任务3.7 OSPF单区域配置

Module3路由技术《网络互联技术》任务3.7

OSPF单区域配置OSPF协议概述OSPF协议相关术语OSPF数据结构OSPF工作过程OSPF网络类型DR和BDR邻居和邻接关系OSPF报文类型邻居状态OSPF协议配置流程OSPF协议配置命令RIP是基于距离矢量算法的路由协议，存在着收敛慢、路由环路、可扩展性差等问题。OSPF是IETF组织开发的基于链路状态的动态路由协议，能够解决RIP所面临的诸多问题，是目前使用最广泛的路由协议。本次任务介绍OSPF协议的基本概念和原理，以及OSPF单区域的配置方法。任务背景准备知识1.OSPF协议概述OSPF（OpenShortestPathFirst）是IETF组织开发的基于链路状态的动态路由协议，不依赖于邻居进行路由决策，且具有更先进的路由算法及诸多功能特性，是目前使用最广泛的内部网关路由协议。OSPF引入了区域（area）的概念，可实现灵活的分级管理，通常应用于大规模的网络环境中。OSPF在区域内采用SPF最短路径算法保证区域内部无环路；区域间通过区域连接规则及域间路由注入规则保证区域间无环路。OSPF支持CIDR、路由汇总、等值路由、报文认证等特征。2.OSPF协议相关术语区域Area区域ID：一个32bit非负整数，以整数或点分十进制进行表示。如：Area0.0.1.0等价于Area256。骨干区域：区域ID为0的区域，其它区域为非骨干区域。区域连接：OSPF路由域中的其它区域必须要与骨干区域连接。OSPF区域概念2.OSPF协议相关术语Router-IDRouter-ID也是一个32bit的非负整数，以点分十进制的形式表示，Router-ID是OSPF路由器在全域中的唯一标识。Router-ID可以通过手工来指定，若无手工指定，则选择环回接口中最大的IP地址；若未创建环回接口，则选择激活的物理接口中最大的IP地址。建议手工指定，在查验OSPF协议运行状态时可以快速定位相关信息。2.OSPF协议相关术语度量值CostCost

