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1、开放式最短路径优先协议（开放式最短路径优先协议（OSPF）本章内容 OSPFOSPF工作原理工作原理 OSPFOSPF的报文类型的报文类型 OSPFOSPF的邻居状态与数据库同步的邻居状态与数据库同步 OSPFOSPF的区域概念的区域概念 OSPFOSPF网络类型网络类型 OSPFOSPF基本配置基本配置 OSPFOSPF路由器类型路由器类型 LSALSA类型类型 OSPFOSPF路由汇总与配置路由汇总与配置 OSPFOSPF特殊区域类型特殊区域类型 OSPFOSPF虚链路与配置虚链路与配置课程议题链路状态路由协议的特点链路状态路由协议的特点链路状态路由协议的特点链路状态路由协议的特点链路状态
2、路由协议特征 对网络发生的变化能够快速响应。对网络发生的变化能够快速响应。 当网络发生变化的时候发送触发式更新（当网络发生变化的时候发送触发式更新（triggered updatetriggered update）。）。 发送周期性更新（链路状态刷新），间隔时间为发送周期性更新（链路状态刷新），间隔时间为3030分钟。分钟。链路状态数据结构 邻居表（邻居表（neighbor tableneighbor table）：）：也叫也叫adjacency databaseadjacency database。存储了邻居路由器的信息，如果一个。存储了邻居路由器的信息，如果一个OSPFOSPF路路由器和它
3、的邻居路由器失去联系，在几秒中的时间内，它会标记所有到由器和它的邻居路由器失去联系，在几秒中的时间内，它会标记所有到达那条路由均为无效并且重新计算到达目标网络的路径。达那条路由均为无效并且重新计算到达目标网络的路径。 拓扑表（拓扑表（topology tabletopology table）：）：一般叫做一般叫做LSDBLSDB，OSPFOSPF路由器通过路由器通过LSALSA学习到其他的路由器和网络状况学习到其他的路由器和网络状况,LSA,LSA存储在存储在LSDBLSDB中。中。 路由表（路由表（routing tablerouting table）：）：也就是我们所说的路由表了，也叫也就
4、是我们所说的路由表了，也叫forwarding databaseforwarding database，包含了到达目，包含了到达目标网络的最佳路径的信息。标网络的最佳路径的信息。课程议题OSPFOSPF的工作机制概述的工作机制概述的工作机制概述的工作机制概述OSPF与RIP OSPFOSPF不再采用跳数的概念，而是根据接口的吞吐率、拥塞状况、不再采用跳数的概念，而是根据接口的吞吐率、拥塞状况、往返时间、可靠性等实际链路的负载能力定出路由的代价，同时选往返时间、可靠性等实际链路的负载能力定出路由的代价，同时选择最短、最优路由并允许保持到达同一目标地址的多条路由，从而择最短、最优路由并允许保持到达
5、同一目标地址的多条路由，从而平衡网络负荷；平衡网络负荷； OSPFOSPF支持不同服务类型的不同代价，从而实现不同支持不同服务类型的不同代价，从而实现不同QoSQoS的路由服的路由服务；务； OSPFOSPF路由器不再交换路由表，而是同步各路由器对网络状态的认路由器不再交换路由表，而是同步各路由器对网络状态的认识，识， OSPF邻居关系 路由器和别的路由器交换路由器和别的路由器交换hellohello包包, ,目标地址采用多播地址目标地址采用多播地址 hellohello包交换完毕，邻接关系形成。包交换完毕，邻接关系形成。 接下来通过交换接下来通过交换LSALSA和对接收方和对接收方的确认进行
6、同步的确认进行同步LSDBLSDB。对于。对于OSPFOSPF路由器而言，进入完全邻路由器而言，进入完全邻接状态。接状态。 如果需要的话，路由器转发新的如果需要的话，路由器转发新的LSALSA给其他的邻居，来保证整个给其他的邻居，来保证整个区域内区域内LSDBLSDB的完全同步。的完全同步。OSPF泛洪机制OSPF路由器类型 内部路由器内部路由器 区域边界路由器区域边界路由器 骨干路由器骨干路由器 自治系统边界路由器自治系统边界路由器LSDB LSALSA：描述本地路由器或网络的数据单元，对路由器来说，它描述：描述本地路由器或网络的数据单元，对路由器来说，它描述了路由器的接口状态和邻接状态。了
