OSPF是Open Shortest Path First的簡稱，是一種基於SPF算法的鏈路狀態協議，同時OSPF也是一種內部網關協議。廣泛應用於企業網絡。
一 OSPF基本概念—拓撲和路由器類型
OSPF整體拓撲如上圖說是，OSPF把自治系統劃分成邏輯意義上的一個或多個區域，所有其他區域必須與區域0相連。區域0稱爲骨幹區域。
路由器類型:
- 區域內路由器（Internal Router）:該類設備的所有接口都屬於同一個OSPF區域。
- 區域邊界路由器ABR（Area Border Router）：該類路由器可以同時屬於兩個以上的區域，但其中一個接口必須屬於骨幹區域。ABR用來連接骨幹區域和非骨幹區域，它與骨幹區域之間既可以是物理連接，也可以是邏輯上的連接。
- 骨幹路由器（Backbone Router）:該路由器至少有一個接口屬於骨幹區域。所有的ARB和位於Area0的內部路由器都是骨幹路由器。
- 自治系統邊界路由器ASBR（AS Boundary Router）：與其他AS交換路由信息的路由器稱爲ASBR。ASBR並沒有特定的位置要求，既可以位於普通的區域，也可以是ABR。只要一臺OSPF路由器引入了外部路由的信息，它就成爲ASBR。所以任意一臺路由器都可以通過引入外部路由變成ABR。
拓撲所體現的IS-IS與OSPF不同點：
- 在OSPF中，一條鏈路只屬於一個區域；而在IS-IS中，一條鏈路可以跨接不同的區域；
- 在IS-IS中，骨幹網（Backbone）指的不是一個特定的區域；而在OSPF中，骨幹區域特指Area 0；
- 在IS-IS中，Level-1和Level-2級別的路由器分別採用SPF算法，分別生成最短路徑樹SPT；在OSPF中，只有在同一個區域內才使用SPF算法，區域之間的路由需要通過骨幹區域轉發。
二 OSPF基本概念—網絡類型
OSPF支持的網絡類型：
- 廣播(Broadcast)類型，當數據鏈路層協議是Ethernet、FDDI等時，缺省情況下，OSPF認爲網絡類型是Broadcast。在該類型的網絡中，通常以組播形式發送Hello報文、LSU報文和LSAck報文。其中224.0.0.5的組播地址爲OSPF路由器的預留IP組播地址；224.0.0.6的組播地址爲OSPF DR的預留IP組播地址。以單播形式發送DD報文和LSR報文。
- 點對點P2P類型，數據鏈路層是PPP、HDLC等，此時以組播形式（224.0.0.5）發送協議報文（Hello報文、DD報文、LSR報文、LSU報文、LSAck報文）。
- NBMA類型（Non-broadcast multiple access），當鏈路層協議是ATM或FR時，缺省情況下，OSPF認爲網絡類型是NBMA。在該類型的網絡中，以單播形式發送協議報文（Hello報文、DD報文、LSR報文、LSU報文、LSAck報文）。
- 點到多點P2MP(Point-to-Multipoint)類型，需手工配置，必須是由其他的網絡類型強制更改的。在該類型的網絡中以組播形式（224.0.0.5）發送Hello報文，以單播形式發送其他協議報文（DD報文、LSR報文、LSU報文、LSAck報文）。
DR/BDR概念（designated router ，指定路由器；backup designated router ,備份指定路由器 ）
功能：
（1）減少鄰接關係的數量，從而減少鏈路狀態信息交換的次數。DRother只與DR/BDR建立完全鄰接關係。DR與BDR之間建立完全鄰接關係；
（2）DR產生產生網絡LSA來描述NBMA網段或者廣播網段信息。
DR/BDR選舉規則：
（1）DR/BDR由OSPF的Hello協議選舉，選舉是根據端口的路由器優先級（Router Priority）進行的。
（2）如果Router Priority被設置爲0，那麼該路由器將不允許被選舉成DR或者BDR。
（3）Router Priority越大越優先。如果相同，Router ID大者優先。
（4）DR/BDR不能搶佔。
（5）如果當前DR發生故障，當前BDR自動成爲新的DR，網絡中重新選舉BDR；如果當前BDR發生故障，則DR不變，重新選舉BDR。
ISIS DIS與OSPF DR/BDR的不同點
（1）在IS-IS廣播網中，優先級爲0的路由器也參與DIS的選舉，而在OSPF中優先級爲0的路由器則不參與DR的選舉。
（2）在IS-IS廣播網中，當有新的路由器加入，並符合成爲DIS的條件時，這個路由器會被選中成爲新的DIS，原有的僞節點被刪除。此更改會引起一組新的LSP泛紅。而在OSPF中，當一臺新路由器加入後，即使它的DR優先級值最大，也不會立即成爲該網段中的DR；
（3）在IS-IS廣播網中，同一網段上的同一級別的路由器之間都會形成鄰接關係，包括所有的非DIS路由器。
三 OSPF基本概念—報文類型
