第8IP子网间的路由技术OSPF.ppt

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1、第8章 IP子网间的路由技术 OSPF,锐捷认证网络工程师RCNA,2,本章内容,路由概述路由算法路由协议静态路由缺省路由路由信息协议RIP ospf路由环路及其消除方法,3,路由选择方式,典型的路由选择方式有两种：静态路由和动态路由。静态路由是在路由器中设置的固定的路由表。除非网络管理员干预，否则静态路由不会发生变化。动态路由是网络中的路由器之间相互通信，传递路由信息，利用收到的路由信息更新路由表的过程。它能实时地适应网络结构的变化。,4,静态路由,静态路由是指由网络管理员手工配置的路由信息。静态路由除了具有简单、高效、可靠的优点外，它的另一个好处是网络安全保密性高。,5,静态路由配

2、置实例一,router(config)#ip route 172.16.1.0 255.255.255.0 172.16.2.1或 router(config)#ip route 172.16.1.0 255.255.255.0 serial 0,172.16.2.1,S0,172.16.1.0,172.16.2.2,网络,B,10.0.0.0,A,B,6,缺省路由（Default route）,路由表（routing table）中的一条记录，指明信息包（packet）的目的地不在路由表中时的路由，是一种特殊的静态路由，简单地说，就是在没有找到匹配的路由时使用的路由。在路由表中，缺省路由以目

3、的网络为0.0.0.0、子网掩码为0.0.0.0的形式出现。如果数据包的目的地址不能与任何路由相匹配，那么系统将使用缺省路由转发该数据包。路由器在查询路由表转发数据包时，采用的是深度优先原则，即尽量让包含的主机范围小，也就是子网掩码位数长的路由记录先作转发。默认路由会被最后考虑。,7,缺省路由,缺省路由一般使用在stub网络中（称末端或存根网络），stub网络是只有1条出口路径的网络。使用默认路由来发送那些目标网络没有包含在路由表中的数据包。缺省路由可以看作是静态路由的一种特殊情况。配置缺省路由用如下命令：router(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 转发路由

4、器的IP地址/本地接口,8,缺省路由,172.16.2.1,SO,172.16.1.0,172.16.2.2,网络,B,0.0.0.0,router(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 172.16.2.2,Internet 上大约99.99%的路由器上都存在一条缺省路由!,A,B,9,路由自环,在路由器 RT A上配置：ip route 20.0.0.0 8 10.0.0.2,“路由自环”对网络的危害极大，应尽量避免。,在路由器 RT B上配置：ip route 20.0.0.0 8 10.0.0.1,RT A,10.0.0.1,S0/0,10.0.0.2,S

5、0/0,RT B,Network N,Public Network,10,动态路由协议,在动态路由中，管理员无需手工维护路由表，而是在每台路由器上运行路由表的管理程序（动态路由协议）。管理程序会根据路由器上的接口的配置及所连接的链路状态，动态生成路由表中的路由表项。如果存在目标网络有多条路径，而其中一条出现故障无法工作的时候，到目标网络的路由可以自动重新分配。,11,动态路由协议分类,动态路由协议有很多种，主要的分类标准标准是根据算法的不同来划分。目前常见的两种动态路由协议算法：1）距离矢量算法 2）链路状态算法,12,距离矢量路由协议算法,距离矢量算法：相邻的路由器之间互相交换整个路由表，并

6、进行矢量的叠加，最后达到知道整个路由表。（例：小李小王小张小梦）距离矢量算法特点：实现和管理简单；收敛速度慢；报文量大；占用较多网络开销；会产生路由环路。常见的距离矢量路由协议有：RIP BGP,13,路由信息协议RIP,RIP（RoutingInformationProtocols，路由信息协议）它是由施乐（Xerox）在70年代开发的。是应用较早、使用较普遍的内部网关协议(Interior Gateway Protocol,简称IGP)，适用于小型同类网络，是典型的距离矢量(distance-vector)协议 RIP协议假定如果从网络的一个终端到另一个终端的路由跳数超过15个，那么一定牵

