《OSPF路由协议》PPT课件

1、OSPF路由协议,RCNA_08,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 掌握多区域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导入,RIP的缺陷,以跳数评估的路由并非最优路径 最大跳数16导致网络尺度小 收敛速度慢 更新发送全部路由表浪费网络资源,链路状态路由协议算法,距离矢量算法是一个平面式的，所有的路由表项学习完全依靠邻居，交换的是整个路由表项。 链路状态算法是一个层次式的，把路由器分成区域，收集区域内所有路由器的链路状态信息，根据链路状

2、态信息生成网络拓扑结构，每个路由器再根据拓扑结构图计算出路由。 如 OSPF,链路状态路由协议特点,对路由器硬件要求较高； 计算准确，可确保网络中没有路由环路存在； 路由收敛速度较快； 路由器不需要定期的将路由信息复制到整个网络中，网络流量相对较小。,什么是OSPF,OSPF（Open Shortest Path First，开放最短路径优先）是IETF 开发的基于链路状态的自治系统内部路由协议; OSPF仅传播对端设备不具备的路由信息，网络收敛迅速，并有效避免了网络资源浪费;,课程议题,OSPF算法,OSPF路由的计算过程,同一个区域内，OSPF协议路由的计算过程可简单描述如下： l每台OS

3、PF路由器根据自己周围的网络拓扑结构生成LSA（Link State Advertisement，链路状态通告），并通过更新报文将LSA发送给网络中的其它OSPF路由器。 l每台OSPF路由器都会收集其它路由器通告的LSA，所有的LSA放在一起便组成了LSDB（Link State Database，链路状态数据库）。LSA是对路由器周围网络拓扑结构的描述，LSDB则是对整个自治系统的网络拓扑结构的描述。 lOSPF路由器将LSDB转换成一张带权的有向图，这张图便是对整个网络拓扑结构的真实反映。各个路由器得到的有向图是完全相同的。 l每台路由器根据有向图，使用SPF算法计算出一棵以自己为根的最

4、短路径树，这棵树给出了到自治系统中各节点的路由。,OSPF路由的计算过程,(一）网络的拓扑结构,（四）每台路由器分别以自己为根节点计算最小生成树，由这棵数得到了到网络中各个节点的路由表,（三）由链路状态数据库得 到的带权有向图,C,A,B,D,1,2,3,5,路由器间的花费,每台路由器根据自己周围的网络拓扑生成一条LSA(链路状态广播),OSPF有五种类型的协议报文：,Hello报文：周期性发送，用来发现和维持OSPF邻居关系。内容包括一些定时器的数值、DR（Designated Router，指定路由器）、BDR（Backup Designated Router，备份指定路由器）以及自己已知

5、的邻居。 DD（Database Description，数据库描述）报文：描述了本地LSDB中每一条LSA的摘要信息，用于两台路由器进行数据库同步。 LSR（Link State Request，链路状态请求）报文：向对方请求所需的LSA。两台路由器互相交换DD报文之后，得知对端的路由器有哪些LSA是本地的LSDB所缺少的，这时需要发送LSR报文向对方请求所需的LSA。内容包括所需要的LSA的摘要。 LSU（Link State Update，链路状态更新）报文：向对方发送其所需要的LSA。 LSAck（Link State Acknowledgment，链路状态确认）报文：用来对收到的LS

6、A进行确认。内容是需要确认的LSA的Header（一个报文可对多个LSA进行确认）。,课程议题,单区域OSPF配置,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-id,Router(config-router)#,network address inverse-mask area area-id ,配置示例,通配符掩码,通配符掩码和IP地址结合使用以描述一个地址范围 通配符掩码和子网

7、掩码相似，但含义不同 0表示对应位须比较 1表示对应位不比较,通配符掩码,在子网掩码中，将掩码的一位设成1表示IP地址对应的位属于网络地址部分。相反，在访问列表中将通配符掩码中的一位设成1表示I P地址中对应的位既可以是1又可以是0。有时，可将其称作“无关”位，因为路由器在判断是否匹配时并不关心它们。掩码位设成0则表示IP地址中相对应的位必须精确匹配。,通配符掩码的应用示例,OSPF区域,随着网络规模日益扩大，当一个大型网络中的路由器都运行OSPF路由协议时，路由器数量的增多会导致LSDB非常庞大，占用大量的存储空间，并使得运行SPF算法的复杂度增加，导致CPU负担很重。 在网络规模增大之后，

