本文解释了OSPF 链路状态更新( LSA )数据包，并展示了它们如何包含链路状态通告( LSA )。还分析了 OSPF LSU 和 LSA 数据包结构，并解释了 OSPF LSA 数据包中的每个字段。最后，我们讨论了最常见的LSA 类型、路由器来源类型（ABR、ASBR、DR等）、它们的功能和受影响的区域。
1. OSPF Packet & LSU & LSA
每个单独的链路状态更新( LSU ) 数据包可以包含一个或多个LSA，并且当在 OSPF 路由器之间发送LSU时，它会通过网络泛洪LSA 信息。
如下图示例，OSPF 路由器向OSPF 指定路由器( DR )发送一个LSU ，其中包含有关新网络的LSA 信息：
LSA包含在 LSU 内，而 LSU 都是封装在以太网帧内的OSPF 数据包的一部分（假设是以太网网络）
通过捕获下面的OSPF 以太网帧，我们可以确认 LSU/LSA 数据包结构图。我们使用相同的颜色突出显示每个部分（LSA、LSU、OSPF Header）：
[!CAUTION]
请注意，目标 IP 地址是多播地址 224.0.0.6，这是意料之中的，因为路由器使用此多播地址向指定路由器( DR ) 发送更新。
1.1 OSPF数据包结构图：
1.2 OSPF的五种报文
OSPF数据包拥有共五种报文类型，主要根据OSPF Header的Message Type进行区分，以下就按照不同的报文类型，对OSPF的报文字段进行分析。
OSPF基本Header
- version: OSPF版本
- Message Type: 共有五种报文
- Packet Length：包括 Header Ospf 总长度
- Source OSPF Router：发送者的 Router-id
- Area ID：发送接口表示所在区域
- Checksum: 整个数据包的校验和
- Auth Type:
- 0：没有认证
- 1：明文认证
- 2：MD5 认证
- Auth Data: 所需要的认证信息
① Hello Packet（Hello报文）
OSPF协议使用Hello报文来建立和维护相邻邻居路由器之间的邻居关系。仅用来向邻居路由器证明自己的存在。
Hello报文被周期性（Hello Interval，默认为10秒）地发向邻居路由器接口发送，如果在设定的死亡时间（Router Dead Interval，默认为40秒，通常至少是Hello包发送时间间隔的4倍）内没有收到对方OSPF路由器发送来的Hello报文，则本地路由器会认为该对方路由器无效。
报文内容包括一些定时器设置、DR、BDR以及本路由器已知的邻居路由器。整个Hello报文格式如下表所示。
| 字段 | 长度 | 功能 |
|---|---|---|
| Network Mask | 4字节 | 发送Hello报文接口所在的子网掩码。 |
| HelloInterval | 2字节 | 指定发送Hello报文的时间间隔，默认为10秒。 |
| Options | 1字节 | 可选项，包括：E：允许泛洪AS-external-LAS；MC：允许转发IP组播报文；N/P：允许处理Type 7 LSA;DC：允许处理按需链路。 |
| Router Priority | 1字节 | 指定DR优先级，默认为1。数值越大越优先。如果设为0，则表示本路由器不参与DR/BDR选举。 |
| Router Dead Interval | 4字节 | 指定路由器失效时间，默认为40秒。如果在此时间内没有收到邻居路由器发来的Hello报文，则认为该邻居路由器已失效。 |
| Designated Router | 4字节 | 指定DR的接口IP地址 |
| Backup Designated Router | 4字节 | 指定BDR的接口IP地址 |
| Active Neighbor | 4字节 | 指定邻居路由器的RID。可以指定多个邻居路由器RID |
② Data Description（数据库描述报文）
DD报文是用来描述本地路由器的链路状态数据库（LSDB），在两个OSPF路由器初始化连接时要交换DD报文，进行LSDB数据库同步。
DD报文内容部分包括：DD报文序列号和LSDB中每一条LSA的头部等。对端路由器根据所收到的DD报文中的LSA头部，判断出自己的LSDB中是否已有这条LSA。
由于数据库的内容可能相当长，所以可能需要多个数据库描述报文来描述整个数据库。所以有三个专门用于标识数据库描述报文序列的比特位，即DD报文格式中的I、M和M/S这三位。接收方对报文的重新排序使其能够真实地复制数据库描述报文。
DD交换过程按询问/应答方式进行，在DD报文交换中，一台为Master（主）角色，另一台为Slave（从）角色。Master路由器向从路由器发送它的路由表内容，并规定起始序列号，每发送一个DD报文，序列号加1，Slave则使用Master的序列号进行确定应答。但是显然，主从之间的关系会因每个DD交换的不同而不同。网络中的所有路由器会在不同时刻作用，在这个过程中既可能是主路由器又可能是从路由器。
对于的各字段说明如下表所示。
| 字段 | 长度 | 功能 |
|---|---|---|
| Interface MTU | 2字节 | 指出发送DD报文的接口在不分段的情况下，可以发出的最大IP报文长度。 |
| Options | 1字节 | 可选项，包括：E：允许泛洪AS-external-LAS；MC：允许转发IP组播报文；N/P：允许处理Type 7 LSA;DC：允许处理按需链路。 |
| I | 1比特 | 指定在连续发送多个DD报文，如果是第一个DD报文则置1，其它的均置0。 |
