网络互联技术与实践第11章：动态路由协议OSPF的配置

11.1任务描述第11章：动态路由协议OSPF的配置某高校学校新近兼并了2个学校，这两个学校都建有自己的校园网。先需要将这两个校区的校园网通过路由器连接到本部的路由器，再连接到互联网。现要在路由器上做动态路由协议OSPF配置，实现各校区校园网内部主机的相互通信，并且通过主校区连接到互联网。11.2相关知识第11章：动态路由协议OSPF的配置11.2.1链路状态路由选择协议11.2.2OSPF路由协议概述11.2.3OSPF协议配置11.2.1链路状态路由选择协议链路状态路由协议利用SPF（最短路径优先）协议来维护一个复杂网络拓扑数据库。与距离矢量路由协议不同，链路状态路由协议更先进，并且通过与网络中的其他路由器交换LSA（链路状态通告），能够知道网络中的所有路由器及其连接情况。每个交换LSA的路由器根据收到的LSA建立起拓扑数据库，然后，利用SPF算法计算目的地的可达性。这些信息被用来更新路由表，而路由表中只包括拓扑数据库中到达目的地成本最低的路由。同时还能发现因为部件错误或网络增长而发生的网络拓扑变化。LSA交换由网络中的事件触发，而不是周期更新的。由于不需要在收敛之前等待一段时间，因此加快了收敛速度。1.链路状态路由协议算法11.2.1链路状态路由选择协议如图11.1所示，每条路径都标有一个独立的开销。从R2向连接到R3的LAN发送数据包的最短路径开销为27。每台路由器会自行确定通向拓扑中每个目的地的开销。换句话说，每台路由器都会站在自己的角度计算SPF算法并确定开销。表11-1中列出了各个路由器到每个LAN的最短路径及开销。1.链路状态路由协议算法11.2.1链路状态路由选择协议图110.1最短路径优先算法R1R3R2R420201025R5R3-LAN10.6.0/1610222210R4-LAN10.8.0.0/16R5-LAN10.11.0.0/16R1-LAN10.1.0.0/16R2-LAN10.5.0.0/1610.3.0.0/1611.2.0.0/1611.4.0.0/1610.7.0.0/1610.9.0.0/1610.10.0.0/16F0/0s0/1/0s0/0/1s0/0/011.2.1链路状态路由选择协议路由器目的地最短路径下一跳开销合计R1R2-LANR1R2R220＋222R3-LANR1R3R35＋27R4-LANR1R3R4R35＋10＋217R5-LANR1R3R4R5R35＋10＋10＋227R2R1-LANR2R1R120＋222R3-LANR2R1R3R120+5+227R4-LANR2R5R4R510+10+222R5-LANR2R5R510+212R3R1-LANR3R1R15+27R2-LANR3R1R2R15+20+227R4-LANR3R4R410+212R5-LANR3R4R5R410+10+22211.2.1链路状态路由选择协议路由器目的地最短路径下一跳开销合计R4R1-LANR4R3R1R310+5+217R2-LANR4R5R2R510+10+222R3-LANR4R3R310+212R5-LANR4R5R510+212R5R1-LANR5R4R3R1R410+10+5+227R2-LANR5R2R210+212R3-LANR5R4R3R410+10+222R4-LANR5R4R410+21211.2.1链路状态路由选择协议最短路径不一定具有最少的跳数，例如，从R1到R5-LAN的路径。有R1R3R4R5和R1R4R5两条路径。其中路径R1R3R4R5为3跳但路径开销为17；而路径R1R4R5为2跳，路径开销为32。所以，R1换向R3发送数据包，而不是向R4发送数据包。1.链路状态路由协议算法11.2.1链路状态路由选择协议第一步：了解直连网络每台路由器了解其自身的链路，即与其直连的网络。这通过检测哪些接口处于工作状态（包括第3层地址）来完成。