8、拓扑结构发生变化的概率也增大，网络会经常处于“振荡”之中，造成网络中会有大量的OSPF协议报文在传递，降低了网络的带宽利用率。更为严重的是，每一次变化都会导致网络中所有的路由器重新进行路由计算。 OSPF协议通过将自治系统划分成不同的区域（Area）来解决上述问题。区域是从逻辑上将路由器划分为不同的组，每个组用区域号（Area ID）来标识。,OSPF协议分区域管理,区域0,区域1,区域10.0.0.1,区域边界 路由器,自治系统 边界路由器,骨干路由器,区域内部路由器,区域内部路由器,注意,区域的边界是路由器，而不是链路。一个路由器可以属于不同的区域，但是一个网段（链路）只能属于一个区域，或

9、者说每个运行OSPF的接口必须指明属于哪一个区域。划分区域后，可以在区域边界路由器上进行路由聚合，以减少通告到其他区域的LSA数量，还可以将网络拓扑变化带来的影响最小化。,骨干区域与虚连接,骨干区域（Backbone Area） OSPF划分区域之后，并非所有的区域都是平等的关系。其中有一个区域是与众不同的，它的区域号（Area ID）是0，通常被称为骨干区域。骨干区域负责区域之间的路由，非骨干区域之间的路由信息必须通过骨干区域来转发。对此，OSPF有两个规定： l 所有非骨干区域必须与骨干区域保持连通； l 骨干区域自身也必须保持连通。,OSPF 划分为两种不同的区域,区域 0.0.0.1,

10、区域 0.0.0.3,主干区域 0.0.0.0,至其他自治系统,R9,R7,R6,R5,R4,R3,R2,R1,网 8,网 6,网 3,网 2,网 1,网 7,区域 0.0.0.2,网 4,网 5,R8,OSPF 使用层次结构的区域划分。在上层的区域叫作主干区域(backbone area)。 主干区域的标识符规定为0.0.0.0。主干区域的作用是用来连通其他在下层的区域。,主干路由器,区域 0.0.0.1,区域 0.0.0.3,主干区域 0.0.0.0,至其他自治系统,R9,R7,R6,R5,R4,R3,R2,R1,网 8,网 6,网 3,网 2,网 1,网 7,区域 0.0.0.2,网 4

11、,网 5,R8,区域边界路由器,区域 0.0.0.1,区域 0.0.0.3,主干区域 0.0.0.0,至其他自治系统,R9,R7,R6,R5,R4,R3,R2,R1,网 8,网 6,网 3,网 2,网 1,网 7,区域 0.0.0.2,网 4,网 5,R8,路由器ID 号,一台路由器如果要运行 OSPF 协议，则必须存在RID（Router ID，路由器ID）。RID 是一个32 比特无符号整数，可以在一个自治系统中唯一的标识一台路由器。RID 可以手工配置，也可以自动生成。 OSPF 的router-id 可以通过自动或者手动配置两种方式获得。 自动的话会选择所有接口中最大的IP地址。如果

12、router-id是通过自动选择获得，那么如果有更大地址的新接口出现，OSPF进程又被重启的话router-id就会发生改变。由于router- id需要在整个OSPF domain中保持唯一，所以推荐通过router-id命令进行手动配置 。,DR and BDR,为了在网络中减少LSA的复制所以定义了两种路由器角色 Designated Router (DR) Backup Designated Router (BDR),DR,Question: 在广播网络中，任意两台路由器之间都要交换路由信息。如果网络中有n台路由器，则需要建立n（n-1）/2个邻接关系。这使得任何一台路由器的路由变化都

