第09章 OSPF协议

1、Open Shortest Path Fist 开放最短路径协议开放最短路径协议目标目标nOSPF 是一种链路状态路由协议是一种链路状态路由协议 n本章主要学习基本的单区域本章主要学习基本的单区域 OSPF 实施和配置实施和配置11.1.1 OSPF 背景背景nOSPF 开发历程开发历程OSPF工作原理：工作原理：1、建立直连路由信息、建立直连路由信息2、互换网络信息、互换网络信息3、建立路由表、建立路由表OSPF的三个表：的三个表：1、邻居表、邻居表2、LSDB链路状态数据库链路状态数据库 （即拓扑表）（即拓扑表）3、路由表、路由表OSPF的七种状态：的七种状态：1、down 2、init（

2、初始化状态）（初始化状态）3、two-way4、exstart5、exchange（交换）（交换）6、loading（装载）（装载）7、fullOSPF的五种包：的五种包：1、hello包包2、DBD包：数据库描述包：数据库描述3、LSR包：链路状态请求包：链路状态请求4、LSU：链路状态更新：链路状态更新5、LSACK：对：对LSU的确认的确认1、 down状态状态R1和和R2在没收到任何一个在没收到任何一个hello包时。包时。2、init状态收到了对方的第一个状态收到了对方的第一个hello报文。报文。收到对方收到对方hello报文报文注：注：hello表中有：表中有： 1、hello时

3、间间隔。时间间隔。 2、AREA ID 是否在同一区域是否在同一区域 3、邻居列表、邻居列表 表示自己的所有邻居（用于理解，但不正确）表示自己的所有邻居（用于理解，但不正确） 4、路由、路由ID 5、DR(主主)/BDR(从从) （路由（路由ID较大的为较大的为DR）组播：组播：224.0.0.53、two-way：收到对方的：收到对方的hello报文，并且在对方报报文，并且在对方报 文中的邻居列表看到自己。文中的邻居列表看到自己。 注：如果双方都进入注：如果双方都进入two-way状态，则双方已建立状态，则双方已建立 邻居关系。邻居关系。再次收到对方再次收到对方hello报文报文4、Exst

4、art状态：确定主从关系。状态：确定主从关系。注：主从关系：两台路由中谁为主路由，利用注：主从关系：两台路由中谁为主路由，利用hello包中对方的包中对方的路由路由ID，与自己的路由，与自己的路由ID相对比，以确定谁先发言。相对比，以确定谁先发言。 5、Exchange：用：用DBD报文交换对方的报文交换对方的LSDB中的提纲内容。中的提纲内容。注：注：DBD（数据库描述）报文：是（数据库描述）报文：是LSDB的目录，可以理解的目录，可以理解 为对拓扑表的粗略描述，以减少网络负担，只传输自己为对拓扑表的粗略描述，以减少网络负担，只传输自己 需要的部分。需要的部分。先发送先发送DBD报文报文主主

5、从从后发送后发送DBD报文报文6、loading状态：互相交换自己需要的具体的链路信息。状态：互相交换自己需要的具体的链路信息。请求请求LSR：2.2.2.0的状态的状态给给LSU：2.2.2.0的状态的状态LSB包：链路状态请求包：链路状态请求LSU：链路状态更新：链路状态更新发发LSACK:对对LSU信息的确认信息的确认7、full状态：路由状态：路由LSDB链路状态相同时。链路状态相同时。注：在广播链路中注：在广播链路中(如如:总线结构总线结构)，只有一台只有一台DR（指定路由器）或（指定路由器）或 BDR（备用指定路由器）（备用指定路由器）,其他都是其他都是 drother路由，由路由

