OSPF協(xié)議詳解剖析課件

1、OSPF協(xié)議詳解第1頁，共55頁。議程OSPF協(xié)議基礎(chǔ)通過LSA描述網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)用SPF算法計算路由鄰居狀態(tài)機(jī)DR和BDR劃分區(qū)域骨干區(qū)域和虛聯(lián)接與自治系統(tǒng)外部通信總結(jié)OSPF組網(wǎng)及配置第2頁，共55頁。OSPF協(xié)議簡介可適應(yīng)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)路由變化收斂快無路由自環(huán)支持變長子網(wǎng)掩碼支持等值路由支持區(qū)域劃分提供路有分級管理支持驗證支持以組播地址發(fā)送協(xié)議報文目前IGP中應(yīng)用最廣、性能最優(yōu)的協(xié)議，具有如下特點：第3頁，共55頁。OSPF協(xié)議中的基本概念Router ID一個32bit的無符號整數(shù)，是一臺路由器的唯一標(biāo)示，在整個自治系統(tǒng)內(nèi)唯一。協(xié)議號OSPF的協(xié)議號是89OSPF報文不轉(zhuǎn)發(fā)通常OSPF報文是

2、不轉(zhuǎn)發(fā)的，只傳遞一跳，即在IP報文頭中TTL值被設(shè)為1。（虛連接除外）IP HeaderProtocol：#89OSPF Packet第4頁，共55頁。議程OSPF協(xié)議基礎(chǔ)通過LSA描述網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)用SPF算法計算路由鄰居狀態(tài)機(jī)DR和BDR劃分區(qū)域骨干區(qū)域和虛聯(lián)接與自治系統(tǒng)外部通信總結(jié)OSPF組網(wǎng)及配置第5頁，共55頁。OSPF通過鏈路狀態(tài)來描述網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)40.0.0.340.0.0.240.0.0.1Rid：3.3.3.3Rid：4.4.4.4Rid：1.1.1.110.0.0.010.0.0.120.0.0.120.0.0.2Rid：2.2.2.2RTBRTARTERTFRTCRTDRi

3、d：5.5.5.5Rid：6.6.6.630.0.0.330.0.0.230.0.0.1PPP/HDLCEthernetEthernetFrameRelay/X.25第6頁，共55頁。鏈路類型FR/X.25PTMPFR/X.25NBMABROADCASTHUBPTPStub第7頁，共55頁。對以太網(wǎng)的鏈路狀態(tài)描述Link id：10.0.0.0/*網(wǎng)段*/Data ：255.0.0.0/*掩碼*/Type ：Stubnet（3）/*類型*/Metric：50/*花費(fèi)*/1-0; 上述就把一個路由器在某個接口的狀態(tài)描述清楚了：網(wǎng)絡(luò)地址、子網(wǎng)掩碼、3代表本網(wǎng)段只有這么一個router、metric

4、指明了花費(fèi)。第8頁，共55頁。對PPP的鏈路狀態(tài)描述/*對本接口網(wǎng)段地址的描述*/Link id：20.0.0.0/*網(wǎng)段*/Data ：255.0.0.0/*掩碼*/Type ：Stubnet(3)/*類型*/Metric：5/*花費(fèi)*/*對路由器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)/*類型*/Metric：5/*花費(fèi)*/第9頁，共55頁。對Frame-Relay等點對多點（非全連通）的鏈路狀態(tài)描述Link id：40.0.0.1/*網(wǎng)段*/Data ：255.255

5、.255.255/*掩碼*/Type ：Stubnet（3） /*類型*/Metric：5 /*花費(fèi)*/Link id: 3.3.3.3 /*RTF的router id*/Data ：40.0.0.1 /*與RTF相連的接口地址*/Type ：Router（1） /*類型*/Metric：5 /*花費(fèi)*/Link id: 4.4.4.4/*RTE的router id*/Data ：40.0.0.1/*與RTE相連的接口地址*/Type ：Router（1）/*類型*/Metric：5/*花費(fèi)*/第10頁，共55頁。對Ethernet等廣播的鏈路狀態(tài)描述Link id：30.0.0.3/*網(wǎng)段中

6、DR的接口地址*/Data ：30.0.0.1/*本接口的地址*/Type ：TransNet(2) /*類型*/Metric: 50/*花費(fèi)*/*DR（6.6.6.6）生成的LSA：*/Net mask：255.255.255.0Attached：30.0.0.1 routerAttached：30.0.0.2 routerAttached：30.0.0.3 router第11頁，共55頁。加上LSA的頭（head）結(jié)構(gòu)Type：Router /*LSA的類型*/Is id：1.1.1.1/*LSA的標(biāo)示*/Adv rtr：1.1.1.1/*生成該LSA的路由器*/Is age：4/*本條L

