OSPF协议原理与配置详解学习教案

会计学1OSPF协议原理与配置协议原理与配置(pizh)详解详解第一页，共66页。概念(ginin)n OSPF ：Open Shortest Path First，开放最短路径优先n 由IETF(Internet Engineering Task Force)组织开发n OSPF是链路状态协议，采用SPF算法n OSPF是IGP(Interior Gateway Protocol)协议，用于在自治系统 (Autonomous System，AS)内发现和计算路由n在IP网络上，它通过收集和传递自治系统的链路状态来动态(dngti)地发现并传播路由n 相关RFC文档 : RFC2328， RFC1583，RFC2178第1页/共65页第二页，共66页。第2页/共65页第三页，共66页。第3页/共65页第四页，共66页。第4页/共65页第五页，共66页。第5页/共65页第六页，共66页。第6页/共65页第七页，共66页。第7页/共65页第八页，共66页。第8页/共65页第九页，共66页。第9页/共65页第十页，共66页。n 指定路由器DR (Designated Router)n 备份指定路由器BDR (Backup Designated Router)n 在一个广播型多路访问环境中的路由器必须(bx)选举一个DR和BDR来代表这个网络n 作用：减少在局域网上的OSPF的流量n 选举：DB/BDR的选举是根据路由器优先级，优先级高者为DR，次高者为BDR。如果Priority值相同，Router-id值大者成为DR第10页/共65页第十一页，共66页。第11页/共65页第十二页，共66页。P=1P=0P=1P=3P=2BDRHelloDRBDRDRotherDRotherDRother第12页/共65页第十三页，共66页。第13页/共65页第十四页，共66页。第14页/共65页第十五页，共66页。第15页/共65页第十六页，共66页。第16页/共65页第十七页，共66页。第17页/共65页第十八页，共66页。第18页/共65页第十九页，共66页。第19页/共65页第二十页，共66页。第20页/共65页第二十一页，共66页。n 点到点网络点到点网络(wnglu)(point-to-point)n n 广播网络广播网络(wnglu)(broadcast )n n 链路层封装链路层封装PPP/HDLC协议协议(xiy)链路层封装链路层封装Ethernet/FDDI/Token Ring第21页/共65页第二十二页，共66页。n NBMA网络网络(wnglu)(Non-Broadcast Multi-Access)n n 点到多点网络点到多点网络(wnglu)(point-to-multipoint)n 第22页/共65页第二十三页，共66页。n邻接关系：n邻接关系在广播或NBMA网络的DR和非指定路由器之间形成(xngchng)n DRother与DR，BDR之间建立邻接关系n邻接：好朋友n邻接需要互通信息，需要同步信息nDRother之间为邻居关系，之间不同步数据库n邻居：刚认识n n 第23页/共65页第二十四页，共66页。术语(shy)(1)n 自治系统自治系统AS (Autonomous System) n 指共享同一路由选择指共享同一路由选择(xunz)策略的一组路由器的集合策略的一组路由器的集合n在互联网中，一个自治系统是一个有权自主地决定在本系统中应采用在互联网中，一个自治系统是一个有权自主地决定在本系统中应采用何种路由协议的小型单位。这个网络单位可以是一个简单的网络也可何种路由协议的小型单位。这个网络单位可以是一个简单的网络也可以是一个由一个或多个普通的网络管理员来控制的网络群体，它是一以是一个由一个或多个普通的网络管理员来控制的网络群体，它是一个单独的可管理的网络单元个单独的可管理的网络单元(如一所大学，一个企业或者一个公司个体如一所大学，一个企业或者一个公司个体)。n路由器标识路由器标识 (Router ID)n 由由32位数组成，在位数组成，在AS内唯一。这个内唯一。这个Router ID 一般需要手工配置，一般需要手工配置，一般将其配置为该路由器的某个接口的一般将其配置为该路由器的某个接口的IP地址。由于地址。由于IP地址是唯一的，地址是唯一的，所以这样就很容易保证所以这样就很容易保证Router ID 的唯一性。