《重识云原生系列》专题索引：

注：本文主要转载自《OSPF（三）OSPF域内路由_Skye_Zheng的博客-CSDN博客_ospf域内路由》

4 OSPF域内路由

4.1 基础概念回顾

LSA（链路状态广播，Link State Advertisement）是链接状态协议使用的一个分组，它包括有关邻居和通道成本的信息，是路由器之间链路状态信息的载体，被路由器接收用于维护它们的路由选择表，也就是说LSDB由一条条LSA构成的。

4.1.1 LSA报文头结构

所有的LSA都有相同的头部，关键字段的含义如下：

4.1.2 常见LSA分类

4.2 Router LSA(路由器LSA)

每一台路由器都会产生路由器LSA通告。这个最基本的LSA通告列出了路由器所有的链路或接口，并指明了它们的状态和沿每条链路方向出站的开销，以及该链路上所有已知的OSPF邻居。这些LSA通告只会在始发它们的区域内部进行泛洪扩散。华为设备通过命令display ospf lsdb router self-originate可以查看路由器自己产生的LSA

4.2.1 Router LSA描述P2P网络

每台OSPF路由器使用一条Router-LSA描述本区域内的链路状态信息。一条Router-LSA可以描述多条链接，每条链接描述信息由Link ID，Data，Link Type和Metric组成，

display ospf lsdb router self-originate

Type : Router //LSA类型

Ls id : 1.1.1.1 //链路状态ID

Adv rtr : 1.1.1.1 //产生此LSA的路由器Router ID

//拓扑信息

Link ID: 3.3.3.3 //邻居路由器的Router ID Data : 10.1.13.1 //宣告该Router LSA的路由器接口的IP地址 Link Type: P-2-P Metric : 48

//路由信息

Link ID: 10.1.13.0 //该Stub网络的IP地址 Data : 255.255.255.0 //该Stub网络的网络掩码 Link Type: StubNet Metric : 48 //开销值 Priority : Low

4.2.2 Router LSA描述MA网络或NBMA网络

在描述MA或NBMA网络类型的Router-LSA中，Link ID为DR的接口IP地址，Data为本地接口的IP地址。如图所示： RTB、RTC、RTE之间通过以太链路互连，以RTC产生的LSA为例，Link ID为DR的接口IP地址（10.1.235.2），Data为本地路由器连接此MA网络的接口IP地址（10.1.235.3），Link Type为TransNet，Metric表示到达DR的开销值。

TransNet描述的链接中仅包括与DR的连接关系及开销，没有网络号/掩码及共享链路上其他路由器的任何信息。 display ospf lsdb router self-originate Type : Router //LSA类型 Ls id : 3.3.3.3 //链路状态ID Adv rtr : 3.3.3.3 //产生此LSA的路由器的Router ID //拓扑信息

Link ID: 10.1.235.2 //DR的接口IP地址 Data : 10.1.235.3 //宣告该Router LSA的路由器接口的IP地址 Link Type: TransNet Metric : 1 小技巧：如果Link ID与Data是一致的，则该路由器在本网段为DR 为什么，多路访问网络中的Router LSA只有拓扑信息，没有路由信息？多路访问网络的路由信息由该网络中的DR产生第二类LSA通告。

4.3 Network LSA (网络LSA)

每一个多路访问网络中的指定路由器（DR）将会产生网络LSA通告。正如前面讨论的，DR路由器可以看作一个“伪”节点，或是一个虚拟路由器，用来描绘一个多路访问网络和与之相连的所有路由器。从这个角度来看，一条网络LSA通告也可以描绘一个逻辑上的“伪”节点，就像一条路由器LSA通告描绘一个物理上的单台路由器一样。网络LSA通告列出了所有与之相连的路由器，包括DR路由器本身。就像路由器LSA一样，网络LSA也仅仅在产生这条网络LSA的区域内部进行泛洪扩散。