取值范围为：1-65,535。接口Cost：参考带宽/接口带宽，结果取整数，如果结果小于1，值取1。参考带宽默认为100Mbit/s，可根据需要进行修改。路由Cost：等于路由传入方向的各节点入接口的Cost总和。示例中，R2可以通过两条路径到达目标网络10.1.1.0/24，第一条路由的Cost值为1+48=49，第二条路由的cost值为1+1+1=3，因此，R2将度量值更小的路径加入到路由表。2.OSPF协议相关术语链路状态通告LSA：是指一系列描述拓扑的信息，包括：接口IP地址、子网掩码、网络类型、开销及邻居信息等。链路状态数据库LSDB：是指OSPF路由器所收集的LSA的集合。一个区域内的路由器，LSDB是一致的。最短路径树算法SPF：OSPF路由器利用此算法独立计算到达各目标网络的最短路径。OSPF协议LSA、LSDB和SPF关系图3.OSPF数据结构数据结构在OSPF协议中维系着三张表，分别为邻居表，拓扑表和路由表。邻居表：路由器通过交互Hello报文来建立和维系邻居关系，邻居信息被加入到邻居表。拓扑表：即链路状态数据库LSDB，邻接关系的路由器之间通过交互链路状态信息LSA来收集完整的网络拓扑信息，存放在链路状态数据库LSDB中。路由表：基于LSDB，采用SPF算法来计算路由，构造出OSPF路由表。OSPF邻居表3.OSPF数据结构数据结构在OSPF协议中维系着三张表，分别为邻居表，拓扑表和路由表。邻居表：路由器通过交互Hello报文来建立和维系邻居关系，邻居信息被加入到邻居表。拓扑表：即链路状态数据库LSDB，邻接关系的路由器之间通过交互链路状态信息LSA来收集完整的网络拓扑信息，存放在链路状态数据库LSDB中。路由表：基于LSDB，采用SPF算法来计算路由，构造出OSPF路由表。OSPF拓扑表LSDB3.OSPF数据结构数据结构在OSPF协议中维系着三张表，分别为邻居表，拓扑表和路由表。邻居表：路由器通过交互Hello报文来建立和维系邻居关系，邻居信息被加入到邻居表。拓扑表：即链路状态数据库LSDB，邻接关系的路由器之间通过交互链路状态信息LSA来收集完整的网络拓扑信息，存放在链路状态数据库LSDB中。路由表：基于LSDB，采用SPF算法来计算路由，构造出OSPF路由表。OSPF路由表4.OSPF工作过程OSPF工作过程分为三个阶段：第一个阶段：邻居发现。OSPF路由器通过Hello协议报文发现邻居，进而建立邻接关系。第二个阶段：LSDB同步。邻接关系的路由器之间泛洪LSA，直到链路状态数据库一致。第三个阶段：路由计算。OSPF路由器基于LSDB还原网络拓扑，生成带权有向拓扑图，采用SPF算法，以自己为根，计算到达各个网络的最短路径（最佳路径），然后将这些路径信息加入到路由表。OSPF路由计算5.OSPF网络类型网络类型OSPF协议根据接口对应的链路层协议类型，分为四种网络类型。OSPF在不同的网络类型下，工作流程、协议运行存在一些差别。点到点P2P：链路层协议是PPP、HDLC。广播多路访问BMA：链路层协议是Ethernet。非广播多路访问NBMA：链路层协议是帧中继、X.25。点到多点P2MP：手动设置，通常是将非全连通的NBMA改为点到多点的网络OSPF网络类型在BMA和NBMA网络中，若任意两台路由器之间都要传递LSA，会导致网络中充斥着大量的LSA流量，且任意拓扑变更都会导致LSA的重复传递，严重耗费系统资源。OSPF定义了指定路由器DR和备份指定路由器BDR。OSPF路由器只和DR和BDR建立邻接关系，只向DR、BDR发送LSA，再由DR将链路状态LSA泛洪给其它路由器。6.DR和BDR6.DR和BDRDR/BDR工作原理DR、BDR的选举：首先比较接口优先级，取值范围为0-255，越大越优先，如果优先级相同，则比较比较routerID，同样越大越优先。DR不能被抢占，BDR起备份作用。DR、BDR减少了邻接关系数量。除DR、BDR外的路由器都称为DROther。DROther路由器之间不交互LSA，大大减少了网络中的LSA泛洪流量。示例中，依据优先级的大小已选举出DR和BDR，如果此时接入优先级更高的路由器，也不会立即成为DR或BDR。只有当DR出现故障，BDR切换为DR，其它路由器竞选BDR，该路由器凭借高优先级可以被先选为BDR。7.邻居和邻接关系邻居/邻接关系邻居关系不等于邻接关系，但邻接关系一定是邻居关系。比如在广播网络中，所有相邻路由器之间都是邻居关系，但只与DR/BDR建立邻接关系。只有邻接关系的路由器之间才交互LSA。在不同的OSPF网络类型中，邻居和邻接关系的建立情况有所不同BMA网络环境中的邻居和邻接关系网络类型邻居关系邻接关系广播网络所有与DR/BDR点到点所有所有点到多点所有所有NBMA所有与DR/BDROSPF各网络类型下的邻居、邻接关系建立情况报文类型OSPF协议定义了5种类型的报文，每种报文都有各自的用途，服务于OSPF协议工作的各个阶段。Hello报文：用来发现和维持OSPF邻居关系。OSPF路由器之间交互Hello报文来发现直连链路上的邻居，并依据网络类型确立邻接关系。之后会周期性地发送hello报文，检测邻居状态，以维系邻居关系。不同的网络类型对应的Hello报文发送间隔不同。当经历4个hello间隔，依然未收到邻居发来的Hello报文，OSPF路由器会认为邻居失效，撤销邻居关系。OSPF各网络类型下的hello/dead间隔8.OSPF报文类型网络类型Hello间隔Dead间隔广播网络10s40s点到点10s40s点到多点30s120sNBMA30s120sHello报文交互报文类型DD报文：描述本地链路状态数据库LSDB的摘要信息。处于邻接关系的路由器之间通过交互DD报文来明确那些是邻居具有而自身不存在的LSA，以便向邻居请求对应LSA的完整信息。在正式交互LSDB摘要信息之前，双方先要依据Router-ID协商主从关系（Master和Slave）。DD报文的交互过程由Master主导，并通过DD序列号来保证DD报文传输的有序性和可靠性。DD报文交互8.OSPF报文类型报文类型LSR报文：向邻居请求所需的LSA，LSR的内容为链路状态类型、链路状态ID和通告路由器，这个三元组可以用来标识需要请求的LSA。LSU报文：向对方发送其所需要的LSA的完整信息。内容为LSA数量和LSA的完整信息。LSAck报文：对收到的LSA进行确认，内容为确认收到的LSA的头部信息。LSA、LSU和LSAck报文的交互8.OSPF报文类型邻居状态路由器运行OSPF协议后，随着报文的交互，邻居的状态会进行相应的变迁。OSPF接口尚未收到邻居发送的Hello报文时，处于Down状态；OSPF接口收到来自邻居的Hello报文，但“邻居”字段没有自己的RouterID时，处于Init状态；OSPF接口收到来自邻居的Hello报文，“邻居”字段有自己的RouterID，确认双向通信，进入2-way状态；邻接关系建立后，进入Exstart状态，此时开始协商Master/Slave，并确定DD报文初始序列号；主从关系协商完成后，进入Exchange状态，双方开始交互DD报文；DD报文交互完成后，进入Loading状态，通过LSR、LSU及LSAck报文交互，获取所需的LSA完整信息；链路状态数据库LSDB同步完成后，进入FULL状态。OSPF邻居状态9.邻居状态邻居状态路由器运行OSPF协议后，随着报文的交互，邻居的状态会进行相应的变迁。OSPF接口尚未收到邻居发送的Hello报文时，处于Down状态；OSPF接口收到来自邻居的Hello报文，但“邻居”字段没有自己的RouterID时，处于Init状态；OSPF接口收到来自邻居的Hello报文，“邻居”字段有自己的RouterID，确认双向通信，进入2-way状态；邻接关系建立后，进入Exstart状态，此时开始协商Master/Slave，并确定DD报文初始序列号；主从关系协商完成后，进入Exchange状态，双方开始交互DD报文；DD报文交互完成后，进入Loading状态，通过LSR、LSU及LSAck报文交互，获取所需的LSA完整信息；链路状态数据库LSDB同步完成后，进入FULL状态。OSPF报文交互和邻居状态对应关系9.邻居状态10.OSPF协议配置流程OSPF协议配置流程如下：创建OSPF进程；创建OSPF区域。接口使能OSPF进程。（1）创建OSPF进程命令：ospf[process-id|router-idrouter-id]说明：若ospf命令后不写参数，则默认为进程1，并且Router-id根据规则自动选取视图：系统视图举例：路由器R1启动OSPF进程1，RouterID为1.1.1.1。[R1]ospf1router-id1.1.1.1[R1-ospf-1]11.OSPF协议配置命令（2）创建OSPF区域命令：areaarea-id说明：area-id可以为整数或点分十进制形式视图：OSPF视图举例：在路由器R1的OSPF进程1下，创建区域0。[R1-ospf-1]area0[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]11.OSPF协议配置命令（3）接口激活OSPF协议命令：networknetwork-addresswildcard-mask说明：接口IP地址必须在network命令指定的网段范围之内才能被激活；wildcard-mask指通配符掩码，与network-address按位对应，0表示严格匹配，1则表示无需匹配视图：OSPF区域视图举例：路由器R1接口G0/0/0激活OSPF协议，G0/0/0的IP为12.1.1.1/24。或[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]network12.1.1.00.0.0.255//表示IP地址前三个字节为12.1.1的接口会被激活OSPF协议，G0/0/0显然属于此范围。[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]network12.1.1.10.0.0.0//表示精确匹配12.1.1.1，只激活R1的G0/0/0接口。11.OSPF协议配置命令12.任务实施：OSPF单区域配置（1）理解OSPF协议的工作原理；（2）掌握OSPF单区域的配置方法。（一）任务目的

