第7章 OSPF动态路由协议原理与配置

1、第7章 OSPF动态路由协议原理与配置7.1 OSPF动态路由协议原理 7.1.1 OSPF特点特点OSPF无路由自环问题。无路由自环问题。OSPF支持变长子网掩码支持变长子网掩码VLSM。OSPF支持区域划分、适应大规模网络。支持区域划分、适应大规模网络。OSPF支持等值路径负载分担（支持等值路径负载分担（Cisco定义最大定义最大6条）。条）。OSPF支持验证，防止对路由器、路由协议的攻击行为支持验证，防止对路由器、路由协议的攻击行为7.1.1 OSPF特点（续）OSPF路由变化时收敛速度快，可适应大规模网络。路由变化时收敛速度快，可适应大规模网络。OSPF并不周期性地广播路由表，因此节省

2、了宝贵的并不周期性地广播路由表，因此节省了宝贵的带宽资源。带宽资源。OSPF被直接封装于被直接封装于IP协议之上（使用协议号协议之上（使用协议号89），），它靠自身的传输机制保证可靠性。它靠自身的传输机制保证可靠性。OSPF数据包的数据包的TTL值被设为值被设为1，即，即OSPF数据包只能数据包只能被传送到一跳范围之内的邻居路由器。被传送到一跳范围之内的邻居路由器。OSPF以组播地址发送协议报文（对所有以组播地址发送协议报文（对所有DR/BDR路路由器的组播地址：由器的组播地址：224.0.0.6；对所有的；对所有的SPF路由器路由器的组播地址：的组播地址：224.0.0.5）。）。7.1.2

3、 OSPF协议的基本术语1路由器路由器IDRouter ID2邻居（邻居（Neighbors）3邻接（邻接（Adjacency）4指定路由器（指定路由器（Designative Router，DR）5备份指定路由器（备份指定路由器（Backup Designative Router，BDR）6DROTHER7OSPF链路状态数据库链路状态数据库7.1.3 OSPF数据包类型及OSPF数据包头部结构 1OSPF数据包类型编号 类型 用途 1 Hello 发现邻居、维持邻居关系、选举DR/BDR 2 数据库描述 交换链路状态数据库LSA头 3 链路状态请求 请求一个指定的LSA数据细节 4 链路状

4、态更新 发送被请求的LSA数据包 5 链路状态确认 对链路状态更新包的确认 2OSPF数据包头部结构图7-3 OSPF hello数据包的解码结果7.1.4 5种类型的OSPF数据包1Hello数据包数据包Hello数据包是编号为数据包是编号为1的的OSPF数据包。数据包。运行运行OSPF协议的路由器每隔一定的时间发送一次协议的路由器每隔一定的时间发送一次Hello数据包，用以发现、保持邻居（数据包，用以发现、保持邻居（Neighbors）关系并可以选举关系并可以选举DR/BDR。2链路状态数据库描述数据包链路状态数据库描述数据包（链路状态数据库描述数据包（DataBase Descripti

5、on，DBD）是编号为）是编号为2的的OSPF数据包。数据包。该数据包在链路状态数据库交换期间产生。它的主该数据包在链路状态数据库交换期间产生。它的主要作用有三个：要作用有三个：选举交换链路状态数据库过程中的主选举交换链路状态数据库过程中的主/从关系。从关系。确定交换链路状态数据库过程中的初始序列号。确定交换链路状态数据库过程中的初始序列号。交换所有的交换所有的LSA数据包头部。数据包头部。图7-4 DBD的头部结构图7-5 OSPF DBD数据包的解码结果3链路状态请求数据包链路状态请求数据包（链路状态请求数据包（LSA-REQ）是编号为）是编号为3的的OSPF数据包。数据包。该数据包用于请

6、求在该数据包用于请求在DBD交换过程发现的本路由器交换过程发现的本路由器中没有的或已过时的中没有的或已过时的LSA包细节。包细节。图7-6 链路状态请求数据包图7-7 OSPF REQ数据包的解码结果4链路状态更新数据包链路状态更新数据包（链路状态更新数据包（LSA-Update）是编号为）是编号为4的的OSPF数据包。数据包。该数据包用于将多个该数据包用于将多个LSA泛洪，也用于对接收到的泛洪，也用于对接收到的链路状态更新进行应答。如果一个泛洪链路状态更新进行应答。如果一个泛洪LSA没有被没有被确认，它将每隔一段时间（缺省是确认，它将每隔一段时间（缺省是5秒）重传一次。秒）重传一次。图7-8

