Day 09 整理到：

Hello
  ↓
Neighbor
  ↓
Adjacency
  ↓
交換資訊
  ↓
算出 Route

但其實我只是把「交換資訊」四個字寫下來而已。

真正的問題還沒回答：

OSPF Router 到底交換了什麼？

假設網路長這樣：

192.168.10.0/24
       |
      R1
       |
      R2
     /  \
    R3   R4
    |     |
 網路 A  網路 B

R1 直接連到的只有 R2。

它沒有直接接觸 R3，也沒有直接接觸 R4。

那 R1 最後為什麼會知道：

R3 後面有哪些網路？
R4 後面有哪些網路？
到那些網路要走哪一條路？

這篇就繼續沿著 Day 09 的問題往下拆。

Neighbor 只是第一步

兩台 Router 透過 Hello 發現彼此，建立 Neighbor Relationship，符合條件後再建立 Adjacency。

所以：

R1 -------- R2

R1 至少知道：

我旁邊有一台 R2。

可是只知道「隔壁是誰」還不夠。

真正做 Routing 時，Router 還需要知道：

整個網路大概長什麼樣子？

例如 R2 可能知道：

我連著 R1
我也連著 R3
我還連著 R4

如果這些資訊只留在 R2 自己身上，R1 還是看不到更遠的網路。

所以 OSPF 還需要把 Link-State 資訊交換出去。

這就碰到今天第一個縮寫：

LSA

LSA：Router 發出去的「網路狀態公告」

LSA 全名是：

Link-State Advertisement

第一次看到 Advertisement，我會很自然想到廣告。

但放在 OSPF 裡，我現在會把它想成：

Router 發布出去的一份「Link-State 公告」。

例如概念上，R2 可以描述：

我是 R2

我有哪些 Link
我跟哪些 Router / Network 相連
這些 Link 的 Cost 是多少

這些描述網路狀態的資訊，就是 OSPF 建立拓撲時的重要材料。

所以 Link-State 裡面的 State，不是在講 Router 心情好不好，而是在描述：

我的連線現在是什麼狀態？
我連到哪裡？
這條路的 Cost 是多少？

LSA 不是 Routing Table

這裡是我覺得很容易混掉的地方。

如果只知道「Dynamic Routing 會交換資訊」，很容易腦補成：

R2 把自己的 Routing Table 傳給 R1

但 OSPF 不是這樣運作。

比較接近：

R1：
這是我看到的 Link-State。

R2：
這是我看到的 Link-State。

R3：
這是我看到的 Link-State。

大家把拓撲相關資訊交換出去。

然後每一台 Router 再根據這些資料，自己建立對網路的理解、自己計算最佳路徑。

所以：

LSA ≠ Routing Table

我會先把它們分成：

LSA
↓
建立地圖的原始資料

Routing Table
↓
算完之後真正拿來轉送封包的結果

Flooding：資訊不能只停在隔壁

假設網路是：

R1 ---- R2 ---- R3 ---- R4

R4 後面新增一個網路：

10.4.0.0/24

如果 R4 只把資訊告訴 R3：

R4 → R3

那 R1、R2 還是不知道。

所以 Link-State 資訊還需要繼續被傳遞。

概念上像：

R4
 ↓
R3
 ↓
R2
 ↓
R1

這種把 Link-State 資訊散布出去的機制，會看到一個詞：

Flooding

前面學 Switch 時也碰過 Flooding，但不要把兩件事混成同一個機制。

Switch 的 Flooding 比較像：

不知道 Destination MAC 在哪
→ 往其他 Port 送 Frame

OSPF 這裡的 Flooding 則是在：

散布 Link-State 資訊
→ 讓其他 OSPF Router 得到拓撲資訊

只是兩邊剛好都用了 Flooding 這個字。

收到很多 LSA 之後放哪裡？

假設 Router 陸續拿到：

R1 的 Link-State 資訊
R2 的 Link-State 資訊
R3 的 Link-State 資訊
R4 的 Link-State 資訊

總不能全部散在腦袋裡。

OSPF 會把這些 Link-State 資訊整理成一個資料庫：

LSDB

全名：

Link-State Database

這個名字其實比 LSA 好懂很多。

可以先把它想成：

LSDB

├── R1 的 Link-State 資訊
├── R2 的 Link-State 資訊
├── R3 的 Link-State 資訊
└── R4 的 Link-State 資訊

