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开放式最短路径优先协议（开放式最短路径优先协议（OSPFOSPF） 本章内容本章内容 OSPFOSPF工作原理工作原理 OSPFOSPF的报文类型的报文类型 OSPFOSPF的邻居状态与数据库同步的邻居状态与数据库同步 OSPFOSPF的区域概念的区域概念 OSPFOSPF网络类型网络类型 OSPFOSPF基本配置基本配置 OSPFOSPF路由器类型路由器类型 LSALSA类型类型 OSPFOSPF路由汇总与配置路由汇总与配置 OSPFOSPF特殊区域类型特殊区域类型 OSPFOSPF虚链路与配置虚链路与配置 课程议题课程议题 链路状态路由协议的特点链路状态路由协议的特点 链路状态路由协议特征链路状态路由协议特征 对网络发生的变化能够快速响应。对网络发生的变化能够快速响应。 当网络发生变化的时候发送触发式更新（当网络发生变化的时候发送触发式更新（triggered updatetriggered update）。）。 发送周期性更新（链路状态刷新），间隔时间为发送周期性更新（链路状态刷新），间隔时间为3030分钟。分钟。 链路状态数据结构链路状态数据结构 邻居表（邻居表（neighbor tableneighbor table）：）： 也叫也叫adjacency databaseadjacency database。存储了邻居路由器的信息，如果一个。存储了邻居路由器的信息，如果一个OSPFOSPF路路 由器和它的邻居路由器失去联系，在几秒中的时间内，它会标记所有到由器和它的邻居路由器失去联系，在几秒中的时间内，它会标记所有到 达那条路由均为无效并且重新计算到达目标网络的路径。达那条路由均为无效并且重新计算到达目标网络的路径。 拓扑表（拓扑表（topology tabletopology table）：）： 一般叫做一般叫做LSDBLSDB，OSPFOSPF路由器通过路由器通过LSALSA学习到其他的路由器和网络状况学习到其他的路由器和网络状况 ,LSA,LSA存储在存储在LSDBLSDB中。中。 路由表（路由表（routing tablerouting table）：）： 也就是我们所说的路由表了，也叫也就是我们所说的路由表了，也叫forwarding databaseforwarding database，包含了到达目，包含了到达目 标网络的最佳路径的信息。标网络的最佳路径的信息。 课程议题课程议题 OSPFOSPF的工作机制概述的工作机制概述 OSPF与RIP OSPF不再采用跳数的概念，而是根据接口的吞吐率、拥塞状况、 往返时间、可靠性等实际链路的负载能力定出路由的代价，同时选 择最短、最优路由并允许保持到达同一目标地址的多条路由，从而 平衡网络负荷； OSPF支持不同服务类型的不同代价，从而实现不同QoS的路由服 务； OSPF路由器不再交换路由表，而是同步各路由器对网络状态的认 识， OSPFOSPF邻居关系邻居关系 路由器和别的路由器交换路由器和别的路由器交换hellohello包包, , 目标地址采用多播地址目标地址采用多播地址 hellohello包交换完毕，邻接关系形成包交换完毕，邻接关系形成 。 接下来通过交换接下来通过交换LSALSA和对接收方和对接收方 的确认进行同步的确认进行同步LSDBLSDB。对于。对于 OSPFOSPF路由器而言，进入完全邻路由器而言，进入完全邻 接状态。接状态。 如果需要的话，路由器转发新的如果需要的话，路由器转发新的 LSALSA给其他的邻居，来保证整个给其他的邻居，来保证整个 区域内区域内LSDBLSDB的完全同步。的完全同步。 OSPFOSPF泛洪机制泛洪机制 OSPFOSPF路由器类型路由器类型 内部路由器内部路由器 区域边界路由器区域边界路由器 骨干路由器骨干路由器 自治系统边界路由器自治系统边界路由器 LSDB LSA：描述本地路由器或网络的数据单元，对路由器来说，它描述 了路由器的接口状态和邻接状态。 LSA类型描述 1类路由器LSA 2类网络LSA 3类和4类汇总LSA 5类AS外部LSA 6类组播OSPF LSA 7类为次未节区域定义的 8类BGP的外部属性LSA 9、10或11类不透明LSA SPFSPF算法算法 SPFSPF算法是算法是OSPFOSPF路由协议的基础。路由协议的基础。SPFSPF算法有时也被称为算法有时也被称为DijkstraDijkstra 算法，这是因为最短路径优先算法算法，这是因为最短路径优先算法SPFSPF是是DijkstraDijkstra发明的。