7、SA的老化時間*/Len：108/*LSA的長度*/Seq#：80000001/*LSA的序列號*/Cksum：0 x3543/*校驗和*/Link count：7/*本LSA中包含的連接數(shù)*/第12頁，共55頁。LSA的頭部第13頁，共55頁。LSA的分類Opaque911 External Attributes8NSSA7Group Membership6External Link5Summary Link to ASBR4Summary Link to Network 3Network2Router1LSAType 第14頁，共55頁。議程OSPF協(xié)議基礎(chǔ)通過LSA描述網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)用SP

8、F算法計算路由鄰居狀態(tài)機(jī)DR和BDR劃分區(qū)域骨干區(qū)域和虛聯(lián)接與自治系統(tǒng)外部通信總結(jié)OSPF組網(wǎng)及配置第15頁，共55頁。運(yùn)行SPF算法計算路由RTA(1.1.1.1)的LSARTB(2.2.2.2)的LSARTC(6.6.6.6)的LSARTD(5.5.5.5)的LSARTA的LSDBLink id：50.0.0.0Data ：255.0.0.0Type ：StubNetMetric：50Link id：10.0.0.0Data ：255.0.0.0Type ：StubNetMetric：50Link id：20.0.0.0Data ：255.0.0.0Type ：StubNetMetric：

9、5Link id：2.2.2.2Data ：20.0.0.2Type ：RouterMetric：5第16頁，共55頁。OSPF協(xié)議計算路由過程RTCRTBRTARTD1235LSDBRTA的LSARTB的LSARTC的LSARTD的LSAACBD1235(一)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(二)每臺路由器的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(三)由鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫得到的帶權(quán)有向圖ACD1221BACD21BACD21BACD21B(四)每臺路由器分別以自己為跟節(jié)點計算最小生成樹3333第17頁，共55頁。議程OSPF協(xié)議基礎(chǔ)通過LSA描述網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)用SPF算法計算路由鄰居狀態(tài)機(jī)DR和BDR劃分區(qū)域骨干區(qū)域和虛聯(lián)接與自治系統(tǒng)外部通

10、信總結(jié)OSPF組網(wǎng)及配置第18頁，共55頁。OSPF協(xié)議計算路由過程RT2RT1Hello(DR=0.0.0.0，Neighbors Seen = 0)Hello(DR=RT2，Neighbors Seen = RT1)DD ( Seq = x， I = 1，M = 1， MS = 1 ) DD ( Seq = y， I = 1，M = 1， MS = 1 ) DD ( Seq = y， I = 0，M = 1， MS = 0 ) DD ( Seq = y + 1， I = 0，M = 1， MS = 1 ) DD ( Seq = y + 1， I = 0，M = 1， MS = 0 ) DD

11、 ( Seq = y + n， I = 0，M = 0， MS = 1 ) DD ( Seq = y + n， I = 0，M = 0， MS = 0 ) LS RequestLS UpdateLS Ack確定主從關(guān)系Init初始化Loading裝載Full完成Full完成ExStart開始交換ExStart開始交換Exchange交換Exchange交換第19頁，共55頁。鄰居(Neighbor)的形成小王小一小二小三(1)大家好，我是新來的，我叫小王小王小一你好啊(2)你好，小一，我叫小王小王小一你好啊(3)你好，小王，我叫小一嘻嘻嘻，我有3鄰居(4)鄰居關(guān)系建立完成第20頁，共55頁。主

12、從(Master,Slave)關(guān)系的協(xié)商小王小一我先說好，你先說小王小一我先說不行，還是我先說好，你先說MasterSlaveMasterSlave第21頁，共55頁。交換過程172.16.5.1/24E0172.16.5.2/24E1ABDown狀態(tài) 第22頁，共55頁。交換過程172.16.5.1/24E0172.16.5.2/24E1Router B鄰居列表：172.16.5.1/24, int E1我是路由器，id為172.16.5.1，我誰也沒看到啊Down 狀態(tài)Init 狀態(tài)AB第23頁，共55頁。交換過程172.16.5.1/24E0我是路由器，id為ID 172.16.5.2,

13、 我看到了172.16.5.1.172.16.5.2/24E1Down 狀態(tài)Init 狀態(tài)AB我是路由器，id為172.16.5.1，我誰也沒看到啊Router B鄰居列表：172.16.5.1/24, int E1第24頁，共55頁。交換過程172.16.5.1/24E0Router A鄰居列表：172.16.5.2/24, int E0172.16.5.2/24E1Down 狀態(tài)Init 狀態(tài)Two-Way 狀態(tài)AB我是路由器，id為ID 172.16.5.2, 我看到了172.16.5.1.我是路由器，id為172.16.5.1，我誰也沒看到啊Router B鄰居列表：172.16.5.