7、涉到了循环，因此当一个路径达到16跳，将被认为是达不到的。RIP协议每隔30秒定期向外发送一次更新报文。如果路由器经过180秒没有收到来自某一路由器的路由更新报文，则将所有来自此路由器的路由信息标志为不可达，若在其后240秒内仍未收到更新报文，就将这些路由从路由表中删除,14,RIP的缺陷,以跳数评估的路由并非最优路径最大跳数16导致网络尺度小收敛速度慢更新发送全部路由表浪费网络资源,15,链路状态路由协议算法,距离矢量算法是一个平面式的，所有的路由表项学习完全依靠邻居，交换的是整个路由表项。链路状态算法是一个层次式的，把路由器分成区域，收集区域内所有路由器的链路状态信息，根据链路状态信息生成

8、网络拓扑结构，每个路由器再根据拓扑结构图计算出路由。如 OSPF,16,链路状态路由协议特点,对路由器硬件要求较高；计算准确，可确保网络中没有路由环路存在；路由收敛速度较快；路由器不需要定期的将路由信息复制到整个网络中，网络流量相对较小。,17,什么是OSPF,OSPF（Open Shortest Path First，开放最短路径优先）是IETF 开发的基于链路状态的自治系统内部路由协议;OSPF仅传播对端设备不具备的路由信息，网络收敛迅速，并有效避免了网络资源浪费;,18,OSPF路由的计算过程,同一个区域内，OSPF协议路由的计算过程可简单描述如下：l每台OSPF路由器根据自己周围的网络

9、拓扑结构生成LSA（Link State Advertisement，链路状态通告），并通过更新报文将LSA发送给网络中的其它OSPF路由器。l每台OSPF路由器都会收集其它路由器通告的LSA，所有的LSA放在一起便组成了LSDB（Link State Database，链路状态数据库）。LSA是对路由器周围网络拓扑结构的描述，LSDB则是对整个自治系统的网络拓扑结构的描述。lOSPF路由器将LSDB转换成一张带权的有向图，这张图便是对整个网络拓扑结构的真实反映。各个路由器得到的有向图是完全相同的。l每台路由器根据有向图，使用SPF算法计算出一棵以自己为根的最短路径树，这棵树给出了到自治系统中

10、各节点的路由。,19,OSPF路由的计算过程,(一）网络的拓扑结构,（四）每台路由器分别以自己为根节点计算最小生成树，由这棵数得到了到网络中各个节点的路由表,（三）由链路状态数据库得到的带权有向图,C,A,B,D,1,2,3,5,路由器间的花费,每台路由器根据自己周围的网络拓扑生成一条LSA(链路状态广播),20,OSPF有五种类型的协议报文：,l Hello报文：周期性发送，用来发现和维持OSPF邻居关系。内容包括一些定时器的数值、DR（Designated Router，指定路由器）、BDR（Backup Designated Router，备份指定路由器）以及自己已知的邻居。l DD（D

11、atabase Description，数据库描述）报文：描述了本地LSDB中每一条LSA的摘要信息，用于两台路由器进行数据库同步。l LSR（Link State Request，链路状态请求）报文：向对方请求所需的LSA。两台路由器互相交换DD报文之后，得知对端的路由器有哪些LSA是本地的LSDB所缺少的，这时需要发送LSR报文向对方请求所需的LSA。内容包括所需要的LSA的摘要。l LSU（Link State Update，链路状态更新）报文：向对方发送其所需要的LSA。l LSAck（Link State Acknowledgment，链路状态确认）报文：用来对收到的LSA进行确认。

12、内容是需要确认的LSA的Header（一个报文可对多个LSA进行确认）。,21,OSPF区域,随着网络规模日益扩大，当一个大型网络中的路由器都运行OSPF路由协议时，路由器数量的增多会导致LSDB非常庞大，占用大量的存储空间，并使得运行SPF算法的复杂度增加，导致CPU负担很重。在网络规模增大之后，拓扑结构发生变化的概率也增大，网络会经常处于“振荡”之中，造成网络中会有大量的OSPF协议报文在传递，降低了网络的带宽利用率。更为严重的是，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。OSPF协议通过将自治系统划分成不同的区域（Area）来解决上述问题。区域是从逻辑上将路由器划分为不同的组

