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1、OSPF协议详解,议程,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划分区域骨干区域和虚联接与自治系统外部通信总结OSPF组网及配置,OSPF协议简介,可适应大规模网络路由变化收敛快无路由自环支持变长子网掩码支持等值路由支持区域划分提供路有分级管理支持验证支持以组播地址发送协议报文,目前IGP中应用最广、性能最优的协议，具有如下特点：,OSPF协议中的基本概念,Router ID一个32bit的无符号整数，是一台路由器的唯一标示，在整个自治系统内唯一。协议号OSPF的协议号是89OSPF报文不转发通常OSPF报文是不转发的，只传递一跳，即在IP报文头中T
2、TL值被设为1。（虚连接除外）,IP HeaderProtocol：#89,OSPF Packet,议程,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划分区域骨干区域和虚联接与自治系统外部通信总结OSPF组网及配置,OSPF通过链路状态来描述网络拓扑结构,Rid：,Rid：,Rid：,Rid：,RTB,RTA,RTE,RTF,RTC,RTD,Rid：,Rid：,Ethernet,链路类型,FR/X.25,NBMA,PTP,对以太网的链路状态描述,Link id：10.0.0.0/*网段*/Data：255.0.0.0/*掩码*/Type：Stubnet（
3、3）/*类型*/Metric：50/*花费*/,1-0;上述就把一个路由器在某个接口的状态描述清楚了：网络地址、子网掩码、3代表本网段只有这么一个router、metric指明了花费。,对PPP的链路状态描述,/*对本接口网段地址的描述*/Link id：20.0.0.0/*网段*/Data：255.0.0.0/*掩码*/Type：Stubnet(3)/*类型*/Metric：5/*花费*/,/*对路由器RTB的描述*/Link id：2.2.2.2/*RTB的routeid*/Data：20.0.0.2/*RTB的接口地址*/Type：Router(1)/*类型*/Metric：5/*花费*
4、/,对Frame-Relay等点对多点（非全连通）的链路状态描述,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（1）/*类型*/Metric：5
5、/*花费*/,对Ethernet等广播的链路状态描述,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*/,/*DR（）生成的LSA：*/Net mask：Attached：30.0.0.1 routerAttached：30.0.0.2 routerAttached：30.0.0.3 router,加上LSA的头（head）结构,Type：Router/*LSA的类型*/Is id：1.1.1.1/*LSA的标示*/Adv rtr：1.1.1.1/*生成该LSA的路
6、由器*/Is age：4/*本条LSA的老化时间*/Len：108/*LSA的长度*/Seq#：80000001/*LSA的序列号*/Cksum：0 x3543/*校验和*/Link count：7/*本LSA中包含的连接数*/,LSA的头部,LSA的分类,Opaque,9,11,External Attributes,8,NSSA,7,Group Membership,6,External Link,5,Summary Link to ASBR,4,Summary Link to Network,3,Network,2,Router,1,LSA,Type,议程,OSPF协议基础通过LSA描述
7、网络拓扑结构用SPF算法计算路由邻居状态机DR和BDR划分区域骨干区域和虚联接与自治系统外部通信总结OSPF组网及配置,运行SPF算法计算路由,RTA的LSDB,Link id：,Data：,Type：StubNet,Metric：50,Link id：,Data：,Type：StubNet,Metric：50,Link id：,Data：,Type：StubNet,Metric：5,Link id：,Data：,Type：Router,Metric：5,OSPF协议计算路由过程,RTC,RTB,RTA,RTD,1,2,3,5,LSDB,RTA的LSA,RTB的LSA,RTC的LSA,RTD的
8、LSA,A,C,B,D,1,2,3,5,(一)网络拓扑结构,(二)每台路由器的链路状态数据库,(三)由链路状态数据库得到的带权有向图,A,C,D,1,2,2,1,B,A,C,D,2,1,B,A,C,D,2,1,B,A,C,D,2,1,B,(四)每台路由器分别以自己为跟节点计算最小生成树,3,3,3,3,议程,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划分区域骨干区域和虚联接与自治系统外部通信总结OSPF组网及配置,OSPF协议计算路由过程,RT2,RT1,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,主从(