| M | 1比特 | 指定在连续发送多个DD报文，如果后续还有报文需传达则置1，如果是最后一个DD报文则置0。 |
| M/S | 1比特 | 设置进行DD报文双方的主从关系，如果本端是Master角色，则置1，否则置0。 |
| DD Sequence Number | 4字节 | 指定所发送的DD报文序列号。主从双方利用序列号来确保DD报文传输的可靠性和完整性。 |
| LSA Header | 4字节 | 指定DD报文中所包括的LSA头部。可以指定多个LSA头部。 |
因为DD报文仅在两台OSPF路由器初始化连接时才进行DD交换，所以它没有发送周期。之后的数据库存同步是通过LSR、LSU和LSAck报文进行同步的。
③ Link State Request（链路状态请求报文）
LSR报文用于请求相邻路由器链路状态数据库中的一部分数据。当两台路由器互相交换完DD报文后，知道对端路由器有哪些LSA是本LSDB所没有的，以及哪些LSA是已经失效的，则需要发送一个LSR报文，向对方请求所需的LSA。
LSR报文内容包括所需的LSA摘要，主要包含三个字段：Link State Type，Link State ID，Advertising Router；具体格式如下图所示：
LSR报文内容部分各字段说明如下表所示：
| 字段 | 长度 | 功能 |
|---|---|---|
| LS type | 4字节 | OSPF指定所请求的LSA类型，总共11类，其中主要常用的共7类，其余均为特殊场景下应用，以下仅列出常见的LSA类型：第一类：Router-LSA（路由器LSA）；第二类：Network-LSA（网络LSA）；第三类：Network-Summary-LSA（网络汇总LSA）；第四类：ASBR-Summary-LSA（ASBR汇总LSA）；第五类：AS-External-LSA（自治系统外部LSA）；第七类：NSSA-External-LSA（NSSA外部LSA）。 |
| Link State ID | 4字节 | 用于指定ospf所描述的部分区域，该字段的使用方法根据不同的LSA类型而不同：当为一类LSA时，该字段值是产生LSA 1的路由器的Router-ID；当为二类LSA时，该字段值是DR的接口地址；当为三类LSA时，该字段值是目的网络的网络地址；当为四类LSA时，该字段值是ASBR的Router-ID；当为五类LSA时，该字段值是目的网络的网络地址。 |
| Advertising Router | 4字节 | 指定产生此所要请求的LSA的路由器ID |
④ Link State Update（链路状态更新报文）
LSU报文是回应LSR报文的请求，用来向对端路由器发送所需的LSA，内容是多条LSA完整内容的集合。
LSU报文内容部分包括此次共发送的LSA数量（Number of LSAs字段）和每条LSA（LSAs字段）的完整内容，如下图所示。
LSU报文在支持组播和多路访问的链路上是以组播方式将LSA泛洪出去的，并且对没有收到对方确认应答（就是下面将要介绍的LSAck报文）的LSA进行重传，但重传时的LSA是直接送到没有收到确认应答的邻居路由器上，而不再是泛洪。报文内容部分字段如下表所示。
| 字段 | 长度 | 功能 |
|---|---|---|
| Number of LSA | 4字节 | 指定此报文中共发送的LSA数量。 |
| LSAs | 4字节 | 是一条条具体的LSA完整信息，后面的省略号表示可多条LSA。 |
⑤ Link State Acknowledge（链路状态确认报文）
LSAck报文是路由器在收到对端发来的LSU报文后所发出的确认应答报文，内容是需要确认的LSA头部（LSA Headers）。
LSAck报文根据不同链路以单播或组播形式发送。整个LSAck报文的格式如下图所示。
Q：在OSPF路由协议中，组播地址224.0.0.5和224.0.0.6分别代表什么，在什么情况下使用？
组播地址224.0.0.5代表所有运行OSPF的路由器，DR，BDR向DRother发送DD，LS Request，LS Update报文时，其发送的目的地址是224.0.0.5。可以理解为：DRother侦听224.0.0.5。
组播地址224.0.0.6代表所有角色为DR的路由器，DRother向DR，BDR发送DD，LS Request，LS Update报文时，其发送的目的地址是224.0.0.6。可以理解为：DR侦听224.0.0.6。
2. 链路状态通告 (LSA) 数据包结构
每个LSA数据包由一个报头和一个正文组成，其中包含在 OSPF 网络内交换网络信息所需的所有信息。下图显示了 OSPF LSA 数据包的结构：
20 字节的 LSA header部分包含以下字段：
- LS Age ：LSA 从创建到现在经过的秒数（单位为秒），表示第一个LSA id 何时创建，何时会被提升。
- Options：指示 OSPF 功能，如表。
- LS Type：定义 LSA 类型，例如在哪里使用哪个 LSA。
- Link State ID：标识 OSPF 路由器之间的网络链路；大多数情况下，我们了解 OSPF 进程使用的 IP 标识。
- Advertising Router：显示原始路由器的ID，通过它可以识别OSPF的哪个进程在哪个路由器上运行。
- LS Sequence Number：一个唯一的数字，用于过滤每个 LSA 包中过时和冗余的 LS。
- LS Checksum：提供给 LS 用于比较和错误检测的特定数字。
- Length：表示 LSA 数据包的长度，这意味着该 LSA 的实际大小就是正在生成的 LSA。
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