7、路由器的接口状态和邻接状态。 LSALSA类型类型类型类型描述描述描述描述1 1类类路由器路由器LSALSA2 2类类网络网络LSALSA3 3类和类和4 4类类汇总汇总LSALSA5 5类类ASAS外部外部LSALSA6 6类类组播组播OSPF LSAOSPF LSA7 7类类为次未节区域定义的为次未节区域定义的8 8类类BGPBGP的外部属性的外部属性LSALSA9 9、1010或或1111类类不透明不透明LSALSASPF算法 SPFSPF算法是算法是OSPFOSPF路由协议的基础。路由协议的基础。SPFSPF算法有时也被称为算法有时也被称为DijkstraDijkstra算法，这是因为
8、最短路径优先算法算法，这是因为最短路径优先算法SPFSPF是是DijkstraDijkstra发明的。发明的。课程议题OSPFOSPF报文类型报文类型报文类型报文类型OSPF报文 OSPFOSPF报文是由多重封装报文是由多重封装构成的，封装在构成的，封装在IPIP头部内头部内的是的是5 5种种OSPFOSPF报文类型报文类型中的一种，每一种报文类中的一种，每一种报文类型都是由一个型都是由一个OSPFOSPF报文报文头部开始，这个头部开始，这个OSPFOSPF报报文头部对于所有的报文类文头部对于所有的报文类型都是相同的。型都是相同的。OSPF报文（续） OSPFOSPF有有5 5种分组类型种分组
9、类型HelloHello数据库描述（数据库描述（DBDDBD）链路状态请求（链路状态请求（LSRLSR）LSULSULSAckLSAckHello报文 HelloHello协议用来建立和保持协议用来建立和保持OSPFOSPF邻居关系，采用多播地址。邻居关系，采用多播地址。Hello报文（续） Hello/Dead intervalsHello/Dead intervals：HelloHello间隔和失效间隔，定义了发送间隔和失效间隔，定义了发送hellohello包包频率（默认在一个多路访问网络中间隔为频率（默认在一个多路访问网络中间隔为1010秒）；秒）；deaddead间隔是间隔是4 4倍
10、倍于于hellohello包间隔。邻居路由器之间的这些计时器必须设置成一样，否包间隔。邻居路由器之间的这些计时器必须设置成一样，否则将不会建立邻接关系。则将不会建立邻接关系。数据库描述报文 此报文类型用于描述，而非实际地传送链路状态数据库内容。此报文类型用于描述，而非实际地传送链路状态数据库内容。 DBDDBD交换过程按询问交换过程按询问/ /应答方式进行。应答方式进行。链路状态请求报文 报文用于请求相邻路由器链路报文用于请求相邻路由器链路- -状态数据库中的一部分数据。状态数据库中的一部分数据。 链路状态更新报文 链路状态更新报文用于把链路状态更新报文用于把LSALSA发送给它的相邻节点。这
11、些更新报文发送给它的相邻节点。这些更新报文是用于对是用于对LSALSA请求的应答。有请求的应答。有5 5种不同的种不同的LSALSA报文类型。这些报文报文类型。这些报文类型用从类型用从1 1到到5 5的类型号标识。的类型号标识。LSA报头格式 LSALSA使用一个通用的头格式。使用一个通用的头格式。 头头2020字节长并附加于标准的字节长并附加于标准的2424字节字节OSPFOSPF头后面。头后面。 LSALSA头惟一地标识了每种头惟一地标识了每种LSALSA链路状态确认报文 OSPFOSPF的特点是可靠地分布的特点是可靠地分布LSALSA报文，可靠性意味着通告的接收方报文，可靠性意味着通告的
12、接收方必须应答。必须应答。课程议题OSPFOSPF的邻居状态与数据的邻居状态与数据的邻居状态与数据的邻居状态与数据库同步库同步库同步库同步建立双向通讯发现网络路由和添加链路条目完全邻接状态OSPF状态维护路由选择信息OSPF链路状态序列号 LSDBLSDB中的每个中的每个LSALSA记录都有个序列号，序列号是记录都有个序列号，序列号是3232位长，以位长，以0x800000010x80000001开头，开头，0x7FFFFFFF0x7FFFFFFF结尾。结尾。OSPFOSPF路由器默认每路由器默认每3030分分钟洪泛一次钟洪泛一次LSALSA来保证来保证LSDBLSDB的同步，每洪泛的同步，每
13、洪泛1 1次，序列号就加次，序列号就加1 1。课程议题OSPFOSPF区域概念区域概念区域概念区域概念OSPF区域太过频繁的太过频繁的SPFSPF计算，造成路由器计算，造成路由器CPUCPU负载过重。负载过重。路由表过大。路由表过大。LSDBLSDB过大。过大。 解决方案将网络划分成多个将网络划分成多个OSPFOSPF区域，这种能力称为分层区域路由选择。区域，这种能力称为分层区域路由选择。SPFSPF的计算频率更低的计算频率更低路由选择表更小路由选择表更小降低了链路状态更新（降低了链路状态更新（LSULSU）的开销）的开销区域概念 OSPFOSPF的网络设计要求是双层层次化（的网络设计要求是双