9、Master,Slave)关系的协商,小王,小一,小王,小一,Master,Slave,Master,Slave,交换过程,E0,E1,A,B,Down状态,交换过程,E0,E1,Router B邻居列表：172.16.5.1/24,int E1,我是路由器，id为，我谁也没看到啊,Down 状态,Init 状态,A,B,交换过程,E0,我是路由器，id为ID 172.16.5.2,我看到了172.16.5.1.,E1,Down 状态,Init 状态,A,B,我是路由器，id为，我谁也没看到啊,Router B邻居列表：172.16.5.1/24,int E1,交换过程,E0,Router A
10、邻居列表：172.16.5.2/24,int E0,E1,Down 状态,Init 状态,Two-Way 状态,A,B,我是路由器，id为ID 172.16.5.2,我看到了172.16.5.1.,我是路由器，id为，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,E0,DR,E0,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,afadjfjorqpoeru39547439070713,Hello,afadjfjorqpoeru39547439070713,E
11、xstart 状态,探寻路由信息,这是我的链路状态数据库的描述（摘要）,DBD,afadjfjorqpoeru39547439070713,Exchange 状态,这是我的链路状态数据库的描述（摘要）.,E0,DR,E0,Hello,afadjfjorqpoeru39547439070713,Hello,afadjfjorqpoeru39547439070713,Exstart 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,E0,感谢你的链路状态摘要信息！,LSAck,afadjfjorqpoeru3
12、9547439070713,LSAck,afadjfjorqpoeru39547439070713,DR,探寻路由信息,我需要对网络的完整描述条目,好，这是对网络的的具体描述,感谢你的链路状态信息！,LSR,afadjfjorqpoeru39547439070713,LSAck,afadjfjorqpoeru39547439070713,LSU,afadjfjorqpoeru39547439070713,Loading 状态,E0,LSAck,afadjfjorqpoeru39547439070713,LSAck,afadjfjorqpoeru39547439070713,DR,感谢你的链路状
13、态摘要信息！,探寻路由信息,Full状态,E0,DR,我需要对网络的完整描述条目,好，这是对网络的的具体描述,感谢你的链路状态信息！,LSR,afadjfjorqpoeru39547439070713,LSAck,afadjfjorqpoeru39547439070713,LSU,afadjfjorqpoeru39547439070713,Loading 状态,LSAck,afadjfjorqpoeru39547439070713,LSAck,afadjfjorqpoeru39547439070713,感谢你的链路状态摘要信息！,OSPF的邻居状态机,OSPF的五种报文,(1)Hello报文发
14、现及维持邻居关系，选举DR，BDR；(2)DD报文描述本地LSDB的情况；(3)LSR报文向对端请求本端没有或对端更新的LSA；(4)LSU报文向对方更新LSA；(5)LSAck报文收到LSU之后，进行确认；,议程,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划分区域骨干区域和虚联接与自治系统外部通信总结OSPF组网及配置,DR（Designated Router）,RTA,RTB,RTC,RTD,RTE,RTC,RTD,RTA,RTB,RTE,RTC,RTD,RTA,RTB,RTE,图2：没有选举DR时的邻接关系,图3：没有选举DR时的邻接关系,DR,
15、图1：网络拓扑结构,DR（村长）的选举过程,（1）登记选民本网段的OSPF路由器；本村的18岁以上公民；（2）登记候选人本网段的priority0的OSPF路由器；本村内的30岁以上公民，且在本村居住3年以上；（3）竞选演说所有的priority0的OSPF路由器都认为自己是DR所有的候选人都认为自己应该当村长；（4）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，按姓氏笔画排序,DR选举中的指导思想,选举制民主！DR是各路由器选出来的，而非人工指定的；终身制稳定压倒一切！DR一旦当选，除非路由器故障，否则不会更换；即便新加入一台优先
16、级比DR高的路由器，也不更换！世袭制快速响应！DR选出的同时，也选出BDR（Backup Designated Router）来。DR故障后，由BDR自动代替DR成为新的DR；因为重新选举会造成新的一轮的同步；,NBMA与PTMP的区别NBMA：NonBroadcast MultiAccess 全连通 PTMP:Point To MultiPoint 非全连通,NBMA：任何两点都直接可达,PTMP：不满足任何两点都直接可达，AD，BC不能直接可达,引入DR后，带来的协议变化,将同一网段内LSDB同步的次数由O（N2）减少到O（N）；在同一网段中，路由器的角色为DR、BDR、DRother；路
17、由器之间的关系分为Unknown、Neighbor、Adjacency增加了一种新的接口类型-Point To Multipoint增加了一种LSA：Network-LSA，由DR生成，描述了本网段的链路状态；,为了减少在一个网段内带宽的占用，提出了DR的概念,议程,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划分区域骨干区域和虚联接与自治系统外部通信总结OSPF组网及配置,OSPF在大型网络中应用可能遇到的问题,当网络规模变大时，有些问题会从量变到质变：即理论讲是可行，但实际上可能已不能正常工作了；缺点1：LSDB非常庞大，占用大量存储空间；相对与DV
