osps 协议详解

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,BJFU Info Department,QiJd,OSPF,协议详解,议程,OSPF,协议基础,通过,LSA,描述网络拓扑结构,用,SPF,算法计算路由,邻居状态机,DR,和,BDR,划分区域,骨干区域和虚联接,与自治系统外部通信,总结,OSPF,组网及配置,OSPF,协议简介,可适应大规模网络,路由变化收敛快,无路由自环,支持变长子网掩码,支持等值路由,支持区域划分,提供路有分级管理,支持验证,支持以组播地址发送协议报文,目前,IGP,中应用最广、性能最优的协议，,具有如下特点：,OSPF,协议中的基本概念,Router ID,一个,32bit,的无符号整数，是一台路由器的唯一标示，在整个自治系统内唯一。,协议号,OSPF,的协议号是,89,OSPF,报文不转发,通常,OSPF,报文是不转发的，只传递一跳，即在,IP,报文头中,TTL,值被设为,1,。（虚连接除外）,IP Header,Protocol,：,#89,OSPF Packet,议程,OSPF,协议基础,通过,LSA,描述网络拓扑结构,用,SPF,算法计算路由,邻居状态机,DR,和,BDR,划分区域,骨干区域和虚联接,与自治系统外部通信,总结,OSPF,组网及配置,OSPF,通过链路状态来描述网络拓扑结构,40.0.0.3,40.0.0.2,40.0.0.1,Rid,：,3.3.3.3,Rid,：,4.4.4.4,Rid,：,1.1.1.1,10.0.0.0,10.0.0.1,20.0.0.1,20.0.0.2,Rid,：,2.2.2.2,RTB,RTA,RTE,RTF,RTC,RTD,Rid,：,5.5.5.5,Rid,：,6.6.6.6,30.0.0.3,30.0.0.2,30.0.0.1,PPP/HDLC,Ethernet,Ethernet,FrameRelay/X.25,链路类型,FR/X.25,PTMP,FR/X.25,NBMA,BROADCAST,HUB,PTP,Stub,对以太网的链路状态描述,Link id,：,10.0.0.0/*,网段,*,/,Data,：,255.0.0.0/*,掩码*,/,Type,：,Stubnet,（,3,）,/*,类型*,/,Metric,：,50/*,花费*,/,1-0;,上述就把一个路由器在某个接口的状态描述清楚了：网络地址、子网掩码、,3,代表本网段只有这么一个,router,、,metric,指明了花费。,对,PPP,的链路状态描述,/*,对本接口网段地址的描述*,/,Link id,：,20.0.0.0/*,网段*,/,Data,：,255.0.0.0/*,掩码*,/,Type,：,Stubnet(3)/*,类型*,/,Metric,：,5/*,花费*,/,/*,对路由器,RTB,的描述*,/,Link id,：,2.2.2.2 /*RTB,的,routeid,*/,Data,：,20.0.0.2 /*RTB,的接口地址*,/,Type,：,Router(1)/*,类型*,/,Metric,：,5/*,花费*,/,对,Frame-Relay,等点对多点（非全连通）的链路状态描述,Link id,：,40.0.0.1/*,网段*,/,Data,：,255.255.255.255/*,掩码*,/,Type,：,Stubnet,（,3,）,/*,类型*,/,Metric,：,5 /*,花费*,/,Link id: 3.3.3.3 /*RTF,的,router id*/,Data,：,40.0.0.1,/*,与,RTF,相连的接口地址*,/,Type,：,Router,（,1,）,/*,类型*,/,Metric,：,5 /*,花费*,/,Link id: 4.4.4.4/*RTE,的,router id*/,Data,：,40.0.0.1,/*,与,RTE,相连的接口地址*,/,Type,：,Router,（,1,）,/*,类型*,/,Metric,：,5/*,花费*,/,对,Ethernet,等广播的链路状态描述,Link id,：,30.0.0.3/*,网段中,DR,的接口地址*,/,Data,：,30.0.0.1/*,本接口的地址*,/,Type,：,TransNet(2) /*,类型*,/,Metric: 50/*,花费*,/,/*DR,（,6.6.6.6,）生成的,LSA,：*,/,Net mask,：,255.255.255.0,Attached,：,30.0.0.1 router,Attached,：,30.0.0.2 router,Attached,：,30.0.0.3 