OSPF报文与LSA

1. OSPF报文

OSPF报文 Hello 报文、 DD 报文、 LSR 报文、 LSU报文、LSAck 报文

OSPF 头部

OSPF 用 IP来封装协议报文，协议号89，5种OSPF的报文具有相同OSPF 头部。
OSPF 头部中关注的字段主要有：

• version： IPv4 OSPFv2 值为2；IPv6 OSPFv3值为3，1Byte；
• Type：描述为何种OSPF报文，
  1：Hello报文，2：DD报文，3：LSR报文，4：LSU报文，5：LSAck报文，1Byte；
• Router ID: 发送OSPF 报文的源Router ID，4Byte；
• Area ID：发送OSPF 报文接口所属的OSPF 区域ID，4Byte；
• checksum：对除认证字段的OSPF 报文进行校验，2Byte；
• Auth 类型字段：定义OSPF认证类型，0：不验证；1：简单认证；2：MD5认证，2Byte。
• Auth 字段：当验证类型为0时未作定义；类型为1时此字段为密码信息；类型为2时此字段包括Key ID、MD5验证数据长度和序列号的信息。

OSPF Hello报文

Hello 报文周期性发送，用于发现和维护OSPF的邻居关系，在MA网络中用来选取OSPF的DR/BDR。
Hello报文中不携带LSA信息，除Hello报文其他OSPF报文都携带LSA信息。

OSPF Hello报文如下：

Hello报文需要关注的字段：

• netmask：掩码，发送Hello报文的接口所在网络的掩码，在MA网络中判断接口是否在一个网段
• Hello/Dead interval： Hello报文发送时间间隔，以及dead 时间,缺省dead时间位hello intervall的4倍，不同的网络类型的hello interval并不一定相同。
• Router Priority： 路由器优先级，用于选举OSPF 的DR/BDR，默认为1，如果为0表示路由器不参与DR/BDR的选举
• Designated Router： 指定路由器，DR接口的IP地址吗，如果为0.0.0.0表示未选举DR路由器
• Active Neighbor： 描述OSPF 的邻居路由器的RID列表，表示路由器已经从邻居路由器收到合法的hello报文
• Option 字段：8个可选项 DN O DC EA N P MC E MT
  DN:用于基于MPLS的三层VPN，Down 比特位
  DC:按需链路
  N/P:N只出现在hello数据包中，N=1表明该路由器支持7类LSA
  P:仅用在NSSA区域的7类LSA头部，用来告诉NSSA区域非末节区域的ABR将七类LSA转换为五类LSA
  E:具有接收外部LSA的能力。当始发路由器具有接收OSPF外部LSA的能力时，该位置位1。在所有5类LSA和始发于骨干区域以及非末节区域的LSA中，该位置为1。而始发于末节区域的LSA中，该位置为0。Hello报文中该位置位表明一个接口具有接收和发送5类LSA的能力。

OSPF DD报文

DD报文：Database Description报文，描述本地LSDB（Link State Database）的摘要信息，用于两台设备进行数据库同步。报文内容包括LSDB中每一条LSA的Header（LSA的Header可以唯一标识一条LSA）。
OSPF 第一个DD报文不携带LSA信息，只用来协商主从，后续DD报文才会携带LSA 摘要信息。
摘要信息的内容包含：Adv Router、Link State ID、LS Type、Options字段、LSA Age、校验和、序列号；
Adv Router、Link State ID、LS Type三者唯一的标识一类LSA；
LSA Age、校验和、序列号用于区分LSA的新旧；
OSPF DD报文如下：

DD报文种需要关注的字段：

• I：initial，当发送连续多个DD报文时，如果这是第一个DD报文，则置为1，否则置为0
• M：more，当发送连续多个DD报文时，如果这是最后一个DD报文，则置为0。否则置为1，表示后面还有其他的DD报文
• MS: master/slave：当两台OSPF路由器交换DD报文时，需要进行主从的选举，MS置1表示为主。
• DD Sequence：DD报文序列号。主从双方利用序列号来保证DD报文传输的可靠性和完整性。
• Interface MTU：接口MTU，华为设备缺省不检查，值为0，VLink中字段为0

