OSPF基础，抓包理解消息数据包与邻居状态机制

一、定义

(Open Shortest Path First)开放式最短路径优先
1.使用范围：IGP(内部网关协议)

IGP与EGP（域间网关协议）的区别：
IGP：同一个AS之中的路由协议的统称，RIP，OSPF、EIGRP等，主要为了计算最佳路由，防环等来生产路由
EGP：不同AS之间的路由协议的统称，BGP协议，主要为了作用于AS边界，传递大量路由，力求路由不兜圈子，费用较高
AS自治系统，是一个被统一管理的由多个路由器组成的一个网络群体，可以自主的统一选择使用的路由协议，在一个AS中所有的路由器必须互联（全网可达），每个自治系统都有一个全局的AS号，范围为0-65535
举个例子：电信运营商于移动运营商就相当于两个不同的AS，电信内部为了通信有自己规定的统一的路由协议，来规范电信用户之间传递信息的速率与效率，移动同样也有自己的内部规定，这些自身内部的规范就是IGP协议要做的事，但电信用户需要与移动用户通讯，且要保证通讯效率，IGP就管不了了，这是就是BGP起作用

2.协议算法特点：链路状态型路由协议

距离矢量型协议与链路状态型协议的区别
距离矢量：只传递路由，不传递拓扑，就是每个路由器不了解这个网络的拓扑信息，只根据通告自己的路由信息来选择路径，也同要会收到别的路由器类似的通告，通过跳数来计算度量值，来计算到达目标网络的需要经过的路由器数。30S更新发送路由信息，90S未收到就判断为相邻站点不可达，每个路由器都通过这种路由通告来传播它的路由表。在之后的通告周期中，各路由器仅通告其路由表的变更，收敛较缓慢。包括路由信息协议（RIP）内部网关路由协议（IGRP）
链路状态：既传递路由，也传递拓扑，因为该型协议都有自己计算最佳路径的算法，每个路由器都了解整个网络拓扑信息，每个节点都会通过自身的算法计算到目的节点之间的最短路径，这些路径就添加到该路由器的路由表信息中，这些信息用于与邻接节点之间共享网络联通信息，加快了路由表的收敛速度,但比较消耗资源。包括开放式最短路径优先协议（OSPF），中间系统到中间系统路由交换协议（IS-IS）

3.该协议传递网络掩码
4.该协议基于IP协议封装，协议号为89，
5.更新方式：触发更新+30分钟的链路状态刷新

触发更新：网络结构稳定时不发送路由信息，当网络结构发生变化时，会立即发送路由更新信息，不需要等待更新计时器超时
会发生触发更新的情况：接口状态开启或关闭，增加路由或者路由不可达

6.更新地址：单播和组播

单播更新与组播、广播更新地址的区别
单播：一对一交流
组播：一对

二、OSPF区域

为了减少LSA的数量和LSA的传播范围，该协议基于路由器的不同接口划分了不同的区域，用一组32位二进制来标记区分不同的区域，叫做区域ID。

简单介绍常见LSA:
一类LSA：在某一个区域产生路由信息和直连拓扑信息,每台路由器都通告
二类LSA ：用于在MA网络中，描述本网络路由器的数量以及本MA网络的网络掩码，只能在本区域之内传输，终止于ABR;只会出现在MA网络，用于补充1类LSA
三类LSA: 在不同区域传递路由信息与拓扑信息，有其他的ABR重新产生，是一条汇总LSA
四类LSA：在穿越不同区域时，由新的ABR重新产生，用于通告ASBR的位置
五类LSA：用于在整个OSPF中传递外部路由（原本不属于OSPF域）
七类LSA：携带FA地址（转发地址），在NSSA区域中，传递外部路由
（解释一下NSSA:是ospf的一个扩展属性，作用于非骨干且有ASBR的区域，不允许外部LSA进入，引入了汇总LSA，七类LSA在一个NSSA区域内携带外部信息，在ABR中将7类LSA转为5类LSA。）

划分区域的规则：
必须存在且唯一的骨干区域（单区域就不讲究了，你就一个区域你还谁跟谁是老大就没意思了），非骨干区域必须与骨干区域直连.

