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1、RB 005OSPF协议原理及配置 ISSUE2 0 日期 杭州华三通信技术有限公司版权所有 未经授权不得使用与传播 叙述OSPF路由协议的原理配置OSPF协议调试和维护OSPF协议简单的OSPF故障排除 课程目标 学习完本课程 您应该能够 第一章OSPF协议原理第二章OSPF配置第三章OSPF调试 监控第四章OSPF排错 目录 OSPF协议原理 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 OSPF协议概述 OSPF OpenShortestPathFirst 目前IGP中应用最广 性能最优的一个协议 最新版本是version2 RFC2328
2、 具有如下特点 无路由自环可适应大规模网络路由变化收敛速度快支持区域划分支持等值路由支持验证支持路由分级管理支持以组播方式发送协议报文 OSPF协议基本概念 RouterID一个32 bit的无符号整数 是一台路由器的唯一标识 在整个自治系统内唯一 协议号OSPF是基于IP的 其协议号是89 OSPF协议报文不转发通常OSPF的协议报文是不被转发的 只能传递一跳 即在IP报文头中TTL值被设为1 虚连接除外 OSPF协议原理 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 OSPF通过LSA描述网络拓扑 OSPF协议将周边的网络拓扑结构抽象为4种典
3、型的网络模型 OSPF网络拓扑模型 一 连接一个空的网段 stubnet 该网段中没有其他运行OSPF协议的网络设备 使用如下字段 link 来描述该网络类型 linkid 10 0 0 0 网段 data 255 0 0 0 掩码 type StubNet 3 类型 metric 50 花费 OSPF网络拓扑模型 二 通过一条点到点的链路连接另外一台运行OSPF的路由器 使用如下两段字段 link 来描述该网络类型 描述该接口网段的路由信息 linkid 20 0 0 0 网段 data 255 0 0 0 掩码 type StubNet 3 类型 metric 5 花费 描述与路由器RTB
4、相连的情况 linkid 2 2 2 2 RTB的routerid data 20 0 0 2 RTB的接口地址 type router 1 类型 metric 5 花费 OSPF网络拓扑模型 三 通过一个点对多点的网络连接另外多台运行OSPF的路由器 这些路由器彼此之间并不是全连通的 使用如下三段字段 link 来描述该网络类型 linkid 40 0 0 1 网段 data 255 255 255 255 掩码 type StubNet 3 类型 metric 5 花费 linkid 3 3 3 3 RTF的routerid data 40 0 0 1 与RTF相连的接口地址 type r
5、outer 1 类型 metric 5 花费 linkid 4 4 4 4 RTE的routerid data 40 0 0 1 与RTE相连的接口地址 type router 1 类型 metric 5 花费 OSPF网络拓扑模型 四 连接一个广播 或者是NBMA 的网段 该网段中所有运行OSPF协议的网络设备之间都直接可达 使用如下字段 link 来描述该网络类型 简化的描述信息 linkid 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 Netmask 255 0 0 0 本网段的掩码 A
6、ttached30 0 0 1router 本网段内所有的路由器的routerid Attached30 0 0 2routerAttached30 0 0 3router 由DR另外生成的描述信息 统一描述了本网段的情况 LSA LinkStateAdvertisement 数据结构 将上述多个link组合在一起 加上一个head 组成了路由器RTA的LSA 该LSA准确的描述了RTA周边的网络拓扑 type router LSA的类型 lsid 1 1 1 1 LSA的标识 advrtr 1 1 1 1 生成该LSA的路由器 lsage 4 本条LSA的老化时间 len 108 LSA的长
7、度 seq 80000001 LSA的序列号 cksum 0 x3543 较验和 linkcount 7 本LSA中包含的连接个数 linkid 10 0 0 0 网段 data 255 0 0 0 掩码 type StubNet 3 类型 metric 50 花费 OSPF协议原理 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 OSPF协议计算路由过程 RTA RTB 1 网络的拓扑结构 4 每台路由器分别以自己为根节点计算最小生成树 运行SPF算法计算路由 每个路由器根据搜集到的LSDB 使用SPF算法来计算路由 SPF算法的计算步骤 每台路
8、由器按照如下步骤从本机的LSDB计算出路由 从LSDB中选取自己生成的LSA为SPF计算的起点 遇到类型为StubNet的link 其中包含的就是路由信息 填加到路由表中 但由于这些路由信息都是本机的直连路由 所以不会生效 遇到类型为router的link 则计算暂停 跳转到该link中linkid 是某台路由器的routerid信息 所指的路由器生成的LSA 打开该条LSA 遇到类型为StubNet的link 其中包含的就是路由信息 填加到路由表中 下一跳为步骤2中link的data字段 cost值为本link的metric和步骤2中link的metric相加 如果遇到类型为router的l
