设备收到最后一个DD报文时也将收到报文的接口转换为loading状态。

当主设备发送完DD报文后，从设备开始依据所接收的DD报文中的LSA header字段检查自己的LSDB，如果没有，从设备会以LSR报文向主设备发出更新请求；当主设备收到从设备发送来的LSU会向从设备发送对应的LSA；从设备收到主设备的LSU报文后会以LSAck报文进行确认。

在DD报文交换中，主从角色不是固定的，因为双方都可能没有对方的LSA，或者一方的LSA的版本更新，双方都可以向对方发送LSR报文请求更新。

4、完全邻接阶段

当双方的LSDB完全同步后，双方均转为FULL状态，双方OSPF接口间整数建立完全邻接关系。

10、OSPF  LSA类型

OSPF是一种典型的链路状态路由协议，缺省情况下每个路由器通过向邻居发送LSA（Link State Advertisement，链路状态通告）来彼此交换并保存整个网络的链路状态信息，从而掌握全网拓扑结构，并独立计算路由。

划分区域后，OPSF设备收集其所在网络上各个设备的的链路状态信息，并生成链路状态数据库（LSDB），然后OSPF设备根据SPF（Shortest Path First，最短路径优先）路由算法独立算出到达任意目的地的路由。

                         OSPF  LSA类型示例图

1、Router-LSA（Type1）

每个设备都会产生，描述了该设备直连链路状态和开销，在所属的区域内传播。

2、Network-LSA（Type2）

由DR（Designated Router，指定路由）产生，描述本网段的链路状态（即DR所在网段网络掩码和该网段内有哪些设备），在所属的区域内传播。

3、Summary-Network -LSA（Type3）

由ABR产生，ABR将自己所在区域的Type1和 Type2转换成Type3，来描述区域间的路由信息（包括缺省路由），可以在整个AS内泛洪，但不能泛洪到 Totally STUB（完全末梢）和NSSA（非纯末梢）区域。

5、External- AS-LSA（Type5），也称为Autonomous system external LSA

由ASBR产生，描述到AS外部的路由，通告到所有的区域（除了STUB、NSSA、 Totally STUB、Totally NSSA区域）。

6、LSA（Type6）

用于OSPF组播

7、NSSA LSA（Type7）

由NSSA或Totally NSSA区域的ASBR产生，描述到AS外部的路由，仅在NSSA（非纯末梢）或Totally NSSA区域内传播。

8、Opaque LSA（Type9/Type10/Type11）

Opaque LSA提供用于OSPF的扩展的通用机制。其中：

Type9 LSA仅在接口所在网段范围内传播。用于支持GR的Grace LSA就是Type9 LSA的一种。

Type10 LSA在区域内传播。用于支持TE的LSA就是Type10 LSA的一种。

Type11 LSA在自治域内传播，目前还没有实际应用的例子。

OSPF理论知识详解（三）：http://www.023wg.com/lypz/106.html