网络互连技术课件08ospf路由协议.doc

网络互连技术课件08ospf路由协议 第88章OSPF路由协议学习目标?通过本章的学习，希望您能够?掌握OSPF路由协议的工作原理?SPF算法?掌握单区域OSPF配臵方法本章内容?OSPF概念?SPF算法?单?多区域OSPF配臵方法课程议题OSPF概念OSPF引言?于1988年，因特网工程任务组织（IETF，Inter EngineeringTask Framework）成立了内部网关协议工作组，专门设计用于因特网的基于最短路径优先（SPF）算法的IGP。 在此前多项研究结果的基础上开发出开放式最短路优先路由信息协议（OSPF），诸如1978年Bolt、Beranek、Newman(BBN)为ARPANET开发的SPF算法，1988年Dr.Radia Perlman对路由信息容错性广播的研究成果等。 OSPF概念?OSPF?是一类Interior GatewayProtocol（内部网关协议IGP）?用于属于单个自治体系（AS）的路由器之间的路由选择。 ?OSPF采用链路状态技术?采用SPF算法?路由器互相发送直接相连的链路信息和它所拥有的到其它路由器的链路信息。 OSPF介绍?开放的标准?最短路径优先(SPF)算法（有时也称Dijkstra算法）?链路状态路由协议(vs距离矢量协议）OSPF等级分明的路由?由区域（areas）和自制系统（autonomous systems）组成?最小化路由更新量区域?在OSPF中，由按照一定的OSPF路由法则组合在一起的一组网络或路由器的集合称为区域（AREA）。 每一个区域中的路由器都按照该区域中定义的链路状态算法来计算网络拓扑结构，每一个区域都有着该区域独立的网络拓扑数据库及网络拓扑图。 对于每一个区域，其网络拓扑结构在区域外是不可见的。 同样，在每一个区域中的路由器对其域外的其余网络结构也不了解。 域间路由?在同一个AS内的所有路由器不再是有一个相同的链路状态数据库，而是路由器具有与其相连的每一个区域的链路状态信息，即该区域的结构数据库。 当一个路由器与多个区域相连时，我们称之为区域边界路由器。 一个区域边界路由器有自身相连的所有区域的网络结构数据。 在同一个区域中的两个路由器有着对该区域相同的结构数据库。 根据IP数据包的目的地地址及源地址将OSPF路由域中的路由分成两类，当目的地与源地址处于同一个区域中时，称为区域内路由，当目的地与源地址处于不同的区域甚至处于不同的AS时，我们称之为域间路由。 OSPF的路由?按优先顺序?内?区域间路由自制系统内部的网络结构?第1类外部路由OSPF从其他内部路由协议所引入的信息。 ?第2类外部路由OSPF从外部路由协议所引入的信息。 主干区域（Backbone）?OSPF的区域由主干区域进行连接。 OSPF主干负责在区间之间分发路由信息，包含所有的区间边缘路由器、非全部属于某区间的网络及其相连的路由器。 所有的区域都必须在逻辑上连续，为此，主干区域上特别引入了虚连接的概念以保证在物理上分割的区域仍然在逻辑上具有连通性。 主干区域（续）主干区域（续）?上图中，路由器 4、 5、 6、 10、11和12构成了主干。 如果区域3中的主机H1要给区域2中的主机H2发送数据，则先发给路由器13，它12，再转给路由器11，路由器11再沿主干转发给路由器10，然后通过两个区域内路由器（9和7）到达主机H2。 ?主干本身也是个OSPF区域，所以所有的主干路由器与其它区域路由器一样，使用相同的过程和算法来维护主干内的路由信息，主干拓扑对所有的跨区域路由器都是可见的。 OSPF优势?将OSPF路由协议与距离矢量路由协议RIP作一比较，归纳为如下几点?度量值?VLSM支持?收敛速度?区域边界?路由自环?验证支持?负载平衡?路由更新方式课程议题SPF算法SPF算法及最短路径树?SPF算法将每一个路由器作为根（ROOT）来计算其到每一个目的地路由器的距离，每一个路由器根据一个统一的数据库会计算出路由域的拓扑结构图，该结构图类似于一棵树，被称为最短路径树。 最短路径树的树干长度，即OSPF路由器至每一个目的地路由器的距离，称为Cost，其算法为Cost=100106/链路带宽。 ?链路带宽以bps来表示。 OSPF的Cost与链路的带宽成反比，带宽越高，Cost越小，表示OSPF到目的地的距离越近。 例如，FDDI或快速以太网的Cost为1，2M串行链路的Cost为48，10M以太网的Cost为10等。 链路状态算法?1）当路由器初始化或当网络结构发生变化时，路由器会产生链路状态广播数据包LSA，该数据包里包含路由器上所有相连链路，也即为所有端口的状态信息。 ?2）所有路由器通过刷新（Flooding）的方法来交换链路状态数据。 Flooding是指路由器将其LSA数据包传送给所有与其相邻的OSPF路由器。 ?3）相邻路由器根据其接收到的链路状态信息更新自己的数据库，并将该链路状态信息转送给与其相邻的路由器，直至稳定。 ?4)当网络重新稳定下来，即OSPF路由协议收敛下来时，所有的路由器会根据其各自的链路状态信息数据库计算出各自的路由表。 该路由表中包含路由器到每一个可到达目的地的Cost以及到达该目的地所要转发的下一个路由器（next-hop）。 SPF工作过程?SPF算法?是OSPF路由协议的基础。 