第四讲-动态路由(OSPF)

1、模拟软件已更新模拟软件已更新 网络拓扑为： E0: 192.168.1.254/24 E0: 192.168.2.254/24 E0: 192.168.3.254/24 Router: lab_R3 Router: lab_R2 Router: lab_R1 E1:192.168.10.1/30 E2:192.168.10.5/30 E2:192.168.10.6/30 E2:192.168.10.10/30 E1:192.168.10.2/30 E1:192.168.10.9/30 要求：所有 计算机能互 相Ping通 PC_1_1 PC_3_2 PC_3_1 PC_2_2 PC_2_1 P

2、C_1_2 X 静态路由动手实验静态路由动手实验 静态路由动手实验静态路由动手实验 网络拓扑为： E0: 192.168.1.254/24 E0: 192.168.2.254/24 E0: 192.168.3.254/24 Router: lab_R3 Router: lab_R2 Router: lab_R1 E1:192.168.10.1/30 E2:192.168.10.5/30 E2:192.168.10.6/30 E2:192.168.10.10/30 E1:192.168.10.2/30 E1:192.168.10.9/30 要求：所有 计算机能互 相Ping通 PC_1_1 PC

3、_3_2 PC_3_1 PC_2_2 PC_2_1 PC_1_2 （1）主要的动态路由选择协议 RIP （Routing Information Protocol）：适用于小型网络内，如小型校园网； OSPF（Open Shortest Path First Protocol）、EIGRP：常用于中、大型网络内， 如广域网、城域网和大型校园网； BGP4（Border Gateway Protocol v4）：用于大型网络之间的互联，如 CERENT和ChinaNet 之间。 （2）动态路由选择协议分类 按路由选择算法分，大致可分成3类： 距离矢量路由选择（Distance Vector）：

4、可确定到达任一网络的方向（矢量）和距离（跳数），如：RIP； 链路状态路由选择（Link State）： 重建整个网络精确拓扑结构，有较快的路由更新收敛速度，如：OSPF； 混合路由选择（Hybrid Routing）： 是距离矢量和链路状态两种算法的结合，如：IS-IS，Cisco Enhanced IGRP。 动态路由协议 距离矢量路由选择算法(如：RIP) 定期（30秒）在相邻路由器之间传送路由表的拷贝，计算可 达网络的距离； 路由器之间更新和交流网络拓扑结构的改变，但路由器不掌 握全网络的确切拓扑结构。 一个网络的初始状态如下图所示： 网络W网络X网络Y网络Z 路由器A路由器B路由器C

5、 路由表 网络 端口 距离 路由表 网络 端口 距离 路由表 网络 端口 距离 A1A2B1B2C1C2 WA1 0 XA2 0 XB1 0 YB2 0 YC1 0 ZC2 0 路由收敛后的网络状态如下图所示： 网络W网络X网络Y网络Z 路由器A路由器B路由器C 路由表 网络 端口 距离 路由表 网络 端口 距离 路由表 网络 端口 距离 A1A2B1B2C1C2 WA1 0 XA2 0 XB1 0 YB2 0 YC1 0 ZC2 0 YA2 1 B1 1WXC1 1 WC12ZB2 1ZA2 2 路由收敛后每个路由器知道到达每个网络该从哪个方向走，且知道到达 每个网络的跳数（距离）是多少。

6、距离矢量路由选择算法 路由器A 路由器B 路由器E 路由表 网络 端口 距离 A1 A2 D1D2 C1 C2 XD2 2 路由表 网络 端口 距离 XB1 2 路由表 网络 端口 距离 XE1 0 路由器CB1B2 路由表 网络 端口 距离 XC2 3 A3E1E1 路由表 网络 端口 距离 XA3 1 初始状态 路由器D 距离矢量路由选择算法中的路由循环 路由器A 路由器B 路由器E 路由表 网络 端口 距离 A1 A2 D1D2 C1 C2 XD2 2 路由表 网络 端口 距离 XB1 2 路由表 网络 端口 距离 路由器CB1B2 路由表 网络 端口 距离 XC2 3 A3E1E1 路