发明的。 课程议题课程议题 OSPFOSPF报文类型报文类型 OSPFOSPF报文报文 OSPFOSPF报文是由多重封装报文是由多重封装 构成的，封装在构成的，封装在IPIP头部内头部内 的是的是5 5种种OSPFOSPF报文类型报文类型 中的一种，每一种报文类中的一种，每一种报文类 型都是由一个型都是由一个OSPFOSPF报文报文 头部开始，这个头部开始，这个OSPFOSPF报报 文头部对于所有的报文类文头部对于所有的报文类 型都是相同的。型都是相同的。 OSPFOSPF报文（续）报文（续） OSPFOSPF有有5 5种分组类型种分组类型 HelloHello 数据库描述（数据库描述（DBDDBD） 链路状态请求（链路状态请求（LSRLSR） LSULSU LSAckLSAck HelloHello报文报文 HelloHello协议用来建立和保持协议用来建立和保持OSPFOSPF邻居关系，采用多播地址邻居关系，采用多播地址 224.0.0.5224.0.0.5。 HelloHello报文（续）报文（续） Hello/Dead intervalsHello/Dead intervals：HelloHello间隔和失效间隔，定义了发送间隔和失效间隔，定义了发送hellohello包包 频率（默认在一个多路访问网络中间隔为频率（默认在一个多路访问网络中间隔为1010秒）；秒）；deaddead间隔是间隔是4 4倍倍 于于hellohello包间隔。邻居路由器之间的这些计时器必须设置成一样，否包间隔。邻居路由器之间的这些计时器必须设置成一样，否 则将不会建立邻接关系。则将不会建立邻接关系。 数据库描述报文数据库描述报文 此报文类型用于描述，而非实际地传送链路状态数据库内容。此报文类型用于描述，而非实际地传送链路状态数据库内容。 DBDDBD交换过程按询问交换过程按询问/ /应答方式进行。应答方式进行。 链路状态请求报文链路状态请求报文 报文用于请求相邻路由器链路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。状态数据库中的一部分数据。 链路状态更新报文链路状态更新报文 链路状态更新报文用于把链路状态更新报文用于把LSALSA发送给它的相邻节点。这些更新报文发送给它的相邻节点。这些更新报文 是用于对是用于对LSALSA请求的应答。有请求的应答。有5 5种不同的种不同的LSALSA报文类型。这些报文报文类型。这些报文 类型用从类型用从1 1到到5 5的类型号标识。的类型号标识。 LSALSA报头格式报头格式 LSALSA使用一个通用的头格式。使用一个通用的头格式。 头头2020字节长并附加于标准的字节长并附加于标准的2424字节字节OSPFOSPF头后面。头后面。 LSALSA头惟一地标识了每种头惟一地标识了每种LSALSA 链路状态确认报文链路状态确认报文 OSPFOSPF的特点是可靠地分布的特点是可靠地分布LSALSA报文，可靠性意味着通告的接收方报文，可靠性意味着通告的接收方 必须应答。必须应答。 课程议题课程议题 OSPFOSPF的邻居状态与数据的邻居状态与数据 库同步库同步 建立双向通讯建立双向通讯 发现网络路由和添加链路条目发现网络路由和添加链路条目 完全邻接状态完全邻接状态 OSPFOSPF状态状态 维护路由选择信息维护路由选择信息 OSPFOSPF链路状态序列号链路状态序列号 LSDBLSDB中的每个中的每个LSALSA记录都有个序列号，序列号是记录都有个序列号，序列号是3232位长，以位长，以 0x800000010x80000001开头，开头，0x7FFFFFFF0x7FFFFFFF结尾。结尾。OSPFOSPF路由器默认每路由器默认每3030分分 钟洪泛一次钟洪泛一次LSALSA来保证来保证LSDBLSDB的同步，每洪泛的同步，每洪泛1 1次，序列号就加次，序列号就加1 1。 课程议题课程议题 OSPFOSPF区域概念区域概念 OSPF区域 太过频繁的SPF计算，造成路由器CPU负载过重。 路由表过大。 LSDB过大。 解决方案 将网络划分成多个OSPF区域，这种能力称为分层区域路由选择。 SPF的计算频率更低 路由选择表更小 降低了链路状态更新（LSU）的开销 区域概念区域概念 OSPFOSPF的网络设计要求是双层层次化（的网络设计要求是双层层次化（2-layer hierarchy2-layer hierarchy），包括），包括 如下如下2 2层：层： 中转区域中转区域 常规区域常规区域 区域标识区域标识 区域区域IDID可以表示成一个十进制的数字，也可以表示成一个点分十进可以表示成一个十进制的数字，也可以表示成一个点分十进 制的数字。