OSPF LSR报文

用于向对方请求所需的LSA。
设备只有在OSPF邻居双方成功交换DD报文后才会向对方发出LSR报文。

OSPF LSR报文如下：

LSR报文种需要关注的信息：

• 请求信息：LSA的三要素：LS Type、Link State ID、Adv Router
• LSR中不携带Options字段。

OSPF LSU报文

用于向对方发送其所需要的LSA

OSPF LSU报文如下：

OSPF LSAck报文

用来对收到的LSA进行确认

2.OSPF LSA

主要分析OSPF 1类、2类、3类、4类、5类、7类LSA，使能OSPF的路由器会产生一种或多种LSA，收到的LSA的集合形成LSA的数据库LSDB。
LSA的头部报文结构
所有的LSA具有相同的头部

• LS age：lsa产生的时间，以s为单位，缺省情况下没经过一台路由器LSA增加1.
• Option：与OSPF Hello报文种的一直，注意P选项仅出现在7LSA种，用于7转5，P即通告位，E 表示支持5类LSA的泛洪
• LS type + Link State ID + Advertising Router 用来标识一个唯一的LSA
• LS type： 不同类型的LSA
• Link State ID:不同类型LSA内容不同
• Adv Router：通告者，为产生此LSA的Router ID
• LS sequence number：序列号，判断LSA的新旧
• LS checksum：校验和，还可用于判断LSA新旧

1类LSA Router LSA

1. 所有运行OSPF协议的设备都会产生，用来描述设备的链路状态和开销
2. 区域内泛洪
3. LS type：值为1
4. Link State ID = Adv Router= 设备的Router ID
5. Flag位：V E B ，V表示始发路由器是具有邻接关系Vlink的一个端点，E表示始发路由器是一个ASBR，B表示始发路由器是一个ABR
6. Router LSA中定义了4中link 类型：
   • 点到点 ：描述点到点类型链路，Link ID:邻居路由器RID,Link Data:本端接口IP地址
   • TransNet：描述MA类型链路，Link ID:DR接口IP地址,Link Data:自己接口IP地址；TransNet是指向伪节点
   • StubNet：描述末节网络，Link ID:网段信息,Link Data:掩码信息;仅当有 stub link，loopback 接口网络 or P2P link 上的网络号都是以 stubnet形式出现。
   • Vlink：描述虚链路，Link ID:VLink对端的RID,Link Data:本地VLink的接口IP地址
     

2类LSA Network LSA

1. MA网络中由DR产生，描述MA(广播与NBMA)网络的链路状态
2. 区域内泛红
3. LS type：值为2
4. Link State ID：DR的接口IP地址
5. Adv Router：产生2类LSA路由器的RID
6. Netmask：结合Link State ID即可算出2类LSA的网络号
7. Attach Router：此MA网络中所有邻居路由器的RID
   
   OSPF路由器通过1类、2类LSA进行SPT树的逻辑拓扑的计算。

3类LSA Network-summary LSA

1. 由ABR产生，向其他非骨干区域通告，描述区域内某个网段
2. LSA3在区域见传递路由，但是泛洪区域为区域内
3. ABR位为骨干区域内的每条OSPF路由各产生一条3类LSA向其他非骨干区域进行通告
4. Link State ID:网络号
5. Adv Router：ABR的RID
6. 结合Netmask字段与Link State ID即可知道3类LSA携带的网段信息下图为：3.3.3.3/32
7. Metric：开销，ABR到目的网络的开销值（即ABR1.1.1.1到目的网络3.3.3.3/32的开销值）
   

4类LSA ASBR-summary LSA

1. 由ABR产生，描述到ASBR的距离，为5类LSA服务，通告给除ASBR所在区域的其他区域
2. 区域内泛洪
3. 报文格式与LSA3相同
4. Link State ID: ASBR的RID
5. Adv Router：ABR的RID
6. Netmask：无意义
7. Metric：ABR到ASBR的开销
   

5类LSA AS-external LSA

1. 由ASBR产生，描述AS外部的路由
2. 泛洪到所有普通区域(除了STUB(totally)与NSSA区域(totally))
3. Link State ID：引入外部路由网络号
4. Adv Router：产生5类LSA的路由器的RID
5. Netmak：引入外部路由的掩码
6. Option：E 描述的为外部路由
7. External Type：外部路由的类型，缺省为2，Type1与Type2的区别：Type2仅考虑外部成本，Type1考虑端到端的成本(ospf内部成本+外部成本)，Type2优先级由于Type1.
8. Metric：ASBR到外部路由的开销
9. Forwarding Address：可以是0.0.0.0，也可以不是，如果是0.0.0.0，访问外部路由将报文转发给ASBR，如果不是0.0.0.0，报文转发给此非零地址，路由器根据FA地址来决定访问外部路由是通过ASBR还是FA地址。
10. Tag：用来标记外部路由，缺省为1，可手动配置