14、层层次化（2-layer hierarchy2-layer hierarchy），包括），包括如下如下2 2层：层：中转区域中转区域常规区域常规区域区域标识 区域区域IDID可以表示成一个十进制的数字，也可以表示成一个点分十进可以表示成一个十进制的数字，也可以表示成一个点分十进制的数字。制的数字。OSPF区域特征 减少了路由选择表条目。减少了路由选择表条目。 将区域内拓扑变化的影响限制在本地。将区域内拓扑变化的影响限制在本地。 将将LSALSA扩散限制在区域内。扩散限制在区域内。 要求采取层次网络设计。要求采取层次网络设计。课程议题OSPFOSPF网络类型网络类型网络类型网络类型OSPF的网络
15、类型 OSPFOSPF有有4 4种网络类型种网络类型广播式广播式非广播式非广播式点到点点到点点到多点点到多点广播式网络 多路访问（多路访问（MultiaccessMultiaccess）广播型网络中（比如以太网和）广播型网络中（比如以太网和Token Token RingRing），需要进行），需要进行DR/BDRDR/BDR的选举，所有的非的选举，所有的非DR/BDRDR/BDR（即（即DROTHERDROTHER）路由器和）路由器和DR/BDRDR/BDR形成完全邻接关系，即形成完全邻接关系，即DROTHERDROTHER通过通过DR/BDRDR/BDR交换信息交换信息DR和BDR的选举
16、优势：优势：减少路由更新数据流减少路由更新数据流管理链路状态同步管理链路状态同步DR和BD的选举（续） 当选举当选举DR/BDRDR/BDR的时候要比较的时候要比较HelloHello包中的优先级（包中的优先级（prioritypriority），优先），优先级高的为级高的为DRDR，次高的为，次高的为BDRBDR，. .默认优先级都为默认优先级都为1 1。在优先级相同。在优先级相同的情况下就比较的情况下就比较RIDRID，RIDRID等级最高的为等级最高的为DRDR，次高的为，次高的为BDRBDR。当你。当你把优先级设置为把优先级设置为0 0以后，以后，OSPFOSPF路由器就不能成为路由器
17、就不能成为DR/BDRDR/BDR，只能成，只能成为为DROTHERDROTHER。 当网络中新加入一个优先级更高的的路由器，不会影响现有的当网络中新加入一个优先级更高的的路由器，不会影响现有的 DR/BDRDR/BDR，除非，除非DRDR出故障，出故障，BDRBDR随即升级为随即升级为DRDR，并重新选举，并重新选举BDRBDR，如果是，如果是BDRBDR出故障了就重新选举出故障了就重新选举BDRBDR。非广播式网络 NBMANBMA网络比如帧中继网络比如帧中继,ATM,ATM和和X.25X.25，没有广播的能力。，没有广播的能力。 有了非广播式模型，有了非广播式模型， DRDR和和BDRB
18、DR被选出，并且所有路由器与它们形被选出，并且所有路由器与它们形成邻接，这个联盟实现了优化扩散，因为所有成邻接，这个联盟实现了优化扩散，因为所有LSALSA被送到被送到DRDR，同，同时时DRDR将它们扩散到网络中每一个单独的路由器上。将它们扩散到网络中每一个单独的路由器上。 因为广播式性能的缺陷，必须定义邻居来使用邻居命令。因为广播式性能的缺陷，必须定义邻居来使用邻居命令。 所有路由器在同一个子网。所有路由器在同一个子网。 与广播式模型相同，也要选出与广播式模型相同，也要选出DRDR，必须注意确认，必须注意确认DRDR与所有的路由与所有的路由器有逻辑连接。器有逻辑连接。 HelloHello
19、记时器是记时器是3030秒，终结间隔是秒，终结间隔是120120秒，等待间隔是秒，等待间隔是120120秒。秒。点到点式网络 在点到点链路中一般采用在点到点链路中一般采用PPPPPP或者或者HDLCHDLC的封装格式，的封装格式，OSPFOSPF自动自动检测接口类型，并且不需要进行检测接口类型，并且不需要进行DR/BDRDR/BDR的选举。的选举。 在点到点模型中，既没有在点到点模型中，既没有DRDR也没有也没有BDRBDR，直接相连的路由器形成，直接相连的路由器形成邻接。邻接。 每个点到点链路要求一个分开的子网。每个点到点链路要求一个分开的子网。 HelloHello记时器为记时器为1010