13、，每个组用区域号（Area ID）来标识。,22,OSPF协议分区域管理,区域0,区域1,区域10.0.0.1,区域边界路由器,自治系统边界路由器,骨干路由器,区域内部路由器,区域内部路由器,23,注意,区域的边界是路由器，而不是链路。一个路由器可以属于不同的区域，但是一个网段（链路）只能属于一个区域，或者说每个运行OSPF的接口必须指明属于哪一个区域。划分区域后，可以在区域边界路由器上进行路由聚合，以减少通告到其他区域的LSA数量，还可以将网络拓扑变化带来的影响最小化。,24,骨干区域,(1)骨干区域（Backbone Area）OSPF划分区域之后，并非所有的区域都是平等的关系。其中有一

14、个区域是与众不同的，它的区域号（Area ID）是0，通常被称为骨干区域。骨干区域负责区域之间的路由，非骨干区域之间的路由信息必须通过骨干区域来转发。对此，OSPF有两个规定：l 所有非骨干区域必须与骨干区域保持连通；l 骨干区域自身也必须保持连通。,25,OSPF 划分为两种不同的区域,区域 0.0.0.1,区域 0.0.0.3,主干区域 0.0.0.0,至其他自治系统,R9,R7,R6,R5,R4,R3,R2,R1,网 8,网 6,网 3,网 2,网 1,网 7,区域 0.0.0.2,网 4,网 5,R8,OSPF 使用层次结构的区域划分。在上层的区域叫作主干区域(backbone are

15、a)。主干区域的标识符规定为0.0.0.0。主干区域的作用是用来连通其他在下层的区域。,26,主干路由器,区域 0.0.0.1,区域 0.0.0.3,主干区域 0.0.0.0,至其他自治系统,R9,R7,R6,R5,R4,R3,R2,R1,网 8,网 6,网 3,网 2,网 1,网 7,区域 0.0.0.2,网 4,网 5,R8,27,区域边界路由器,区域 0.0.0.1,区域 0.0.0.3,主干区域 0.0.0.0,至其他自治系统,R9,R7,R6,R5,R4,R3,R2,R1,网 8,网 6,网 3,网 2,网 1,网 7,区域 0.0.0.2,网 4,网 5,R8,28,路由器ID 号

16、,一台路由器如果要运行 OSPF 协议，则必须存在RID（Router ID，路由器ID）。RID 是一个32 比特无符号整数，可以在一个自治系统中唯一的标识一台路由器。RID 可以手工配置，也可以自动生成。OSPF 的router-id 可以通过自动或者手动配置两种方式获得。自动的话会选择所有接口中最大的IP地址。如果 router-id是通过自动选择获得，那么如果有更大地址的新接口出现，OSPF进程又被重启的话router-id就会发生改变。由于router-id需要在整个OSPF domain中保持唯一，所以推荐通过router0-id命令进行手动配置。,29,DR and BDR,为了

17、在网络中减少LSA的复制所以定义了两种路由器角色。Designated Router(DR)Backup Designated Router(BDR),30,DR,在广播网络中，任意两台路由器之间都要交换路由信息。如果网络中有n台路由器，则需要建立n（n-1）/2个邻接关系。这使得任何一台路由器的路由变化都会导致多次传递，浪费了带宽资源。为解决这一问题，OSPF协议定义了指定路由器DR（Designated Router），所有路由器都只将信息发送给DR，由DR将网络链路状态发送出去。,31,BDR,如果DR由于某种故障而失效，则网络中的路由器必须重新选举DR，再与新的DR同步。这需要较长的时

18、间，在这段时间内，路由的计算是不正确的。为了能够缩短这个过程，OSPF提出了BDR（Backup Designated Router，备份指定路由器）的概念。BDR实际上是对DR的一个备份，在选举DR的同时也选举出BDR，BDR也和本网段内的所有路由器建立邻接关系并交换路由信息。当DR失效后，BDR会立即成为DR。由于不需要重新选举，并且邻接关系事先已建立，所以这个过程是非常短暂的。当然这时还需要再重新选举出一个新的BDR，虽然一样需要较长的时间，但并不会影响路由的计算。,32,DR Other,运行OSPF进程的网络中，既不是DR也不是BDR的路由器为DR Other。DR Other仅与D

