ospf协议为什么先进行bdr选举，然后才是dr?

在OSPF（开放最短路径优先）协议中，选举了DR（指定路由器）和BDR（备份指定路由器）之后，网络中的其他路由器（称作DR Other）才会开始进行邻居关系的建立过程。你可能会觉得奇怪，为什么不是先选DR，然后才有BDR参与进来？其实，OSPF这种选举顺序是有其深刻原因的，这背后是OSPF在设计时对效率、稳定性和资源利用率的权衡与考量。

首先，我们得明白DR/BDR的必要性。

在广播型网络（如以太网）中，如果每个路由器都与其他所有路由器建立完整的邻接关系（FULL adjacency），那将带来巨大的开销。想象一下，在一个拥有100台路由器的广播网段，如果每台都和其他99台通信，那将产生9900个邻接关系！这不仅会消耗大量的CPU资源来处理邻接关系的建立和维护，还会产生大量的链路状态信息（LSA）的交换，导致网络拥塞和不必要的流量。

为了解决这个问题，OSPF引入了DR和BDR的概念。在一个广播网段中：

DR (Designated Router)： 负责收集所有邻居发来的LSA，并将其汇总后通过多播地址224.0.0.5发送给所有其他路由器。它充当了该网段的“信息集散中心”。
BDR (Backup Designated Router)： 作为DR的备份，当DR失效时，BDR会立即接替DR的角色，继续收集和分发LSA。
DR Other： 除了DR和BDR之外的其他路由器。它们只与DR和BDR建立邻接关系，而不是彼此之间建立。

这样的设计大大减少了邻接关系的数量。在一个拥有N台路由器的广播网段中，一旦DR和BDR被选出，其他N2台路由器只需要与DR和BDR建立邻接关系。总的邻接关系数量变成了（N2）2 + 2 = 2N2，这远小于N(N1)的完全邻接。

那么，为什么先有BDR选举，再有DR？这看似有点“先有鸡还是先有蛋”的疑问，但其逻辑在于“稳定压倒一切”。

OSPF的邻居关系建立过程是基于“状态机”的。从陌生状态（Down）开始，经过Init（收到Hello包）、2way（收到邻居的Hello包并发现对方的DR/BDR信息，如果自己也是DR/BDR的候选者，或者自己是非DR/BDR路由器），然后通过交换DD（Database Description）包、LSR（Link State Request）包、LSU（Link State Update）包、LSACK（Link State Acknowledgment）包等一系列过程，最终达到FULL状态。

核心逻辑在于DR/BDR的作用是聚合信息交换，而这个聚合行为需要一个稳定的“中心点”和一个“备份中心点”。

1. 选举过程的触发与优先级：
所有运行OSPF的路由器在进入一个广播网段时，都会发送Hello报文。Hello报文中会包含该路由器的Router Priority和MTU（最大传输单元）等信息。
如果一个网段中有任何一台路由器被配置为DR/BDR（通过设置Router Priority，非零值表示可以被选举为DR/BDR，0值表示不能），那么选举过程就会被启动。优先级越高的路由器越有可能成为DR。如果优先级相同，则使用Router ID（一个唯一标识路由器的32位数字）来决定。Router ID大的优先。
关键点来了： 在同一个Hello报文中，路由器会携带它当前看到的DR和BDR的信息（如果它已经与任何路由器建立了关系）。

2. 为什么先看BDR？
当一个路由器进入一个广播网段时，它会开始监听Hello报文。
如果它收到了其他路由器的Hello报文，并且这些报文中包含了一个潜在的DR和BDR信息，它就会将这个信息记录下来。
关键在于： 任何一个路由器在发送Hello报文时，都会附带自己当前所知道的DR和BDR信息。如果它发现自己是网段中优先级最高的，并且没有其他DR/BDR，它就会主动声明自己是DR，并指定一个BDR（通常是下一个最高优先级的路由器，如果存在）。
OSPF的选举机制是这样的：
路由器将自己的优先级与收到的Hello报文中的DR/BDR信息进行比较。
如果某个路由器发现自己优先级最高（或者在优先级相同的情况下Router ID最高），并且该网段还没有DR和BDR被确定，它会主动尝试成为DR。它也会尝试指定一个BDR（通常是下一个优先级最高的路由器）。
反过来说，如果一个路由器收到了一个Hello报文，其中包含了一个更优的DR/BDR候选者信息，它就会放弃成为DR的尝试，并倾向于接受对方的DR/BDR信息。

3. 协同完成的选举：
整个DR/BDR选举过程不是一个独立的、顺序执行的步骤，而是通过路由器之间不断交换Hello报文，并在其中携带自己看到的DR/BDR状态，最终达成共识的过程。
在交换Hello报文的过程中，路由器会不断更新它们对DR和BDR的认知。
由于优先级和Router ID是决定因素，那些具有最高优先级和Router ID的路由器最先被其他路由器“识别”为潜在的DR和BDR。
而为了保证选举的“最终有效性”和“无歧义性”，OSPF的设计逻辑是：任何一个路由器在发送Hello报文时，都必须告知其他路由器它认为的DR和BDR是谁。
这种“先告知BDR再确认DR”的逻辑，其实更像是一种“状态同步”和“竞争”的综合体现。 路由器在 Hello 包里携带的是它当前知道的 DR 和 BDR。
当一个路由器启动，发送 Hello 时，它看到的状态是“无 DR/BDR”。
它会根据自己的优先级和Router ID，先把自己定位为潜在的 BDR (如果优先级高，并且还没有 DR)。
一旦有路由器发现自己优先级最高，它会尝试成为 DR，并 指定 一个 BDR (通常是下一个优先级高的)。
所有的路由器都在发送 Hello，并更新它们对 DR/BDR 的看法。
那个优先级最高、Router ID最大的路由器，最先收到所有其他路由器的“认可”（通过其他路由器 Hello 包里的 DR/BDR 信息）。
这种先有BDR（或“潜在BDR”）的声明，最终被最高优先级的路由器覆盖（成为DR）的逻辑，本质上是为了确保选举过程中，总有一个“最佳”的候选者被识别出来，并且有一个“次优”的候选者作为备份。