7类LSA NSSA-external LSA

1. 由ASBR产生，描述AS外部路由
2. 仅在NSSA区域泛洪，NSSA区域区别与Stub区域，可以引入外部路由
3. Link State ID：外部路由网络号
4. Adv Router：产生7类LSA的路由器RID
5. Netmask：外部路由掩码
6. Option：P，P置位标识ABR将7类转为5类LSA，产生的此5类LSA 三要素会发生变化，但是FA地址不变(可达的前提下)。
7. External Type：与5类相同，缺省为type 2
8. FA地址：缺省情况下7类LSA携带FA地址，目的防止环路与次优路径

LSA的新旧规则

序列号越大越新
序列号相同，checksum越大越新
序列号与checksum都相同，比较age时间

• 若 Age时间为3600，为最新，表明该LSA要更新
• 若两个LSA的age时间间隔大于900s，则age时间小的为新
• 若两个LSA的age时间间隔在900内，视为相同LSA，保留其中一条LSA

3. LSA的一些场景实践

场景1：同区域内存在几个1类LSA，几个2类LSA

AR1，AR2，AR3都产生一个一类LSA，AR2与AR3网络类型为广播，DR产生一个二类LSA。
AR1的链路类型为P2P，一类LSA中的Link Type：P2P，Subnet。
AR3的链路类型为广播，一类LSA中的Link Type：Transit。
AR2左侧链路P2P，产生Link Type：P2P，Subnet；右侧链路广播，Link Type：Transit。
如果上述路由器存在loopback口，将在1类LSA中新增Link Type为subnet的信息
区域0的LSDB中包含：3条一类LSA，1条二类LSA。

场景2 不同区域场景

三类LSA由ABR产生，
将区域0的一类LSA转换为3类LSA，传递到区域1，同时将区域1的1类、2类LSA转换为三类LSA，传递到区域0.

场景3：AR1引入外部路由1.1.1.1/32

提问：
1，区域1为普通区域，图中哪些路由器产生4类LSA，描述的内容？
2，AR4上可以收到几条4类LSA？
3，如果区域1是NSSA区域，AR2和AR3的角色？
4，AR4上可以收到几条4类LSA?
5，在区域2的AR7上可以收到几条4类LSA？
6，如果在AR2上引入一条外部路由，AR3上是否做7转5，如何选路？AR7上有几条4类LSA？

分析：
1.4类LSA只能由ABR产生，通告给除ASBR所在区域的其他区域，图中区域0的ABR有4个，AR2,AR3,AR5,AR6。4类LSA描述的内容为去往ASBR的距离。
2.当区域1为NSSA区域时，缺省为RID大的进行7转5，ABR如果进行7转5产生5类LSA，同样角色为ASBR。
结论：
1，区域1为普通区域，引入外部路由后，在区域0中AR2 AR3 AR5 AR6都是ABR，都会产生4类LSA，在AR4上可以收到2条4类LSA，分别由AR2 AR3产生，内容：Linkstate ID：1.1.1.1，Adv Router：2.2.2.2/3.3.3.3，描述的是到ASBR的开销。AR5与AR6上相同，同样描述的是到ASBR 1.1.1.1的开销，所以在AR7上可以收到两条2类LSA。
2，当区域1为NSSA区域，AR2 AR3的角色ABR,ASBR；由RID大的AR3将7类LSA转为5类LSA，
3，在区域0不会产生4类LSA，因为5类LSA在区域0产生，区域0通往1.1.1.1/32的外部路由是通过去往FA地址的3类LSA，AR5 AR6上可以产生4类LSA，分别指向ASBR，因为在区域0有两个ASBR，判断是否是ASBR是根据一类LSA中V B E位，所以会分别产生指向2.2.2.2/3.3.3.3的4类LSA，即AR5产生两条4类LSA，AR6产生两条4类LSA。AR7共收到4条4类LSA。与一条携带FA地址的5类LSA，AR7访问AR1的外部路由是通过FA地址即3类LSA。
4，在AR2上引入外部路由，在区域1表现为7类LSA，其他区域以5类LSA的方式泛洪，在AR3上会收到一条5类LSA，一条7类LSA，AR3不会进行7转5，因为7类LSA中的NP位没有置位。选路是比较5类和7类的开销来决定。AR7上仍然收到4条4类LSA。3类，5类LSA都是描述的路由信息，每一条路由信息，都会产生一条3类或5类LSA。