OSPF5种报文：Hello报文、DD报文、LSR报文、LSU报文和LSAck报文

OSPF（Open Shortest Path First）是一种用于在IP网络中计算最短路径的链路状态路由协议。OSPF使用IP报文直接封装协议报文，其协议号为89。在OSPF协议中，共定义了五种重要的报文类型，分别是Hello报文、DD报文、LSR报文、LSU报文和LSAck报文。这些报文在OSPF路由器之间进行交换，以维护邻居关系、同步链路状态数据库以及计算最短路径。

OSPF 报文头格式

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|      OSPF 报文头格式                    |
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| Version     | Type      | Packet length|
|-------------|-----------|--------------|
| Router ID   | Area ID   | Checksum     |
| AuType      | Authentication             |
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OSPF报文头格式字段解释：

1. Version (8 bits): OSPF的版本号。对于OSPFv2，其值为2。

2. Type (8 bits): OSPF报文的类型，用于区分不同种类的OSPF报文：

   • 1：Hello报文。
   • 2：DD报文。
   • 3：LSR报文。
   • 4：LSU报文。
   • 5：LSAck报文。

3. Packet length (16 bits): OSPF报文的总长度，包括报文头在内，单位为字节。

4. Router ID (32 bits): 发送该报文的路由器标识。

5. Area ID (32 bits): 发送该报文的设备所属区域。

6. Checksum (16 bits): 包含除了认证字段的整个报文的校验和。

7. AuType (16 bits): 验证类型，用于指示报文的认证方式：

   • 0：不验证。
   • 1：简单认证。
   • 2：MD5认证。

8. Authentication (64 bits): 根据认证类型的不同，此字段的含义也不同：

   • 对于AuType为0，此字段无定义。
   • 对于AuType为1，此字段为密码信息。
   • 对于AuType为2，此字段包括Key ID、MD5验证数据长度和序列号的信息。

Hello报文

Hello报文是OSPF协议中最常用的一种报文，其主要作用是建立和维护邻接关系。路由器周期性地在启用了OSPF的接口上发送Hello报文。该报文的内容包括一些定时器的数值、DR（Designated Router，指定路由器）、BDR（Backup Designated Router，备份指定路由器）以及已知的邻居信息。

Hello报文的重要内容包括：

• 路由器ID（Router ID）：用于唯一标识发送该报文的路由器。
• Area ID（区域标识符）：标识发送该报文的路由器所在的区域。
• Hello Interval（Hello间隔）：两次发送Hello报文的时间间隔。
• Dead Interval（死亡间隔）：在这段时间内没有收到邻居的Hello报文则认为邻居失效。
• DR（Designated Router）：指定路由器，负责向本网络的其他路由器分发LSA（链路状态通告）。
• BDR（Backup Designated Router）：备份指定路由器，当DR失效时接替其功能。
• 已知的邻居列表：记录与本路由器已经建立邻接关系的邻居路由器的信息。

通过定时发送Hello报文，路由器能够发现邻居路由器并建立邻接关系，同时也能够监测邻居路由器的存活状态。如果在Dead Interval内没有收到某个邻居路由器的Hello报文，就会将其认定为失效，从而触发相应的路由计算和更新操作。

Hello报文在不同类型的网络中具有不同的属性，主要包括发送地址类型、发送时间间隔类型和时间间隔缺省值。

1. 广播网络：

   • 发送地址类型：使用广播地址。
   • 发送时间间隔类型：采用固定的Hello间隔，即HelloInterval。
   • 时间间隔缺省值：缺省情况下，接口发送Hello报文的时间间隔的值为10秒。

2. NBMA（非广播多点连接网络）：

   • 发送地址类型：使用单播地址。
   • 发送时间间隔类型：根据不同情况可能变化。
   • 时间间隔缺省值：
     • 当路由器担任DR（Designated Router）、BDR（Backup Designated Router）或者有能力成为DR的设备时，发送时间间隔为HelloInterval。
     • 当邻居的状态为Down时，发送时间间隔为Pollinterval；其他情况为HelloInterval。
     • Hello报文的时间间隔缺省值为30秒，Pollinterval的时间间隔缺省值为120秒。

3. 点对点（P2P）网络：

   • 发送地址类型：使用组播地址。
   • 发送时间间隔类型：采用固定的Hello间隔，即HelloInterval。
   • 时间间隔缺省值：缺省情况下，接口发送Hello报文的时间间隔的值为10秒。

4. 点对多点（P2MP）网络：

   • 发送地址类型：使用组播地址。
   • 发送时间间隔类型：采用固定的Hello间隔，即HelloInterval。
   • 时间间隔缺省值：缺省情况下，接口发送Hello报文的时间间隔的值为30秒。

DD报文

DD报文在OSPF邻接关系初始化时发挥着重要作用，主要用于描述本端设备的链路状态数据库（LSDB），以实现数据库的同步。

1. 描述本端LSDB：

   • DD报文用于描述本端设备的链路状态数据库（LSDB），即本设备所了解到的网络拓扑信息。

2. 报文内容：

   • 报文内容包括LSDB中每一条LSA的Header，而LSA的Header可以唯一标识一条LSA。
   • 由于LSA Header只占一条LSA的整个数据量的一小部分，因此可以减少设备之间的协议报文流量。