举个例子：
路由器A (Pri=100, RID=1.1.1.1)
路由器B (Pri=100, RID=2.2.2.2)
路由器C (Pri=50, RID=3.3.3.3)

路由器A和B刚进入网段，都发送Hello，此时它们看到的DR/BDR都是0.0.0.0。
路由器A根据自己的优先级和Router ID，倾向于自己成为DR，并指定路由器B为BDR。
路由器B也根据自己的优先级和Router ID，倾向于自己成为DR，并指定路由器A为BDR。
路由器C收到A的Hello，发现A可能是DR候选。收到B的Hello，发现B也可能是DR候选。
关键是：一旦某台路由器（例如A）发现自己优先级和Router ID是最高的，它就会主动占据DR位置。在它发送的Hello包中，会明确声明自己是DR。
而路由器B（假设它优先级和A一样，但Router ID小）在收到A成为DR的声明时，并且它自己优先级也不是最高的，就会接受A为DR，并将自己放在一个潜在的BDR位置。如果之前它自己也尝试成为DR，它就会放弃。
最终，路由器A成为DR，路由器B（下一个最高优先级和Router ID的）成为BDR。
这种过程，可以理解为：所有路由器都在宣告“我认为谁是DR/BDR”，而优先级和Router ID高的路由器更有说服力，最终成为DR。而优先级次之的，就成了BDR。

4. 保障信息交换的连续性：
OSPF设计成先选举BDR，然后是DR，是为了确保在DR一旦发生故障时，能够快速、无缝地切换到BDR。
如果先选了DR，然后DR又去选BDR，这个过程可能会增加不确定性。
而先明确“谁是BDR”，意味着这个备份角色已经有了一个预设人选。当DR失效时，这个预设的BDR就可以直接接管。
当然，实际选举过程是多方参与的，但核心逻辑是确保最合适的成为DR，次之成为BDR。而这种“最合适”和“次优”的评判标准（优先级和Router ID），使得选举过程能够高效、确定地进行。
从另一个角度看，当一个路由器进入网络时，它会尝试成为DR。在选举过程中，它也需要知道是否有其他路由器比它更优。因此，它会发送Hello报文，并接收其他Hello报文。在这些Hello报文中，会携带DR和BDR的信息。
可以这样理解：路由器在发送Hello时，会将自己认为的DR和BDR信息打包进去。那么，谁先发出谁认为的BDR信息呢？通常是那些优先级较高，或者Router ID较大的路由器。而当路由器收到这些信息后，它会比较自己与收到的信息，如果发现对方更有优势，它就会“让位”。
最终，最先达到 DR 和 BDR 角色的，就是那些优先级最高、Router ID最大的路由器。而这个过程，通过Hello报文中的字段来“公告”和“确认”。

总结一下：

OSPF先选举BDR，然后是DR，这个说法并不完全准确，应该理解为DR/BDR的选举是一个并行且基于优先级和Router ID的协商过程。

所有路由器都会发送Hello报文，并尝试根据优先级和Router ID确定自己是否能成为DR/BDR。
在交换Hello报文的过程中，路由器会将自己当前认知到的DR和BDR信息（即它们认为谁是DR/BDR）包含在Hello报文中发送出去。
那些优先级最高且Router ID最大的路由器，最先被其他路由器“识别”为DR候选。
而下一个优先级最高且Router ID最大的路由器，则被“识别”为BDR候选。
这个过程是动态进行的，直到所有路由器就DR和BDR达成一致。
这种设计是为了保证在广播网段中，信息交换的效率和稳定。通过指定一个DR和BDR，可以显著减少邻接关系的数量，降低CPU和带宽的开销。而先有BDR的“预备”和“备份”机制，可以确保在DR失效时，网络能够快速、平稳地切换到备份状态，保证路由信息的连续性。

所以，并不是一个严格意义上的“先选BDR再选DR”的线性流程，而是通过路由器之间不断的信息交换和竞争，最终确定出优先级最高的为DR，次之的为BDR，并且这个过程是为了确保网络稳定运行而设计的。

因为DR和BDR的切换状态机是：当DR失效时，BDR成为DR。

如果先选举DR，再选举BDR，那么当选举BDR的过程中DR失效，那么此时网络中既没有DR也米有BDR，切换将无法进行，状态机也就没办法做了。

所以，先有DBR，后有DR是为了保证状态机能工作。

你说的waittimer应该是指等待DR选举的过程，这个过程不需要多少计算量（比较router-id）。但这个时间我看到的一些代码实现跟你说的不一样，有些代码实现里，等的是hello-interval。总之，等多久其实关系不大，主要是保证DR能选举出来就可以了。