router,加上,LSA,的头（,head,）结构,Type,：,Router /*LSA,的类型*,/,Is id,：,1.1.1.1/*LSA,的标示*,/,Adv,rtr,：,1.1.1.1/*,生成该,LSA,的路由器*,/,Is age,：,4/*,本条,LSA,的老化时间*,/,Len,：,108/*LSA,的长度*,/,Seq,#,：,80000001/*LSA,的序列号*,/,Cksum,：,0x3543/*,校验和*,/,Link count,：,7/*,本,LSA,中包含的连接数*,/,LSA,的头部,LSA,的分类,Opaque,9,11,External Attributes,8,NSSA,7,Group Membership,6,External Link,5,Summary Link to ASBR,4,Summary Link to Network,3,Network,2,Router,1,LSA,Type,议程,OSPF,协议基础,通过,LSA,描述网络拓扑结构,用,SPF,算法计算路由,邻居状态机,DR,和,BDR,划分区域,骨干区域和虚联接,与自治系统外部通信,总结,OSPF,组网及配置,运行,SPF,算法计算路由,RTA(1.1.1.1),的,LSA,RTB(2.2.2.2),的,LSA,RTC(6.6.6.6),的,LSA,RTD(5.5.5.5),的,LSA,RTA,的,LSDB,Link id,：,50.0.0.0,Data,：,255.0.0.0,Type,：,StubNet,Metric,：,50,Link id,：,10.0.0.0,Data,：,255.0.0.0,Type,：,StubNet,Metric,：,50,Link id,：,20.0.0.0,Data,：,255.0.0.0,Type,：,StubNet,Metric,：,5,Link id,：,2.2.2.2,Data,：,20.0.0.2,Type,：,Router,Metric,：,5,OSPF,协议计算路由过程,RTC,RTB,RTA,RTD,1,2,3,5,LSDB,RTA,的,LSA,RTB,的,LSA,RTC,的,LSA,RTD,的,LSA,A,C,B,D,1,2,3,5,(,一,),网络拓扑结构,(,二,),每台路由器的链路状态数据库,(,三,),由链路状态数据库得到的带权有向图,A,C,D,1,2,2,1,B,A,C,D,2,1,B,A,C,D,2,1,B,A,C,D,2,1,B,(,四,),每台路由器分别以自己为跟节点计算最小生成树,3,3,3,3,议程,OSPF,协议基础,通过,LSA,描述网络拓扑结构,用,SPF,算法计算路由,邻居状态机,DR,和,BDR,划分区域,骨干区域和虚联接,与自治系统外部通信,总结,OSPF,组网及配置,OSPF,协议计算路由过程,RT2,RT1,Hello,(DR,=0.0.0.0,，,Neighbors Seen = 0),Hello,(DR,=RT2,，,Neighbors Seen = RT1),DD,(,Seq,= x,，,I = 1,，,M = 1,，,MS = 1 ),DD,(,Seq,= y,，,I = 1,，,M = 1,，,MS = 1 ),DD,(,Seq,= y,，,I = 0,，,M = 1,，,MS = 0 ),DD,(,Seq,= y + 1,，,I = 0,，,M = 1,，,MS = 1 ),DD,(,Seq,= y + 1,，,I = 0,，,M = 1,，,MS = 0 ),DD,(,Seq,= y + n,，,I = 0,，,M = 0,，,MS = 1 ),DD,(,Seq,= y + n,，,I = 0,，,M = 0,，,MS = 0 ),LS Request,LS Update,LS,Ack,确定主从关系,Init,初始化,Loading,装载,Full,完成,Full,完成,ExStart,开始交换,ExStart,开始交换,Exchange,交换,Exchange,交换,邻居,(Neighbor),的形成,小王,小一,小二,小三,(1),大家好，我是新来的，我叫小王,小王,小一,你好啊,(2),你好，小一，我叫小王,小王,小一,你好啊,(3),你好，小王，我叫小一,嘻嘻嘻，我有,3,邻居,(4),邻居关系建立完成,主从,(,Master,Slave,),关系的协商,小王,小一,我先说,好，你先说,小王,小一,我先说,不行，还是我先说,好，你先说,Master,Slave,Master,Slave,交换过程,172.16.5.1/24,E0,172.16.5.2/24,E1,A,B,Down,状态,交换过程,172.16.5.1/24,E0,172.16.5.2/24,E1,Router