SPF算法有时也被称为Dijkstra算法，?SPF算法将每一个路由器作为根（ROOT）来计算其到每一个目的地路由器的距离，每一个路由器根据一个统一的数据库会计算出路由域的拓扑结构图，该结构图类似于一棵树，在SPF算法中，被称为最短路径树选举DR/BDR?每一台路由器和他的邻居之间成为完全网状的OSPF邻接关系，这样5台路由器之间将需要形成10个邻接关系，同时将产生25条LSA。 ?在多址的网络中，存在自己发出的LSA从邻居的邻居发回来，导致网络上产生很多LSA的拷贝DR和BDR选取规则?选举规则?优先级高的为DR，次高的为BDR，.默认优先级都为1。 在优先级相同的情况下就比较RID，RID等级最高的为DR，次高的为BDR。 ?路由器的每个多路访问接口都有个路由器优先级，8位长的一个整数，范围是0到255。 ?Hello包里包含了优先级的字段，还包括了可能成为DR/BDR的相关接口地址。 ?当接口在多路访问网络初次启动的时候，它把DR/BDR地址设臵为0.0.0.0，同时设臵等待计时器的值等于路由器无效时间间隔。 DR和BDR选举过程?选举过程?在和邻居建立双向通讯之后，检查邻居的Hello包中的优先级，DR和BDR字段。 ?从这个有参与选举DR/BDR的列表中，创建一组没有声明自己就是DR的路由器的子集。 ?只要在Hello包中BDR字段就等于自己的接口的地址，优先级最高的就被选举为BDR，如果优先级一样，RID最高的被选举为BDR。 ?如果在Hello包中DR字段等于自己地址，优先级最高的被选举为DR，如果优先级相等，RID最高的选举为DR，如果没有路由器宣称自己是DR，那么选举的BDR就成为DR。 邻居和邻接关系?在邻居关系中，OSPF Hello报文中以下项内容必须相同，Hello/Dead intervals、区域ID、认证相同、stub区域标识相同，?对于点到点的WAN串行连接，两个OSPF路由器通常使用HDLC或PPP来形成完全邻接状态。 ?对于LAN连接，所有其他的和DR以及BDR相连的路由器形成完全邻接状态邻居(Neighbor)的形成小王小一小二小三 (1)大家好，我是新来的，我叫小王小王小一你好啊 (2)你好，小一，我叫小王小王小一你好啊 (3)你好，小王，我叫小一嘻嘻嘻，我有3邻居 (4)邻居关系建立完成主从(Master,Slave)关系的协商小王小一我先说好，你先说小王小一我先说不行，还是我先说好，你先说Master SlaveMaster Slave链路状态协议数据单元?LSA也被称为链路状态协议数据单元（PDU），LSA具有以下特征?是可靠的，有一种用于确认LSA被成功传递的方法。 ?被扩散到整个区域。 ?LSA有序列号和寿命，以确保每台路由器都知道自己有最新的LSA版本。 ?A被定期刷新以确保拓扑信息的有效性，直到LSA从LSDB中被删除。 ?只有可靠的方式扩散链路状态信息，才能确保区域中每台路由器对网络的认识都是最新、最准确的。 OSPF报文类型?OSPF报文是由多重封装构成的，封装在IP头部内的是5种OSPF报文类型中的一种，每一种报文类型都是由一个OSPF报文头部开始，这个OSPF报文头部对于所有的报文类型都是相同的。 类型名称描述1Hello发现邻居并在它们之间建立邻接关系2数据库描述（DBD）检查路由器的数据库之间是否同步3链路状态请求（LSR）向另一台路由器请求特定的链路状态记录4LSU发送请求的链路状态记录5LSAck对其他类型的分组进行确认OSPF报头?Version number?Type?Packet length?Router ID?Area ID?Checksum?type?Authentication?Data OSPF状态?OSPF的接口可以处于下面8种状态之一?Down停止?Attempt尝试?Init初始?Two-way双向?start准启动?Exchange交换?Loading加载?Full adjacency完全邻接OSPF状态?OSPF状态交换过程172.16.5.1/24E0172.16.5.2/24E1A BDown状态交换过程172.16.5.1/24E0172.16.5.2/24E1Router B邻居列表172.16.5.1/24,int E1我是路由器，id为172.16.5.1，我谁也没看到啊Down状态Init状态A B交换过程172.16.5.1/24E0我是路由器，id为ID172.16.5.2,我看到了172.16.5.1.172.16.5.2/24E1Down状态Init状态A B我是路由器，id为172.16.5.1，我谁也没看到啊Router B邻居列表172.16.5.1/24,int E1交换过程172.16.5.1/24E0Router A邻居列表172.16.5.2/24,int E0172.16.5.2/24E1Down状态Init状态Two-Way状态A B我是路由器，id为ID172.16.5.2,我看到了172.16.5.1.我是路由器，id为172.16.5.1，我谁也没看到啊Router B邻居列表172.16.5.1/24,int E1探寻路由信息E0172.16.5.1DR E0172.16.5.3不！