这就有了OSPF协议中路由器扮演的角色：
骨干路由器：每个接口都在骨干区域中的路由器
非骨干路由器：每个接口堵在非骨干区域中的路由器
ABR：每个区域之间的路由器，也就是既有接口在骨干区域，也有接口在非骨干区域，能够产生3类LSA的路由器

那么上边提到的EGP,路由器的两个接口在两个不同的AS中的就叫做ASBR，自治系统边界路由器，能够产生5类或7类LSA的路由器

三、OSPF消息数据包与邻居状态机制

消息数据包：Hello、DBD、LSR、 LSU、 LSACK
邻居状态机制：Down 、init、attempt(过渡期)、two-way、exstart、exchange、loading、full

建立一个简单的OSPF区域抓包理解OSPF工作机制

Down状态：关闭状态
华为中定义OSPF协议开启之前，最开始就是Down状态
思科定义邻居关系需要记录状态，邻居状态没有建立成功就会退回到Down状态。

hello包：周期性发送（时间为10S或者30S），发现、建立并维持OSPF 邻居关系，在邻居建立后充当保活包周期性发送，如果超过周期时间的4倍，邻居关系就为Down状态

OSPF Header
第一行：版本号（1表示实验室环境，2表示基于ipv4封装,3表示ipv6）
第二行：包的类型
第三行：包的长度大小
第四行：router-id(描述本路由器在OSPF的唯一性标识，链路状态型需要构建最短路径树，需要了解节点的位置，选取router-id顺序，手工指定>环回接口最大的ip>物理接口最大的ip)
第五行：接口所在的区域
第六行：校验和
第七行：认证类型（明文认证用1表示，MD5认证就是2）
第八行：认证密码内容

Hello Packet
第一行：网络掩码
第二行：hello时间10s（网络类型的不同hello时间不同，有10s也有40s）
第三行：可选项(重点有个NP与E位为特殊区域位)
第四行：DR优先级
第五行：死亡时间40S
第六行：选举的DR（在MA网络中DR与BDR选举，先比优先级，在比接口ip地址）
第七行：选举的BDR 

Init：初始化状态，一旦开始发送hello报文，进入初始化状态
two-way:双向通讯关系，当R2收到R1的Hello包时，要检测确认包中信息是否可以建立邻居关系，R2同意之后，R2也会给R1发送一个Hello包，R1也要检测是否建立邻居关系，如果双方都同意，则进入two-way状态，不可以就不建立邻居关系

建立邻居关系的条件
1.router-id 必须不同
2.area ID 相同
3.认证： 认证类型 （不认证=0 明文认证=1 MD5=2） 认证数据 一致
4.hello时间，dead时间 一致
5.Hello可选项中的特殊区域标识一致（E（外部路由位）=1 ； N（NSSA外部路由位）=0 ； P=0）
6.MA网络中，网络掩码必须一致
7.必须同时使用单播或组播更新
8.更新源检测（双方的IP地址必须在同一网段）

在two-way 状态下，MA网络中会选举DR与BDR，规则：
DR选举：
1.先比较优先级 ，优先级越大越优（范围：0-255，默认优先级为1 ）
2.再比较各自的router-id，越大越优

DR与BDR是什么？
作用理解：在一个OSPF网络中，选举一个路由器作为指定路由器DR。所有其他路由器只和它一个交换整个网络的一些路由更新信息，再由它对邻居路由器发送更新报文。这样节省网络流量。再指定一个备份指定路由器BDR，当DR出现故障时，BDR起着备份的作用，确保网络的可靠性。
具体指：DR与BDR虽然指的是路由器，但其实指的是该路由器的接口
选举顺序：优先选举的是BDR，在一定时间内没有比该BDR优的路由器接口，就让此路由器成为DR，再选举BDR