20、秒，秒，deaddead间隔为间隔为4040秒，等待间隔为秒，等待间隔为4040秒。秒。点到多点式网络 没有没有DRDR 不需要定义邻居，因为额外的不需要定义邻居，因为额外的LSALSA被用来传播邻居路由器连接。被用来传播邻居路由器连接。 整个网络使用一个子网整个网络使用一个子网 HelloHello记时器为记时器为3030秒，终结间隔为秒，终结间隔为120120秒，等待时间为秒，等待时间为120120秒。秒。帧中继拓扑 星型（星型（Star/hub-and-spokeStar/hub-and-spoke）：最常见的帧中继网络拓扑，代价最）：最常见的帧中继网络拓扑，代价最小。小。 全互连（全互
21、连（Full-meshFull-mesh）：冗余，但是代价大。在这样的环境中计算）：冗余，但是代价大。在这样的环境中计算VCVC的数量。使用的数量。使用n(n-1)/2n(n-1)/2的公式，的公式，n n为网络中的节点数。为网络中的节点数。 部分互连（部分互连（Partial-meshPartial-mesh）：前两种的折中方案。）：前两种的折中方案。帧中继拓扑（续）OSPF运行的模式 NBMANBMA：一般和部分互连的网络结合使用，需要选举：一般和部分互连的网络结合使用，需要选举DR/BDRDR/BDR和人和人工指定邻居。优点是相对工指定邻居。优点是相对point-to-multipoin
22、tpoint-to-multipoint模式它的负载较低。模式它的负载较低。 point-to-multipointpoint-to-multipoint：把非广播的网络当作点到点连接的集合，自动：把非广播的网络当作点到点连接的集合，自动发现邻居，不指定发现邻居，不指定DR/BDRDR/BDR，一般和部分互连的网络结合使用。优，一般和部分互连的网络结合使用。优点是配置较为简便点是配置较为简便 point-to-multipoint nonbroadcast point-to-multipoint nonbroadcast broadcastbroadcast point-to-pointpoi
23、nt-to-pointOSPF运行的模式 Broadcast:Broadcast:：使得：使得WANWAN接口看上去像接口看上去像LANLAN接口，一个接口，一个IPIP子网，多播子网，多播hellohello包自动发现邻居，选举包自动发现邻居，选举DR/BDRDR/BDR，要求网络全互连。，要求网络全互连。 NonbroadcastNonbroadcast（NBMANBMA）：一个）：一个IPIP子网，邻居手工指定，选举子网，邻居手工指定，选举DR/BDRDR/BDR，DR/BDRDR/BDR要求和要求和DROTHERDROTHER完全互连，一般用在部分互完全互连，一般用在部分互连的网络中连
24、的网络中 。 Point-to-multipointPoint-to-multipoint：一个：一个IPIP子网，多播子网，多播HelloHello包自动发现邻居，不包自动发现邻居，不要求要求DR/BDRDR/BDR的选举，一般用在部分互连的网络中。的选举，一般用在部分互连的网络中。OSPF运行的模式 Point-to-multipoint nonbroadcastPoint-to-multipoint nonbroadcast：如果：如果VCVC中多播和广播能力没有中多播和广播能力没有启用的话就不能使用启用的话就不能使用point-to-multipointpoint-to-multipo
25、int模式，也路由器没办法多播模式，也路由器没办法多播HelloHello包，邻居必须人工指定，不需选举包，邻居必须人工指定，不需选举DR/BDRDR/BDR。 Point-to-pointPoint-to-point：一个子网，不选举：一个子网，不选举DR/BDRDR/BDR，当只有，当只有2 2个路由器的个路由器的接口要形成邻接关系的时候才使用，接口可以为接口要形成邻接关系的时候才使用，接口可以为LANLAN或或WANWAN接口。接口。NBMA配置 point-to-multipoint模式 multipoint subinterface NBMA拓扑上的OSPF小结 OSPFOSPF模式
26、模式模式模式NBMANBMA拓扑拓扑拓扑拓扑子网地址子网地址子网地址子网地址HelloHello定时器定时器定时器定时器邻接关系邻接关系邻接关系邻接关系RFC/CISCORFC/CISCO范例范例范例范例NBMANBMA全互联全互联相同相同3030秒秒手工配置选举手工配置选举DR/BDRDR/BDRRFCRFC配置了帧中继的串行配置了帧中继的串行接口接口广播广播全互联全互联相同相同1010秒秒自动发现选举自动发现选举DR/BDRDR/BDRCISCOCISCOLANLAN接口，如以太网接口，如以太网点到多点点到多点部分互联或星部分互联或星型型相同相同3030秒秒自动发现不需要自动发现不需要DR