OSPF報文直接運行於IP之上，IP協議字段號爲89。OSPF有五種報文類型，但是OSPF報文頭部格式都是相同的。除Hello報文外，其它的OSPF報文都攜帶LSA（Link-State Advertisement，鏈路狀態通告）信息。
OSPF報文頭部信息，所有的OSPF報文使用相同的OSPF報文頭部。
- Version：OSPF協議號，應當被設置爲2；
- Type：OSPF報文類型，OSPF共有五種報文；
- Packet length：OSPF報文總長度，包括報文頭部。單位是字節。
- Router ID：生成此報文的路由器的Router ID。
- Area ID：此報文需要被通告到的區域。
- Checksum：是指一個對整個數據包（包括包頭）的標準IP校驗和。
- AuType：驗證此報文所應當使用的驗證方法。
- Authentication：驗證此報文時所需要的密碼等信息。
Hello報文
- Network Mask：發送Hello報文的接口的網絡掩碼；
- HelloInterval：發送Hello報文的時間間隔。單位爲秒。
- Options：標識發送此報文的OSPF路由器所支持的可選功能。具體的可選功能不在本課程的討論範圍之列。
- Rtr Pri：發送Hello報文的接口的Router Priority，用於選舉DR和BDR。
- RouterDeadInterval：宣告鄰接路由器不繼續在該網段上運行OSPF的時間間隔，單位爲秒，通常爲四倍的HelloInterval。
- Designated Router：發送Hello報文的路由器所選舉出的DR的IP地址。如果設置爲0.0.0.0，表示未選舉DR路由器。
- Backup Designated Router：發送Hello報文的路由器所選舉出的BDR的IP地址。如果設置爲0.0.0.0，表示未選舉的BDR路由器。
- Neighbor：鄰接路由器的Router ID列表。表示本路由器已經從該鄰居收到合法的Hello報文。
ppp鏈路Hello報文：
DD(DB description)報文：
- 接口MTU：是指在數據包不分段的情況下，始發路由器接口可以發送的最大IP數據包大小。當在虛連接時，該字段爲0x0000。
- Option：同Hello報文。
- I位：當發送的是一系列DD報文中的第一個數據包時，該位置爲1。後續的DD報文將該位置爲0。
- M位：當發送的數據包還不是一個系列DD報文中的最後一個數據包時，該位置爲1，如果是最後一個DD報文，則將該位置置爲0。
- MS位：在數據庫同步中用來確認協商過程中的序列號。
- DD Sequence Number：DD的報文序列號。
- LSA頭部信息。
LSR(Link state request)報文：
- Link State Advertisement Type：用來指明LSA標識是一個路由器LSA、一個網絡LSA還是其他類型的LSA。
- Link State ID：不同類型LSA的該字段意義不同；
- Advertising Router：始發LSA通告的路由器的路由器ID；
LSU報文：
（1）Number of LSA：指出這個數據包中包含的LSA的數量；
（2）LSA：明細LSA信息。
LSAck報文：
四 OSPF基本概念—LSA類型
- Router-LSA (Type1)，由路由器產生，描述了路由器的鏈路狀態和開銷，本區域內傳播；
- Network-LSA (Type2)，由DR產生，描述本網段的鏈路狀態，本區域內傳播。
- Network-summary-LSA （Type3），由ABR產生，描述區域內某個網段的路由，區域間傳播（除特殊區域）；
- ASBR-summary-LSA (Type4)，由ABR產生，描述到ASBR的路由，非ASBR所在區域傳播（除特殊區域）；
- AS-external-LSA (Type5)，由ASBR產生，描述到AS外部的路由，OSPF域內傳播（除特殊區域）；
- NSSA LSA （Type 7），由ASBR產生，描述到AS外部的路由，僅在NSSA區域內傳播。
LSA頭部信息，除Hello報文外，其他的OSPF報文都攜帶LSA信息。
- LS age：該字段表示LSA已經生存的時間，單位是秒；
- Option：該字段指出了部分OSPF域中LSA能夠支持的可選性能；
- LS Type：標識了LSA的格式和功能，常用的LSA有五種；
- Link State ID：根據LSA的不同而不同；
- Advertising Router：始發LSA的路由器的ID；
- Sequence Number：當LSA每次新的實例產生時，這個序列號就會增加。這個更新可以幫助其他路由器識別最新的LSA實例。
- Checksum：關於LSA的全部信息的校驗和。因爲Age字段所以校驗和會隨着老化時間的增大而每次都需要重新進行計算。