我来启动交换，因为我的router id比你的大我要启动交换，因为我的router id是172.16.5.1.Hello afadjfjorqpoeru39547439070713Hello afadjfjorqpoeru39547439070713Exstart状态探寻路由信息这是我的链路状态数据库的描述（摘要）DBD afadjfjorqpoeru39547439070713Exchange状态这是我的链路状态数据库的描述（摘要）.DBD afadjfjorqpoeru39547439070713E0172.16.5.1DR E0172.16.5.3Hello afadjfjorqpoeru39547439070713Hello afadjfjorqpoeru39547439070713Exstart状态我要启动交换，因为我的router id是172.16.5.1.不！我来启动交换，因为我的router id比你的大探寻路由信息E0172.16.5.1E0172.16.5.3感谢你的链路状态摘要信息！LSAck afadjfjorqpoeru39547439070713LSAck afadjfjorqpoeru39547439070713DR探寻路由信息我需要对网络172.16.6.0/24的完整描述条目好，这是对网络的172.16.6.0/24的具体描述感谢你的链路状态信息！LSR afadjfjorqpoeru39547439070713LSAck afadjfjorqpoeru39547439070713LSU afadjfjorqpoeru39547439070713Loading状态E0172.16.5.1E0172.16.5.3LSAck afadjfjorqpoeru39547439070713LSAck afadjfjorqpoeru39547439070713DR感谢你的链路状态摘要信息！探寻路由信息Full状态E0172.16.5.1E0172.16.5.3DR我需要对网络172.16.6.0/24的完整描述条目好，这是对网络的172.16.6.0/24的具体描述感谢你的链路状态信息！LSR afadjfjorqpoeru39547439070713LSAck afadjfjorqpoeru39547439070713LSU afadjfjorqpoeru39547439070713Loading状态LSAck afadjfjorqpoeru39547439070713LSAck afadjfjorqpoeru39547439070713感谢你的链路状态摘要信息！OSPF的邻居状态机Attempt Init2-way ExstartExchange LoadingFull Down灰色为稳定状态；白色为瞬时过渡状态课程议题单区域OSPF配置配置命令?创建OSPF路由进程?process-id只是在本路由器有效?address和inverse-mask为网络(或接口)地址和wildcard mask。 ?area-id为区域号Router(config)#router ospfprocess-idRouter(config-router)#workaddressinverse-maskareaarea-id配置示例多区域OSPF协议配置?多区域OSPF协议配置（续）?)#router ospf?2.00.0.0.255area0?R1(config-router)#work192.168.1.00.0.0.255area1?)#router ospf?12.00.0.0.255area0?R2(config-router)#work192.168.2.00.0.0.255area2配置结果?A、B各路由器可看到全网路由。 主机192.168.2.2能够访问主机192.168.1.2。 验证OSPF配置?在配臵完成后，可以使用show命令来查看其状态?显示路由器通过学习获得的路由和这些路由是如何学习的，这是确定本地路由器和其他网络之间连接的最好方法之一?显示邻居路由器的详细信息，包括它们的优级和状态。 Router#show iproute Router#show ipospf neighbordetail验证OSPF配置?显示路由器维护的拓扑数据库的内容，这条命令可以显示路由器ID和OSPF进程ID，用这条命令的一些关键字可以显示数据库的类型。 ?用来检验已经配臵在目标的区域中的接口，如果没有指定环回地址，接口地址就会被认为是路由器ID，它也显示定时器的时间间隔，包括hello分组的时间间隔，还能显示毗邻关系。 Router#show ipospf databaseRouter#show ipospf interface验证OSPF配置?用来显示最短路径优先算法执行次数，它也显示拓扑结构没有发生改变时，链路状态的的更新的时间间隔。 ?Clear iproute*是用来清除整个ip路由选择表?Debug ipospf是用来测试OSPF?但禁止在生产的环境中使用该命令Router#show ipospf Router#clear iproute*Router#debug ipospf OSPF虚链路技术（补充）OSPF等级分明的路由?由区域（areas）和自制系统（autonomous systems）组成?最小化路由更新量区域划分后的一些优点?1.路由器间要传递的信息减少了，只描述路由项目，不描述链路状态了，缩减了LSDB的大小；?2.计算变的简单了，不用画一棵树了，只画叶子节点；?3. （1）若有一条路由失效，简单删除就是了；? （2）提出路由聚合的策略大大减少路由规模，某区域的变化不会影响到其他区域，而且对聚合后的路由没有影响。 