网络互连技术课件08-OSPF路由协议

1、第第8章章 OSPF路由协议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掌握SPF算法掌握单区域OSPF配置方法本章内容OSPF概念SPF算法单区域OSPF配置方法多区域OSPF配置方法课程议题OSPF引言 于1988年，因特网工程任务组织（IETF，Internet Engineering Task 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S

2、PF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介绍 开放的标准开放的标准 最短路径优先最短路径优先 (SPF)算法（有时也称算法（有时也称Dijkstra算法）算法） 链路状态路由协议链路状态路由协议 (vs 距离矢量协议）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

3、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

4、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：区域内路由：自制系统内部的网络结构区域间路由：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

5、、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，它转发给路由器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算法及最短路径树算法及最短路径树 SPF算法将每一个路

6、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

7、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OS

8、PF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RI

9、D，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地址设置为0.0.0.0，同时设置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，

10、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)的形成主从(Master,Slave)关系的协商

11、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LSA是可靠的，有一种用于确认LSA被成功传递的方法。LSA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。LSA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。类型类型名称名称描

12、述描述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 numberTypePacket lengthRouter IDArea IDChecksumAuthentication typeAuthenticationDataOSPF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Exstart 准启动Exchange 交换Loading

13、 加载Full adjacency 完全邻接OSPF状态 OSPF状态交换过程交换过程交换过程交换过程探寻路由信息OSPF的邻居状态机 课程议题配置命令创建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 ospf process-idRouter(config-router)#network address inverse-mask area area-id 配置示例多区域OSPF协议配置 多区域OSPF协议配置（续）R1(confi

14、g)#router ospf R1(config-router)#network 192.168.12.0 0.0.0.255 area 0R1(config-router)#network 192.168.1.0 0.0.0.255 area 1R2(config)#router ospf R2(config-router)#network 192.168.12.0 0.0.0.255 area 0R2(config-router)#network 192.168.2.0 0.0.0.255 area 2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192.1

15、68.1.2。验证OSPF配置在配置完成后，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 ip routeRouter#s h o w i p o s p f n e i g h b o r d e t a i l 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。用来检验已经配置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

16、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 ip ospf database Router#show ip ospf 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 ip route * 是用来清除整个ip路由选择表Debug ip ospf 是用来测试OSPF但禁止在生产的环境中使用该命令Router#show ip ospf Router#clear ip route *Router#debug ip ospf OSPF虚链路技术（补

17、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。骨干区域虚连接OSPF虚链路配置 【背景描述背景描述】 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

18、，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 ospf 1R1(config-router)#network 192.168.12.0 0.0.0.255 area 0 R1(config-router)#endR2(config)#router ospf 1R2(config-router)#network 192.168.12.0 0.0.0.255 area 0R2(c

19、onfig-router)#network 192.168.23.0 0.0.0.255 area 1R2(config-router)#endR3(config)#router ospf 1R3(config-router)#network 192.168.34.0 0.0.0.255 area 2R3(config-router)#network 192.168.23.0 0.0.0.255 area 1R3(config-router)#endR4(config)#router ospf 1R4(config-router)#network 192.168.34.0 0.0.0.255

20、area 2配置虚链路之前验证测试R1#show ip route C 192.168.12.0/24 is directly connected,Serial1/2 O IA 192.168.23.0/24110/96 via 192.168.12.2 ,00:00:42,serial1/2 !R1没有收到来自区域2的路由配置虚链路 R2(config)#router ospf 1R2(config-router)#area 1 virtual-link 192.168.34.3 !配置虚链路穿越area 1（注：192.168.34.3为R3路由器的标识符，可在R3里用show ip os

21、pf命令查到）R3(config)#router ospf 1R3(config-router)#area 1 virtual-link 192.168.23.2 !配置虚链路穿越area 1（注：192.168.23.2为R2路由器的标识符，可在R2里用show ip ospf命令查到）验证测试R1#show ip routeCodes:C-connected,S-static,R-RIP,O-OSPF,IA-OSPF inter area O IA 192.168.34.0/24110/144 via 192.168.12.2 ,00:03:17,serial1/2C 192.168.12

22、.0/24 is directly connected,Serial1/2O IA 192.168.23.0/24110/96via 192.168.12.2 ,00:03:17,serial1/2!R1已经收到来自区域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（telnet ），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

23、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 s 1/2R1(config-if)#ip add 192.168.12.1 255.255.255.0R1(config-if)#no shutR1(config)#interface loopback0

24、R1(config-if)#ip add 172.16.1.1 255.255.255.0R1(config-if)#no shutR1(config)#interface loopback1R1(config-if)#ip add 172.16.2.1 255.255.255.0R1(config-if)#no shut 启动OSPF路由协议 R1(config)#router ospf 1R1(config-router)#network 192.168.12.0 0.0.0.255 area 0 R1(config-router)#network 172.16.1.0 0.0.0.255 area 1R1(config-router)#network 172.16.2.0 0.0.0.255 area 1R1(config-router)#endR2(config)#router ospf 1R2(config-router)#network 192.168.12.0 0.0.0.255 area 0路由汇总前验证测试 R2#show ip route Codes:C-connected,S-static,R-RIP,O-OSPF,