19、R和BDR之间建立邻接关系，DR Other之间不交换任何路由信息。这样就减少了广播网上各路由器之间邻接关系的数量，同时减少网络流量，节约了带宽资源。,33,建立邻接关系,RTD,RTB,RTC,RTA,RTE,邻接关系数 R=,n(n-1),2,邻接关系数 R=,2(n-2)+1,RTA,RTB,RTC,RTD,RTE,RTA(DR),RTB(BDR),RTC,RTD,RTE,建立邻接关系,采用DR/BDR方式建立邻接关系,Hello,Hello,Hello,Hello,Hello,34,DR和BDR选举,DR和BDR是由同一网段中所有的路由器根据路由器优先级、Router ID通过Hell

20、o报文选举出来的，只有优先级大于0的路由器才具有选举资格。进行DR/BDR选举时每台路由器将自己选出的DR写入Hello报文中，发给网段上的每台运行OSPF协议的路由器。当处于同一网段的两台路由器同时宣布自己是DR时，路由器优先级高者胜出。如果优先级相等，则Router ID大者胜出。如果一台路由器的优先级为0，则它不会被选举为DR或BDR。,35,DR和BDR选举,RTD,RTB,RTC,RTA,RTE,Hello:Pri=2,DR,BDR,DRothers,DRothers,不具备选举资格,Hello:Pri=1,Hello:Pri=0,Hello:Pri=5,Hello:Pri=3,He

21、llo包携带路由器优先级，优先级为0的路由器不具备选举资格先选举BDR，再选举DRDR和BDR一旦选定，即使OSPF区域内新增优先级更高的路由器，DR和BDR也不重新选举，只有当DR和BDR都失效后，才参与选举,36,注意,l 只有在广播类型接口才会选举DR，在点到点或点到多点类型的接口上不需要选举DR。lDR是某个网段中的概念，是针对路由器的接口而言的。某台路由器在一个接口上可能是DR，在另一个接口上有可能是BDR，或者是DR Other。l 路由器的优先级可以影响DR/BDR的选举过程，但是当DR/BDR已经选举完毕，就算一台具有更高优先级的路由器变为有效，也不会替换该网段中已经存在的DR

22、/BDR成为新的DR/BDR。l DR并不一定就是路由器优先级最高的路由器接口；同理，BDR也并不一定就是路由器优先级次高的路由器接口。,37,OSPF基本配置命令,配置Router ID,Routerrouter id ip-address,启动OSPF进程,Routerospf process-id,重启OSPF进程,reset ospf process-id,配置OSPF区域,Router-ospf-100area area-id,在指定的网段启动OSPF,Router-ospf-1-area-0.0.0.0 network network-address wildcard-mask,3

23、8,OSPF可选配置命令,配置OSPF接口优先级,Router-Ethernet0/0 ospf dr-priority priority,配置OSPF接口Cost,Router-Ethernet0/0 ospf cost value,39,OSPF组网实例,网络拓扑,40,RouterA配置,system-view RouterArouter id 1.1.1.1 RouterAinterface GigabitEthernet 0/0RouterA-GigabitEthernet0/0ip address 1.1.1.1 255.255.255.0RouterA-GigabitEthern

24、et0/0quitRouterAinterface serial 1/0RouterA-Serial1/0link-protocol pppRouterA-Serial1/0ip address 2.2.2.1 255.255.255.0,41,RouterAospf/启动ospf路由协议/RouterA-ospf-1area 2/创建区域2/RouterA-ospf-1-area-0.0.0.2network 1.1.1.0 0.0.0.255/使能OSPF/RouterA-ospf-1-area-0.0.0.2quitRouterA-ospf-1area 0/创建区域0/RouterA-o