某公司网络由三台路由器来互连各业务网络。因工作需要，各业务网段要能互相通信，网络管理人员决定使用动态路由协议OSPF来实现。（二）任务描述（1）拓扑图（2）操作流程配置路由器及PC的IP地址；各路由器启动OSPF进程，激活OSPF接口。（三）实施规划12.任务实施：OSPF单区域配置（四）操作步骤配置OSPF协议配置网络参数[R1]intg0/0/0[R1-GigabitEthernet0/0/0]ipadd10.1.1.25424[R1-GigabitEthernet0/0/0]intg0/0/1[R1-GigabitEthernet0/0/1]ipadd10.0.13.124R1配置：12.任务实施：OSPF单区域配置[R2]intg0/0/0[R2-GigabitEthernet0/0/0]ipadd10.2.1.25424[R2-GigabitEthernet0/0/0]intg0/0/1[R2-GigabitEthernet0/0/1]ipadd10.0.23.224R2配置：[R3]intg0/0/1[R3-GigabitEthernet0/0/1]ipadd10.0.13.324[R3-GigabitEthernet0/0/1]intg0/0/2[R3-GigabitEthernet0/0/2]ipadd10.0.23.324R3配置：（四）操作步骤配置OSPF协议配置网络参数[R1]ospf1router-id1.1.1.1//启动OSPF进程，并设置routerID为1.1.1.1。[R1-ospf-1]area0//进入区域0配置视图。[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]network10.1.1.00.0.0.255//接口激活OSPF协议。[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]network10.0.13.00.0.0.255R1配置：[R2]ospf1router-id2.2.2.2[R2-ospf-1]area0[R2-ospf-1-area-0.0.0.0]network10.2.1.00.0.0.255[R2-ospf-1-area-0.0.0.0]network10.0.23.00.0.0.255R2配置：[R3]ospf1router-id3.3.3.3[R3-ospf-1]area0[R3-ospf-1-area-0.0.0.0]network10.0.13.00.0.0.255[R3-ospf-1-area-0.0.0.0]network10.0.23.00.0.0.255R3配置：12.任务实施：OSPF单区域配置（五）实验测试查看OSPF邻居信息查看OSPF路由信息[R1]disiprouting-tableprotocolospfRouteFlags:R-relay,D-downloadtofib------------------------------------------------------------------------------Publicroutingtable:OSPFDestinations:2Routes:2OSPFroutingtablestatus:<Active>Destinations:2Routes:2Destination/MaskProtoPreCostFlagsNextHopInterface10.0.23.0/24OSPF102D10.0.13.3GigabitEthernet0/0/1

