网络互连技术课件08ospf路由协议

网络互连技术课件08ospf路由协议第88章OSPF路由协议学习目标?通过本章的学习，希望您能够?掌握OSPF路由协议的工作原理?SPF算法?掌握单区域OSPF配臵方法本章内容?OSPF概念?SPF算法?单?多区域OSPF配臵方法课程议题OSPF概念OSPF引言?于1988年，因特网工程任务组织（IETF，Inter EngineeringTask Framework）成立了内部网关协议工作组，专门设计用于因特网的基于最短路径优先（SPF）算法的IGP。

在此前多项研究结果的基础上开发出开放式最短路优先路由信息协议（OSPF），诸如1978年Bolt、Beranek、Newman(BBN)为ARPANET 开发的SPF算法，1988年Dr.Radia Perlman对路由信息容错性广播的研究成果等。

OSPF概念?OSPF?是一类Interior GatewayProtocol（内部网关协议IGP）?用于属于单个自治体系（AS）的路由器之间的路由选择。

?OSPF采用链路状态技术?采用SPF算法?路由器互相发送直接相连的链路信息和它所拥有的到其它路由器的链路信息。

OSPF介绍?开放的标准?最短路径优先(SPF)算法（有时也称Dijkstra算法）?链路状态路由协议(vs距离矢量协议）OSPF等级分明的路由?由区域（areas）和自制系统（autonomous systems）组成?最小化路由更新量区域?在OSPF中，由按照一定的OSPF路由法则组合在一起的一组网络或路由器的集合称为区域（AREA）。

每一个区域中的路由器都按照该区域中定义的链路状态算法来计算网络拓扑结构，每一个区域都有着该区域独立的网络拓扑数据库及网络拓扑图。

对于每一个区域，其网络拓扑结构在区域外是不可见的。

同样，在每一个区域中的路由器对其域外的其余网络结构也不了解。

域间路由?在同一个AS内的所有路由器不再是有一个相同的链路状态数据库，而是路由器具有与其相连的每一个区域的链路状态信息，即该区域的结构数据库。

当一个路由器与多个区域相连时，我们称之为区域边界路由器。

一个区域边界路由器有自身相连的所有区域的网络结构数据。

在同一个区域中的两个路由器有着对该区域相同的结构数据库。

根据IP数据包的目的地地址及源地址将OSPF路由域中的路由分成两类，当目的地与源地址处于同一个区域中时，称为区域内路由，当目的地与源地址处于不同的区域甚至处于不同的AS时，我们称之为域间路由。

OSPF的路由?按优先顺序?内?☆区域间路由自制系统内部的网络结构?☆第1类外部路由OSPF从其他内部路由协议所引入的信息。

?☆第2类外部路由OSPF从外部路由协议所引入的信息。

主干区域（Backbone）?OSPF的区域由主干区域进行连接。

OSPF主干负责在区间之间分发路由信息，包含所有的区间边缘路由器、非全部属于某区间的网络及其相连的路由器。

所有的区域都必须在逻辑上连续，为此，主干区域上特别引入了虚连接的概念以保证在物理上分割的区域仍然在逻辑上具有连通性。

主干区域（续）主干区域（续）?上图中，路由器4、5、6、10、11和12构成了主干。

如果区域3中的主机H1要给区域2中的主机H2发送数据，则先发给路由器13，它12，再转给路由器11，路由器11再沿主干转发给路由器10，然后通过两个区域内路由器（9和7）到达主机H2。

?主干本身也是个OSPF区域，所以所有的主干路由器与其它区域路由器一样，使用相同的过程和算法来维护主干内的路由信息，主干拓扑对所有的跨区域路由器都是可见的。

OSPF优势?将OSPF路由协议与距离矢量路由协议RIP作一比较，归纳为如下几点?度量值?VLSM支持?收敛速度?区域边界?路由自环?验证支持?负载平衡?路由更新方式课程议题SPF算法SPF算法及最短路径树?SPF算法将每一个路由器作为根（ROOT）来计算其到每一个目的地路由器的距离，每一个路由器根据一个统一的数据库会计算出路由域的拓扑结构图，该结构图类似于一棵树，被称为最短路径树。

最短路径树的树干长度，即OSPF路由器至每一个目的地路由器的距离，称为Cost，其算法为Cost=100×10^6/链路带宽。

?链路带宽以bps来表示。

OSPF的Cost与链路的带宽成反比，带宽越高，Cost越小，表示OSPF到目的地的距离越近。

例如，FDDI或快速以太网的Cost为1，2M串行链路的Cost为48，10M以太网的Cost为10等。

链路状态算法?1）当路由器初始化或当网络结构发生变化时，路由器会产生链路状态广播数据包LSA，该数据包里包含路由器上所有相连链路，也即为所有端口的状态信息。

?2））所有路由器通过刷新（Flooding）的方法来交换链路状态数据。

Flooding是指路由器将其LSA数据包传送给所有与其相邻的OSPF 路由器。

?3）相邻路由器根据其接收到的链路状态信息更新自己的数据库，并将该链路状态信息转送给与其相邻的路由器，直至稳定。

?4)当网络重新稳定下来，即OSPF路由协议收敛下来时，所有的路由器会根据其各自的链路状态信息数据库计算出各自的路由表。

该路由表中包含路由器到每一个可到达目的地的Cost以及到达该目的地所要转发的下一个路由器（next-hop）。

SPF工作过程?SPF算法?是OSPF路由协议的基础。

SPF算法有时也被称为Dijkstra算法，?SPF算法将每一个路由器作为根（ROOT）来计算其到每一个目的地路由器的距离，每一个路由器根据一个统一的数据库会计算出路由域的拓扑结构图，该结构图类似于一棵树，在SPF算法中，被称为最短路径树选举DR/BDR?每一台路由器和他的邻居之间成为完全网状的OSPF邻接关系，这样5台路由器之间将需要形成10个邻接关系，同时将产生25条LSA。