7、由表 网络 端口 距离 XA3 1 E发现网络X故障，E路由更新 路由器D 距离矢量路由选择算法中的路由循环 路由器A 路由器B 路由器E 路由表 网络 端口 距离 A1 A2 D1D2 C1 C2 XD2 2 路由表 网络 端口 距离 XB1 2 路由表 网络 端口 距离 路由器CB1B2 路由表 网络 端口 距离 XC2 3 A3E1E1 路由表 网络 端口 距离 E向A发送路由更新 消息，A路由更新 路由器D 距离矢量路由选择算法中的路由循环 路由器A 路由器B 路由器E 路由表 网络 端口 距离 A1 A2 D1D2 C1 C2 路由表 网络 端口 距离 路由表 网络 端口 距离 路由

8、器CB1B2 路由表 网络 端口 距离 XC2 3 A3E1E1 路由表 网络 端口 距离 B、D路由更新 路由器D 距离矢量路由选择算法中的路由循环 路由器A 路由器B 路由器E 路由表 网络 端口 距离 A1 A2 D1D2 C1 C2 路由表 网络 端口 距离 路由表 网络 端口 距离 路由器CB1B2 路由表 网络 端口 距离 XC2 3 A3E1E1 路由表 网络 端口 距离 路由器D C尚未更新，C定期向D发 送路由表，据此D路由更新 XD14 距离矢量路由选择算法中的路由循环 路由器A 路由器B 路由器E 路由表 网络 端口 距离 A1 A2 D1D2 C1 C2 路由表 网络

9、端口 距离 路由表 网络 端口 距离 路由器CB1B2 路由表 网络 端口 距离 XC2 3 A3E1E1 路由表 网络 端口 距离 路由器D D向A发送路由表，A路由更新 XD14 XA1 5 距离矢量路由选择算法中的路由循环 路由器A 路由器B 路由器E 路由表 网络 端口 距离 A1 A2 D1D2 C1 C2 路由表 网络 端口 距离 路由表 网络 端口 距离 路由器CB1B2 路由表 网络 端口 距离 XC2 3 A3E1E2 路由表 网络 端口 距离 路由器D B和E路由更新，此时任一路由器向 网络X发送分组，都将会在路由器A、 D、C、B之间无限循环。 XD14 XB1 6 XA

10、1 5 XE1 6 路由 循环 距离矢量路由选择算法中的路由循环 路由器A 路由器B 路由器E 路由表 网络 端口 距离 A1 A2 D1D2 C1 C2 路由表 网络 端口 距离 路由表 网络 端口 距离 路由器CB1B2 路由表 网络 端口 距离 XC2 7 A3E1E2 路由表 网络 端口 距离 路由器D 路由更新继续进行，C收到B的路由表， 原来自B的路由距离=3，新的路由消息 距离=6，认为拓扑发生变化，更新距离 为7。 XD14 XB1 6 XA1 5 XE1 6 路由 循环 距离矢量路由选择算法中的无限计数 路由器A 路由器B 路由器E 路由表 网络 端口 距离 A1 A2 D1

11、D2 C1 C2 路由表 网络 端口 距离 路由表 网络 端口 距离 路由器CB1B2 路由表 网络 端口 距离 XC2 7 A3E1E2 路由表 网络 端口 距离 路由器D 类似地，D更新距离=8 XD18 XB1 6 XA1 5 XE1 6 路由 循环 距离矢量路由选择算法中的无限计数 路由器A 路由器B 路由器E 路由表 网络 端口 距离 A1 A2 D1D2 C1 C2 路由表 网络 端口 距离 路由表 网络 端口 距离 路由器CB1B2 路由表 网络 端口 距离 XC2 7 A3E1E2 路由表 网络 端口 距离 路由器D A更新距离=9， XD18 XB1 6 XA1 9 XE1