B,邻居列表：,172.16.5.1/24,int,E1,我是路由器，,id,为,172.16.5.1,，我谁也没看到啊,Down,状态,Init,状态,A,B,交换过程,172.16.5.1/24,E0,我是路由器，,id,为,ID 172.16.5.2,我看到了,172.16.5.1.,172.16.5.2/24,E1,Down,状态,Init,状态,A,B,我是路由器，,id,为,172.16.5.1,，我谁也没看到啊,Router B,邻居列表：,172.16.5.1/24,int,E1,交换过程,172.16.5.1/24,E0,Router A,邻居列表：,172.16.5.2/24,int,E0,172.16.5.2/24,E1,Down,状态,Init,状态,Two-Way,状态,A,B,我是路由器，,id,为,ID 172.16.5.2,我看到了,172.16.5.1.,我是路由器，,id,为,172.16.5.1,，我谁也没看到啊,Router B,邻居列表：,172.16.5.1/24,int,E1,探寻路由信息,E0,172.16.5.1,DR,E0,172.16.5.3,不！我来启动交换，因为我的,router id,比你的大,我要启动交换，因为我的,router id,是,172.16.5.1.,Hello,afadjfjorqpoeru,39547439070713,Hello,afadjfjorqpoeru,39547439070713,Exstart,状态,探寻路由信息,这是我的链路状态数据库的描述（摘要）,DBD,afadjfjorqpoeru,39547439070713,Exchange,状态,这是我的链路状态数据库的描述（摘要）,.,DBD,afadjfjorqpoeru,39547439070713,E0,172.16.5.1,DR,E0,172.16.5.3,Hello,afadjfjorqpoeru,39547439070713,Hello,afadjfjorqpoeru,39547439070713,Exstart,状态,我要启动交换，因为我的,router id,是,172.16.5.1.,不！我来启动交换，因为我的,router id,比你的大,探寻路由信息,E0,172.16.5.1,E0172.16.5.3,感谢你的链路状态摘要信息！,LSAck,afadjfjorqpoeru,39547439070713,LSAck,afadjfjorqpoeru,39547439070713,DR,探寻路由信息,我需要对网络,172.16.6.0/24,的完整描述条目,好，这是对网络的,172.16.6.0/24,的具体描述,感谢你的链路状态信息！,LSR,afadjfjorqpoeru,39547439070713,LSAck,afadjfjorqpoeru,39547439070713,LSU,afadjfjorqpoeru,39547439070713,Loading,状态,E0,172.16.5.1,E0172.16.5.3,LSAck,afadjfjorqpoeru,39547439070713,LSAck,afadjfjorqpoeru,39547439070713,DR,感谢你的链路状态摘要信息！,探寻路由信息,Full,状态,E0,172.16.5.1,E0172.16.5.3,DR,我需要对网络,172.16.6.0/24,的完整描述条目,好，这是对网络的,172.16.6.0/24,的具体描述,感谢你的链路状态信息！,LSR,afadjfjorqpoeru,39547439070713,LSAck,afadjfjorqpoeru,39547439070713,LSU,afadjfjorqpoeru,39547439070713,Loading,状态,LSAck,afadjfjorqpoeru,39547439070713,LSAck,afadjfjorqpoeru,39547439070713,感谢你的链路状态摘要信息！