7、 链路状态更新数据包图7-9 OSPF Update数据包的解码结果5链路状态确认数据包链路状态确认数据包（链路状态确认数据包（LSA-Acknowledgement）是编号为是编号为5的的OSPF数据包。数据包。该数据包用于对接收到的该数据包用于对接收到的LSA进行确认。该数据包进行确认。该数据包会以组播的形式发送。如果发送确认的路由器的状会以组播的形式发送。如果发送确认的路由器的状态是态是DR或者或者BDR，确认数据包将被发送到，确认数据包将被发送到OSPF路路由器组播地址：由器组播地址：224.0.0.5。如果发送确认的路由器。如果发送确认的路由器的状态不是的状态不是DR或者或者BDR，

8、确认将被发送到，确认将被发送到OSPF路路由器组播地址：由器组播地址：224.0.0.6。图7-10 链路状态确认数据包图7-11 OSPF ACK数据包的解码结果7.1.5 LSA数据包1链路状态通告数据包（LSA）头部格式LSA头表7-3 LSA类型及对应链路状态ID2路由器LSA路由器LSA主要包括以下内容：该路由器是否是一个区域边界路由器（ABR，见7.1.8节）。该路由器是否是一个自治系统边界路由器（ASBR，见 7.1.8 节）。路由器链路的数量。链路类型、链路数据、链路ID：不同链路类型的这三个字段的内容及含义不同。度量：指定链路的OSPF代价。图7-13 路由器LSA表7-4

9、不同类型链路的对应链路状态ID和链路数据3网络LSA网络网络LSA主要包括以下内容：主要包括以下内容：网络掩码：与传输网相关的网络掩码。网络掩码：与传输网相关的网络掩码。接入（接入（Attached）路由器：接入到传输网的所有）路由器：接入到传输网的所有路由器的路由器路由器的路由器ID列表。列表。图7-14 网络LSA4汇总LSA汇总LSA主要包括以下内容：Network Mask（网络掩码）字段：占32比特。指明目标网络的子网掩码。metric（度量）字段：占24比特。指明到目标网络的OSPF代价。TOS（服务类型，占8比特）、TOS metric（服务类型代价，占24比特）字段：和服务类型

10、相关的字段（通常设为0）。图7-15 汇总LSA5自治系统外部LSA自治系统外部LSA主要包括以下内容：Network Mask（网络掩码）字段“E”字段metric（度量）字段Forwarding address（转发地址）字段External Route Tag（外部路由标签）字段“E”位、TOS、TOS metric、Forwarding address字段图7-16 自治系统外部LSA7.1.6 OSPF网络介质分类RFC将网络介质类型分为：NBMA和点到多点类型。Cisco额外定义了三种网络介质：点到点点到点、广广播播和点到多点非广播点到多点非广播。1. 点到点（Point to P

11、oint，PTP）在点到点类型的介质中，OSPF数据包以多播地址发送不选举DR、BDROSPF路由器之间的hello数据包每10秒钟发送一次，邻居的死亡间隔时间为40秒2. 广播网络（Broadcast）需要选举DR/BDR。OSPF路由器之间的hello数据包每10秒钟发送一次，邻居的死亡间隔时间为40秒。3. 非广播多路访问（NBMA）非广播多路访问（Non-Broadcast Multi-Access，NBMA）类型的介质包括运行帧中继、X.25、ATM等协议的网络。对于NBMA网络，需要手工指定DR/BDR。之后，其运行模式将同广播网络一样。OSPF路由器之间的hello数据包每30秒

12、钟发送一次，邻居的死亡间隔时间为120秒。非广播多路访问（NBMA） 4. 点到多点（PTMP）点到多点（Point to Multi-Point，PTMP）类型的介质包括运行帧中继、X.25、ATM等协议的网络。在点到多点介质中，不选举DR/BDR。OSPF路由器之间的hello数据包每30秒钟发送一次，邻居的死亡间隔时间为120秒。点到多点5. 点到多点非广播（P2MP-NonBroadcast）不选举DR/BDR。需要使用命令neighbor手工指定近邻。OSPF路由器之间的hello数据包每30秒钟发送一次，邻居的死亡间隔时间为120秒。表7-5 介质特性表7.1.7 SPF过程1OS

13、PF邻接建立过程邻接建立过程OSPF邻接建立过程主要会经过以下一些阶段或状态：邻接建立过程主要会经过以下一些阶段或状态：关闭（关闭（Down）状态：没有发送）状态：没有发送hello数据包，也没有收到数据包，也没有收到hello数据包。数据包。尝试（尝试（Attempt）状态：不停地向对方发送）状态：不停地向对方发送hello数据包。数据包。初始（初始（Init）状态：收到了对方的）状态：收到了对方的hello数据包。但对方没数据包。但对方没有收到自己的有收到自己的hello报文。报文。双向（双向（Two-Way）状态：双方均收到了对方的）状态：双方均收到了对方的hello数据包。数据包。启动