骨干区域Area0Area12RTC RTBRTA Area19Area13区域间的路由计算已经是DV算法了。 从ABR的LSA的描述可以看出来，只包含路由信息，没有拓扑结构的描述，而DV算法就存在路由自环的问题（以区域为单位，不是以路由器为单位了）。 因为优化而导致了自环！解决方案引入骨干区域所有ABR都必须连着这个区域。 Hub-spoken形式虚连接Area12Area0RTC RTBRTA Area19Virtual Link骨干区域的引入，解决了路由自环问题；但也限制了区域的规模；解决方案随意划分，不必直接相连！但这又违背了骨干区域的原则。 怎么办呢？引入虚连接RTA和RTB可以直接通信了，所有ABR都知道哪个信息是哪个ABR生成的。 到此，就比较完美了。 OSPF虚链路配置?【背景描述】?你是某集成商的高级技术支持工程师，你的朋友向你请教网络拓展的问题，朋友的公司采用OSPF路由协议把网络互连起来，由于业务的增长，最近又加了一个区域，由于骨干网络已经没有接口，被迫把该区域连接到与骨干直连的非骨干区域上，由于急于使用，请教你一个暂时解决和骨干通信的办法，请你给与支持。 下图区域2没有与区域0直连。 拓扑图?启动OSPF路由协议?R1(config)#router ospf1?R1(config-router)#work192.168.12.00.0.0.255area0?R1(config-router)#end?R2(config)#router ospf1?R2(config-router)#work192.168.12.00.0.0.255area0?R2(config-router)#work192.168.23.00.0.0.255area1?R2(config-router)#end?R3(config)#router ospf1?R3(config-router)#work192.168.34.00.0.0.255area2?R3(config-router)#work192.168.23.00.0.0.255area1?R3(config-router)#end?R4(config)#router ospf1?R4(config-router)#work192.168.34.00.0.0.255area2配置虚链路之前验证测试?R1#show iproute?C192.168.12.0/24is directlyconnected,Serial1/2?O IA192.168.23.0/24110/96via192.168.12.2,00:00:42,serial1/2?!R1没有收到区域2的路由配置虚链路?)#router ospf1?R2(config-router)#area1virtual-link!配臵虚链路穿越area1（注192.168.34.3为R3路由器的标识符，可在R3里用show ipospf命令查到）?)#router ospf1?R3(config-router)#area1virtual-link!配臵虚链路穿越area1（注192.168.23.2为R2路由器的标识符，可在R2里用show ipospf命令查到）验证测试?R1#show iproute?Codes:C-connected,S-static,R-RIP,O-OSPF,IA-OSPF interarea?O IA192.168.34.0/24110/144via192.168.12.2,00:03:17,serial1/2?C192.168.12.0/24is directlyconnected,Serial1/2?O IA192.168.23.0/24110/96via192.168.12.2,00:03:17,serial1/2?!R1已经收到区域2的路由loopback端口的作用?1）作为一台路由器的管理地址?系统管理员完成网络规划之后，为了方便管理，会为每一台路由器创建一个loopback接口，并在该接口上单独指定一个IP地址作为管理地址，管理员会使用该地址对路由器远程（tel），该地址实际上起到了类似设备名称一类的功能。 ?2）使用该接口地址作为动态路由协议OSPF、BGP的router id?动态路由协议OSPF、BGP在运行过程中需要为该协议指定一个Router id，作为此路由器的唯一标识，并要求在整个自治系统内唯一。 配置OSPF的域间路由汇总?【背景描述】?一个企业的网络管理员向你请教一个问题，他的网络的路由器接收了多条地址连续的路由，他想让路由器提高工作效率，缩小路由表规模，请你给予支持。 拓扑图?R1路由器的配置?R1(config)#interface s1/2?R1(config-if)#ip add192.168.12.1255.255.255.0?R1(config-if)#no shut?R1(config)#interface loopback0?R1(config-if)#ip add172.16.1.1255.255.255.0?R1(config-if)#no shut?R1(config)#interface loopback1?R1(config-if)#ip add172.16.2.1255.255.255.0?R1(config-if)#no shut启动OSPF路由协议?)#router