13、会导致多次传递，浪费了带宽资源。 为解决这一问题，OSPF协议定义了指定路由器DR（Designated Router），所有路由器都只将信息发送给DR，由DR将网络链路状态发送出去。,BDR,如果DR由于某种故障而失效，则网络中的路由器必须重新选举DR，再与新的DR同步。这需要较长的时间，在这段时间内，路由的计算是不正确的。为了能够缩短这个过程，OSPF提出了BDR（Backup Designated Router，备份指定路由器）的概念。 BDR实际上是对DR的一个备份，在选举DR的同时也选举出BDR，BDR也和本网段内的所有路由器建立邻接关系并交换路由信息。当DR失效后，BDR会立即成为

14、DR。由于不需要重新选举，并且邻接关系事先已建立，所以这个过程是非常短暂的。当然这时还需要再重新选举出一个新的BDR，虽然一样需要较长的时间，但并不会影响路由的计算。,DR Other,运行OSPF进程的网络中，既不是DR也不是BDR的路由器为DR Other。DR Other仅与DR和BDR之间建立邻接关系，DR Other之间不交换任何路由信息。这样就减少了广播网上各路由器之间邻接关系的数量，同时减少网络流量，节约了带宽资源。,建立邻接关系,RTD,RTB,RTC,RTA,RTE,邻接关系数 R =,n (n-1),2,邻接关系数 R =,2 (n-2) + 1,RTA,RTB,RTC,R

15、TD,RTE,RTA(DR),RTB(BDR),RTC,RTD,RTE,建立邻接关系,采用DR/BDR方式建立邻接关系,Hello,Hello,Hello,Hello,Hello,DR和BDR选举,DR和BDR是由同一网段中所有的路由器根据路由器优先级、Router ID通过Hello报文选举出来的，只有优先级大于0的路由器才具有选举资格。 进行DR/BDR选举时每台路由器将自己选出的DR写入Hello报文中，发给网段上的每台运行OSPF协议的路由器。当处于同一网段的两台路由器同时宣布自己是DR时，路由器优先级高者胜出。如果优先级相等，则Router ID大者胜出。如果一台路由器的优先级为0，

16、则它不会被选举为DR或BDR。,DR和BDR选举,RTD,RTB,RTC,RTA,RTE,Hello: Pri=2,DR,BDR,DRothers,DRothers,不具备选举资格,Hello: Pri=1,Hello: Pri=0,Hello: Pri=5,Hello: Pri=3,Hello包携带路由器优先级，优先级为0的路由器不具备选举资格 先选举BDR，再选举DR DR和BDR一旦选定，即使OSPF区域内新增优先级更高的路由器，DR和BDR也不重新选举，只有当DR和BDR都失效后，才参与选举,OSPF基本配置命令,配置Router ID,Routerrouter id ip-addre

17、ss,启动OSPF进程,Routerospf process-id ,重启OSPF进程,reset ospf process-id ,配置OSPF区域,Router-ospf-100area area-id,在指定的网段启动OSPF,Router-ospf-1-area-0.0.0.0 network network-address wildcard-mask,OSPF可选配置命令,配置OSPF接口优先级,Router-Ethernet0/0 ospf dr-priority priority,配置OSPF接口Cost,Router-Ethernet0/0 ospf cost value,OS

18、PF组网实例,网络拓扑,RouterA配置,system-view RouterArouter id 1.1.1.1 RouterAinterface GigabitEthernet 0/0 RouterA-GigabitEthernet0/0ip address 1.1.1.1 255.255.255.0 RouterA-GigabitEthernet0/0quit RouterAinterface serial 1/0 RouterA-Serial1/0link-protocol ppp RouterA-Serial1/0ip address 2.2.2.1 255.255.255.0,R

19、outerAospf /启动ospf路由协议/ RouterA-ospf-1area 2 /创建区域2/ RouterA-ospf-1-area-0.0.0.2network 1.1.1.0 0.0.0.255 /使能OSPF/ RouterA-ospf-1-area-0.0.0.2quit RouterA-ospf-1area 0 /创建区域0/ RouterA-ospf-1-area-0.0.0.0network 2.2.2.0 0.0.0.255 /使能OSPF/ RouterA-ospf-1-area-0.0.0.0quit,RouterB配置,system-view RouterBr