4.3.1 Network LSA描述MA、NBMA网络

MA、NBMA共享网段中的网络号/掩码以及路由器间的链接关系，通过Network LSA来呈现。 <RTB>display ospf lsdb network self-originate

OSPF Process 1 with Router ID 2.2.2.2

Area: 0.0.0.0

Link State Database

//拓扑信息、路由信息

Type : Network //LSA类型

Ls id : 10.1.235.2 //DR接口的IP地址

Adv rtr : 2.2.2.2 //产生此Network LSA的路由器Router ID及DR的Router ID

Net mask : 255.255.255.0 //网络掩码

Priority : Low Attached Router 2.2.2.2 //连接到该网段的路由器列表，呈现了此网段的拓扑信息

Attached Router 3.3.3.3

Attached Router 5.5.5.5 //基于上述字段表达的信息，LS ID和Net mask做与运算，即可得出该网段的IP网络号，另外，从DR路由器到其所连接的路由器的开销为0

//从Attached Router部分可以看出，2.2.2.2、3.3.3.3、5.5.5.5共同连接到该共享MA网段中，DR路由器为2.2.2.2，网络号10.1.235.0，掩码255.255.255.0。

4.3.2 OSPF区域内的LSDB

LSDB：链路状态数据库。LSA是LSDB的最小组成单位，也就是说LSDB有一条条LSA组成。通过display ospf lsdb来查看路由器上的LSDB信息。

如图所示，五台路由器互连并运行OSPF协议。以RTA的LSDB为例，其中包括了五个路由器产生的Router-LSA，以及两个广播型网络中产生的Network-LSA。注意：

DR的选举

每个网段中之间选举
P2P网络中不会选举DR、BDR

所以该拓扑中只有RTA和RTB之间；RTB和RTC、RTE之间选举出两个DR

4.4 SPF算法

SPF算法（最短路径优先算法）也被称为Dijkstra算法，是由荷兰计算机科学家狄克斯特拉于1959年提出的。 SPF算法将每一个路由器作为根（ROOT）来计算其到每一个目的地路由器的距离，每一个路由器根据一个统一的数据库会计算出路由域的拓扑结构图，该结构图类似于一棵树，在SPF算法中，被称为最短路径树。在OSPF路由协议中，最短路径树的树干长度，即OSPF路由器至每一个目的地路由器的距离，称为OSPF的Cost。SPF使用开销（cost）作为度量值。

SPF算法基本步骤：

1. 构建SPF树，根据Router LSA和Network LSA中的拓扑信息，构建SPF树干；
2. 计算最优路由，基于SPF树干和Router LSA、Network LSA中的路由信息，计算最优路由；

4.4.1 SPF步骤详解

以下图拓扑为例来解释SPF算法具体步骤

4.4.1.1 步骤1

OSPF路由器将分别以自身为根节点计算最短路径树。以RTA为例，计算过程如下：

RTA将自己添加到最短路径树的树根位置，然后检查自己生成的Router-LSA，对于该LSA中所描述的每一个连接，如果不是一个Stub连接，就把该连接添加到候选列表中，分节点的候选列表为Link ID，对应的候选总开销为本LSA中描述的Metric值和父节点到达根节点开销之和。
根节点RTA的Router-LSA中存在TransNet中Link ID为10.1.12.2 Metric=1和P-2-P中Link ID为3.3.3.3 Metric=48的两个连接，被添加进候选列表中。
RTA将候选列表中候选总开销最小的节点10.1.12.2移到最短路径树上，并从候选列表中删除。

4.4.1.2 步骤2

DR被加入到SPF中，接下来检查Ls id为10.1.12.2的Network-LSA。如果LSA中所描述的分节点在最短路径树上已经存在，则忽略该分节点。如图所示，在Attached Router部分：

节点1.1.1.1被忽略，因为1.1.1.1已经在最短路径树上。
将节点2.2.2.2，Metric=0，父节点到根节点的开销为1，所以候选总开销为1，加入候选列表。
候选节点列表中有两个候选节点，选择候选总开销最小的节点2.2.2.2加入最短路径树并从候选列表中删除。