3. Master-Slave架构：

   • 在两台设备交换DD报文的过程中，一台设备充当Master，另一台充当Slave。
   • Master负责规定起始序列号，并在每发送一个DD报文时序列号加1。
   • Slave方使用Master的序列号作为确认，以实现报文的可靠传输。

4. 同步LSDB：

   • 通过交换DD报文，Master和Slave设备可以同步彼此的LSDB，确保两台设备了解到相同的网络拓扑信息。

通过DD报文的交换，OSPF协议可以实现快速而准确地同步邻居设备之间的链路状态数据库，从而保证路由表的一致性和网络拓扑的准确性。

LSR报文

LSR报文在OSPF邻接关系初始化后，设备之间交换了DD（Database Description）报文之后发挥着重要作用。主要用于向对方请求更新LSA（Link State Advertisement），以实现链路状态数据库的同步。

1. 请求更新LSA：

   • LSR报文用于向对方请求更新LSA，即请求对方发送具体的LSA信息以进行数据库的同步。

2. 报文内容：

   • 报文内容包括所需要的LSA的摘要信息，通常是LSA的Header，用于识别需要更新的具体LSA。

3. 交换过程：

   • 设备之间交换DD报文后，如果发现有需要更新的LSA，则会发送LSR报文向对方请求相应LSA的更新。

4. LSA摘要信息：

   • LSR报文中包含的LSA摘要信息可以帮助对方设备确定需要更新的具体LSA，从而实现链路状态数据库的同步。

LSA的唯一标识由三个字段组成：LS type、Link State ID 和 Advertising Router。

1. LS type：

   • 表示LSA的类型，用于指示LSA的功能和作用，例如Router LSA、Network LSA等。

2. Link State ID：

   • 标识LSA所描述的对象，具体取决于LSA的类型。例如，对于Router LSA，Link State ID通常是该路由器的ID；对于Network LSA，Link State ID通常是网络的ID。

3. Advertising Router：

   • 表示发送该LSA的路由器的ID。

这三个字段的组合可以唯一标识出一个LSA。

当两个LSA的LS type、Link State ID 和 Advertising Router都相同时，需要根据其他字段来判断所需LSA的新旧。这些字段包括：

• LS sequence number：LSA的序列号，用于标识LSA的更新顺序。序列号较大的LSA通常是较新的。
• LS checksum：LSA的校验和，用于检测LSA的完整性。
• LS age：LSA的年龄，表示LSA自生成以来经过的时间。年龄较小的LSA通常是较新的。

通过比较LS sequence number、LS checksum 和 LS age，可以判断出所需LSA的新旧程度，从而确定是否需要更新本地的链路状态数据库。

通过LSR报文的交换，OSPF设备可以及时地获取所需的LSA信息，确保本地的链路状态数据库与邻居设备的数据库保持同步，从而保证路由表的准确性和网络拓扑的一致性。

LSU报文

LSU（Link State Update）报文在OSPF协议中扮演着重要的角色，用于向对端设备发送其所需要的LSA或者泛洪本端更新的LSA。

1. 发送LSA集合：

   • LSU报文的主要作用是向对端设备发送多条LSA的集合，其中可能包括对方需要的LSA以及本端的更新LSA。

2. 泛洪机制：

   • 在支持组播和广播的网络中，LSU报文以组播形式将LSA泛洪出去，以确保所有的OSPF设备都能够收到更新的LSA信息。

3. LSAck报文确认：

   • 为了实现Flooding的可靠性传输，LSU报文发送后需要等待LSAck（Link State Acknowledgment）报文的确认。
   • LSU报文中包含的LSA信息将会被对端设备确认接收。对没有收到确认报文的LSA进行重传。

4. 直接发送到邻居：

   • 对于需要重传的LSA，重传的LSA会直接发送到邻居设备，以确保LSA的可靠传输。

通过LSU报文的发送和LSAck报文的确认，OSPF协议能够实现LSA信息的可靠传输和链路状态数据库的同步，从而确保路由表的准确性和网络拓扑的一致性。

LSAck报文

LSAck（Link State Acknowledgment）报文在OSPF协议中起着重要的确认作用，主要用于对接收到的LSU（Link State Update）报文进行确认。以下是LSAck报文的主要特点：

1. 确认LSA：

   • LSAck报文用来确认接收到的LSU报文中包含的LSA信息，以确保LSA的可靠传输和数据库的同步。

2. 报文内容：

   • LSAck报文的内容是需要确认的LSA的Header，即LSA的摘要信息。
   • 一个LSAck报文可以对多个LSA进行确认，通过包含这些LSA的Header来实现。

3. 发送形式：

   • 根据不同的链路，LSAck报文可以以单播或组播的形式发送。
   • 如果LSU报文是通过单播方式发送的，则LSAck报文也会以单播方式发送；如果LSU报文是通过组播方式发送的，则LSAck报文也会以组播方式发送。

通过LSAck报文的发送，OSPF设备能够向对端设备确认已经成功接收到LSU报文中的LSA信息，从而实现LSA信息的可靠传输和链路状态数据库的同步。LSAck报文的确认机制能够有效地提高OSPF协议的可靠性和稳定性。