18、来说，不仅存储路由信息，还存储链路状态而DV只存储路由信息，当然DV的每个路由器也不知道全网拓扑结构；缺点2：计算最小生成树耗时增加，CPU负担很重；相对与DV，计算复杂，要算出一个树来，而DV算法只是简单的路由表的加减；有1台路由器链路状态发生变化，全网的所有路由都要重新计算（一有风吹草动，都要重新计算）缺点3：网络拓扑结构经常发生变化，网络经常处于“动荡”之中就象往湖里投个石子，会波及整个网络而网络中链路变化是经常的，up或down，所以，整个网络不停的动荡,OSPF划分区域,Area0,Area1,Area2,区域的边界是路由器,区域间的路由计算,Area0,Area3,Type=3,T
19、ype=3,Metric=120,Metric=91,区域划分后的一些优点,针对第1个缺点：要传递的信息减少了，只描述路由项目，不描述链路状态了，缩减了LSDB的大小；针对第2个缺点：计算变的简单了，不用画一棵树了，只画叶子节点；针对第3个缺点：（1）若有一条路由失效，简单删除就是了；（2）提出路由聚合的策略：大大减少路由规模，某区域的变化不会影响到其他区域，而且对聚合后的路由没有影响。,议程,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划分区域骨干区域和虚联接与自治系统外部通信总结OSPF组网及配置,骨干区域,Area0,Area12,RTC,RTB,
20、RTA,Area19,Area13,区域间的路由计算已经是DV算法了。从ABR的LSA的描述可以看出来，只包含路由信息，没有拓扑结构的描述，而DV算法就存在路由自环的问题（以区域为单位，不是以路由器为单位了）。因为优化而导致了自环！解决方案：引入骨干区域所有ABR都必须连着这个区域。,Hub-spoken 形式,虚连接,Area12,Area0,RTC,RTB,RTA,Area19,Virtual Link,骨干区域的引入，解决了路由自环问题；但也限制了区域的规模；解决方案：随意划分，不必直接相连！但这又违背了骨干区域的原则。怎么办呢？引入虚连接RTA和RTB可以直接通信了，所有ABR都知道哪
21、个信息是哪个ABR生成的。到此，就比较完美了。,议程,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划分区域骨干区域和虚联接与自治系统外部通信总结OSPF组网及配置,与自治系统外部通信,Area0,Area3,ASBR,Routeid,BGP,ABR,Stub区域与路由聚合,Area12,Area0,RTC,RTB,RTA,Area19,Virtual Link,Area8,议程,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划分区域骨干区域和虚联接与自治系统外部通信总结OSPF组网及配置,LSA分类,(1)Route
22、r-LSA：由每个路由器生成，描述了路由器的链路状态和花费。传递到整个区域；(2)Network-LSA：由DR生成，描述了本网段的链路状态，传递到整个区域；(3)Net-Summary-LSA：由ABR生成，描述了到区域内某一网段的路由，传递到相关区域；相关区域：如果一个路由器连了3个区域，那就传到除自身外的另两个区域里去。(4)Asbr-Summary-LSA：由ABR生成，描述了到Asbr的路由，传递到相关区域；(5)AS-External-LSA：由Asbr生成，描述了到AS外部的路由，传递到整个AS（Stub区域除外）,初始状态的LSA,(1)当一个路由器的接口上启动了OSPF，那么
23、就会生成一个且只生成一个LSA-Router LSA；(2)随着邻居关系向邻接关系的过渡，这些Router LSA会根据从对方学到的LSA信息，发生一些变化，比如生成NetworkLSA或其他类型的LSA。,接口分类及路由器分类,OSPF根据链路层媒体的不同分为以下四种网络类型BroadcastNBMA、Point-to-Point、Point-to-MultiPoint路由器根据在自治系统中的角色划分（IAR、ABR、BBR、ASBR）IAR:Internal Area RouterABR:Area Border RouterBBR:Backbone Border RouterASBR:Au
24、tonumous System Border Router可以兼职，除IAR外；一个运行OSPF协议的接口状态根据接口的不同类型可划分为DR:Designated RouterBDR:Border Designated RouterDROther:Non(DR or BDR)只能说某个路由器在哪个接口上DR，而不能泛泛地说某个router是DR,OSPF为什么是Loop-Free的？,每一条LSA（链路状态广播）都标记了生成者（用生成该LSA的路由器的id标记），其他路由器只负责传输。这样不会在传输过程中发生对该信息的改变或错误理解；路由计算的算法是SPF算法。计算的结果是一棵树，路由是树上的叶子节点。从根节点到叶子节点是单向不可回复的路径。,议程,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划分区域骨干区域和虚联接与自治系统外部通信总结OSPF组网及配置,