10.2.1.0/24OSPF103D10.0.13.3GigabitEthernet0/0/1OSPFroutingtablestatus:<Inactive>Destinations:0Routes:0R1查看OSPF路由信息：

连通性测试12.任务实施：OSPF单区域配置（五）实验测试查看OSPF邻居信息查看OSPF路由信息[R2]disiprouting-tableprotocolospfRouteFlags:R-relay,D-downloadtofib------------------------------------------------------------------------------Publicroutingtable:OSPFDestinations:2Routes:2OSPFroutingtablestatus:<Active>Destinations:2Routes:2Destination/MaskProtoPreCostFlagsNextHopInterface10.0.13.0/24OSPF102D10.0.23.3GigabitEthernet0/0/1

10.1.1.0/24OSPF103D10.0.23.3GigabitEthernet0/0/1OSPFroutingtablestatus:<Inactive>Destinations:0Routes:0R2查看OSPF路由信息：

连通性测试12.任务实施：OSPF单区域配置（五）实验测试查看OSPF邻居信息查看OSPF路由信息[R3]disiprouting-tableprotocolospfRouteFlags:R-relay,D-downloadtofib------------------------------------------------------------------------------Publicroutingtable:OSPFDestinations:2Routes:2OSPFroutingtablestatus:<Active>Destinations:2Routes:2Destination/MaskProtoPreCostFlagsNextHopInterface10.1.1.0/24OSPF102D10.0.13.1GigabitEthernet0/0/110.2.1.0/24OSPF102D10.0.23.2GigabitEthernet0/0/2OSPFroutingtablestatus:<Inactive>Destinations:0Routes:0R3查看OSPF路由信息：

连通性测试12.任务实施：OSPF单区域配置（五）实验测试查看OSPF邻居信息查看OSPF路由信息[R3]disospf1peer

......Area0.0.0.0interface10.0.13.3(GigabitEthernet0/0/1)'sneighborsRouterID:1.1.1.1Address:10.0.13.1

State:FullMode:NbrisSlavePriority:1

DR:10.0.13.3BDR:10.0.13.1MTU:0Deadtimerduein40secRetranstimerinterval:5Neighborisupfor00:00:53AuthenticationSequence:[0]......Area0.0.0.0interface10.0.23.3(