當同一個 OSPF Area 裡的拓撲資訊同步之後，Router 就能根據這些資料建立出對該 Area 的拓撲理解。

例如：

        R3
       /
R1 -- R2
       \
        R4

所以我現在會把 LSDB 想成：

OSPF 用來保存拓撲資訊的地圖資料庫。

有地圖了，還是不知道哪條路最好

現在假設 R1 的 LSDB 裡已經有拓撲：

        R2
       /  \
     R3    R4
       \  /
        R5

R1 想到 R5。

可能有兩條路：

R1 → R2 → R3 → R5

也可能：

R1 → R2 → R4 → R5

有地圖，只代表知道：

有哪些路可以走。

還沒有回答：

哪一條最好？

這就接回 Day 08 的 Cost。

假設其中一條總 Cost：

10 + 10 + 10 = 30

另一條：

10 + 20 + 10 = 40

OSPF 要從這些拓撲資訊裡計算最短、也就是總 Cost 較低的路徑。

這時就輪到下一個縮寫：

SPF

SPF：拿 LSDB 來算最佳路徑

SPF 全名：

Shortest Path First

OSPF 會使用 SPF Algorithm，也常會看到：

Dijkstra Algorithm

目前我不打算把它變成演算法課。

先抓用途就好：

Router 拿 LSDB 裡的拓撲資訊，以自己為起點，計算到各個目的網路的最佳路徑。

例如拓撲是：

       R3
      /
R1 -- R2
      \
       R4

站在 R1 的角度，會以 R1 為起點計算：

到 R2 怎麼走？
到 R3 怎麼走？
到 R4 怎麼走？

如果換成 R3：

起點就變成 R3

所以大家雖然可以擁有一致的拓撲資訊，但每台 Router 都是站在「自己」的位置算路。

這點我覺得很重要。

同一張地圖，不同出發點，最佳路徑當然也不一定一樣。

終於可以把整條流程串起來

到這裡，Day 08、Day 09、Day 10 的東西終於能連起來：

Hello
  ↓
Neighbor
  ↓
Adjacency
  ↓
交換 Link-State 資訊
  ↓
LSA
  ↓
Flooding
  ↓
LSDB
  ↓
SPF
  ↓
算出最佳路徑
  ↓
Routing Table
  ↓
Forwarding

這張圖對我來說，比單獨背：

LSA
LSDB
SPF

有用很多。

因為至少知道每一個東西為什麼會出現在下一步。

LSA、LSDB、SPF、Routing Table 不要混在一起

我現在會先這樣分：

LSA

Link-State Advertisement

Router 對外交換的 Link-State 資訊。

可以想成：

建立地圖的原始材料。

LSDB

Link-State Database

收集、保存拓撲資訊的資料庫。

可以想成：

地圖本身。

SPF

Shortest Path First

利用拓撲和 Cost 計算最佳路徑。

可以想成：

拿地圖來算路。

Routing Table

最後選出的 Route 會進到 Router 的 Routing Table，供實際轉送封包時查詢。

可以想成：

算完之後留下來的可用路線。

所以整體就是：

LSA
 ↓
LSDB
 ↓
SPF
 ↓
Routing Table

網路突然斷掉時會發生什麼？

假設原本：

R1 ---- R2 ---- R3
        |
        R4

某一刻：

R2  X  R3

R2 到 R3 的 Link 發生變化。

那原本的拓撲資訊就不再正確。

OSPF 不能繼續拿舊地圖算路。

概念上就要重新走一段：

Topology Change
      ↓
新的 Link-State 資訊
      ↓
LSA 被散布
      ↓
更新 LSDB
      ↓
重新執行 SPF
      ↓
重新計算 Route
      ↓
更新 Routing Table

