目录
7、SPF算法 --- OSPF防环机制
OSPF区域间防环
OSPF域外防环
基于以上长篇理论总结：
7、SPF算法 --- OSPF防环机制
（1）在同一个区域每台路由具有一致的LSDB
（2）每台路由器以自己为根计算到达每个目标的最短路径（最小cost值）
（3）必须已经区域划分
优势：①域间汇总减少路由条目数量
②汇总路由是在所有明细路由均消失后才删除，网络更稳定
③区域划分后不同类别的LSA传播范围不同，控制更新量
OSPF计算区域内路由-区域内防环
OPSF在区域内会产生两类LSA：RouterLSA，NetworkLSA
路由器以自己为树根构建最短路径树 ，这里的最短路径树按两步形成，第一步，仅考虑路由器和传输网络之间的连接。通过 Dijkstra 算法，根据链路状态数据库的子集形成树。第二步，考虑末节网络连接，作为叶子加入树。
区域内部OSPF对网络是通过RouterLSA，NetworkLSA来描述网络的，最终路由器收到LSA构建出LSDB。
LSDB通过描述一个有向线段图来描述网络拓扑结构，该有向图的端点有三种类型：路由器节点，Stub网段和Transit网段。
Router LSA使用Link ID，Data，Type和Metric描述一条链路
类型有四种：
| Type | Link ID | Data |
| Point-to-Point | 邻居的Router ID | 该网段上本地接口的IP地址 |
| TransNet | DR的接口IP地址 | 该网段上本地接口的IP地址 |
| StubNet | 该Stub网段的IP网络地址 | 该Stub网段的网络掩码 |
| Virtual | 虚连接邻居的Router ID | 去往该虚连接邻居的本地接口的IP地址 |
Stub网段表示该网段只有数据入口，例如一个Loopback接口就是一个Stub网段。
此胶片描述了路由器节点和Stub网段的表示方式。
Cost表示从一个端点到另一个端点的开销，该参数可以在OSPF接口上配置，表示数据离开该接口（出接口）的开销。
Transit网段有能力转发既不是本网段产生的，也不以本网段做为目的地的数据。
有至少两台路由器的广播型网段或NBMA网段就是一种Transit网段。
从路由器到所连Transit网段的开销值就是连接到这个网段的接口所配置的开销值。
从一个Transit网段到连接到这个网段的路由器的开销为0。（称为伪节点）
一、在描述点到点接口的Router-LSA中：
1. 通告一个到邻居路由器的点到点链接，Link ID设置为对端的Router ID，Data设置为本地接口的IP地址；
2. 通告一个到该点到点网段的Stub连接，Link ID设置为该点到点网段的网络号，Data设置为该点到点网段的网络掩码；
3. 上述两个连接的Cost值均为该点到点接口上的Cost值。
LSDB描述两接口处于不同网段的点到点网段的规则如下：
1、两台路由器经由两条有向线段直接相连，每个方向一条。
2、两个接口的网段被表示成Stub网段。
3、每个路由器通告一个Stub连接到该路由器所连的网段。
LSDB描述两接口处于同一网段的点到点网段的规则如下：
1、两台路由器经由两条有向线段直接相连，每个方向一条。
2、连接两个接口的网段被表示成Stub网段。
3、两个路由器同时通告Stub连接到该PPP网段。
在描述广播型或NBMA型接口的Router-LSA中：
1、如果接口状态是Waiting，或者该网段上只有一个运行OSPF的路由器，或者该网段上没有DR，则通告一个通往该网段的Stub链接，Link ID设置为该网段的IP网络号，Link Data设置为该网段的网络掩码；其他情况下，通告一个通往该网段的Transit连接，Link ID设置为DR的接口IP地址，Link Data设置为本地接口的IP地址。
2、连接的开销值为接口的开销。
二、在描述广播型网段或者NBMA网段的Network-LSA中：
Link State ID设置为DR的接口IP地址。
Net mask设置为该网段的网络掩码。
Link State ID和Net mask做与运算，即可得出该网段的IP网络号。
在该LSA中，还包含一个连接到该网段的路由器列表。