（1）链路对于链路状态路由协议来说，链路是路由器接口上的一个接口。（2）链路状态路由器链路状态的信息称为链路状态，这些信息包括：接口的IP地址和子网掩码；网络类型，例如以太网（广播）链路或串行点对点链路；该链路的开销；该链路上的所有相邻路由器；2.链路状态过程11.2.1链路状态路由选择协议链路信息链路信息链路1网络：10.1.0.0/16链路3网络：10.3.0.0/16IP地址：10.1.0.1IP地址：10.3.0.1网络类型：以太网网络类型：串行链路开销：2链路开销：5邻居：无邻居：R3链路2网络：11.2.0.0/16链路4网络：11.4.0.0/16IP地址：11.2.0.1IP地址：11.4.0.1网络类型：串行网络类型：串行链路开销：20链路开销：20邻居：R2邻居：R4表11-2R1的链路11.2.1链路状态路由选择协议第二步：向邻局发送Hello数据包每台路由器负责“问候”直连网络中的相邻路由器。采用链路状态路由协议的路由器使用Hello协议来发现其链路上的所有邻居。这里，邻居是指启用了相同的链路状态路由协议的其它任何路由器。第三步：建立链路状态数据包每台路由器创建一个链路状态数据包(LSP)，其中包含与该路由器直连的每条链路的状态。路由器一旦建立了相邻关系，即可创建链路状态数据包(LSP)，其中包含与该链路相关的链路状态信息。2.链路状态过程11.2.1链路状态路由选择协议第四步：将链路状态数据包泛洪给邻居每台路由器将LSP泛洪到所有邻居，然后邻居将收到的所有LSP存储到数据库中。每台路由器将其链路状态信息泛洪到路由区域内的其它所有链路状态路由器。路由器一旦接收到来自相邻路由器的LSP，立即将该LSP从除接收该LSP的接口以外的所有接口发出。此过程在整个路由区域内的所有路由器上形成LSP的泛洪效应。2.链路状态过程11.2.1链路状态路由选择协议第五步：构建链路状态数据库每台路由器使用数据库构建一个完整的拓扑图并计算通向每个目的网络的最佳路径。每台路由器使用链路状态泛洪过程将自身的LSP传播出去后，每台路由器都将拥有来自整个路由区域内所有路由器的LSP。这些LSP存储在链路状态数据库中。现在，路由区域内的每台路由器都可以使用SPF算法来构建SPF树。2.链路状态过程11.2.2OSPF路由协议概述1.OSPF路由协议的术语11.2.2OSPF路由协议概述1.OSPF路由协议的术语（1）链路。运行OSPF路由协议的路由器所连接的网络线路称为链路.路由器会检查其所连接网络的状态,然后将其信息由自己的所有接口向邻居传送,这个过程称为“洪泛（flooding）”。（2）链路状态。OSPF路由器收集其所在网络区域上各路由器的连接状态信息，即链路状态信息（Link-State），生成链路状态数据库(Link-StateDatabase)。（3）区域。OSPF协议引入“分层路由”的概念，将大型互连网络（自主系统）化分成多个区域，这种功能被称为层次性路由选择。11.2.2OSPF路由协议概述1.OSPF路由协议的术语（4）邻居。两台运行OSPF路由协议的相邻路由器位于同一区域里，它们就可以形成相邻关系。只有两台路由器成为了邻居，它们之间才可能交换网络拓扑的信息。（5）链路开销。OSPF路由协议依靠计算链路的带宽，来得到到达目的地的最短路径（路由）。每条链路根据它的带宽不同会有一个度量值，OSPF路由协议称该度量值为“开销”。（6）邻居表。运行OSPF路由协议的路由器会维护三个表，邻居表是其中的一个表。凡是路由器认为和自己有邻居关系的路由器，都会出现在这个表中。只有形成了邻居表，路由器才可能向其他路由器学习网络拓扑。11.2.2OSPF路由协议概述1.OSPF路由协议的术语（7）拓扑表。当路由器建立了邻居表之后，运行OSPF路由协议的路由器会互相通告自己所了解的网络拓扑建立拓扑表。在一个区域里，所有的路由器应该形成相同的拓扑表。