12、6 路由 循环 距离矢量路由选择算法中的无限计数 路由器A 路由器B 路由器E 路由表 网络 端口 距离 A1 A2 D1D2 C1 C2 路由表 网络 端口 距离 路由表 网络 端口 距离 路由器CB1B2 路由表 网络 端口 距离 XC2 7 A3E1E2 路由表 网络 端口 距离 路由器D B、E更新距离=10， A、B、C、D路由器距离出现无限计数。 XD18 XB1 10 XA1 9 XE1 10 路由 循环 距离矢量路由选择算法中的无限计数 为解决分组的无限循环和距离的无限计数问题，规定 当距离=16时，该路由信息无效，即表示目标网络不可 达，这样既中止了分组无修止循环，也避免了无

13、限计数。 由此限制了网络的规模，即网络的最大距离不能达于15。 无论拓扑结构是否发生变化，通过定期传送路由表来传 达路由变更的方法，收敛速度慢，这是距离矢量算法的 另一大缺陷。 距离矢量路由选择算法局限 链路状态路由选择算法 链路状态路由算法又称最短路径优先算法，主要使用链路状态公告LSA（Link State Advertisement）、网络拓扑数据库、最短路径SPF算法、最短路径SPF 树和路由表5种技术手段； 网络搜索过程： 路由器之间互相交换LSA。每个路由器都从交换直接连接的链路状态开始， 并转发其他路由器送来的LSA； 每个路由器并行地建立一个网络拓扑数据库，数据库有来自于网上所

14、有的 LSA组成； 每个路由器中的最短路径SPF算法计算网络的可达性，确定从本路由器至 网络中其他各点的最短路径，并建立一棵以自己为根的SPF树； 路由器根据SPF树生成路由表。 链路状态变化和路由更新： 无论何时链路状态拓扑结构发生改变，路由器向其他路由器发送链路状态 变化的消息，其他路由器则根据链路状态的变化更新网络拓扑数据库；或 者发现链路状态变化的路由器向一个指定的路由器发送链路状态变化的消 息，所有其他路由器根据这个指定的路由器来更新网络拓扑数据库； LSA数据包每次引起网络拓扑数据库的改变，SPF算法则重新计算最短路径 并更新路由表。 最短路径计算 SPF（Shortest Pat

15、h First）最短路径优先算法又称Dijkstra算法，是链路状态路 由选择算法的核心，它是一种广度优先搜索算法，按照每条链路的通信代价 （如跳数、带宽等）计算出每一点至各点的最短路径。 例：计算下图由A点出发至各点的最短路径： B A C E D F G 2 2 3 4 1 4 4 2 1 3 2 1 2 2 3 3 4 1 4 2 每一路由器端口的数字代表由该端口输出的代价，缺省值按带宽来计算： COST = 108/带宽（bit/s） 以10M线路为例，COST = 108 / 10,000,000 = 10 路由器中每各路由器端口的COST 值也可人工设置。 最短路径计算 标记： P

16、 永久标记，表示由A点至该点的最短路径已找到； T 临时标记，表示由A点至该点的最短路径尚未找到； 费用： 由A点至该点目前不可达； 前件：至该点的最短路径中的前一节点。 B A C E D F G 2 2 3 4 1 4 4 2 1 3 2 1 2 2 3 3 4 1 4 2 前件： 0 A A A 节点： A B C D E F G 标记： P T T T T T T 费用： 0 2 4 1 A到自身的路径费用为0，建立以A为根的 SPF树； 在A目前可达的点B、D、F中，前件均为A； 到F的路径最短，则A至F的最短路径已找到， F作永久标记，并选F作为下一步寻找的出发 点； 8 8 8

17、8 SPF 最短路径树 A 最短路径计算 B A C E D F G 2 2 3 4 1 4 4 2 1 3 2 1 2 2 3 3 4 1 4 2 前件： 0 A A A F 节点： A B C D E F G 标记： P T T T T P T 费用： 0 2 4 1 3 将F加入SPF最短路径树中，F由A直达； 由F点出发寻找最短路径，因A至F的费用 为1，故F携带费用1； F至G的费用为2，则由A至G的总费用为 1 + 2 = 3，且前件为F； 目前在A未作永久标记的可达点B、D、G 中B最短，选B，B由A直达，并作永久标 记。 8 8 1 A SPF 最短路径树 F 1 最短路径计算

