Open Shortest Path First
🌐 什么是 OSPF？
OSPF 是一个内部网关协议（IGP）， 用于同一个自治系统（AS）内部的路由计算 。它比 RIP 更强大、更精细、适用于大型网络环境。
🔓 “Open” 是什么含义？
- Open（开放） 是指这个协议是公开标准，不是专利协议，任何厂商都可以实现。
- 它由 IETF 维护，RFC 文档对外公开（最早是 RFC 2328）。
🧠 OSPF 的工作原理
OSPF 采用的是 链路状态算法（Link-State Routing Algorithm） ，核心特点如下：
1. 每个路由器都有全网拓扑图
- 路由器维护关于整个网络拓扑的一个图结构（路由器 + 链路 + 开销）。
- 不像 RIP 只知道“邻居告诉我的路径”，OSPF 直接知道“整个世界长啥样”。
2. 使用 Dijkstra 最短路径算法
- 每个路由器会运行 Dijkstra 算法（最短路径优先，SPF），计算自己到所有其他路由器的最短路径。
- 因为每个路由器都知道整个网络的结构，所以它能单独计算出最优路径。
3. OSPF 通告与 LSA（链路状态广告）
- 路由器之间不交换整个路由表，而是交换 链路状态信息（LSA） 。
- 每个路由器会构造一条 LSA，描述：
- 我是谁
- 我的接口（邻居有哪些）
- 每条链路的开销（cost）
4. LSA 通过洪泛法传递（flooding）
- LSA 会通过整个网络洪泛出去， 所有路由器都会收到相同的链路状态数据库（LSDB） 。
- 所以每台路由器的拓扑图都是一样的。
5. IP 协议中协议号为 89
- OSPF 使用原始 IP 包直接传输，而不是通过 TCP 或 UDP。
- IP 报文头的协议字段值是 89 。
📦 OSPF 数据包类型（常见的几种）
| 类型 | 名称 | 用途 |
|---|---|---|
| 1 | Hello | 建立/维护邻居关系（邻接关系） |
| 2 | Database Description | 交换链路状态数据库摘要信息 |
| 3 | Link-State Request | 请求某些 LSA |
| 4 | Link-State Update | 正式发送 LSA（用来洪泛） |
| 5 | Link-State Acknowledgment | 确认收到的 LSA |
🏗️ OSPF 的结构特性
- 支持区域（Area） ：可将大型网络划分为多个 Area（区域），Area 0 为主干区域（Backbone）。
- 支持 VLSM 和 CIDR：不像 RIP，只支持固定子网。
- 支持多条等价路径（Equal-Cost Multi-Path, ECMP） 。
- 开销（Cost）可自定义 ，一般与带宽、延迟等因素有关。
📈 和 RIP 对比一波：
| 特性 | RIP | OSPF |
|---|---|---|
| 算法类型 | 距离向量 | 链路状态（Dijkstra） |
| 收敛速度 | 慢 | 快 |
| 最大跳数限制 | 15 跳 | 无限制 |
| 拓扑知识 | 只知邻居 | 全网拓扑图 |
| 通告内容 | 整张路由表 | 仅通告链路状态（LSA） |
| 数据传输协议 | UDP（端口 520） | 直接使用 IP（协议号 89） |
| 适用网络 | 小型 | 中大型 |
🧪 举个例子帮助理解：
假设有三个路由器组成网络：
R1 ----- R2 ----- R3
\ /
---- R4 -------
每条边有不同的“cost”，比如：
- R1-R2：1
- R2-R3：1
- R1-R4：2
- R4-R3：2
R1 会广播一个 LSA，内容大致为：
我是 R1：
- 有一条链路到 R2，cost=1
- 有一条链路到 R4，cost=2
这个 LSA 会被洪泛到 R2、R4，然后继续转发，直到 R3 也收到了它。
所有路由器汇总所有人的 LSA 后，就能构建如下图：
R1---1---R2---1---R3
| /
2 2
| /
R4---------
然后它们各自用 Dijkstra 算法算出最短路径，生成路由表。