在没有手工配置的唯一性。在没有手工配置Router ID 的情况下，一些厂家的路由器支持自动从当前所有接口的的情况下，一些厂家的路由器支持自动从当前所有接口的IP 地址自地址自动选举一个动选举一个IP 地址作为地址作为Router ID。n 第24页/共65页第二十五页，共66页。第25页/共65页第二十六页，共66页。n 链路状态通告(LSA)n LSA用来描述路由器的本地(bnd)状态， LSA包括的信息有关于路由器接口的状态和所形成的邻接状态n 链路状态表(拓扑表, Link State Database)n 包含了网络中所有路由器的链接状态。它表示整个网络的拓扑结构。同Area内的所有路由器的链接状态表，都是相同的n 路由表(Routing Table)n 即转发表，在链接状态表的基础之上，利用SPF算法计算而来第26页/共65页第二十七页，共66页。n OSPF报文格式：n OSPF 依靠IP包来承载OSPF信息(xnx)n 使用的协议号： 89以以字字节节表表示示的的域域长长11244228可可变变的的版版本本号号类类型型数数据据包包长长度度路路由由器器ID区区域域ID校校验验和和认认证证类类型型认认证证数数据据第27页/共65页第二十八页，共66页。OSPF单区域(qy)的问题当一个巨型网络中的路由器都运行OSPF 路由协议时，就会遇到如下问题：1.路由器数量的增多(zn du)会导致LSDB 非常庞大，这会占用大量的存储空间。2.LSDB 的庞大会增加运行SPF 算法的复杂度，导致路由器的CPU 负担很重。3.由于LSDB 很大，两台路由器之间达到LSDB 同步会需要很长时间。4.网络规模增大之后，拓扑结构发生变化的概率也增大，网络会经常处于“动荡”之中，为了同步这种变化，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。更糟糕的是：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。第28页/共65页第二十九页，共66页。OSPF区域(qy)划分区域(qy)解决方法：将自治系统划分成不同的区域解决方法：将自治系统划分成不同的区域(Area)解决上述问题的关键主要有两点：解决上述问题的关键主要有两点：减少减少LSA 的数量和屏蔽网络变化波及的范围。的数量和屏蔽网络变化波及的范围。 每一个网段必须属于一个区域，或者说每个运行每一个网段必须属于一个区域，或者说每个运行OSPF 协议协议(xiy)的的接口必须指明属于某一个特定的区域，区域用区域号接口必须指明属于某一个特定的区域，区域用区域号(Area ID)来标识来标识。 不同的区域之间通过不同的区域之间通过ABR（区域边界路由器）（区域边界路由器） 来传递路由信息来传递路由信息Area 1Backbone Area 0ExternalASArea 2第29页/共65页第三十页，共66页。第30页/共65页第三十一页，共66页。第31页/共65页第三十二页，共66页。OSPF区域(qy)类型(1)OSPF协议里把区域划分为以下5种类型：标准区域 这个默认(mrn)的区域接收链路状态更新、路由汇总和外部路由信息。骨干区域(backbone area) 骨干区域是连接所有其他区域的中心点，区域号总是“0”。所有其他区域都连接到这个区域以交换路由信息。Area 0Area 1Area 2AS100注意：所有的区域必须和骨干(ggn)区域相连，而且骨干(ggn)区域自身也必须是连通的。第32页/共65页第三十三页，共66页。单一单一(dny)出口出口Area 2ExternalASX XOSPF区域(qy)类型(2)n 末节区域末节区域(stub area) 不接受任何自治系统外部路由的信息，比如非OSPF网络的信息。使用缺省的路由连接AS外的网络。末节区域不能包含ASBR。n 完全末节区域完全末节区域(totally stub area) 不接受任何AS外部的路由，及AS内部的其他区域的汇总信息。使用缺省的路由发送数据包到外部网络或是其他区域。不包含ASBR。第33页/共65页第三十四页，共66页。