18、 B A C E D F G 2 2 3 4 1 4 4 2 1 3 2 1 2 2 3 3 4 1 4 2 前件： 0 A B A A F 节点： A B C D E F G 标记： P P T T T P T 费用： 0 2 5 4 1 3 将B加入SPF最短路径树中，B由A直达； 由B点出发寻找最短路径，B携带费用2； B至C的费用为3，则由A至G的总费用为 2 + 3 = 5，且前件为B； B至G的费用为4，则由A至G的总费用为 2 + 4 = 6，与原先A至G的费用3相比，已 非最短，舍弃； 目前在A未作永久标记的可达点C、D、G 中G最短，选G，并作永久标记。 8 2 A SPF

19、最短路径树 B 2 F 1 最短路径计算 B A C E D F G 2 2 3 4 1 4 4 2 1 3 2 1 2 2 3 3 4 1 4 2 前件： 0 A B A A F 节点： A B C D E F G 标记： P P T T T P P 费用： 0 2 5 4 1 3 将G加入SPF最短路径树中，G由F到达； 由G点出发寻找最短路径，G携带费用3； G至D的费用为2，则由A至D的总费用为 3 + 2 = 5，与原先A至D的费用4相比，已 非最短，舍弃； 目前在A未作永久标记的可达点C、D中D 最短，选D，并作永久标记。 8 3 A SPF 最短路径树 B 2 F 1 G 2 最

20、短路径计算 B A C E D F G 2 2 3 4 1 4 4 2 1 3 2 1 2 2 3 3 4 1 4 2 前件： 0 A B A D A F 节点： A B C D E F G 标记： P P T P T P P 费用： 0 2 5 4 7 1 3 将D加入SPF最短路径树中，D由A到达； 由D点出发寻找最短路径，D携带费用4； D至C的费用为2，则由A至C的总费用为 4 + 2 = 6，与原先A至C的费用4相比，已 非最短，舍弃； D至E的费用为3，则由A至E的总费用为 4 + 3 = 7，与原先A至C不可达相比，7为 最短，且前件为D； 目前在A未作永久标记的可达点C、E中C

21、 最短，选C，并作永久标记。 4 A SPF 最短路径树 B 2 F 1 G 2 D 4 最短路径计算 B A C E D F G 2 2 3 4 1 4 4 2 1 3 2 1 2 2 3 3 4 1 4 2 前件： 0 A B A D A F 节点： A B C D E F G 标记： P P P P T P P 费用： 0 2 5 4 7 1 3 将C加入SPF最短路径树中，C由B到达； 由C点出发寻找最短路径，C携带费用5； C至E的费用为4，则由A至E的总费用为 5 + 4 = 9，与原先A至E的费用7相比，已 非最短，舍弃； 目前在A未作永久标记的可达点仅E，故E = 7 已为最短

22、，选E，并作永久标记。 5 A SPF 最短路径树 B 2 F 1 G 2 D 4 C 3 最短路径计算 B A C E D F G 2 2 3 4 1 4 4 2 1 3 2 1 2 2 3 3 4 1 4 2 前件： 0 A B A D A F 节点： A B C D E F G 标记： P P P P P P P 费用： 0 2 5 4 7 1 3 将E加入SPF最短路径树中，E由D到达； 算法终止，最后由SPF最短路径树生成路 由表。 A SPF 最短路径树 B 2 F 1 G 2 D 4 C 3 E 3 链路状态路由选择算法的问题和解决办法 1、 链路状态更新中的不一致新性问题 t0

23、时刻：网络1发生故障；t1时刻：路由器C、D分别向路由器B和A公告网络1不通； t2时刻：网络1故障恢复；t3：路由器D通知路由器A网络1故障恢复；t4时刻：路由器 B通知路由器A网络1不可达；此时路由器A无法正确判断网络1是否可达； 链路状态公告LSA 在网中传输时的不同延时往往造成更新不一致，影响路 由的正确计算。 解决办法： 在链路状态公告LSA中增加时间戳、序列号和时限等相关机制，避免错误的 LSA分发和不协调更新。 网络中可以指定一个或多个路由器作为LSA传送的目的地，其他路由器使 用这些指定路由器作为网络拓扑数据的固定信息源。 路由器A 路由器B t0: 网络1故障 t2:网络1故

