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1、RB-005 OSPF协议原理及配置,ISSUE 2.0,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（Open Shortest Path First），目前IGP中应用最广、性能最优的一个
2、协议（最新版本是version 2，RFC2328），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,Router ID 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 D
3、R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种典型的网络模型,OSPF网络拓扑模型（一）,连接一个空的网段（stub net），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。,link id: 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
4、段的路由信息。,link id: 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相连的情况。,link id: 2.2.2.2 /*RTB的router id*/ 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
5、络类型。,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
6、 （ 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。,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*/,Net mask : 255.0.0.0/*本网段的掩码*/ Attached 30.0.0.1 router/*本网段内所有的路由器的rou
7、ter id*/ Attached 30.0.0.2 router Attached 30.0.0.3 router,由DR另外生成的描述信息，统一描述了本网段的情况。,LSA (Link State Advertisement) 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*/ ls id : 1.1.1.1 /*LSA的标识*/ adv rtr : 1.1.1.1 /*生成该LSA的路由器*/ ls age : 4 /*本条LSA的老化时间*/ len : 10
8、8 /*LSA的长度*/ seq# : 80000001 /*LSA的序列号*/ cksum : 0 x3543 /*较验和*/ link count: 7 /*本LSA中包含的连接个数*/ link id: 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
9、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link id（是某台路由器的router id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
10、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link，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14,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
11、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N8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
12、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（Designated Router）的概念。该网段中的设备只与DR和BDR（ Backup Designated Router ）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priority0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
13、的priority0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Router ID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，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
14、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
15、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
16、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Area ID(32位整数)来标识，其中Area0区域称为骨干区域。区域边