6、，由DR汇总后，汇总后，再向其他路由发送结论。再向其他路由发送结论。11.1.2 OSPF 消息封装消息封装n数据字段可能包含五种数据字段可能包含五种 OSPF 数据包类型数据包类型n每个每个 OSPF 数据包都具有数据包都具有 OSPF 数据包报头数据包报头n IP 数据包报头中，协议数据包报头中，协议字段被设为字段被设为 89 以代表以代表 O S P F ; 目 的 地 址目 的 地 址 = 224.0.0.5 or 224.0.0.6n以太网帧头以太网帧头: 目的目的MAC 地地址址 =01-00-5E-00-00-05 or 01-00-5E-00-00-0611.1.3 OSPF

7、数据包类型数据包类型nOSPF LSP 的五种类型的五种类型11.1.4 Hello 协议协议n发现发现 OSPF 邻居并建立相邻关系。邻居并建立相邻关系。n通告两台路由器建立相邻关系所必需统一的参数。通告两台路由器建立相邻关系所必需统一的参数。n在以太网和帧中继网络等多路访问网络中选举指定路由器在以太网和帧中继网络等多路访问网络中选举指定路由器 (DR) 和和备用指定路由器备用指定路由器 (BDR)。nSPF 路由器正在通过所有启路由器正在通过所有启用了用了 OSPF 的接口发送的接口发送 Hello 数据包，以确定那些链路上数据包，以确定那些链路上是否存在邻居。是否存在邻居。nOSPF H

8、ello 中的信息包括发中的信息包括发送方路由器的送方路由器的 OSPF 路由器路由器 IDn一个接口收到一个接口收到 OSPF Hello 数数据包随后，据包随后，OSPF 即与该邻即与该邻居建立相邻关系居建立相邻关系11.1.4 Hello 协议协议11.1.4 Hello 协议协议 两台路由器在建立两台路由器在建立 OSPF 相邻相邻关系之前，必须统一三个值：关系之前，必须统一三个值：Hello 间隔、间隔、Dead 间隔和网络间隔和网络类型类型 OSPF Hello 数据包都会通过数据包都会通过组播组播发送给发送给ALLSPFRouters 的专用地址的专用地址 224.0.0.5 C

9、isco 所用的默认断路间隔为所用的默认断路间隔为 Hello 间隔的间隔的四倍四倍11.1.4 Hello 协议协议为减小多路访问网络中的为减小多路访问网络中的 OSPF 流量，流量，OSPF 会选举会选举一个指定路由器一个指定路由器 (DR) 和一个备用指定路由器和一个备用指定路由器 (BDR)n指定路由器指定路由器 (DR) DR 负责使用该变化信息更新其它所有负责使用该变化信息更新其它所有 OSPF 路由器（称为路由器（称为 DROther）n备用指定路由器备用指定路由器 (BDR) BDR 会监控会监控 DR 的状态，并在的状态，并在当前当前 DR 发生故障时接替其角色发生故障时接替

10、其角色图中，图中，R1、R2 和和 R3 通过点对通过点对点链路相互连接。因此，不会点链路相互连接。因此，不会执行执行 DR/BDR 选举选举11.1.5 OSPF 链路状态更新链路状态更新nLSU 目的目的用于用于 OSPF 路由更新路由更新nLSA 目的目的包含邻居和路径开销信息包含邻居和路径开销信息n一个一个 LSU 包含一个或多个包含一个或多个 LSA链路：把参与到链路：把参与到OSPF进程中的接口（处于活动状态）进程中的接口（处于活动状态），认为是，认为是OSPF的链路。的链路。链路状态：即接口状态。链路状态：即接口状态。 1、ip 2、子网掩码、子网掩码 3、网络类型、网络类型 4

11、、开销（、开销（cost）R1(config)#router ospf 100（进程号）（进程号）注：注：EIGRP中的中的1为为AS（自治系统）号，且（自治系统）号，且AS号号 要一致，要一致，OSPF可不同。可不同。R1(config-router)#network 1.1.1.0 0.0.0.255 area 0 （区域号）（区域号）R1(config-if)#ip ospf network point-to-point 注：应将注：应将loopback接口打开点对点功能，否则对方接口打开点对点功能，否则对方只识别一个主机路由。只识别一个主机路由。R1#sho ip ospf neigh