25、spf-1-area-0.0.0.0network 2.2.2.0 0.0.0.255/使能OSPF/RouterA-ospf-1-area-0.0.0.0quit,42,RouterB配置,system-view RouterBrouter id 3.3.3.1 RouterBinterface GigabitEthernet 0/0RouterB-GigabitEthernet0/0ip address 3.3.3.1 255.255.255.0RouterB-GigabitEthernet0/0quitRouterBinterface serial 1/0RouterB-Serial1/

26、0link-protocol pppRouterB-Serial1/0ip address 2.2.2.2 255.255.255.0,43,RouterBospf/启动ospf路由协议/RouterB-ospf-1area 1/创建区域1/RouterB-ospf-1-area-0.0.0.1network 3.3.3.0 0.0.0.255/使能OSPF/RouterB-ospf-1-area-0.0.0.2quitRouterB-ospf-1area 0/创建区域0/RouterB-ospf-1-area-0.0.0.0network 2.2.2.0 0.0.0.255/使能OSPF/R

27、outerB-ospf-1-area-0.0.0.0quit,44,【补充说明】network中需要使用反掩码（wildcard bits）。【测试验证】RouterA和RouterB可以通过OSPF学习到对方路由信息，并可以ping通对方网段。使用display ip routing-table 命令查看路由表信息。,45,通配符掩码(wildcard-mask),在子网掩码中，将掩码的一位设成1表示IP地址对应的位属于网络地址部分。相反，在访问列表中将通配符掩码中的一位设成1表示I P地址中对应的位既可以是1又可以是0。有时，可将其称作“无关”位，因为路由器在判断是否匹配时并不关心它们。掩

28、码位设成0则表示IP地址中相对应的位必须精确匹配。,46,display ip routing-table Routing Tables:PublicDestination/Mask Proto Pre Cost NextHop Interface1.1.1.0/24 Direct 0 0 1.1.1.1 GE0/01.1.1.1/32 Direct 0 0 127.0.0.1 InLoop02.2.2.0/24 Direct 0 0 2.2.2.1 S1/02.2.2.1/32 Direct 0 0 127.0.0.1 InLoop02.2.2.2/32 Direct 0 0 2.2.2.2

29、 S1/03.3.3.0/24 OSPF 10 1563 2.2.2.2 S1/0127.0.0.0/8 Direct 0 0 127.0.0.1 InLoop0127.0.0.1/32 Direct 0 0 127.0.0.1 InLoop0,47,display ip routing-table Routing Tables:PublicDestination/Mask Proto Pre Cost NextHop Interface1.1.1.0/24 OSPF 10 1563 2.2.2.1 S1/02.2.2.0/24 Direct 0 0 2.2.2.2 S1/02.2.2.1/3

30、2 Direct 0 0 2.2.2.1 S1/02.2.2.2/32 Direct 0 0 127.0.0.1 InLoop03.3.3.0/24 Direct 0 0 3.3.3.1 GE0/03.3.3.1/32 Direct 0 0 127.0.0.1 InLoop0127.0.0.0/8 Direct 0 0 127.0.0.1 InLoop0127.0.0.1/32 Direct 0 0 127.0.0.1 InLoop0,48,路由优先级（Preference）,49,默认情况下华为路由器规定的路由协议优先级为：DIRECT|0 OSPF|10 STATIC|60 IGRP|80

32、通过OSPF边界路由器（ABR）相连，区域间可以通过路由聚合来减少路由信息，减小路由表的规模，提高路由器的运算速度。ABR在计算出一个区域的区域内路由之后，根据聚合相关设置，将其中多条OSPF路由聚合成一条发送到区域之外。例如，某个区域内有三条区域内路由19.1.1.0/24，19.1.2.0/24，19.1.3.0/24，如果在ABR上配置了路由聚合，将三条路由聚合成一条19.1.0.0/16，则ABR就只生成一条聚合后的LSA，并发布给其它区域的路由器。,53,网络拓扑,54,配置环境参数A,B运行在area 0；B,C运行在area 1,B为ABRRouter C上有两个以太网接口属于