27、/BDRDR/BDRRFCRFC无需无需DRDR的帧中继的帧中继OSPFOSPF模式模式点到多点非广点到多点非广播播部分互联或星部分互联或星型型相同相同3030秒秒手工配置不需要手工配置不需要DR/BDRDR/BDRCISCOCISCO无需无需DRDR的帧中继的帧中继OSPFOSPF模式模式点到点点到点部分互联或使部分互联或使用星型的子接用星型的子接口口每个子接口各每个子接口各不相同不相同1010秒秒自动发现不需要自动发现不需要DR/BDRDR/BDRCISCOCISCOT1T1串行接口串行接口路由选择表：路由类型 路由指示符路由指示符路由指示符路由指示符路由类型路由类型路由类型路由类型描述描
28、述描述描述OOOSPFOSPF区域内路由区域内路由路由器所在区域内的网络，以路由器路由器所在区域内的网络，以路由器LSALSA和网络和网络LSALSA的方式通告的方式通告O IAO IAOSPFOSPF区域间路由区域间路由位于路由器所在区域之外但在位于路由器所在区域之外但在OSPFOSPF自主系统内的网络，以汇总自主系统内的网络，以汇总LSALSA的方式通告通告的方式通告通告O E1O E11 1类外部路由类外部路由位于当前自主系统之外的网络，以外部位于当前自主系统之外的网络，以外部LSALSA的方式被通告的方式被通告O E2O E22 2类外部路由类外部路由E1和E2的区别E1E1：成本为外
29、部成本加：成本为外部成本加上分组经过的每条链路上分组经过的每条链路的内部成本，当多台的内部成本，当多台ASBRASBR将同一条外部路将同一条外部路由通告到同一个由通告到同一个ASAS中中时，应使用这类型避免时，应使用这类型避免次优路由选择。次优路由选择。E2E2：成本总是只包含其：成本总是只包含其外部成本。只有一台外部成本。只有一台ASBRASBR将外部路由通告将外部路由通告到到ASAS中时，全用这种中时，全用这种类型类型Show ip router课程议题OSPFOSPF的基本配置的基本配置的基本配置的基本配置OSPF基本配置router ospf process-idRouter(conf
30、ig)#创建创建OSPFOSPF路由进程路由进程 network network wildcard area area-idRouter(config-router)#定义接口所属区域定义接口所属区域 配置OSPF接口参数ip ospf cost costRouter(config-if)#指定该接口的花费指定该接口的花费 ip ospf retransmit-interval secondsRouter(config-if)#定义定义OSPFOSPF链路状态通告重传时间间隔链路状态通告重传时间间隔 ip ospf transmit-delay secondsRouter(config-if)
31、#设置设置OSPFOSPF发送一个更新报文的时间发送一个更新报文的时间 配置OSPF接口参数（续）ip ospf priority priorityRouter(config-if)#设置设置OSPFOSPF优先值，用于确定指定路由器优先值，用于确定指定路由器 ip ospf hello-interval secondsRouter(config-if)#设置发送设置发送hellohello报文时间间隔报文时间间隔 ip ospf dead-interval secondsRouter(config-if)#设置无效时间间隔，在该时间内如果没接收到邻居的设置无效时间间隔，在该时间内如果没接收到
32、邻居的hellohello报文，则宣告报文，则宣告邻居无效邻居无效 配置OSPF网络类型ip ospf network broadcast | non-broadcast | point-to-multipoint Router(config-if)#配置配置OSFPOSFP网络类型网络类型 配置Router IDinterface loopback number Router(config)#创建环回接口创建环回接口ip address address mask Router(config-if)#配置配置IPIP地址地址 router-id ip-address Router(config-router)#指定指定Router IDRouter IDshow ip ospf Show ip ospf interface Show ip ospf neighbor
