1.OSPF接口状态

2.OSPF邻居状态

2.1 OSPF邻居状态类型

2.2 广播网络OSPF邻接关系建立

3.Router ID（路由器ID）选举

4.DR和BDR选举

4.1 为什么引入DR和BDR？

4.2 DR和BDR的作用

4.3 DR和BDR选举过程

4.4 DR和BDR选举原则

5.OSPF路由计算原理

1.OSPF接口状态

OSPF接口总共有7种状态：

Down（接口关闭）：接口被管理员关闭或者检测到故障。

Loopback（环回）：接口配置为环回接口，用于本地测试或管理目的。

Waiting（等待）：接口正在等待与邻居建立邻居关系。

Point-to-Point（点对点）：接口与单个邻居之间建立了邻居关系。

DR（Designated Router）：接口被选举为DR，用于在多点连接上减少链路状态广播的数量。

Backup（备份）：接口被选举为备份DR，作为DR故障时的替代。

DR Other（DR其他）：接口不是DR或备份DR，但在多点连接中仍然具有邻居关系。

DR Waiting（DR等待）：接口正在等待与DR建立邻居关系。

2.OSPF邻居状态

2.1 OSPF邻居状态类型

Down（关断）：表示邻居关系处于关闭状态，没有建立连接。

Attempt（尝试）：表示路由器正在尝试与邻居建立连接。

Init（初始化）：表示邻居关系正在初始化过程中，还未完成。

2-Way（双向）：表示邻居路由器已经收到了对方的Hello报文，表明双方的邻居关系已经建立。

Exstart（启动）：表示邻居路由器正在进行Master/Slave角色的选举过程。

Exchange（交换）：表示邻居路由器正在交换链路状态数据库（LSDB）信息。

Loading（加载）：表示邻居路由器正在加载链路状态信息，并更新自己的路由表。

Full（完全）：表示邻接关系已经完全建立，路由器之间的信息同步完成。

邻居关系和邻接关系有什么区别？

邻居关系指的是2-Way状态，处于邻居关系的OSPF接口不能进行LSA信息交换，DR Other接口之间只能形成邻居关系。

邻接关系指的是Full状态，完成了LSA交换的OSPF路由器将建立邻接关系，DR，BDR和其他OSPF接口形成的是邻接关系。

2.2 广播网络OSPF邻接关系建立

在讨论邻居关系的时候，我们一定得分场景（OSPF网络类型）去讨论，不同的场景邻接状态会有一定的差异，我们以广播网络来进行分析和讨论。

图 2-1 广播网络OSPF邻接关系建立

3.Router ID（路由器ID）选举

当一个路由器运行OSPF协议时，它需要选择一个唯一的路由器ID（Router ID）来标识自己。

路由器ID在OSPF网络中非常重要，它用于识别路由器、区分LSA（链路状态广告）和确定OSPF路由的计算。

OSPF路由器ID选举的过程如下：

手动配置：管理员可以手动配置路由器ID，手动配置的路由器ID优先级最高，如果手动配置了ID，则将使用该ID。
Loopback接口IP：如果没有手动配置的路由器ID，那么路由器将从其所有接口的IP地址中选择一个最高的IP地址作为路由器ID。通常情况下，Loopback接口的IP地址具有最高优先级，因为它们是稳定且通常不会更改的。
物理接口IP：如果没有Loopback接口或没有可用的Loopback接口，那么将选择具有最高优先级的物理接口的IP地址作为路由器ID。接口优先级可以通过配置进行调整。
最高MAC地址：如果以上选项都不可用，则将使用具有最高MAC地址的物理接口作为路由器ID。

需要注意的是，一旦路由器ID被选定，它将在OSPF进程的整个生命周期内保持不变，除非手动更改或重新启动OSPF进程。

图 3-1 Router ID选举优先级

4.DR和BDR选举

4.1 为什么引入DR和BDR？

OSPF引入了DR（Designated Router）和BDR（Backup Designated Router）的概念，为了减少链路状态广告（LSA）的洪泛以及减轻网络负载。

如图 4-1，未选举DR和BDR的广播网络，路由器之间的邻接关系数量为n*(n-1)/2，图种6个OSPF路由器的邻接关系数量为6*(6-1)/2 = 15，路由器越多邻接关系越复杂。

选举DR和BDR的广播网络，路由器只需和DR和BDR建立邻接关系即可，这样邻接关系数量会大大的减少。

图 4-1 引入DR和BDR的好处

4.2 DR和BDR的作用

DR是网络中被选举为主要路由器的路由器，它负责收集并分发LSA，其他路由器只需将LSA发送给DR即可。

BDR是备份的DR，它接收LSA并保存备份数据，以便在DR失效时接替其角色。

4.3 DR和BDR选举过程

DR和BDR选举是在OSPF邻居关系建立阶段进行的。当一个路由器与其他路由器建立邻居关系时，它们会交换Hello报文。在Hello报文中，路由器会宣告自己的优先级（Priority）。默认情况下，所有路由器的优先级都是1。

当一个路由器收到Hello报文时，它会比较对方的优先级和自己的优先级。如果对方的优先级大于自己的优先级，那么它会接受对方作为DR，并将自己作为BDR。如果对方的优先级与自己的优先级相同，那么会比较对方的路由器ID（Router ID）。路由器ID是由路由器在OSPF进程中唯一标识自己的32位数字。如果对方的路由器ID较大，那么它会接受对方作为DR，并将自己作为BDR。

如果路由器没有被选举为DR或BDR，则它将是普通的OSPF路由器，只需要将LSA发送给DR和BDR。

需要注意的是，DR和BDR选举是相对于一个OSPF区域（OSPF Area）而言的。在不同的区域中，会进行独立的DR和BDR选举。

通过DR和BDR的选举，OSPF能够减少LSA洪泛，提高网络效率，并减轻网络负载。同时，如果DR失效，BDR将接替其角色，保证网络的稳定性和可靠性。

图 4-2 广播网络DR和BDR选举过程

4.4 DR和BDR选举原则

（1）选举制

DR和BDR不能通过人工配置，只能通过选举产生。

（2）终生制

DR和BDR一旦被选举出来将不会改变，路由器无法抢占成为DR或者BDR。

（3）继承制

如果DR发生故障，BDR将被选举位DR，其他路由器竞选BDR。

5.OSPF路由计算原理

OSPF使用SPF（Shortest Path First）算法来计算最短路径，并选择最佳的路由。

SPF算法的原理如下：

构建拓扑图：每个OSPF路由器根据收到的链路状态信息（LSA）构建一个拓扑图，其中包含网络、链路和路由器节点。
计算最短路径树：每个OSPF路由器使用Dijkstra算法计算从自己到其他所有节点的最短路径。该算法通过比较各个路径的总代价（通常是链路成本之和）来确定最短路径。
构建转发表：每个OSPF路由器根据最短路径树构建转发表，将每个目标网络映射到下一跳路由器。
更新链路状态数据库：当网络中发生链路状态变化时，每个OSPF路由器将更新自己的链路状态数据库，并重新计算最短路径树。

通过这样的方式，OSPF能够动态地适应网络中的变化，并选择最佳的路径来转发数据包。这种基于SPF算法的计算方式使得OSPF成为了一种高效可靠的路由协议。