12、bor （显示（显示ospf邻居表）邻居表）Neighbor ID Pri State Dead Time Address Interface2.2.2.1 0 FULL/ - 00:00:38 12.1.1.2 Serial0/0优先级优先级对方的对方的串口默串口默认为认为0状态状态死亡时间死亡时间共共40s每每10s一次一次Hello报文报文R1#show ip ospf database (显示显示ospf数据库即数据库即LSDB表表)11.1.6 OSPF 算法算法n每台每台 OSPF 路由器都会维持一路由器都会维持一个个链路状态数据库链路状态数据库，其中包含，其中包含来自其它所有路由

13、器的来自其它所有路由器的 LSA。n一旦路由器收到所有一旦路由器收到所有 LSA 并建并建立其本地链路状态数据库，立其本地链路状态数据库，OSPF 就会使用就会使用 Dijkstra 的的最最短路径优先短路径优先 (SPF) 算法创建一算法创建一个个 SPF 树。树。n将根据将根据 SPF 树，使用通向每个树，使用通向每个网络的网络的最佳路径最佳路径填充填充 IP 路由表路由表。确定路由器确定路由器ID：（顺序）：（顺序）1、手工指定：（优先级最高）、手工指定：（优先级最高）R1(config-router)#router-id 11.1.1.1R1# clear ip ospf proces

14、s （清理（清理ospf进程）进程）R1#show ip protocols2、如果无手动指定，那么路由会选择、如果无手动指定，那么路由会选择loopback接口接口中最大的中最大的ip作为路由器作为路由器ID注：当注：当loopback接口地址发生变化时，接口地址发生变化时，router ID不不会随之变化。除非会随之变化。除非1、保存后重启路由器。、保存后重启路由器。2、重新、重新配置配置ospf3、如果路由器无、如果路由器无loopback接口地址，则以活动的物接口地址，则以活动的物理接口的最大理接口的最大ip地址为此路由器的地址为此路由器的ID。注：接口处于启动状态，不参加注：接口处于

15、启动状态，不参加ospf进程也可以。进程也可以。n确定路由器确定路由器ID，通过以下顺序确定，通过以下顺序确定 用于验证路由器用于验证路由器 ID 的一个命令为的一个命令为 show ip protocols。某些某些 IOS 版版本并不象图中所示那样显示路由器本并不象图中所示那样显示路由器 ID。在那些情况下，请使用。在那些情况下，请使用 show ip ospf 或或 show ip ospf interface 命令检验路由器命令检验路由器 ID修改路由器修改路由器ID后必须通过重新加载路由器或使用下列命令来启用后必须通过重新加载路由器或使用下列命令来启用: Router# clear

16、ip ospf process使用通过使用通过 OSPF router-id 命令配置的命令配置的 IP 地址。地址。: Router(config)#router ospf process-id Router(config-router)#router-id ip-address优点优点: 环回端口不会失效环回端口不会失效 OSPF 更稳定，采用命令更稳定，采用命令Router(config)#interface loopback numberRouter(config-if)#ip address ip-address subnet-mask如果未配置如果未配置 router-id，则路由

17、器会选择其所有环回接口的最高，则路由器会选择其所有环回接口的最高 IP 地地址址: R1: 192.168.10.5 R2: 192.168.10.9 R3: 192.168.10.1011.1.7 管理距离管理距离nOSPF的默认管理距离为的默认管理距离为 110nOSPF 比比IS-IS和和RIP优先优先11.2.1 实验拓扑实验拓扑n本拓扑中有三个带宽各不相同的串行链路，且每本拓扑中有三个带宽各不相同的串行链路，且每台路由器都具有多条路径通向远程网络台路由器都具有多条路径通向远程网络11.2.1 实验拓扑实验拓扑nR1,R2和和R3的接口配置的接口配置11.2.2 router ospf