這時候再回頭看前面學過的：

Convergence

就比較有畫面了。

所謂 Dynamic Routing 會「自己更新」，背後其實不是一句魔法。

而是一連串：

發現變化 → 散布資訊 → 更新拓撲 → 重算路徑。

可以用哪些 Cisco 指令看？

今天有三個指令可以把不同階段對起來。

看 Neighbor

show ip ospf neighbor

回答：

我跟哪些 OSPF Router 建立了 Neighbor / Adjacency？

看 LSDB

show ip ospf database

回答：

OSPF 現在掌握了哪些 Link-State 資訊？

看 OSPF 學到的 Route

show ip route ospf

回答：

經過 OSPF 計算後，最後有哪些 Route 被放進 Routing Table？

這三個指令放在一起看，層次就很明顯：

show ip ospf neighbor
        ↓
鄰居關係

show ip ospf database
        ↓
拓撲資訊

show ip route ospf
        ↓
最後的路由結果

Static Route 和 OSPF 的差異也更清楚了

Static Route 比較像：

管理員：
去 10.10.0.0/16
就走 192.168.1.2

Router 不需要知道整個網路長怎樣。

照設定走就好。

OSPF 則比較像：

Router 彼此交換 Link-State 資訊
          ↓
      建立拓撲
          ↓
      自己計算路徑

小型網路裡，Static Route 很直接。

但 Router、Link、備援路徑一多：

R1 -- R2
|    |
|    |
R3 -- R4

如果全部靠人工維護，管理成本就會快速上升。

這也就是為什麼我們前面會從：

Static Routing

一路走到：

Dynamic Routing

如果今天只留一句話：

OSPF Router 透過 LSA 分享 Link-State，整理成 LSDB，再用 SPF 從自己的角度計算最佳路徑。

最核心的流程：

Hello
↓
Neighbor
↓
Adjacency
↓
LSA
↓
LSDB
↓
SPF
↓
Routing Table

Day 08 我只知道：

OSPF 可以根據 Cost 選路

Day 09 補上：

Router 要先用 Hello 找到 Neighbor

Day 10 才真正回答：

Neighbor 建好之後交換什麼？
交換完放哪裡？
最後又怎麼變成 Route？

原來 OSPF 並不是單純：

你把你的路由告訴我。

而比較像：

大家把自己知道的道路狀況拼成一張地圖，再各自從自己的位置算路。

這個畫面建立起來之後，LSA、LSDB、SPF 三個縮寫就不再只是三個要背的名詞。

Day 10 過關標準

LSA 是什麼？

Link-State Advertisement

OSPF 用來描述、交換 Link-State 資訊的重要單位。

LSDB 是什麼？

Link-State Database

Router 收集 Link-State 資訊後，用來保存 OSPF 拓撲資訊的資料庫。

SPF 是什麼？

Shortest Path First

Router 以自己為起點，根據 LSDB 與 Cost 計算最佳路徑。

LSA 跟 Routing Table 一樣嗎？

不一樣。

LSA 是建立拓撲的資訊；Routing Table 是計算、選路之後真正供封包轉送使用的結果。

網路拓撲改變後呢？

OSPF 會散布新的 Link-State 資訊、更新 LSDB，必要時重新跑 SPF，再更新 Route。

今天的一句話

LSA 是情報，LSDB 是地圖，SPF 是算路，Routing Table 是最後留下來可以走的答案。

下一個問題也跟著冒出來：

假設不是一條 Point-to-Point Link，而是一個 Ethernet 網段上同時有很多台 OSPF Router：

R1
 |
Switch -- R2
 |
R3
 |
R4

難道每一台 Router 都要跟每一台 Router 重複交換一堆資訊嗎？

OSPF 還有一套機制專門處理這種情況。

那就是接下來會碰到的：

DR
BDR