OSPF(Open Shortest Path First开放式最短路径优先）[1]是一个内部网关协议(Interior Gateway Protocol，简称IGP），用于在单一自治系统（autonomous system,AS）内决策路由。与RIP相比，OSPF是链路状态路由协议，而RIP是距离矢量路由协议。OSPF的协议管理距离（AD）是110。
### OSPF协议详解
#### 一、OSPF简介
OSPF（Open Shortest Path First，开放式最短路径优先）是一种内部网关协议（Interior Gateway Protocol，IGP），主要用于在同一自治系统（Autonomous System，AS）内进行路由决策。相较于RIP（Routing Information Protocol，路由信息协议），OSPF采用了链路状态路由协议的机制，而RIP则是基于距离矢量的路由协议。OSPF的协议管理距离（Administrative Distance，AD）为110，这表明它在路由选择中的可靠性高于某些其他类型的路由协议。
#### 二、OSPF的基本概念
**1. 什么是OSPF？**
OSPF是一种链路状态路由选择协议，它具备以下特点：
- 发送Hello包来发现并维持邻居关系。
- 维护一个链路状态数据库（Link State Database）。
- 使用组播地址发送链路状态更新信息。
- 采用层次化的网络设计，例如划分为骨干区域（Area 0）和其他非骨干区域。
- 包含邻居表、拓扑表（链路状态数据库）和路由表等关键数据结构。
**2. OSPF的邻居关系**
在OSPF中，“邻居”与“邻接”是两个不同的概念：
- **邻居关系**：指物理直连的路由器之间最初建立的关系，此时路由器仅能识别到对方的存在，但尚未交换详细的路由信息。
- **邻接关系**：指的是通过一系列握手和信息交换后形成的深入关系，在这种状态下，路由器之间可以共享详细的路由信息和链路状态信息。
**3. OSPF路径计算过程**
OSPF的路径计算遵循以下步骤：
- 每个路由器生成自己的链路状态通告（LSA）并将其发送给相邻的路由器。
- 链路状态信息在网络中传播，直至所有路由器的链路状态数据库达到同步。
- 每个路由器根据链路状态数据库中的信息，使用SPF算法计算出到达各目的地址的最短路径。
- 最终形成的是一棵以自身为根的最小生成树，确保了高效且无环的路由。
**4. OSPF的三张表**
- **邻居表**：记录当前路由器与其直接连接的邻居路由器的信息。
- **拓扑表**（链路状态数据库）：描述网络拓扑结构，包含所有已知的链路状态信息。
- **路由表**：存储最优路由信息，这些路由被选中放入路由表中以便转发数据包。
**5. OSPF的包类型**
OSPF使用以下五种类型的包：
- **Hello包**：用于发现和维护邻居关系。
- **数据库描述包（DBD）**：提供链路状态数据库的摘要信息。
- **链路状态请求包（LSR）**：请求特定的链路状态信息。
- **链路状态更新包（LSU）**：包含完整的链路状态信息。
- **链路状态确认包（LSAck）**：用于确认接收到了链路状态更新包。
**6. OSPF邻接关系的建立**
OSPF邻接关系的建立过程包括以下步骤：
- **Down**：初始状态，路由器发送Hello包以激活OSPF进程。
- **Init**：当一台路由器收到另一台路由器的Hello包时进入此状态。
- **Two-way**：双方都收到了对方的Hello包并确认了双向通信。
- **ExStart**：双方协商主从关系并决定使用哪种类型的数据包开始数据交换。
- **Exchange**：交换数据库描述包以确定双方拥有的LSA。
- **Loading**：如果发现有缺失或过期的LSA，则发送链路状态请求包来获取。
- **Full**：双方的链路状态数据库完全同步，邻接关系建立完成。
#### 三、总结
OSPF作为一种先进的链路状态路由协议，其核心优势在于能够提供高效、稳定的路由服务。通过细致地管理邻居关系、邻接关系以及链路状态信息，OSPF能够在复杂的网络环境中快速收敛并避免环路，是现代互联网中不可或缺的一部分。