,OSPF,的邻居状态机,Attempt,Init,2-way,Exstart,Exchange,Loading,Full,Down,灰色为稳定状态；白色为瞬时过渡状态,OSPF,的五种报文,(1),Hello,报文,发现及维持邻居关系，选举,DR,，,BDR,；,(2),DD,报文,描述本地,LSDB,的情况；,(3),LSR,报文,向对端请求本端没有或对端更新的,LSA,；,(4),LSU,报文,向对方更新,LSA,；,(5),LSAck,报文,收到,LSU,之后，进行确认；,议程,OSPF,协议基础,通过,LSA,描述网络拓扑结构,用,SPF,算法计算路由,邻居状态机,DR,和,BDR,划分区域,骨干区域和虚联接,与自治系统外部通信,总结,OSPF,组网及配置,DR,（,Designated Router,）,RTA,RTB,RTC,RTD,RTE,RTC,RTD,RTA,RTB,RTE,RTC,RTD,RTA,RTB,RTE,图,2,：没有选举,DR,时的邻接关系,图,3,：没有选举,DR,时的邻接关系,DR,图,1,：网络拓扑结构,BDR,DR,（村长）的选举过程,（,1,）登记选民,本网段的,OSPF,路由器；,本村的,18,岁以上公民,；,（,2,）登记候选人,本网段的,priority0,的,OSPF,路由器；,本村内的,30,岁以上公民，且在本村居住,3,年以上；,（,3,）竞选演说,所有的,priority0,的,OSPF,路由器都认为自己是,DR,所有的候选人都认为自己应该当村长；,（,4,）投票,选,priority,值最大的，若,priority,值相等，选,RouterID,最大的；,选年纪最大，若年龄相等，按姓氏笔画排序,DR,选举中的指导思想,选举制,民主！,DR,是各路由器选出来的，而非人工指定的；,终身制,稳定压倒一切！,DR,一旦当选，除非路由器故障，否则不会更换；,即便新加入一台优先级比,DR,高的路由器，也不更换！,世袭制,快速响应！,DR,选出的同时，也选出,BDR,（,Backup Designated Router,）来。,DR,故障后，由,BDR,自动代替,DR,成为新的,DR,；,因为重新选举会造成新的一轮的同步；,NBMA,与,PTMP,的区别,NBMA,：,N,on,B,roadcast,M,ulti,A,ccess,全连通, PTMP:,P,oint,T,o,M,ulti,P,oint,非全连通,NBMA,：任何两点都直接可达,PTMP,：不满足任何两点都直接可达，,AD,，,BC,不能直接可达,A,B,C,D,A,B,C,D,引入,DR,后，带来的协议变化,将同一网段内,LSDB,同步的次数由,O,（,N,2,）减少到,O,（,N,）；,在同一网段中，路由器的角色为,DR,、,BDR,、,DRother,；,路由器之间的关系分为,Unknown,、,Neighbor,、,Adjacency,增加了一种新的接口类型,-Point To Multipoint,增加了一种,LSA,：,Network-LSA,，由,DR,生成，描述了本网段的链路状态；,为了减少在一个网段内带宽的占用，提出了,DR,的概念,议程,OSPF,协议基础,通过,LSA,描述网络拓扑结构,用,SPF,算法计算路由,邻居状态机,DR,和,BDR,划分区域,骨干区域和虚联接,与自治系统外部通信,总结,OSPF,组网及配置,OSPF,在大型网络中应用可能遇到的问题,当网络规模变大时，有些问题会从量变到质变：即理论讲是可行，但实际上可能已不能正常工作了；,缺点,1,：,LSDB,非常庞大，占用大量存储空间；,相对与,DV,来说，不仅存储路由信息，还存储链路状态,而,DV,只存储路由信息，当然,DV,的每个路由器也不知道全网拓扑结构；,缺点,2,：计算最小生成树耗时增加，,CPU,负担很重；,相对与,DV,，计算复杂，要算出一个树来，而,DV,算法只是简单的路由表的加减；,有,1,台路由器链路状态发生变化，全网的所有路由都要重新计算（,一有风吹草动，都要重新计算,）,缺点,3,：网络拓扑结构经常发生变化，网络经常处于“动荡”之中,就象往湖里投个石子，会波及整个网络,而网络中链路变化是经常的，,up,或,down,，所以，整个网络不停的动荡,OSPF,划分区域,Area0,Area1,Area2,区域的边界是路由器,区域间的路由计算,Area0,Area3,Type=,3,Type=,3,192.178.14.0,172.18.141.0,Mask=255.255.255.240,Mask=255.255.255.240,Metric=120,Metric=91,192.178.14.0/28,172.18.141.0/24,区域划分后的一些优点,针对第,1,个缺点：,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；,针对第,2,个缺点：,计算变的简单了，不用画一棵树了，只画叶子节点；,针对第,3,个缺点：,（,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。