4.4.1.3 步骤3

节点2.2.2.2新添加进最短路径树上，此时继续检查Ls id为2.2.2.2的Router-LSA：

第一个TransNet连接中，Link ID为10.1.12.2，此节点已经在最短路径树上，忽略。
第二个TransNet连接中，Link ID为10.1.235.2，Metric=1，父节点到根节点的开销为1，候选总开销为2，加入候选列表。
第三个P-2-P连接中，Link ID为4.4.4.4，Metric=48，父节点到根节点的开销为1，候选总开销为49，加入候选列表。
候选节点列表中有三个候选节点，选择候选总开销最小的节点10.1.235.2加入最短路径树并从候选列表中删除。

4.4.1.4 步骤4

lDR被加入到SPF中，接下来检查Ls id为10.1.235.2的Network-LSA。如图所示，在Attached Router部分：

节点2.2.2.2被忽略，因为2.2.2.2已经在最短路径树上。
将节点3.3.3.3，Metric=0，父节点到根节点的开销为2，候选总开销为2，加入候选列表。（如果在候选列表中出现两个节点ID一样但是到根节点的开销不一样的节点，则删除到根节点的开销大的节点。所以删除节点3.3.3.3 累计开销为48的候选项)。
将节点5.5.5.5，Metric=0，父节点到根节点的开销为2，候选总开销为2，加入候选列表。
候选节点列表中有三个候选节点，选择候选总开销最小的节点3.3.3.3和5.5.5.5加入最短路径树并从候选列表中删除。

4.4.1.5 步骤5

节点3.3.3.3和5.5.5.5新添加进最短路径树上，此时继续检查Ls id分别为3.3.3.3和5.5.5.5的Router-LSA。

Ls id为3.3.3.3的LSA：

Link ID为10.1.235.2的节点已经在最短路径树上，忽略。
pLink ID为1.1.1.1的节点已经在最短路径树上，忽略。

4.4.1.6 步骤6

Ls id为5.5.5.5的LSA：

Link ID为10.1.235.2的节点已经在最短路径树上，忽略。
Link ID为4.4.4.4的P-2-P连接，Metric=48，父节点到根节点的开销为2，候选总开销为50。因为节点4.4.4.4已经在候选列表中出现，且候选总开销为49。49

至此，再通过命令display ospf lsdb router 4.4.4.4发现，LSA中的连接所描述的相邻节点都已经添加到了SPF树中。此时候选列表为空，完成SPF计算，其中10.1.12.2和10.1.235.2是虚节点（DR）。

4.4.1.7 步骤7：计算最优路径

第二阶段根据Router LSA中的Stub、Network LSA中的路由信息，完成最优路由的计算。从根节点开始，依次添加LSA中的路由信息（添加顺序按照每个节点加入SPF树的顺序）：

p1.1.1.1（RTA）的Router LSA中，共1个Stub连接，网络号/掩码10.1.13.0/24，Metric=48；
p10.1.12.2（DR）的Network LSA中，网络号/掩码10.1.12.0/24，Metric=1+0=1；
p2.2.2.2（RTB）的Router LSA中，共1个Stub连接，网络号/掩码10.1.24.0/24，Metric=1+0+48=49；
p10.1.235.2（DR）的Network LSA中，网络号/掩码10.1.235.0/24，Metric=1+0+1=2；
p3.3.3.3（RTC）的Router LSA中，共1个Stub连接，网络号/掩码10.1.13.0/24，已在RTA上，忽略；
p5.5.5.5（RTE）的Router LSA中，共1个Stub连接，网络号/掩码10.1.45.0/24，Metric=1+0+0+1+48=50；
p4.4.4.4（RTD）的Router LSA中，共2个Stub连接，网络号/掩码10.1.24.0/24，已在RTB上，忽略；网络号/掩码10.1.45.0/24，已在RTE上，忽略。