20、outer id 3.3.3.1 RouterBinterface GigabitEthernet 0/0 RouterB-GigabitEthernet0/0ip address 3.3.3.1 255.255.255.0 RouterB-GigabitEthernet0/0quit RouterBinterface serial 1/0 RouterB-Serial1/0link-protocol ppp RouterB-Serial1/0ip address 2.2.2.2 255.255.255.0,RouterBospf /启动ospf路由协议/ RouterB-ospf-1area

21、 1 /创建区域1/ RouterB-ospf-1-area-0.0.0.1network 3.3.3.0 0.0.0.255 /使能OSPF/ RouterB-ospf-1-area-0.0.0.2quit RouterB-ospf-1area 0 /创建区域0/ RouterB-ospf-1-area-0.0.0.0network 2.2.2.0 0.0.0.255 /使能OSPF/ RouterB-ospf-1-area-0.0.0.0quit,【补充说明】 network中需要使用反掩码（wildcard bits）。 【测试验证】 RouterA和RouterB可以通过OSPF学习到

22、对方路由信息，并可以ping通对方网段。 使用display ip routing-table 命令查看路由表信息。,display ip routing-table Routing Tables: Public Destination/Mask Proto Pre Cost NextHop Interface 1.1.1.0/24 Direct 0 0 1.1.1.1 GE0/0 1.1.1.1/32 Direct 0 0 127.0.0.1 InLoop0 2.2.2.0/24 Direct 0 0 2.2.2.1 S1/0 2.2.2.1/32 Direct 0 0 127.0.0.1

23、InLoop0 2.2.2.2/32 Direct 0 0 2.2.2.2 S1/0 3.3.3.0/24 OSPF 10 1563 2.2.2.2 S1/0 127.0.0.0/8 Direct 0 0 127.0.0.1 InLoop0 127.0.0.1/32 Direct 0 0 127.0.0.1 InLoop0,display ip routing-table Routing Tables: Public Destination/Mask Proto Pre Cost NextHop Interface 1.1.1.0/24 OSPF 10 1563 2.2.2.1 S1/0 2.

24、2.2.0/24 Direct 0 0 2.2.2.2 S1/0 2.2.2.1/32 Direct 0 0 2.2.2.1 S1/0 2.2.2.2/32 Direct 0 0 127.0.0.1 InLoop0 3.3.3.0/24 Direct 0 0 3.3.3.1 GE0/0 3.3.3.1/32 Direct 0 0 127.0.0.1 InLoop0 127.0.0.0/8 Direct 0 0 127.0.0.1 InLoop0 127.0.0.1/32 Direct 0 0 127.0.0.1 InLoop0,衡量路由协议的指标,（1）收敛时间 路由器发现网络的拓扑结构发生变

25、化后， 路由信息同步的过程；整个同步过程所共花费的时间为收敛时间，或者说是某个路由信息变化后反映到所有路由器中所需要的时间。 （2）健壮性 在面对各种非正常情况下（如硬件故障，负荷过载，处理错误），它们应当能够正常运行。,路由的花费（Metric）,不同的动态路由协议会选择以上的一种或几种因素来计算花费值。该花费值只在同一种路由协议内有比较意义。不同的路由协议之间的路由花费值没有可比性，也不存在换算关系,路由优先级（Preference）,静态路由实现路由备份和负载分担,RTA,S0/0,ISP乙,路由备份： 到相同目的地址的下一跳和优先级都不同 优先级高的为主，低的为备 负载分担： 到相同目

26、的地址的下一跳不同，但优先级相同 到目的地的流量将均匀分布,ISP甲,S0/1,Perference value 静态路由 60 RIP 100 OSPF 10 直连网络 0,OSPF区域路由聚合,路由聚合是指ABR将具有相同前缀的路由信息聚合，只发布一条路由到其它区域。 AS被划分成不同的区域后，每一个区域通过OSPF边界路由器（ABR）相连，区域间可以通过路由聚合来减少路由信息，减小路由表的规模，提高路由器的运算速度。 ABR在计算出一个区域的区域内路由之后，根据聚合相关设置，将其中多条OSPF路由聚合成一条发送到区域之外。例如，某个区域内有三条区域内路由19.1.1.0/24，19.1.