18、 命令命令n启用启用OSPF使用以下命令使用以下命令: R1(config)#router ospf process-id Process id : 是一个介于是一个介于 1 和和 65535 之间的数字，由网络管理员之间的数字，由网络管理员选定。选定。process-id仅在仅在本地有效本地有效，这意味着路由器之，这意味着路由器之间建立相邻关系时无需匹配该值。间建立相邻关系时无需匹配该值。11.2.3 network 命令命令nOSPF 中的中的 network 命令与其它命令与其它 IGP 路由协议中的路由协议中的 network 命令具有命令具有相同的功能相同的功能:路由器上任何符合路由

19、器上任何符合 network 命令中的网络地址的接口都将启用，可发送命令中的网络地址的接口都将启用，可发送和接收和接收 OSPF 数据包。数据包。此网络（或子网）将被包括在此网络（或子网）将被包括在 OSPF 路由更新中。路由更新中。 Router(config-router)#network network-address wildcard-mask area area-id 通配符掩码通配符掩码: 网络地址和通配符掩码一起网络地址和通配符掩码一起,用于指定此用于指定此 network 命令启用的接口或接口范围命令启用的接口或接口范围. area: OSPF 区域是共享链路状态信息的一组路由

20、器。区域是共享链路状态信息的一组路由器。OSPF 网络也可配置为网络也可配置为多区域多区域. area-id:如果所有路由器都处于同一个如果所有路由器都处于同一个 OSPF 区域，则必须在所有路由器上使用相同的区域，则必须在所有路由器上使用相同的 area-id 来配置来配置 network 命令比较好的做法是在单区域命令比较好的做法是在单区域 OSPF 中使用中使用area-id 011.2.5 验证验证 OSPFn验证验证 OSPF 相邻关系并排除相应的故障的命令：相邻关系并排除相应的故障的命令： show ip ospf neighborOther commands: show ip p

21、rotocols show ip ospf show ip ospf interface命令可用于验证该路由器是否已与其相邻路由命令可用于验证该路由器是否已与其相邻路由器建立相邻关系器建立相邻关系 如果未显示相邻路由器的如果未显示相邻路由器的路由器路由器 ID，或未显示，或未显示 FULL 状态，则表明两台路状态，则表明两台路由器未建立由器未建立 OSPF 相邻关相邻关系系两台路由器未两台路由器未建立相邻关系，建立相邻关系，则不会交换链则不会交换链路状态信息路状态信息11.2.6 检查路由表检查路由表nshow ip route命令可用于检验路由器是否正在通过命令可用于检验路由器是否正在通过

22、OSPF 发送和接收路由：发送和接收路由： “O” 表示路由来源为表示路由来源为 OSPFOSPF 不会自动在主网络边界总结不会自动在主网络边界总结11.3.1 OSPF 度量度量nCisco IOS 使用从路由器到目的网络沿途的传出接口的累积带宽作为开使用从路由器到目的网络沿途的传出接口的累积带宽作为开销值销值开销越低，该接口越可能被用于转发数据流量开销越低，该接口越可能被用于转发数据流量开销计算公式：开销计算公式：108 / 接口带宽接口带宽参考带宽参考带宽默认为默认为 100Mbps11.3.1 OSPF 度量度量nCOST 累计开销：从路由器到目的网络的累计开累计开销：从路由器到目的网

23、络的累计开销值销值11.3.1 OSPF 度量度量n链路的实际速度很可能不同于默认带宽链路的实际速度很可能不同于默认带宽带宽值必须反映链路的实际速度，路由表才具有准确带宽值必须反映链路的实际速度，路由表才具有准确的最佳路径信息的最佳路径信息n可使用可使用 show interface 命令查看接口所用的带宽值命令查看接口所用的带宽值11.3.2 修改链路开销修改链路开销链路的两端应该配置为相同值链路的两端应该配置为相同值Bandwidth 命令修改拓扑中串行接口开销值命令修改拓扑中串行接口开销值nExample: Router(config-if)#bandwidthbandwidth-kbp