9、ink 则继续跳转 直至某条LSA的全部信息都被计算完毕 此时再跳回到上一条的LSA 重复步骤1 4 最终会回到自己生成的LSA 待该LSA计算完毕后 则SPF计算完成 OSPF协议原理 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 两台路由器之间建立邻接关系的过程 OSPF的邻居状态机 紫色的状态机可能是长期存在的状态 蓝色的状态机通常是临时状态 OSPF的五种协议报文 Hello报文发现及维持邻居关系 选举DR BDR DD报文本地LSDB的摘要信息 只包含LSA的Head信息 LSR报文向对端请求本端没有或对端的更新的LSA 只包含LSA的
10、Head信息 LSU报文向对方发送其需要的LSA 包含LSA的全部信息 LSAck报文收到LSU之后 进行确认 只包含LSA的Head信息 OSPF协议原理 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 广播及NBMA网段中的N2连接关系 一个广播的网段中 存在N 8台路由器 则需要建立M n n 1 2 28个邻接关系 通过选举DR来解决问题 M n n 1 2 28 M n 2 2 1 13 为了解决同一个网段内过多的邻接关系数量 OSPF协议提出了DR DesignatedRouter 的概念 该网段中的设备只与DR和BDR BackupD
11、esignatedRouter 建立邻接关系 DR的选举过程 DR是整个网段中所有的路由器选举出来的 选举方法与选举村长十分类似 登记选民本网段内的OSPF路由器 本村内的18岁以上公民 登记候选人本网段内的priority 0的OSPF路由器 priority可以手工配置 缺省值是1 本村内的30岁以上公民且在本村居住3年以上 竞选演说所有的priority 0的OSPF路由器都认为自己是DR 所有的候选人都自认为应该当村长 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划排序 DR选举中的指导思想 选举制DR是各路由器选出来的
12、而非人工指定的 虽然管理员可以通过配置priority干预选举过程 终身制DR一旦当选 除非路由器故障 否则不会更换 即使后来的路由器priority更高 世袭制DR选出的同时也选出BDR来 DR故障后 由BDR接替DR成为新的DR NBMA和点到多点 在某种情况下 非全连通的NBMA网络 由于选举DR会导致路由信息不能正确学习 此时需要管理员手工将网络类型改为PTMP 不再选举DR了 由于DR的出现带来协议的变化 为了减少在广播和NBMA网段内带宽的占用 提出了DR的概念 为协议本身带来如下变化 将广播和NBMA网段内LSDB同步的次数由O N 2减少为O N 在广播和NBMA网段中 路由器
13、的角色划分为DR BDR DROther 路由器之间的关系分为Unknown Neighbor Adjacency 两台DROther路由器之间只建立Neighbor关系 邻居状态机停留在2 Way状态 DR及BDR与本网段内的所有路由器建立Adjacency关系 邻居状态机会达到Full状态 增加了一种接口类型 Point to Multipoint 增加了一种新的LSA类型 Network LSA 由DR生成 描述了本网段的链路状态信息 关于DR 只有在广播和NBMA的链路上才会选举DR 在PTP和PTMP的链路上不会选举DR DR是针对一个网段内的设备选举的 对于一台路由器来说 可能它在
14、某个接口上是DR 在其它接口上是BDR DROther 或者因为是PTP的链路而不参加DR的选举 在广播的网络上必须存在DR才能够正常工作 但BDR不是必需的 一个网段中即使只有一台路由器 也要选举DR 由于 终身制 的原因 网段中的DR不一定是priority最高的 但通常是 来的早 的路由器 OSPF协议原理 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 链路状态算法的四宗罪 相比较D V算法 链路状态存在如下缺点 链路状态算法除了需要携带路由信息之外 还要挟带网络拓扑信息 这样会占用路由器大量的存储空间并且使路由同步时间加长 链路状态算法计
15、算的复杂度大大高于DV算法 对CPU消耗很大 链路状态算法对网络拓扑变化十分敏感 网络中任何拓扑变化都会导致全网中所有运行OSPF的路由器重新启动路由计算 由于链路状态算法计算路由完全依赖LSA LSA在网络中传播时不可以被改变 所以导致链路状态算法的几乎不支持任何路由策略 上述缺点在网络规模小的时候并不突出 但在网络规模较大时 会给网络带来很严重的后果 甚至导致网络不可用 如果不解决上述问题 OSPF协议的网络规模和应用范围会受到极大的影响 OSPF解决方案 引入区域的概念 分而治之 将整个OSPF域划分成若干区域 每个区域用不同的AreaID 32位整数 来标识 其中Area0区域称为骨干
16、区域 区域边界路由器叫ABR AreaBorderRouter 负责区域间路由计算 区域间的路由计算 每个区域有自己的LSDB SPF运算独立运行 ABR先将区域内的路由计算完毕 然后将每一条区域内的路由转变成一条Type3的LSA 无拓扑信息 只包含路由信息 发布到骨干区域 骨干区域的ABR再发送到其他区域 注意 ABR的工作方式决定OSPF在区域内是L S算法 在区域间算是D V算法 172 18 141 0 24 192 178 14 0 28 Type 3 192 178 14 0 Mask 255 255 255 240 Metric 120 Type 3 172 18 141 0 Mask 255 255 255 0 Metric 91 Area0 Area3 骨干区域及划分区域细则 骨干区域概念的提出由于在区域间的路由计算使用了D V算法 不可避免的会遇到路由环路的问题 OSPF实际是通过要求所有的区域必须与骨干区域互联 所有的跨区域路由必须通过骨干区域来防止路由环路 如果要划多个区域 必须要有骨干区域Backbone Area0 骨干区域必须是连续非断开的 其它普通区域