制的数字。 OSPFOSPF区域特征区域特征 减少了路由选择表条目。减少了路由选择表条目。 将区域内拓扑变化的影响限制在本地。将区域内拓扑变化的影响限制在本地。 将将LSALSA扩散限制在区域内。扩散限制在区域内。 要求采取层次网络设计。要求采取层次网络设计。 课程议题课程议题 OSPFOSPF网络类型网络类型 OSPFOSPF的网络类型的网络类型 OSPFOSPF有有4 4种网络类型种网络类型 广播式广播式 非广播式非广播式 点到点点到点 点到多点点到多点 广播式网络广播式网络 多路访问（多路访问（MultiaccessMultiaccess）广播型网络中（比如以太网和）广播型网络中（比如以太网和Token Token RingRing），需要进行），需要进行DR/BDRDR/BDR的选举，所有的非的选举，所有的非DR/BDRDR/BDR（即（即 DROTHERDROTHER）路由器和）路由器和DR/BDRDR/BDR形成完全邻接关系，即形成完全邻接关系，即DROTHERDROTHER 通过通过DR/BDRDR/BDR交换信息交换信息 DRDR和和BDRBDR的选举的选举 优势：优势： 减少路由更新数据流 管理链路状态同步 DRDR和和BDBD的选举（续）的选举（续） 当选举当选举DR/BDRDR/BDR的时候要比较的时候要比较HelloHello包中的优先级（包中的优先级（prioritypriority），优先），优先 级高的为级高的为DRDR，次高的为，次高的为BDRBDR，. .默认优先级都为默认优先级都为1 1。在优先级相同。在优先级相同 的情况下就比较的情况下就比较RIDRID，RIDRID等级最高的为等级最高的为DRDR，次高的为，次高的为BDRBDR。当你。当你 把优先级设置为把优先级设置为0 0以后，以后，OSPFOSPF路由器就不能成为路由器就不能成为DR/BDRDR/BDR，只能成，只能成 为为DROTHERDROTHER。 当网络中新加入一个优先级更高的的路由器，不会影响现有的当网络中新加入一个优先级更高的的路由器，不会影响现有的 DR/BDRDR/BDR，除非，除非DRDR出故障，出故障，BDRBDR随即升级为随即升级为DRDR，并重新选举，并重新选举BDRBDR ，如果是，如果是BDRBDR出故障了就重新选举出故障了就重新选举BDRBDR。 非广播式网络非广播式网络 NBMANBMA网络比如帧中继网络比如帧中继,ATM,ATM和和X.25X.25，没有广播的能力。，没有广播的能力。 有了非广播式模型，有了非广播式模型， DRDR和和BDRBDR被选出，并且所有路由器与它们形被选出，并且所有路由器与它们形 成邻接，这个联盟实现了优化扩散，因为所有成邻接，这个联盟实现了优化扩散，因为所有LSALSA被送到被送到DRDR，同，同 时时DRDR将它们扩散到网络中每一个单独的路由器上。将它们扩散到网络中每一个单独的路由器上。 因为广播式性能的缺陷，必须定义邻居来使用邻居命令。因为广播式性能的缺陷，必须定义邻居来使用邻居命令。 所有路由器在同一个子网。所有路由器在同一个子网。 与广播式模型相同，也要选出与广播式模型相同，也要选出DRDR，必须注意确认，必须注意确认DRDR与所有的路由与所有的路由 器有逻辑连接。器有逻辑连接。 HelloHello记时器是记时器是3030秒，终结间隔是秒，终结间隔是120120秒，等待间隔是秒，等待间隔是120120秒。秒。 点到点式网络点到点式网络 在点到点链路中一般采用在点到点链路中一般采用PPPPPP或者或者HDLCHDLC的封装格式，的封装格式，OSPFOSPF自动自动 检测接口类型，并且不需要进行检测接口类型，并且不需要进行DR/BDRDR/BDR的选举。的选举。 在点到点模型中，既没有在点到点模型中，既没有DRDR也没有也没有BDRBDR，直接相连的路由器形成，直接相连的路由器形成 邻接。邻接。 每个点到点链路要求一个分开的子网。每个点到点链路要求一个分开的子网。 HelloHello记时器为记时器为1010秒，秒，deaddead间隔为间隔为4040秒，等待间隔为秒，等待间隔为4040秒。秒。 点到多点式网络点到多点式网络 没有没有DRDR 不需要定义邻居，因为额外的不需要定义邻居，因为额外的LSALSA被用来传播邻居路由器连接。被用来传播邻居路由器连接。 