14、（启动（ExStart）状态：发送）状态：发送DBD报文，选举主报文，选举主/从设从设备、设定初始序列号。备、设定初始序列号。交换（交换（Exchange）状态：互相交换）状态：互相交换LSA报头信息。报头信息。装入（装入（Loading）状态：向对方请求自己没有的或过时）状态：向对方请求自己没有的或过时的的LSA信息，并在收到对方的更新信息，并在收到对方的更新LSA后添加到自己的后添加到自己的链路状态数据库中。链路状态数据库中。完成（完成（Full）状态：双方的链路状态数据库完全相同。）状态：双方的链路状态数据库完全相同。图7-21 OSPF邻接建立过程2OSPF邻居状态机3. SPF计算O

15、SPF协议的核心是协议的核心是SPF，即最短路径优先算法。，即最短路径优先算法。OSPF使用使用Dijkstra算法来产生最短生成树。算法来产生最短生成树。OSPF协议中的协议中的SPF计算路由过程如下：计算路由过程如下：各路由器发送自己的各路由器发送自己的LSA，其中描述了自己的链路状态信息。，其中描述了自己的链路状态信息。各路由器汇总收到的所有各路由器汇总收到的所有LSA，生成，生成LSDB。各路由器以自己为根节点计算出最小生成树，依据是链路的各路由器以自己为根节点计算出最小生成树，依据是链路的代价。代价。各路由器按照自己的最小生成树得出路由条目并安装到路由各路由器按照自己的最小生成树得出

16、路由条目并安装到路由表中。表中。3. SPF计算3. SPF计算OSPF协议的核心是SPF，即最短路径优先算法。OSPF使用Dijkstra算法来产生最短生成树。OSPF协议中的SPF计算路由过程如下：各路由器发送自己的LSA，其中描述了自己的链路状态信息。各路由器汇总收到的所有LSA，生成LSDB。各路由器以自己为根节点计算出最小生成树，依据是链路的代价。各路由器按照自己的最小生成树得出路由条目并安装到路由表中。7.1.8 OSPF区域多区域OSPF中路由器的名称及用途区域内路由器（Inter Area Router ，IAR）：该路由器负责维护本区域内部路由器之间的链路状态数据库。骨干（主

17、干）路由器：可以是区域内路由器，也可以是区域边界路由器。区域边界路由器（Area Border Router，ABR）：该路由器拥有所连接的区域的所有链路状态数据库并负责在区域之间发送LSA更新消息。自治系统边界路由器（Anonymous System Border Router，ASBR）。该路由器处于自治系统边界，负责和自治系统外部交换路由信息。7.2 OSPF动态路由协议配置 7.2.1 单区域OSPF配置单区域OSPF的配置分为两个步骤：启动OSPF路由器协议进程。Router(config)#router ospf Process-ID声明运行OSPF协议的路由器接口IP地址或子网地

18、址。Router(config-router)#network A.B.C.D A.B.C.D area area-id7.2.2 点到点链路OSPF配置以下是路由器A的配置命令：Ra(config)#router ospf 100Ra(config-router)#router-id 1.1.1.1Ra(config-router)#network 1.1.1.0 0.0.0.255 area 0Ra(config-router)#network 12.0.0.1 0.0.0.0 area 0Ra(config-router)#network 13.0.0.1 0.0.0.0 area 0以

19、下是路由器B的配置命令：Rb(config)#router ospf 100Rb(config-router)#router-id 2.2.2.2 Rb(config-router)#network 2.2.2.0 0.0.0.255 area 0Rb(config-router)#network 12.0.0.2 0.0.0.0 area 0Rb(config-router)#network 23.0.0.2 0.0.0.0 area 0以下是路由器C的配置命令：Rc(config)#router ospf 100Rc(config-router)#router-id 3.3.3.3 Rc(

20、config-router)#network 3.3.3.0 0.0.0.255 area 0Rc(config-router)#network 13.0.0.3 0.0.0.0 area 0Rc(config-router)#network 23.0.0.3 0.0.0.0 area 07.2.3 点到点链路OSPF诊断1log-adjacency-changesRa(config-router)#log-adjacency-changes图7-28、29 命令log-adjacency-changes的输出OSPF相关诊断命令2show ip protocol3show ip route4

21、show ip ospf neighbor5show ip ospf neighbor detail6show ip ospf database7show ip ospf interfaceOSPF相关诊断命令（续）8show ip ospf flood-list9show ip ospf process-id10debug ip ospf hello11debug ip ospf adj12debug ip ospf events13debug ip ospf flood14debug ip ospf packet15debug ip ospf spf7.2.4 广播网络OSPF配置以下是路由器A的配置命令：Ra(config)#router ospf 100Ra(config-router)#router-id 1.1.1.1 Ra(config-router)#network 1.1.1.0 0.0.0.255 area 0Ra(config-router)#network 192.168.1.1 0.0.0.0 area 0以下是路由器B的配置命令：R