Type 5 LSA Type 7 LSARIParea 0NSSA area ASBRABRn 非完全非完全(wnqun)末节区域末节区域(not-so-stubby area)n OSPF区域(qy)类型(3)第34页/共65页第三十五页，共66页。OSPF虚连接(linji)n 所有的区域必须和骨干区域相连，而且骨干区域自身也必须是连通(lintng)的。 由于网络的拓扑结构复杂，有时无法满足这个条件。为此，OSPF 提出了虚连接的概念 。n 虚连接是指在两台(lin ti)ABR 之间，穿过一个非骨干区域(转换区域transit area)，建立的一条逻辑上的连接通道。Area 2Area 0(Backbone)Area 3 Area 1Virtual LinkTransit Area第35页/共65页第三十六页，共66页。nBBR （BackBone Router）nASBR（AS Boundary Router）第36页/共65页第三十七页，共66页。第37页/共65页第三十八页，共66页。第38页/共65页第三十九页，共66页。第39页/共65页第四十页，共66页。第40页/共65页第四十一页，共66页。LSA TypeLSA名称名称LSA描述描述1Router-LSA每一个路由器都会生成。这种LSA描述某区域内路由器端口链路状态的集合。只在所描述的区域内洪泛。2Network-LSA由DR生成，用于描述广播型网络和NBMA网络。这种LSA包含了该网络上所连接路由器的列表。只在该网络所属的区域内洪泛。第41页/共65页第四十二页，共66页。LSA TypeLSA名称名称LSA描述描述3Network-Summary-LSA由区域边界路由器(ABR)产生，描述到AS内部本区域外部某一网段的路由信息，在该LSA所生成的区域内洪泛。第42页/共65页第四十三页，共66页。LSA TypeLSA名称名称LSA描述描述4ASBR-Summary-LSA由区域边界路由器(ABR)产生，描述到某一自治系统边界路由器(ASBR)的路由信息，在该LSA所生成的区域内洪泛。5AS-external-LSA由自治系统边界路由器(ASBR)产生，描述到AS外部某一网段的路由信息，在整个AS内部洪泛。第43页/共65页第四十四页，共66页。LSDBLSA of RTALSA of RTBLSA of RTCLSA of RTD(2)每台路由器的LSDB(3)由链路状态(zhungti)数据库生成 带权有向图CABD346CABD234CABD234CABD234CABD234RTARTCRTD4326(1)网络(wnglu)的拓扑结构(4)每台路由器分别以自己为根节点计算最小生成树RTB2第44页/共65页第四十五页，共66页。第45页/共65页第四十六页，共66页。第46页/共65页第四十七页，共66页。第47页/共65页第四十八页，共66页。第48页/共65页第四十九页，共66页。Routing Table for BLSAs Sent to Router CArea 1Area 0ABRSummarizationABC第49页/共65页第五十页，共66页。vHello：用于建立和维护邻居关系，同时也发现邻：用于建立和维护邻居关系，同时也发现邻居居vDDP: Database Description Packet：数据库描：数据库描述包，用于描述拓扑结构数据库的内容，为同步邻述包，用于描述拓扑结构数据库的内容，为同步邻居间数据库信息居间数据库信息vLSR: Link State Request：链路状态请求包，向：链路状态请求包，向相邻路由器请求其拓扑结构数据库的部分相邻路由器请求其拓扑结构数据库的部分(b fen)内容内容vLSU: Link State Update：链路状态更新包：对：链路状态更新包：对链路状态请求数据包的回应，包含具体的链路状态链路状态请求数据包的回应，包含具体的链路状态信息。信息。vLSAck: Link State Acknowledge：链路状态确：链路状态确认包，用于对链路状态更新数据包的确认。这种确认包，用于对链路状态更新数据包的确认。这种确认使认使OSPF的扩散过程更可靠。的扩散过程更可靠。OSPF 包括以下(yxi)5种协议报文：第50页/共65页第五十一页，共66页。第51页/共65页第五十二页，共66页。播LSU到AllDRouter地址224.0.0.6,只有DR/BDR监听这个地址第52页/共65页第五十三页，共66页。