33、area 1，他们分别是40.1.1.0/24和40.1.2.0/24网段组网需求要求ABR Router C上做路由聚合，将上两个区域路由网段聚合为一个网段40.1.0.0/16。,55,RouterA,system-view RouterArouter id 1.1.1.1 RouterAinterface GigabitEthernet 0/1RouterA-GigabitEthernet0/1ip address 10.1.1.1 255.255.255.0RouterA-GigabitEthernet0/1quitRouterAinterface Serial 1/0RouterA-

34、Serial1/0link-protocol pppRouterA-Serial1/0ip address 20.1.1.1 255.255.255.252RouterA-Serial1/0quit,56,RouterA,RouterAospfRouterA-ospf-1area 0RouterA-ospf-1-area-0.0.0.0RouterA-ospf-1-area-0.0.0.0network 10.1.1.0 0.0.0.255RouterA-ospf-1-area-0.0.0.0network 20.1.1.0 0.0.0.3,57,RouterB,system-view Rou

35、terBrouter id 1.1.1.2RouterBinterface Serial 1/0RouterB-Serial1/0link-protocol pppRouterB-Serial1/0ip address 20.1.1.2 255.255.255.252RouterB-Serial1/0quitRouterBinterface GigabitEthernet 0/1RouterB-GigabitEthernet0/1ip address 30.1.1.1 255.255.255.252,58,RouterB,RouterBospfRouterB-ospf-1area 1Route

36、rB-ospf-1-area-0.0.0.1network 30.1.1.0 0.0.0.3RouterB-ospf-1-area-0.0.0.1abr-summary 40.1.0.0 255.255.0.0 advertiseRouterB-ospf-1-area-0.0.0.1quitRouterB-ospf-1area 0RouterB-ospf-1-area-0.0.0.0network 20.1.1.0 0.0.0.3RouterB-ospf-1-area-0.0.0.0quit,59,RouterC,RouterCrouter id 1.1.1.3 RouterCvlan 10

37、RouterC-vlan10quit RouterCvlan 20 RouterC-vlan20quit RouterCvlan 30 RouterC-vlan30quit RouterCinterface Ethernet 1/0/1 RouterC-Ethernet1/0/1port access vlan 20 RouterC-Ethernet1/0/1quit RouterCinterface Ethernet 1/0/2 RouterC-Ethernet1/0/2port access vlan 10 RouterC-Ethernet1/0/2quit RouterCinterfac

38、e GigabitEthernet 1/1/3 RouterC-GigabitEthernet1/1/3port access vlan 30,60,RouterC,RouterCinterface Vlan-interface 10 RouterC-Vlan-interface10ip address 40.1.1.1 255.255.255.0 RouterC-Vlan-interface10quit RouterCinterface Vlan-interface 20 RouterC-Vlan-interface20ip address 40.1.2.1 24 RouterC-Vlan-

39、interface20quitRouterCinterface Vlan-interface 30 RouterC-Vlan-interface30ip address 30.1.1.2 255.255.255.252 RouterC-Vlan-interface30quit,61,RouterC,RouterCospf RouterC-ospf-1area 1 RouterC-ospf-1-area-0.0.0.1network 30.1.1.0 0.0.0.3 RouterC-ospf-1-area-0.0.0.1network 40.1.1.0 0.0.0.255 RouterC-osp

40、f-1-area-0.0.0.1network 40.1.2.0 0.0.0.255 RouterC-ospf-1-area-0.0.0.1quit,62,说明,【补充说明】network中需要使用反掩码（wildcard bits）。路由聚合只能配置在ABR上。路由聚合对组网也提出了要求：同一非骨干域的网段请尽量连续可聚合。否则以后网络扩容，维护难度加大很多。路由聚合是指：具有相同前缀的路由信息，ABR 可以将它们聚合在一起，只发布一条路由到其它区域。AS 被划分成不同的区域后，区域间可以通过路由聚合来减少路由信息，减小路由表的规模，提高路由器的运算速度。,63,验证,【测试验证】各路由器可以通过OSPF学习到全网的路由信息，并可以ping通对方网段。使用display ip routing-table 命令查看路由表信息,64,课程回顾,路由算法路由协议静态路由缺省路由 RIP OSPF,Q&A,

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