DBD包：数据库描述数据包；

双发都需要给对方发送DBD数据包，此时就进入exstart状态
Exstart状态:预启动状态，一旦开始发送主从DBD，则进入预启动状态。

主从选举DBD： 比较双方的router-id ，router-id大的一方为主（master ），小的一方为从 （slave）；主要用于控制LSA的交互，控制更新量，也就是说双方都要学习对方的LSA，LSA发送一个确认一个，和双方谁先发送自己的LSA给对方

第一行：MTU值，双方MTU需要一致，才能继续建立邻居关系（思科中默认开启启此功能，华为中默认不开启，手工开启需要注意建邻双方需要相同）
DBD包中
第二行：I位，表示这是否是发送的第一个DBD包，1表示是，0表示不是
第三行：M位，表示还有更多的DBD包需要发送
第四行：MS位，表示主从选举，1表示Master主,0表示Slave从（因为这是第一个DBD包，还未进行主从选举，默认都为1）
DD Sequence表示序列号，用来做隐式确认的

主从选举之后，就会发送携带LSA头部信息的DBD

Exchange状态 :预交换，主从选举完成，则发送携带LSA头部信息的DBD，进入预交换状态，会发送LSR 数据包。（但是没有LSU）此时不会用LSACK确认，是有一个隐性确认，是根据组的序号确认组的DBD包。

LSR包： 链路状态请求，按照DBD中报文的未知LSA头部进行请求

LSU包：链路状态更新，携带LSA信息

Loading状态 加载状态，一旦发送LSU数据包，进入了加载状态，进行大量LSA的学习。

此处双方在学习LSA时会有一个请求列表和重传列表

请求列表：比如R2向R1发送了DBD包之后里边有许多的LSA，比如有100条LSA，R2在读取收到的DBD包之后发现有70条LSA是自己不知道，这70条LSA就生成一个请求列表，每当他向R2请求一次学习到了请求列表中的LSA，就会删除请求列表中的LSA
重传列表：R2收到R1请求的，也会生成R1不知道的这70条LSA列表，，需要重新传递给R1,称为重传列表,每当R1确认收到发给R2确认包时重传列表才会删除这条LSA

LSACK包：链路状态请确认
Full状态 ：邻接状态，双方LSA同步，就是LSA全部学习完成就会进入邻接状态，(LSA全部学习完就是请求列表与重传列表全部删除完全，就进入此状态）

数据包串起来简单记：hello包发现你，认识，我要建邻；认识你之后我把我的DBD给你，我把我的数据库目录给你看；你看完后，发现我有，你没有的东西，你就找我要，发LSR请求；我再给你发个LSU给你你没有的信息；你再给我发个LSACK确认一下你收到了。
链路状态机制举例巧记：我们开始互相不认识，就是陌生人，Down状态；我要认识你，（发了hello包）打了招呼，就是init初始化状态，马上就要交盆友了；（有了对方的router-id）我们双方加了对方微信，就是two-way状态我们就可以私聊了；加了微信回去聊天的时候也得（主从选举DBD包）有个人主动发消息问候，这就是一个extart状态预启动；基本上每次的聊天都是我先主动（主从DBD选举完成），我还会跟你聊一下最近我有什么开心的事不开心的事（发送携带LSA头部信息的DBD），你可能也想给我分享一下你一天的喜怒哀乐，也会问我为什么不开心呀（发送LSR请求包），你愿意与我聊天，就进入预交换exchange状态；之后我还会告诉一些你不知道的事（发送LSU数据包）我们会了解彼此的喜好，性格，家庭背景，进入（进行大量LSA的学习）各种嗨聊模式，就是loading状态；我们了解了彼此，觉得我们还挺聊得来，就确认了恋爱关系，full状态

总结图：

四、特殊区域

末梢(stub)，完全末梢，NSSA，完全NSSA

华为特殊区域与思科的区别
华为下放七类缺省，思科不下放七类缺省

五、接口网络类型

点到点，点到多点，broadcast,none brosdcast

六、选路规则

内部（一二类）优于外部（三四五六七类），一类优于二类，五类优于七类