24、s直接指定接口开销（免除了计算过程）直接指定接口开销（免除了计算过程） R1(config-if)#ip ospf cost 100修改参考带宽修改参考带宽默认为默认为 100Mbps可使用可使用 OSPF 命令命令 auto-cost reference-bandwidth 修改修改11.4.1 多路访问网络中的挑战多路访问网络中的挑战nOSPF 定义五种网络类型定义五种网络类型:点对点点对点广播多路访问广播多路访问非广播多路访问非广播多路访问 (NBMA)点对多点点对多点虚拟链路虚拟链路11.4.1 多路访问网络中的挑战多路访问网络中的挑战n多路访问网络对多路访问网络对 OSPF 的的 L

25、SA 泛洪过程提出了两泛洪过程提出了两项挑战项挑战创建多边相邻关系，其中每对路由器都存在一项相邻创建多边相邻关系，其中每对路由器都存在一项相邻关系。关系。 LSA（链路状态通告）的大量泛洪（链路状态通告）的大量泛洪11.4.1多路访问网络中的挑战多路访问网络中的挑战nLSA 的泛洪的泛洪链路状态路由器会在链路状态路由器会在 OSPF 初始化以及拓扑更改时泛初始化以及拓扑更改时泛洪其链路状态数据包洪其链路状态数据包路访问网络中的每台路由器都需要向其它所有路由器路访问网络中的每台路由器都需要向其它所有路由器泛洪泛洪 LSA 并为收到的所有并为收到的所有 LSA 发出确认，网络通信将发出确认，网络通

26、信将变得非常混乱变得非常混乱11.4.1 多路访问网络中的挑战多路访问网络中的挑战n多路访问网络中管理相邻关系多路访问网络中管理相邻关系数量和数量和 LSA 泛洪的解决方案泛洪的解决方案指定路由器指定路由器 (DR)/备用指定路备用指定路由器由器 (BDR)其它所有路由器变为其它所有路由器变为 DROthern多路访问网络中的路由器会选多路访问网络中的路由器会选举出举出一个一个 DR 和和一个一个 BDR。DROther 仅与网络中的仅与网络中的 DR 和和 BDR 建立完全的相邻关系建立完全的相邻关系n DROther 只需使用只需使用组播地址组播地址 224.0.0.6将其将其 LSA 发

27、送给发送给 DR 和和 BDR，DR 使用组播地址使用组播地址 224.0.0.5，将，将LSA 转发给其它转发给其它所有路由器所有路由器11.4.2 DR/BDR 选举过程选举过程nDR/BDR 不会不会发生在发生在点对点点对点网络中网络中11.4.2 DR/BDR 选举过程选举过程nDR/BDR 选举在多路访问网络中如下图选举在多路访问网络中如下图11.4.2 DR/BDR 选举过程选举过程nDR/BDR选举条件选举条件1.DR: 具有具有最高最高OSPF接口优先接口优先级级的路由器的路由器2.BDR:具有第二高具有第二高 OSPF 接口接口优先级的路由器优先级的路由器 如果如果 OSPF

28、 接口优先级相等，接口优先级相等，则取则取路由器路由器 ID 最高最高者者nDROther 仅与仅与 DR 和和 BDR 建建立立完全完全的相邻关系的相邻关系n多 路 访 问 网 络 中 的 所 有多 路 访 问 网 络 中 的 所 有 DROther 路由器仍然会收到路由器仍然会收到其它所有其它所有 DROther 路由器发路由器发来的来的 Hello 数据包，其相邻状数据包，其相邻状态显示为态显示为 2WAY11.4.2 DR/BDR 选举过程选举过程nDR/BDR选举的时间安排选举的时间安排当多路访问网络中第一台启用了当多路访问网络中第一台启用了 OSPF 接口的路由器接口的路由器开始工

