Router LSA详解

前面我们又复习了一遍OSPF概述，在OSPF建立关系后有几种交互报文，通过LSU类型报文包含LSA信息实现路由信息传递，常见了1、2、3、4、5、7类LSA，分别对应不同功能使用。这里先看下1类LSA-Router LSA。

## 一、LSA概述
LSA，全称为Link State Advertisement，即链路状态通告，是OSPF（Open Shortest Path First）路由协议中的一个关键组成部分。

LSA记录了OSPF路由器所了解到的网络拓扑信息，包括连接的网络设备、路由器之间的连接信息、链路状态、度量值等。在OSPF协议中，网络被划分成了不同的区域，每个区域内部的路由器会收集各自所连接的网络的信息，并将这些信息记录在LSA中。当一个OSPF路由器收到其他路由器发送的LSA时，会通过比较这些LSA来计算最短路径，从而确定数据包的传输路径。

LSA类似于一条数据记录或者说原材料，然后路由器将这些LSA存放在LSDB数据库里面，正常情况下区域内的LSDB保持一致，然后路由器根据这些LSA通过SPF算法计算到达各个目的网络的路径，这样子保证区域内无环路。

![LSDB](/media/202403/2024-03-18_153358_4585560.5908934067628211.png)

LSA是OSPF进行路由计算的关键依据。OSPF的LSU报文可以携带多种不同类型的LSA。各种类型的LSA拥有相同的报文头部。

![LSA](/media/202403/2024-03-18_153412_2110190.40732021196694246.png)

相关字段说明：
1. LS Age（链路状态老化时间）：此字段表示LSA已经生存的时间，单位是秒。
2. Options（可选项）：每一个bit都对应了OSPF所支持的某种特性。
3. LS Type（链路状态类型）：指示本LSA的类型。
4. Link State ID（链路状态ID）：不同的LSA，对该字段的定义不同。 
5. Advertising Router（通告路由器）：产生该LSA的路由器的Router ID。
6. LS Sequence Number（链路状态序列号）：当LSA每次有新的实例产生时，序列号就会增加。LS Checksum（校验和）：用于保证数据的完整性和准确性。判断新旧，越大越新。
7. Length：是一个包含LSA头部在内的LSA的总长度值。

**链路状态类型、链路状态ID、通告路由器三元组唯一地标识了一个LSA。**

**链路状态老化时间 、链路状态序列号 、校验和用于判断LSA的新旧。**

## 二、Router LSA(1类LSA)详解

### 2.1 报文结构
Router LSA（1类LSA）：每台OSPF路由器都会产生。它描述了该路由器直连接口的信息。Router LSA只能在所属的区域内泛洪。

![1类LSA](/media/202403/2024-03-18_153429_6039900.246647672390936.png)

- Router LSA使用Link来承载路由器直连接口的信息。
- 每条Link均包含“链路类型”、“链路ID”、“链路数据”以及“度量值”这几个关键信息。
- 路由器可能会采用一个或者多个Link来描述某个接口。

![Link描述](/media/202403/2024-03-18_153444_1552660.631218629182268.png)

| **Link** **Type**                                            | **Link ID**                              | **Link Data**                        |
| ------------------------------------------------------------ | ---------------------------------------- | ------------------------------------ |
| Point-to-Point（P2P）：描述一个从本路由器到邻居路由器之间的点到点链路，属于**拓扑信息** | 邻居路由器的Router ID                    | 宣告该Router LSA的路由器接口的IP地址 |
| TransNet：描述一个从本路由器到一个Transit网段（例如MA或者NBMA网段）的连接，属于**拓扑信息** | DR的接口IP地址                           | 宣告该Router LSA的路由器接口的IP地址 |
| StubNet：描述一个从本路由器到一个Stub网段（例如Loopback接口）的连接，属于网段信息 | 宣告该Router LSA的路由器接口的网络IP地址 | 该Stub网络的网络掩码                 |

报文抓包：

![报文示例](/media/202403/2024-03-18_153503_3411180.32382314491080944.png)

![区域内LSDB同步](/media/202403/2024-03-18_153522_6779740.21955303127526937.png)

### 2.2 LSA描述的链路类型
关系说明：OSPF LSU报文-->LSA(1、2、3、5、7)-->一条LSA可以多条链路的描述-->描述的类型有(P2P、TransNet、StubNet)

**Router LSA描述P2P网络：**

![P2P类型](/media/202403/2024-03-18_153551_8570450.4461588481212774.png)

如图所示：这是一条Router LSA，LS id 为10.0.1.1，发布者是10.0.1.1;里面包含两条link描述，第一条的Link Type类型为P2P，因此这里的Link ID是对端的路由器ID，data就是自身的接口IP；第二个link类似为stubnet，描述一个从本路由器到一个Stub网段（例如Loopback接口）的连接，属于网段信息，因此这里link id 是接口的网段，data是掩码，说明这个接口的所属网段为10.0.13.0/24。

**Router LSA描述TransNet：**

![TransNet](/media/202403/2024-03-18_153625_2109680.3435343309279605.png)

描述一个从本路由器到一个Transit网段（例如MA或者NBMA网段）的连接，属于拓扑信息。这里link id 表示DR地址，data表示DR发送接口的IP地址。