27、2.0/24，19.1.3.0/24，如果在ABR上配置了路由聚合，将三条路由聚合成一条19.1.0.0/16，则ABR就只生成一条聚合后的LSA，并发布给其它区域的路由器。,网络拓扑,配置环境参数 A,B运行在area 0；B,C运行在area 1,B为ABR Router C上有两个以太网接口属于 area 1，他们分别是40.1.1.0/24和40.1.2.0/24网段 组网需求 要求ABR Router B上做路由聚合，将上两个区域路由网段聚合为一个网段40.1.0.0/16。,RouterA,system-view RouterArouter id 1.1.1.1 RouterAin

28、terface GigabitEthernet 0/1 RouterA-GigabitEthernet0/1ip address 10.1.1.1 255.255.255.0 RouterA-GigabitEthernet0/1quit RouterAinterface Serial 1/0 RouterA-Serial1/0link-protocol ppp RouterA-Serial1/0ip address 20.1.1.1 255.255.255.252 RouterA-Serial1/0quit,RouterA,RouterAinterface LoopBack 0 RouterA

29、-LoopBack0ip address 1.1.1.1 255.255.255.255 RouterA-LoopBack0quit RouterAospf RouterA-ospf-1area 0 RouterA-ospf-1-area-0.0.0.0 RouterA-ospf-1-area-0.0.0.0network 1.1.1.1 0.0.0.0 RouterA-ospf-1-area-0.0.0.0network 10.1.1.0 0.0.0.255 RouterA-ospf-1-area-0.0.0.0network 20.1.1.0 0.0.0.3,RouterB,system-

30、view RouterBrouter id 1.1.1.2 RouterBinterface Serial 1/0 RouterB-Serial1/0link-protocol ppp RouterB-Serial1/0ip address 20.1.1.2 255.255.255.252 RouterB-Serial1/0quit RouterBinterface GigabitEthernet 0/1 RouterB-GigabitEthernet0/1ip address 30.1.1.1 255.255.255.252 RouterB-GigabitEthernet0/1quit Ro

31、uterBinterface LoopBack 0 RouterB-LoopBack0ip address 1.1.1.2 255.255.255.255,RouterB,RouterBospf RouterB-ospf-1area 1 RouterB-ospf-1-area-0.0.0.1network 30.1.1.0 0.0.0.3 RouterB-ospf-1-area-0.0.0.1abr-summary 40.1.0.0 255.255.0.0 advertise RouterB-ospf-1-area-0.0.0.1quit RouterB-ospf-1area 0 Router

32、B-ospf-1-area-0.0.0.0network 1.1.1.2 0.0.0.0 RouterB-ospf-1-area-0.0.0.0network 20.1.1.0 0.0.0.3 RouterB-ospf-1-area-0.0.0.0quit,RouterC,RouterCrouter id 1.1.1.3 RouterCvlan 10 RouterC-vlan10quit RouterCvlan 20 RouterC-vlan20quit RouterCvlan 30 RouterC-vlan30quit RouterCinterface Ethernet 1/0/1 Rout

33、erC-Ethernet1/0/1port access vlan 20 RouterC-Ethernet1/0/1quit RouterCinterface Ethernet 1/0/2 RouterC-Ethernet1/0/2port access vlan 10 RouterC-Ethernet1/0/2quit RouterCinterface GigabitEthernet 1/1/3 RouterC-GigabitEthernet1/1/3port access vlan 30,RouterC,RouterCinterface Vlan-interface 10 RouterC-

34、Vlan-interface10ip address 40.1.1.1 255.255.255.0 RouterC-Vlan-interface10quit RouterCinterface Vlan-interface 20 RouterC-Vlan-interface20ip address 40.1.2.1 24 RouterC-Vlan-interface20quit RouterCinterface Vlan-interface 30 RouterC-Vlan-interface30ip address 30.1.1.2 255.255.255.252 RouterC-Vlan-interface30quit RouterCinterface LoopBack 0 RouterC-LoopBack0ip address 1.1.1.3 255.255.255.255,RouterC,RouterCospf RouterC-