整个网络使用一个子网整个网络使用一个子网 HelloHello记时器为记时器为3030秒，终结间隔为秒，终结间隔为120120秒，等待时间为秒，等待时间为120120秒。秒。 帧中继拓扑帧中继拓扑 星型（星型（Star/hub-and-spokeStar/hub-and-spoke）：最常见的帧中继网络拓扑，代价最）：最常见的帧中继网络拓扑，代价最 小。小。 全互连（全互连（Full-meshFull-mesh）：冗余，但是代价大。在这样的环境中计算）：冗余，但是代价大。在这样的环境中计算 VCVC的数量。使用的数量。使用n(n-1)/2n(n-1)/2的公式，的公式，n n为网络中的节点数。为网络中的节点数。 部分互连（部分互连（Partial-meshPartial-mesh）：前两种的折中方案。）：前两种的折中方案。 帧中继拓扑（续）帧中继拓扑（续） OSPF运行的模式 NBMA：一般和部分互连的网络结合使用，需要选举DR/BDR和人 工指定邻居。优点是相对point-to-multipoint模式它的负载较低。 point-to-multipoint：把非广播的网络当作点到点连接的集合，自动 发现邻居，不指定DR/BDR，一般和部分互连的网络结合使用。优 点是配置较为简便 point-to-multipoint nonbroadcast broadcast point-to-point OSPF运行的模式 Broadcast:：使得WAN接口看上去像LAN接口，一个IP子网，多播 hello包自动发现邻居，选举DR/BDR，要求网络全互连。 Nonbroadcast（NBMA）：一个IP子网，邻居手工指定，选举 DR/BDR，DR/BDR要求和DROTHER完全互连，一般用在部分互 连的网络中 。 Point-to-multipoint：一个IP子网，多播Hello包自动发现邻居，不 要求DR/BDR的选举，一般用在部分互连的网络中。 OSPF运行的模式 Point-to-multipoint nonbroadcast：如果VC中多播和广播能力没有 启用的话就不能使用point-to-multipoint模式，也路由器没办法多播 Hello包，邻居必须人工指定，不需选举DR/BDR。 Point-to-point：一个子网，不选举DR/BDR，当只有2个路由器的 接口要形成邻接关系的时候才使用，接口可以为LAN或WAN接口 。 NBMA配置 point-to-multipoint模式 multipoint subinterface NBMA拓扑上的OSPF小结 OSPF模式 NBMA 拓扑 子网地址 Hello 定时器 邻接关系RFC/CISCO范例 NBMA全互联相同30秒 手工配置选举 DR/BDR RFC 配置了帧中继的串行 接口 广播全互联相同10秒 自动发现选举 DR/BDR CISCOLAN接口，如以太网 点到多点 部分互联或星 型 相同30秒 自动发现不需要 DR/BDR RFC 无需DR的帧中继 OSPF模式 点到多点非广 播 部分互联或星 型 相同30秒 手工配置不需要 DR/BDR CISCO 无需DR的帧中继 OSPF模式 点到点 部分互联或使 用星型的子接 口 每个子接口各 不相同 10秒 自动发现不需要 DR/BDR CISCOT1串行接口 路由选择表：路由类型 路由指示符路由类型描述 OOSPF区域内路由路由器所在区域内的网络，以路由器LSA和网络LSA的方式通告 O IAOSPF区域间路由 位于路由器所在区域之外但在OSPF自主系统内的网络，以汇总 LSA的方式通告通告 O E11类外部路由 位于当前自主系统之外的网络，以外部LSA的方式被通告 O E22类外部路由 E1和E2的区别 E1：成本为外部成本加 上分组经过的每条链路 的内部成本，当多台 ASBR将同一条外部路 由通告到同一个AS中 时，应使用这类型避免 次优路由选择。 E2：成本总是只包含其 外部成本。只有一台 ASBR将外部路由通告 到AS中时，全用这种 类型 Show ip router 课程议题课程议题 OSPFOSPF的基本配置的基本配置 OSPFOSPF基本配置基本配置 router ospf process-id Router(config)# 创建创建OSPFOSPF路由进程路由进程 network network wildcard area area-id Router(config-router)# 定义接口所属区域定义接口所属区域 配置配置OSPFOSPF接口参数接口参数 ip ospf cost cost Router(config-if)# 指定该接口的花费指定该接口的花费 ip