29、作时，开始工作时，DR 和和 BDR 选举过程随即开始选举过程随即开始DR 一旦选出，将保持一旦选出，将保持 DR 地位，直到出现下列条件地位，直到出现下列条件之一为止之一为止nDR 发生故障。发生故障。nDR 上的上的 OSPF 进程发生故障。进程发生故障。nDR 上的多路访问接口发生故障上的多路访问接口发生故障OSPF在广播的多路网络中的在广播的多路网络中的DR与与BDR的选取规则：的选取规则：1、先启动起来的路由器成为、先启动起来的路由器成为DR或或BDR 注：为了保证网络稳定性注：为了保证网络稳定性2、当、当DR失效时，则失效时，则BDR变成变成DR，DRother中再选出中再选出 B

30、DR。 注：注：DR与与BDR在邻居表中处于在邻居表中处于Full状态，但状态，但DRother之间处于之间处于two-way状态，是因为状态，是因为DRother只与只与DR和和BDR交换信息。交换信息。3、接口优先级。串口为、接口优先级。串口为0，以太口为，以太口为1 （值越大优先级越高）（值越大优先级越高） 注注1：DR和和BDR的选择应该先对比优先级，再对比路由的选择应该先对比优先级，再对比路由ID。 注注2：优先级是由接口决定，所以一台路由器在一个网络内可能：优先级是由接口决定，所以一台路由器在一个网络内可能是是DR，在另一个网络内可能是，在另一个网络内可能是Drother4、优先级

31、为、优先级为0，则不参与选举。当一台路由优先级为，则不参与选举。当一台路由优先级为1，其他路，其他路由优先级为由优先级为0时，此台路由一定是时，此台路由一定是DRR1(config-if)#ip ospf priority 5 (修改接口优先级修改接口优先级)5、路由、路由ID（路由（路由ID越大，优先级越高）越大，优先级越高） R1(config-router)#router-id 11.1.1.1 (修改路由修改路由ID) R1#clear ip ospf process R1#show ip protocols 注：以注：以loopback接口中最大的接口中最大的ip作为路由作为路由ID

32、。可以。可以不参与进程，也会成为其路由不参与进程，也会成为其路由ID。如无。如无loopback接接口，则以物理接口中最大的口，则以物理接口中最大的ip作为路由作为路由ID。OSPF的身份验证：的身份验证：1、可以基于路由模式或接口模式（指的是启用认证）、可以基于路由模式或接口模式（指的是启用认证）2、可以是明文，也可是密文。、可以是明文，也可是密文。明文认证明文认证：路由模式路由模式:(:(让所有接口都启动让所有接口都启动) )R1(config-router)#area 0 authenticationR1(config-router)#area 0 authentication（明文）（

33、明文）接口模式接口模式：（单个接口）：（单个接口）R1(config-if)#ip ospf authenticationR1(config-if)#ip ospf authentication（明文）（明文）R1(config-if)#ip ospf authentication-key 111R1(config-if)#ip ospf authentication-key 111 （在接口下配密码。注：不论什么模式）（在接口下配密码。注：不论什么模式）密文认证：密文认证：路由模式：路由模式：R1(config-router)#area 0 authentication message-di

34、gestR1(config-router)#area 0 authentication message-digest （密文）（密文）接口模式：接口模式：R1(config-if)#ip ospf authentication message-digestR1(config-if)#ip ospf authentication message-digest （密文）（密文）R1(config-if)#ip ospf message-digest-key 1 md5 ciscoR1(config-if)#ip ospf message-digest-key 1 md5 cisco （MD5MD5

35、加密，密码加密，密码ciscocisco）11.5.1 OSPF 默认路由重分布默认路由重分布n拓扑：添加一条通向拓扑：添加一条通向 ISP 的链路的链路nOSPF 术语中，位于术语中，位于 OSPF 路由域和非路由域和非 OSPF 网络网络间的路由器称为自治系统边界路由器间的路由器称为自治系统边界路由器 (ASBR) nOSPF 需要使用需要使用 default-information originate 命令命令来将来将 0.0.0.0/0 静态默认路由通告给区域内的其它静态默认路由通告给区域内的其它路由器路由器R1(config-router)#default-information originatenOSPF 外部路由分为以下