,议程,OSPF,协议基础,通过,LSA,描述网络拓扑结构,用,SPF,算法计算路由,邻居状态机,DR,和,BDR,划分区域,骨干区域和虚联接,与自治系统外部通信,总结,OSPF,组网及配置,骨干区域,Area0,Area12,RTC,RTB,RTA,Area19,Area13,区域间的路由计算已经是,DV,算法了。从,ABR,的,LSA,的描述可以看出来，只包含路由信息，没有拓扑结构的描述，而,DV,算法就存在路由自环的问题（以区域为单位，不是以路由器为单位了）。因为优化而导致了自环！解决方案：引入,骨干区域,所有,ABR,都必须连着这个区域。,Hub-spoken,形式,虚连接,Area12,Area0,RTC,RTB,RTA,Area19,Virtual Link,骨干区域的引入，解决了路由自环问题；但也限制了区域的规模；解决方案：随意划分，不必直接相连！但这又违背了骨干区域的原则。怎么办呢？引入,虚连接,RTA,和,RTB,可以直接通信了，所有,ABR,都知道哪个信息是哪个,ABR,生成的。到此，就比较,完美,了。,议程,OSPF,协议基础,通过,LSA,描述网络拓扑结构,用,SPF,算法计算路由,邻居状态机,DR,和,BDR,划分区域,骨干区域和虚联接,与自治系统外部通信,总结,OSPF,组网及配置,与自治系统外部通信,Area0,Area3,Type=5,10.53.11.0,Mask=255.255.255.240,Metric=10,Type=4,1.2.3.4,Mask=0.0.0.0,Metric=89,10.53.11.0/24,ASBR,Routeid,=1.2.3.4,BGP,ABR,Stub,区域与路由聚合,Area12,Area0,RTC,RTB,RTA,Area19,Virtual Link,Area8,议程,OSPF,协议基础,通过,LSA,描述网络拓扑结构,用,SPF,算法计算路由,邻居状态机,DR,和,BDR,划分区域,骨干区域和虚联接,与自治系统外部通信,总结,OSPF,组网及配置,LSA,分类,(1),Router-LSA,：,由每个路由器生成，描述了路由器的链路状态和花费。传递到整个区域；,(2),Network-LSA,：,由,DR,生成，描述了本网段的链路状态，传递到整个区域；,(3),Net-Summary-LSA,：由,ABR,生成，描述了到区域内某一网段的路由 ，传递到相关区域；,相关区域：如果一个路由器连了,3,个区域，那就传到除自身外的另两个区域里去。,(4),Asbr,-Summary-LSA,：,由,ABR,生成，描述了到,Asbr,的路由，传递到相关区域；,(5),AS-External-LS,A,：由,Asbr,生成，描述了到,AS,外部的路由，传递到整个,AS,（,Stub,区域除外）,初始状态的,LSA,(1),当一个路由器的接口上启动了,OSPF,，那么就会生成一个且只生成一个,LSA-Router LSA,；,(2),随着邻居关系向邻接关系的过渡，这些,Router LSA,会根据从对方学到的,LSA,信息，发生一些变化，比如生成,NetworkLSA,或其他类型的,LSA,。,接口分类及路由器分类,OSPF,根据链路层媒体的不同分为以下四种网络类型,Broadcast,NBMA,、,Point-to-Point,、,Point-to-,MultiPoint,路由器根据在自治系统中的角色划分（,IAR,、,ABR,、,BBR,、,ASBR,）,IAR:Internal,Area Router,ABR:Area,Border Router,BBR:Backbone,Border Router,ASBR:Autonumous,System Border Router,可以,兼职,，除,IAR,外；,一个运行,OSPF,协议的接口状态根据接口的不同类型可划分为,DR: Designated Router,BDR: Border Designated Router,DROther,: Non (DR or BDR),只能说某个路由器在哪个接口上,DR,，而不能泛泛地说某个,router,是,DR,OSPF,为什么是,Loop-Free,的？,每一条,LSA,（链路状态广播）都标记了生成者（用生成该,LSA,的路由器的,id,标记），其他路由器只负责传输。这样不会在传输过程中发生对该信息的改变或错误理解；,路由计算的算法是,SPF,算法。计算的结果是一棵树，路由是树上的叶子节点。从根节点到叶子节点是单向不可回复的路径。,议程,OSPF,协议基础,通过,LSA,描述网络拓扑结构,用,SPF,算法计算路由,邻居状态机,DR,和,BDR,划分区域,骨干区域和虚联接,与自治系统外部通信,总结,OSPF,组网及配置,