从一个Transit网段到所连接的路由器的连接没有开销。
计算过程
根据上文描述上图拓扑在LSA传递完毕后生成有向图
接下来计算分为两个阶段：
| 第一阶段 | 计算Transit节点，忽略Stub节点，生成一个最短路径树 |
| 第二阶段 | 只计算Stub节点，将Stub网段挂到最短路径树上去 |
计算过程中首先初始化最短路径树，RTA将自己做为根节点添加到最短路径树上。
RTA将自己添加到最短路径树上之后，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，端点ID为Link ID，到根端点的开销为LSA中描述的Metric值。本例中，添加端点4.4.4.4和2.2.2.2。
将候选列表中到根端点开销最小的端点移到最短路径树上
当有新节点添加到最短路径树上的时候，则检查LS ID为新节点的link-id ID的LSA，本例中检查LS ID为2.2.2.2的LSA。
如果LSA中所描述的连接的Link ID在最短路径树上已经存在，则忽略该连接。本例中，Link ID为1.1.1.1的连接被忽略，只有10.3.1.1的连接被添加到候选列表中。到根端点的开销设置为此连接的Metric值（本例中此连接的Metric值为1）与父端点（本例中此连接的父端点为2.2.2.2）到根端点的开销（本例中此开销值为48）之和。
将候选列表中到根端点的开销最小的端点移动到最短路径树上，本例中，将10.3.1.1移到最短路径树上。
检查LS ID为最新添加节点的端点ID的LSA，本例中检查LS ID为10.3.1.1的LSA。
在所描述的连接中，忽略2.2.2.2，将3.3.3.3和4.4.4.4添加到候选列表中。从Transit网段到所连路由器的开销为0。
如果在候选列表中出现两个端点ID一样但是到根端点的开销不一样的端点，则删除到根端点的开销大的端点。
将候选列表中到根端点的开销最小的端点移动到最短路径树上，本例中，将3.3.3.3移到最短路径树上。
检查LS ID为最新添加节点的端点ID的LSA，本例中检查LS ID为3.3.3.3的LSA。
本例中，没有新端点被添加到候选列表中。
将候选列表中到根端点的开销最小的端点移动到最短路径树上，本例中，将4.4.4.4移到最短路径树上。
检查LS ID为最新添加节点的端点ID的LSA，本例中检查LS ID为4.4.4.4的LSA。
本例中，没有新端点被添加到候选列表中。
如果在此时候选列表为空，则计算最短路径树的第一阶段结束。
检查每个路由器端点的Router-LSA，计算Stub网段。
本例中，首先检查RTA的Router-LSA，共有三个Stub网段。
OSPF区域间防环
Type-3 LSA及Type-4 LSA的防环
（1）OSPF要求所有的非0区域必须与骨干区域直接相连，区域间路由需经由骨干区域中转。
OSPF要求所有的非0区域必须与骨干区域直接相连，区域间（Inter-Area Route）路由需经由骨干区域中转。这个要求使得区域间的路由传递不能发生在两个非0的区域之间，这在很大程度上规避了区域间路由环路的发生，也使得OSPF的区域架构在逻辑上形成了一个类似星型的拓扑，如下图所示。
（2）ABR只能够将其所连接的区域的区域内部路由注入到Area0，但是可以将区域内部路由及区域间的路由注入到非0常规区域。ABR从非骨干区域收到的Type-3 LSA不能用于区域间路由的计算。
OSPF对ABR有着严苛的要求，区域间的路由传递的关键点在于ABR对Summary LSA的处理。
在上图中，如果R3是一台普通的OSPF路由器（不是ABR），例如当它与R2没有OSPF邻居关系时，它会根据R4在Area2中泛洪的Type-3 LSA计算出1.1.1.0/24路由并将路由加载进路由表中。但是当R3与R2建立起OSPF邻接关系后，R3在Area0中就有了一个活跃的全毗邻连接，此时如果它把描述1.1.1.0/24路由的Type-3 LSA再注入回Area0，那么就会带来潜在环路的风险，如下图所示：
因此当一台ABR在非Area0的区域中收到Type-3 LSA时，虽然它会将其装载进LSDB，但是该路由器不会使用这些Type-3 LSA进行路由计算，当然它更不会将这些Type-3 LSA再注入回Area0中。