24、障恢复 路由器C LSA 路由器D 网络1不通 网络1故障恢复 t1 t3 网络1不通 t1 网络1不通 t4 LSA LSA LSA 网络1状态？慢速链路 链路状态路由选择算法的问题和解决办法 2、 链路状态路由选择算法时间和空间复杂性问题 链路状态路由选择算法要求大量存储空间存放网络拓扑信息和较多CPU 时间计算最短路径，因此时间和空间复杂性较高，尤其网络规模较大时 更为严重。 解决办法： 大型网络中，建立由不同区域组成的分层结构，一个区域中的路由器不需 要存储其他区域中的链路状态信息，最短路径计算也仅局限在本区域内。 OSPF最短路由选择协议 OSPF是采用链路状态路由选择算法的协议，它

25、适合分层网络结构： 主干域 AREA0 子域1 AREA1 子域2 AREA2 子域3 AREA3 每个域中的路由器只需要建立本域的网络拓扑数据库，并以此计算最短路 径，路由计算的复杂性大为降低； 位于两域边界的路由器将对各域的路由信息进行聚合，并负责向其他域传 播路由信息；因此要求每个域的IP地址分配尽可能连续，这样路由选择的 效率更高。 OSPF协议概述协议概述1 OSPF是一种链路状态路由选择协议。是一种链路状态路由选择协议。 所谓链路状态是指路由器接口的状态，如所谓链路状态是指路由器接口的状态，如UP， DOWN，IP及网络类型等。及网络类型等。 链路状态信息通过链路状态公告链路状态信

26、息通过链路状态公告(LSA)发布到发布到 网上的每台路由器。网上的每台路由器。 每台路由器通过每台路由器通过LSA信息建立一个关于网络的信息建立一个关于网络的 拓扑数据库。拓扑数据库。 OSPF协议概述协议概述2 区域区域(Area) 在在OSPF中使用区域来为自治系统分段，中使用区域来为自治系统分段，OSPF 是一种层次化的路由选择协议，区域是一种层次化的路由选择协议，区域0是一个是一个 OSPF网络中必须具有的区域，也称为主干区网络中必须具有的区域，也称为主干区 域，其他所有区域要求通过区域域，其他所有区域要求通过区域0互连到一起。互连到一起。 OSPF协议的优点协议的优点 OSPF是基于

27、国际标准的协议，具有开放性强的特点，是基于国际标准的协议，具有开放性强的特点， 被众多网络设备厂商所支持。被众多网络设备厂商所支持。 支持支持VLSM； 使用触发的路由更新，快速反应网络变化，减小协议使用触发的路由更新，快速反应网络变化，减小协议 本身对网络流量的占用。本身对网络流量的占用。 支持大型网络，并能进行优化路由更新。支持大型网络，并能进行优化路由更新。 Rip和和Ospf的区别的区别 路由器A e0 路由器B 10M 100 M 路由器C 100 M RIP OSPF Configuring OSPF on Internal Routers Can Assign Network o

28、r Interface Address. Broadcast NetworkPoint-to-Point Network E0 10.64.0.1 10.64.0.2 E0 S0 10.2.1.2 10. 2.1.1 S1 A B C interface Ethernet0 ip address 10.64.0.1 255.255.255.0 ! router ospf 1 network 10.0.0.0 0.255.255.255 area 0 interface Ethernet0 ip address 10.64.0.2 255.255.255.0 ! interface Serial

29、0 ip address 10.2.1.2 255.255.255.0 router ospf 50 network 10.2.1.2 0.0.0.0 area 0 network 10.64.0.2 0.0.0.0 area 0 Router# show ip ospf interface Verifying OSPF Operation 显示显示OSPF协议的相关内容协议的相关内容 Router# show ip protocols 查看是否配置了查看是否配置了OSPF协议协议 Router# show ip route 查看协议学习情况查看协议学习情况 Lab Exercises 在路由