正常情况下OSPF描述网络需要拓扑信息和网段信息，能够知道对端是什么地址？DR是谁？连接网段和掩码是多少？

### 2.3 LSA的产生形成
OSPF是有自己产生LSA进行通告和学习其它邻居发布的LSA组成LSDB，然后进行计算最优路径的。

以下图为例：

![图例](/media/202403/2024-03-18_153645_4964370.08177836990116183.png)

```ssh
# 检查OSPF状态
[AR1]dis ospf peer brief

OSPF Process 1 with Router ID 10.0.0.1
		  Peer Statistic Information
 ----------------------------------------------------------------------------
 Area Id          Interface                        Neighbor id      State    
 0.0.0.0          GigabitEthernet0/0/0             10.0.0.2         Full        
 ----------------------------------------------------------------------------
[AR1]dis ospf peer

OSPF Process 1 with Router ID 10.0.0.1
		 Neighbors

Area 0.0.0.0 interface 10.0.0.1(GigabitEthernet0/0/0)'s neighbors
 Router ID: 10.0.0.2         Address: 10.0.0.2        
   State: Full  Mode:Nbr is  Master  Priority: 1
   DR: 10.0.0.1  BDR: 10.0.0.2  MTU: 0    
   Dead timer due in 40  sec 
   Retrans timer interval: 5 
   Neighbor is up for 05:15:57     
   Authentication Sequence: [ 0 ]

# AR2
[AR2]DIS OSPF PEER brief

OSPF Process 1 with Router ID 10.0.0.2
		  Peer Statistic Information
 ----------------------------------------------------------------------------
 Area Id          Interface                        Neighbor id      State    
 0.0.0.0          GigabitEthernet0/0/0             10.0.0.1         Full        
 ----------------------------------------------------------------------------
[AR2]DIS OSPF PEER

OSPF Process 1 with Router ID 10.0.0.2
		 Neighbors

Area 0.0.0.0 interface 10.0.0.2(GigabitEthernet0/0/0)'s neighbors
 Router ID: 10.0.0.1         Address: 10.0.0.1        
   State: Full  Mode:Nbr is  Slave  Priority: 1
   DR: 10.0.0.1  BDR: 10.0.0.2  MTU: 0    
   Dead timer due in 35  sec 
   Retrans timer interval: 5 
   Neighbor is up for 05:17:18     
   Authentication Sequence: [ 0 ]

# 从上面知道邻居已经建立，DR是10.0.0.1，BDR是10.0.0.2
```

AR1的LSA信息：
```ssh
# 查看LSDB数据库
[AR1]dis ospf lsdb

OSPF Process 1 with Router ID 10.0.0.1
		 Link State Database

Area: 0.0.0.0
 Type      LinkState ID    AdvRouter          Age  Len   Sequence   Metric
 Router    10.0.0.2        10.0.0.2          1281  48    8000000E       1
 Router    10.0.0.1        10.0.0.1          1278  48    80000010       1
 Network   10.0.0.1        10.0.0.1          1278  32    8000000C       0

# 先看一类LSA，能够发现有两条一类LSA，然后通告者分别是10.0.0.1和10.0.0.2。
```

![Router LSA信息](/media/202403/2024-03-18_153703_0493550.5511578199464892.png)

AR2的LSA信息：
```ssh
[AR2]dis ospf lsdb router

OSPF Process 1 with Router ID 10.0.0.2
		         Area: 0.0.0.0
		 Link State Database

Type      : Router
  Ls id     : 10.0.0.2
  Adv rtr   : 10.0.0.2  
  Ls age    : 1698 
  Len       : 48 
  Options   :  E  
  seq#      : 8000000e 
  chksum    : 0x2920
  Link count: 2
   * Link ID: 10.0.0.1     
     Data   : 10.0.0.2     
     Link Type: TransNet     
     Metric : 1
   * Link ID: 172.16.0.1   
     Data   : 255.255.255.255 
     Link Type: StubNet      
     Metric : 0 
     Priority : Medium

Type      : Router
  Ls id     : 10.0.0.1
  Adv rtr   : 10.0.0.1  
  Ls age    : 1697 
  Len       : 48 
  Options   :  E  
  seq#      : 80000010 
  chksum    : 0xa5f6
  Link count: 2
   * Link ID: 10.0.0.1     
     Data   : 10.0.0.1     
     Link Type: TransNet     
     Metric : 1
   * Link ID: 192.168.1.1  
     Data   : 255.255.255.255 
     Link Type: StubNet      
     Metric : 0 
     Priority : Medium
```

从上面信息我们能够知道有AR1和AR2两个路由器，AR1是DR，连接了一个192.168.1.0网段，AR2与AR1相连，角色是BDR，连接了一个172.16.0.0网段，简单说就是transnet和p2p描述了网络拓扑，然后stubnet描述连接的网段信息构成整个完整网络。当然这里我们只学习了Router LSA,只能在区域内Area0内通告泛洪。

总结：OSPF邻接关系完成后通过LSU请求报文和学习路由信息，每个路由器会通告自己的拓扑信息和网段信息保存在区域内的LSDB，一般区域内的LSDB数据库是一致的，然后路由器根据这个LSDB进行路由计算保证区域内无环路，Router LSA头部相同，可以携带多条link链路信息，只能在区域内进行泛洪通告。