只有建立了拓扑表之后，路由器才能使用SPF算法从拓扑表里计算出路由。（8）路由表。路由器依靠路由表来为数据包进行路由操作。在运行OSPF路由协议的路由器中，当完整的拓扑表建立起来之后，路由器就会按照链路的带宽不同，使用SPF算法从拓扑表里计算出路由，记入路由表。（9）路由器标识（RouterID）。路由器标识不是我们为路由器起的名字，而是路由器在OSPF路由协议操作中对自己的标识。11.2.2OSPF路由协议概述1.OSPF路由协议的术语（10）LSA和LSU。运行OSPF路由协议的路由器在发现链路状态发生变化时，会触发地发出链路状态通告（Link-StateAdvertisement，LSA）。（11）OSPF网络类型。根据路由器所连接的物理网络不同，OSPF接口自动识别三种类型的网络：广播多路访问型（BroadcastmultiAccess）、非广播多路访问型（NoneBroadcastMultiAccess，NBMA）和点到点型（Point-to-Point）网络。（12）OSPF数据包。OSPF路由器是依靠5种不同种类的数据包来识别它们的邻居并更新链路状态路由信息，11.2.2OSPF路由协议概述1.OSPF路由协议的术语网络类型决定特征选举DR吗？广播多路访问型以太网、令牌环网或FDDI是非广播多路访问型FrameRelay、X.25、SMDS是点到点型PPP、HDLC否点到多点型由管理员配置否11.2.2OSPF路由协议概述1.OSPF路由协议的术语参数描述类型1：hello数据包与邻居建立和维护毗邻关系。类型2：数据库描述数据包描述一个OSPF路由器的链路状态数据内容。类型3：状态请求请求相邻路由器发送链路状态数据库中的具体条目。类型4：链路状态更新向相邻路由器发送链路状态通告（LSA）。类型5：链路状态确认确认收到了邻居路由器的LSA。11.2.2OSPF路由协议概述1.OSPF路由协议的术语（13）指派路由器（DR）和备份指派路由器（BDR）。在多路访问网络上可能存在多个路由器，为了避免路由器之间建立完全相邻关系而引起的大量开销，OSPF要求在区域中选举一个DR。每个路由器都与之建立完全相邻关系。DR负责收集所有的链路状态信息，并发布给其他路由器。选举指派路由器（DR）的同时也选举出一个备份指派路由器（BDR），在DR失效的时候，BDR担负起DR的职责。11.2.2OSPF路由协议概述2．OSPF的工作过程首先和相邻路由器建立邻居关系，形成邻居表，然后互相交换自己所了解的网络拓扑。路由器在没有学习到全部网络拓扑之前，是不会进行任何路由操作的，因为这时路由表是空的。只有当路由器学习到了全部网络拓扑，建立了拓扑表（也称链路状态数据库）之后，它们会使用最短路径优先（SPF）算法，从拓扑表中计算出路由来。因此，所有运行OSPF路由协议的路由器都维护着相同的拓扑表，路由器可以自己从中计算路由，所以，这些路由器不必周期性地传递路由更新包，OSPF路由协议的更新是增量的更新。11.2.2OSPF路由协议概述2．OSPF的工作过程OSPF路由协议最多可以支持1024台路由器联合工作，一般跨区域或跨国的企业内部网络,国家机关在各地的办公网络，城域网甚至大规模的电信网络都可以应用OSPF路由协议来提供自动的路由学习和对路由信息正确性维护的能力，特别是网络拓扑中为了增加冗余性而大量应用环路设计的网络，尤其适合应用OSPF路由协议。OSPF的良好扩展能力是通过体系化设计而获得的。网络管理员可以将一个OSPF网络划分成多个区域，它们允许进行全面的路由更新控制。11.2.2OSPF路由协议概述3.OSPF基本算法（1）SPF算法及最短路径树SPF算法是OSPF路由协议的基础。SPF算法有时也被称为Dijkstra算法，这是因为最短路径优先算法SPF是Dijkstra发明的。SPF算法将每一个路由器作为根（ROOT）来计算其到每一个目的地路由器的距离，每一个路由器根据一个统一的数据库会计算出路由器的拓