第53页/共65页第五十四页，共66页。第54页/共65页第五十五页，共66页。第55页/共65页第五十六页，共66页。第56页/共65页第五十七页，共66页。OSPF邻居(ln j)状态机n Down、Two-way、Full为稳定的状态，其他状态则是在转换(zhunhun)过程中瞬间 n (一般不会超过几分钟)存在的状态。n 本路由器的状态可能与对端路由器的状态不相同。n 例如本路由器的邻居状态是Full，对端的邻居状态可能是Loading。DownTwo-wayFullAttemptInitExstartExchangeLoadingDown：邻居：邻居(ln j)状态机的初始状态状态机的初始状态2-Way：本状态表示双方互相收到了对端发送的HELLO 报文，建立了邻居关系。Full：本路由器和邻居建立了邻接（adjacency）状态。第57页/共65页第五十八页，共66页。OSPF邻居关系建立(jinl)过程E0我的我的 router ID是是172.16.5.2, 我的邻居我的邻居(ln j)有有 Router ANeighbors List172.16.5.2/24, int E0E1Router BNeighbors List172.16.5.1/24, int E1我的我的router ID是，没有是，没有(mi yu)看到邻居看到邻居Down StateInit StateTwo-Way StateABABHelloafadjfjorqpoeru39547439070713Helloafadjfjorqpoeru39547439070713第58页/共65页第五十九页，共66页。OSPF LSDB同步(tngb)过程(1)这是我的链路状态这是我的链路状态(zhungti)数据库的汇总信息数据库的汇总信息DBDafadjfjorqpoeru39547439070713Exchange State这是我的链路状态数据库的汇总这是我的链路状态数据库的汇总(huzng)信息信息DBDafadjfjorqpoeru39547439070713E0DRE0不不, 我将先发起链路信息的交互，我将先发起链路信息的交互， 因为我拥因为我拥有更高的有更高的router ID我将发起链路信息的交互，我将发起链路信息的交互， 因为我的因为我的router ID是是DBDafadjfjorqpoeru39547439070713DBDafadjfjorqpoeru39547439070713Exstart StateDRDR第59页/共65页第六十页，共66页。Full State我需要我需要(xyo)网段网段 的的LSA这是你要的网段这是你要的网段 的信息的信息(xnx)收到！谢谢你的信息收到！谢谢你的信息LSRafadjfjorqpoeru39547439070713LSAckafadjfjorqpoeru39547439070713LSUafadjfjorqpoeru39547439070713Loading StateE0收到！谢谢你的信息收到！谢谢你的信息LSAckafadjfjorqpoeru39547439070713LSAckafadjfjorqpoeru39547439070713DRDR第60页/共65页第六十一页，共66页。第61页/共65页第六十二页，共66页。第62页/共65页第六十三页，共66页。第63页/共65页第六十四页，共66页。n 配置OSPF协议的基本步骤：n 设置路由器的ID号n 启动OSPFn 宣告相应的网段n 这三个步骤是配置OSPF的最基本的三个步骤，其中启动ospf和宣告相应网段是其中必需的两个步骤，而Router ID的设置，则不是(b shi)必需完成的。 第64页/共65页第六十五页，共66页。NoImage内容(nirng)总结会计学。适应范围：OSPF支持(zhch)各种规模的网络，最多可支持(zhch)几百台路由器。无自环：由于OSPF通过收集到的链路状态用最短路径树算法计算路由，故从算法本身保证了不会生成自环路由。有些厂家路由器支持(zhch)自动从当前所有接口的IP地址自动选举一个IP地址作为ROUTER ID.。DRother之间为邻居关系，之间不同步数据库。这种路由器只生成一条Router LSA，只保存一个LSDB。宣告相应的网段第六十六页，共66页。