?在多址的网络中，存在自己发出的LSA从邻居的邻居发回来，导致网络上产生很多LSA的拷贝DR和BDR选取规则?选举规则?优先级高的为DR，次高的为BDR，.默认优先级都为1。

在优先级相同的情况下就比较RID，RID等级最高的为DR，次高的为BDR。

?路由器的每个多路访问接口都有个路由器优先级，8位长的一个整数，范围是0到255。

?Hello包里包含了优先级的字段，还包括了可能成为DR/BDR的相关接口地址。

?当接口在多路访问网络初次启动的时候，它把DR/BDR地址设臵为0.0.0.0，同时设臵等待计时器的值等于路由器无效时间间隔。

DR和BDR选举过程?选举过程?在和邻居建立双向通讯之后，检查邻居的Hello包中的优先级，DR和BDR字段。

?从这个有参与选举DR/BDR的列表中，创建一组没有声明自己就是DR的路由器的子集。

?只要在Hello包中BDR字段就等于自己的接口的地址，优先级最高的就被选举为BDR，如果优先级一样，RID最高的被选举为BDR。

?如果在Hello包中DR字段等于自己地址，优先级最高的被选举为DR，如果优先级相等，RID最高的选举为DR，如果没有路由器宣称自己是DR，那么选举的BDR就成为DR。

邻居和邻接关系?在邻居关系中，OSPF Hello报文中以下项内容必须相同，Hello/Dead intervals、区域ID、认证相同、stub区域标识相同，?对于点到点的WAN串行连接，两个OSPF路由器通常使用HDLC或PPP来形成完全邻接状态。

?对于LAN连接，所有其他的和DR以及BDR相连的路由器形成完全邻接状态邻居(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 SlaveMaster Slave链路状态协议数据单元?LSA也被称为链路状态协议数据单元（PDU），LSA具有以下特征?是可靠的，有一种用于确认LSA被成功传递的方法。

?被扩散到整个区域。

?LSA有序列号和寿命，以确保每台路由器都知道自己有最新的LSA版本。

?A被定期刷新以确保拓扑信息的有效性，直到LSA从LSDB中被删除。

?只有可靠的方式扩散链路状态信息，才能确保区域中每台路由器对网络的认识都是最新、最准确的。

OSPF报文类型?OSPF报文是由多重封装构成的，封装在IP头部内的是5种OSPF报文类型中的一种，每一种报文类型都是由一个OSPF 报文头部开始，这个OSPF报文头部对于所有的报文类型都是相同的。

类型名称描述1Hello发现邻居并在它们之间建立邻接关系2数据库描述（DBD）检查路由器的数据库之间是否同步3链路状态请求（LSR）向另一台路由器请求特定的链路状态记录4LSU发送请求的链路状态记录5LSAck对其他类型的分组进行确认OSPF报头?Version number?Type?Packet length?Router ID?AreaID?Checksum?type?Authentication?Data OSPF状态?OSPF的接口可以处于下面8种状态之一?Down停止?Attempt尝试?Init初始?Two-way双向?start准启动?Exchange交换?Loading加载?Full adjacency完全邻接OSPF状态?OSPF状态交换过程172.16.5.1/24E0172.16.5.2/24E1A BDown状态交换过程172.16.5.1/24E0172.16.5.2/24E1Router 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172.16.5.1/24E0我是路由器，id为ID172.16.5.2,我看到了172.16.5.1.172.16.5.2/24E1Down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172.16.5.1/24E0Router A邻居列表172.16.5.2/24,intE0172.16.5.2/24E1Down状态Init状态Two-Way状态A B我是路由器，id为ID172.16.5.2,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E0172.16.5.1DR E0172.16.5.3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 afadjfjorqpoeru39547439070713Hello afadjfjorqpoeru39547439070713Exstart状态探寻路由信息这是我的链路状态数据库的描述（摘要）DBDafadjfjorqpoeru39547439070713Exchange状态这是我的链路状态数据库的描述（摘要）.DBDafadjfjorqpoeru39547439070713E0172.16.5.1DRE0172.16.5.3Hello afadjfjorqpoeru39547439070713Hello afadjfjorqpoeru39547439070713Exstart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E0172.16.5.1E0172.16.5.3感谢你的链路状态摘要信息！LSAck afadjfjorqpoeru39547439070713LSAck afadjfjorqpoeru39547439070713DR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！LSRafadjfjorqpoeru39547439070713LSAckafadjfjorqpoeru39547439070713LSUafadjfjorqpoeru39547439070713Loading状态E0172.16.5.1E0172.16.5.3LSAckafadjfjorqpoeru39547439070713LSAckafadjfjorqpoeru39547439070713DR感谢你的链路状态摘要信息！探寻路由信息Full状态E0172.16.5.1E0172.16.5.3DR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！LSRafadjfjorqpoeru39547439070713LSAckafadjfjorqpoeru39547439070713LSUafadjfjorqpoeru39547439070713Loading状态LSAck afadjfjorqpoeru39547439070713LSAckafadjfjorqpoeru39547439070713感谢你的链路状态摘要信息！OSPF 的邻居状态机Attempt Init2-way ExstartExchange LoadingFull Down灰色为稳定状态；白色为瞬时过渡状态课程议题单区域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。