这里有一个有意思的细节，就是如果R3连接R2的接口虽然激活了OSPF（而且属于Area0），但是不与R2形成邻接关系（例如R2连接R3的接口不激活OSPF），那么此时R3其实并不算是严格意义上的ABR（虽然它产生的Type-1 LSA中B-bit会被置位，但是它在Area0中并没有全毗邻的邻居），因此它会将Area2内收到的Type-3 LSA用于区域间路由的计算，所以在R3的路由表中能看到1.1.1.0/24的区域间路由（下一跳为R4），但是一旦R2-R3之间的邻接关系建立起来，R3将不能再使用R4下发的Type-3 LSA计算路由，而仅能使用从Area0中收到的、R 2下发的Type-3 LSA进行区域间路由计算，所以此时R3路由表中1.1.1.0/ 24路由的下一跳为R2，而且即使这条路径的Cost要比从R4走更大（例如将R3连接R 2的接口Cost调大），R3也始终不会走R4到达1.1.1.0/24，除非R2挂掉，或者R2-R3丢失邻接关系。这个现象在思科、华为的真机上验证过了，两者均是如此实现。
（3）ABR不会将描述一个Area内部的路由信息的Type-3 LSA再注入回该区域中。
实际上，OSPF区域间路由的传递行为，很有点距离矢量路由协议的味道。以下图为例，在Area1中，R1及R2都会泛洪Type-1 LSA、Type-2 LSA，两台路由器都能够根据这些LSA计算区域内路由，而R2作为ABR还担负着另一个责任，就是向Area0通告区域间的路由，实际上它是向Area0中注入用于描述Area1内路由的Type-3 LSA，而这些Type-3 LSA是不会发回Area1的——是的，类似水平分割行为对吧？接下来R3利用这些Type-3 LSA计算出了区域间的路由，并且为Area2注入新的Type-3 LSA用于描述区域间的路由，而这些Type-3 LSA同样的不会被注入回Area0。
R2在向Area0通告Type-3 LSA，为每条区域间路由携带上Cost值，这个值就是它自己到达各个目标网段的Cost，而R3收到这些Type-3 LSA并计算路由时，路由的Cost就是在R2所通告的Cost值的基础上，加上R3自己到R2的Cost值，然后，R3向R4通告这些区域间的路由时也携带者自己到达目标网段的Cost，而R4到达目标网段的Cost则是在R3的通告值基础上累加自己到R3的Cost——典型的距离矢量行为。
Type-4 LSA实际上与Type-3 LSA都是Summary LSA，只不过一个是Network Summary LSA——用于描述网段路由，另一个则是ASBR Summary LSA——用于描述ASBR，他们使用的防环机制是一致的。
OSPF域外防环
利用type-4 LSA防环
当一台OSPF路由器将外部路由引入OSPF域后，它就成为了一台ASBR，被引入的外部路由以Type-5 LSA在整个OSPF域内泛洪。一台路由器使用Type-5 LSA计算出路由的前提是两个，其一是要收到Type-5 LSA，其二是要知道产生这个Type-5 LSA的ASBR在哪里。与ASBR接入同一个区域的路由器能够根据该区域内泛洪的Type-1 LSA及Type-2 LSA计算出到达该ASBR的最短路径，从而计算出外部路由。而其他区域的路由器就没有这么幸运了，因为ASBR产生的Type-1 LSA只能在其所在的区域内泛洪，所以才需要Type-4 LSA。因此其他区域的路由器在获取Type-4 LSA后便能计算出到达ASBR的最短路径，进而利用该ASBR产生的Type-5 LSA计算出外部路由。Type-5 LSA将会被泛洪到整个OSPF域，表面上看，它本身并不具有什么防环的能力，但是实际上，它并不需要，因为它可以依赖Type-1 LSA及Type-4 LSA来实现防环。
基于以上长篇理论总结：
过程：基于本地LSDB(1/2类LSA)生成有向图，然后基于有向图来进行最短路径树生成，关注本地LINK-ID的LSA，开始基于该LSA内提及到点到点或传输网络信息再查看link-id递归到下一条信息；基于所有点到点和传输网络信息生成最短路径树主干；然后用树中每台设备的末梢网络信息补充路由表，完成收敛；