30、器上启动在路由器上启动OSPF协议协议 声明相应网络进入声明相应网络进入OSPF路由进程路由进程 查看查看OSPF路由信息路由信息 Show ip route 查看查看OSPF协议配置信息协议配置信息 Show ip protocol 查看查看OSPF邻居路由器信息邻居路由器信息 Show ip ospf neighbor OSPF协议所涉及的命令 1 1）启用）启用OSPFOSPF动态路由协议动态路由协议 ： router ospf router ospf 进程号进程号 进程号可以随意设置，只标识进程号可以随意设置，只标识ospfospf为本路由器内的一个进程。为本路由器内的一个进程。 2

31、2）定义参与）定义参与ospfospf的子网的子网. .该子网属于哪一个该子网属于哪一个OSPFOSPF路由信息交换路由信息交换 区域：区域： network ipnetwork ip网络号网络号 通配符通配符 area area 区域号区域号 路由器将限制只能在相同区域内交换子网信息，不同区域间不路由器将限制只能在相同区域内交换子网信息，不同区域间不 交换路由信息。另外，区域交换路由信息。另外，区域0 0为主干为主干OSPFOSPF区域。不同区域交换区域。不同区域交换 路由信息必须经过区域路由信息必须经过区域0 0。一般地，某一区域要接入。一般地，某一区域要接入OSPFOSPF的的0 0路路

32、 由区域，该区域必须至少有一台路由器为区域边缘路由器，即由区域，该区域必须至少有一台路由器为区域边缘路由器，即 它既参与本区域路由又参与区域它既参与本区域路由又参与区域0 0路由。路由。 通配符所表示的意义通配符所表示的意义 掩码中为掩码中为0的位指明路由器的位指明路由器IP地址中相应的位必须准确匹配接口地址中的同地址中相应的位必须准确匹配接口地址中的同 一位，掩码为一位，掩码为1的位则指示路由器接口地址的相应位可以为的位则指示路由器接口地址的相应位可以为0，也可以为，也可以为1。 例如：例如：network 192.168.10.0 0.0.0.3 area 0 表示只能路由的表示只能路由的

33、IP地址范围为：地址范围为：192.168.10.1 、192168.10.2 例如：例如：IP网络为网络为 192.168.100.32/27 的表示方式为：的表示方式为： network 192.168.100.32 0.0.0.31 area 0 例如：例如：ip地址为：地址为： 192.1.0.129 255.255.255.192 的表示方式为：的表示方式为： network 192.1.0.128 0.0.0.63 area 0 OSPFOSPF协议的安全设置协议的安全设置 为了安全的原因，我们可以在相同OSPF区域的路由器上启用身份验证的功 能，只有经过身份验证的同一区域的路由器

34、才能互相通告路由信息。使用身 份验证时，区域内所有的路由器接口必须使用相同的身份验证方法。为起用 身份验证，必须在路由器 接口配置模式接口配置模式 下，为区域的每个路由器接口配置 口令。 在默认情况下OSPF不使用区域验证。通过两种方法可启用身份验证功能， 纯文本身份验证和消息摘要(md5)身份验证。纯文本身份验证传送的身份验 证口令为纯文本，它会被网络探测器确定，所以不安全，不建议使用。而消 息摘要(md5)身份验证在传输身份验证口令前，要对口令进行加密，所以一 般建议使用此种方法进行身份验证。 OSPFOSPF协议的安全设置协议的安全设置( ( 模拟器不支持该命令模拟器不支持该命令 ) ) A A、指定身份验证：、指定身份验证： ( ( 在在 OSPF OSPF 协议下协议下 ) ) area area-id authentication message-digest 例如：1、Router(config)#router ospf 100 / 进入OSPF 2、Router(config-router)#area 0 authentication message-digest / MD5 加密验证 2、Router(config-router)#area 0 authentication / 纯文本验证 B B、使用纯文本身份验证、使用纯文本身份验证 （ 在具体端口的配置模式