- Length：是一個包含LSA頭部在內的LSA的長度。
Router-LSA，Router-LSA必須描述始發路由器所有接口或鏈路。
- Link State ID：是指始發路由器的路由器ID；
- V：設置位1時，說明始發路由器是一條或者多條具有完全鄰接關係的虛鏈路的一個端點；
- E：當始發路由器是一個ASBR路由器時，該位置爲1；
- B：當始發路由器是一個ABR路由器時，該位置爲1；
- Number of links：表明一個LSA所描述的路由器鏈路數量；
- Link Type：值爲1表示爲點到點網絡，常見的PPP鏈路需要使用點到點網絡描述；值爲2表示連接一個transit網絡，有至少兩臺路由器的廣播型網段或NBMA網段就是一種Transit網段；值爲3表示連接stubnet網絡一般該網絡上不存在鄰居關係如只有一個 出口的以太網或迴環接口；值爲4表示虛鏈路；
- Link ID:值爲1表示鄰居路由器的路由器ID；值爲2表示DR路由器的接口的IP地址；值爲3時表示IP網絡或子網地址；置爲4時表示鄰居路由器的路由器ID；
- Link Data：值爲1時表示和網絡相連的始發由器接口的IP地址；值爲2時表示和網絡相連的始發路由器接口的IP地址；值爲3時表示網絡的子網掩碼；值爲4時表示始發路由器的虛鏈路接口的IP地址；
- ToS，暫不支持
- Metric：指一條鏈路或接口的開銷。
Network-LSA
- Link State ID：是指DR路由器的接口地址；
- Network Mask：指定這個網絡上使用的地址或者子網的掩碼；
- Attached router: 列出該多路訪問網絡上於DR形成完全鄰接關係且包括DR本身的所有路由器的路由器ID。
Network-summary-LSA和ASBR-summary-LSA
- Link State ID：對於3類LSA來說，表示所通告的網絡或子網的IP地址。對於4類LSA來說表示所通告的ASBR路由器的路由器ID；
- Network Mask：對於3類LSA來說，表示所通告的網絡的子網掩碼。對於4類LSA來說，該字段沒有實際意義，一般置爲0.0.0.0；
- Metric：始發路由器到目的地址的路由的開銷。
AS-external-LSA
- Link State ID:表示所通告的網絡或子網的IP地址；
- Network Mask：指所通告的網絡的子網掩碼；
- E：用來指定這條路由使用的外部度量的類型。如果E bit設爲1，那麼度量類型就是E2；如果E bit設爲0，那麼度量類型就是E1；
- Metric：指路由的代價。由ASBR設定；
- Forwarding Address：是指到達所通告的目的地的數據包應該被轉發到的地址。如果轉發地址是0.0.0.0，那麼數據包將被轉發到始發ASBR上；
- External Route Tag：標記外部路由；
NSSA LSA
- Forwarding Address：如果所引入外部路由的下一跳在OSPF路由域內，則Forwarding Address直接設置爲所引入外部路由的下一跳；如果所引入外部路由的下一跳不在OSPF路由域內，則Forwarding Address設置爲該ASBR上某個OSPF路由域內的Stub網段（例如Loopback0接口）的接口IP地址，有多個Stub網段時選IP地址最大者。
五 OSPF基本概念—Option 字段
Option字段：Option可選字段出現在每一個Hello數據包、DD和每個LSA中，允許路由器和其他路由器進行一些可選性能的通信。
Option字段解釋：
- DN：用來避免在MPLS VPN中出現環路。當PE向CE發送3類、5類和7類LSA時需要設置DN位2，其他PE路由器從CE接收到該LSA時，不能夠在它的OSPF路由計算中使用該LSA；
- O：該字段指出始發路由器支持Opaque LSA（類型9、類型10和類型11）；
- DC位：當始發路由器支持按需鏈路上的OSPF的能力時，該位將被設置；
- EA：當始發路由器具有接收和轉發External-Attributes-LSA (type8 LSA)的能力時，該位被置位；
- N位：只用在Hello數據包中。N=1表明路由器支持7類LSA。N=0表明該路由器將不接受和發送NSSA LSA。
- P位：只用在NSSA LSA。該位將告訴NSSA區域的ABR路由器將7類LSA轉換爲5類LSA。
- MC位：當始發路由器支持轉發組播數據包的能力時，該位將被置位。
- E位：當始發路由器具有接收AS-external-LSA(type5 LSA)的能力時，該位被置位。在所有5類LSA和始發於骨幹區域以及非末節區域的LSA中，該位置爲1。而始發於末節區域的LSA中，該位置爲0.如果Hello報文中該位被置位則表明該接口具有接收和發送5類LSA的能力。
- MT位：表示始發路由器支持多拓撲OSPF。