14、1/24, int E1第25頁，共55頁。探尋路由信息E0172.16.5.1DRE0172.16.5.3不！我來啟動交換，因為我的router id比你的大我要啟動交換，因為我的router id是172.16.5.1.Helloafadjfjorqpoeru39547439070713Helloafadjfjorqpoeru39547439070713Exstart 狀態(tài)第26頁，共55頁。探尋路由信息這是我的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫的描述（摘要）DBDafadjfjorqpoeru39547439070713Exchange 狀態(tài)這是我的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫的描述（摘要）.DBDafadjfjorqp

15、oeru39547439070713E0172.16.5.1DRE0172.16.5.3Helloafadjfjorqpoeru39547439070713Helloafadjfjorqpoeru39547439070713Exstart 狀態(tài)我要啟動交換，因為我的router id是172.16.5.1.不！我來啟動交換，因為我的router id比你的大第27頁，共55頁。探尋路由信息E0172.16.5.1E0172.16.5.3感謝你的鏈路狀態(tài)摘要信息！LSAckafadjfjorqpoeru39547439070713LSAckafadjfjorqpoeru3954743907071

16、3DR第28頁，共55頁。探尋路由信息我需要對網(wǎng)絡(luò)172.16.6.0/24的完整描述條目好，這是對網(wǎng)絡(luò)的172.16.6.0/24的具體描述感謝你的鏈路狀態(tài)信息！LSRafadjfjorqpoeru39547439070713LSAckafadjfjorqpoeru39547439070713LSUafadjfjorqpoeru39547439070713Loading 狀態(tài)E0172.16.5.1E0172.16.5.3LSAckafadjfjorqpoeru39547439070713LSAckafadjfjorqpoeru39547439070713DR感謝你的鏈路狀態(tài)摘要信息！第29

17、頁，共55頁。探尋路由信息Full狀態(tài)E0172.16.5.1E0172.16.5.3DR我需要對網(wǎng)絡(luò)172.16.6.0/24的完整描述條目好，這是對網(wǎng)絡(luò)的172.16.6.0/24的具體描述感謝你的鏈路狀態(tài)信息！LSRafadjfjorqpoeru39547439070713LSAckafadjfjorqpoeru39547439070713LSUafadjfjorqpoeru39547439070713Loading 狀態(tài)LSAckafadjfjorqpoeru39547439070713LSAckafadjfjorqpoeru39547439070713感謝你的鏈路狀態(tài)摘要信息！第30

18、頁，共55頁。OSPF的鄰居狀態(tài)機(jī) AttemptInit2-wayExstartExchangeLoadingFullDown灰色為穩(wěn)定狀態(tài)；白色為瞬時過渡狀態(tài)第31頁，共55頁。OSPF的五種報文(1)Hello報文發(fā)現(xiàn)及維持鄰居關(guān)系，選舉DR，BDR；(2)DD報文描述本地LSDB的情況；(3)LSR報文向?qū)Χ苏埱蟊径藳]有或?qū)Χ烁碌腖SA；(4)LSU報文向?qū)Ψ礁翷SA；(5)LSAck報文收到LSU之后，進(jìn)行確認(rèn)；第32頁，共55頁。議程OSPF協(xié)議基礎(chǔ)通過LSA描述網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)用SPF算法計算路由鄰居狀態(tài)機(jī)DR和BDR劃分區(qū)域骨干區(qū)域和虛聯(lián)接與自治系統(tǒng)外部通信總結(jié)OSPF組網(wǎng)及配

19、置第33頁，共55頁。DR（Designated Router）RTARTBRTCRTDRTERTCRTDRTARTBRTERTCRTDRTARTBRTE圖2：沒有選舉DR時的鄰接關(guān)系圖3：沒有選舉DR時的鄰接關(guān)系DR圖1：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)BDR第34頁，共55頁。DR（村長）的選舉過程（1）登記選民本網(wǎng)段的OSPF路由器；本村的18歲以上公民；（2）登記候選人本網(wǎng)段的priority0的OSPF路由器；本村內(nèi)的30歲以上公民，且在本村居住3年以上；（3）競選演說所有的priority0的OSPF路由器都認(rèn)為自己是DR所有的候選人都認(rèn)為自己應(yīng)該當(dāng)村長；（4）投票選priority值最大的，若pri

20、ority值相等，選RouterID最大的；選年紀(jì)最大，若年齡相等，按姓氏筆畫排序第35頁，共55頁。DR選舉中的指導(dǎo)思想選舉制民主！DR是各路由器選出來的，而非人工指定的；終身制穩(wěn)定壓倒一切！DR一旦當(dāng)選，除非路由器故障，否則不會更換；即便新加入一臺優(yōu)先級比DR高的路由器，也不更換！世襲制快速響應(yīng)！DR選出的同時，也選出BDR（Backup Designated Router）來。DR故障后，由BDR自動代替DR成為新的DR；因為重新選舉會造成新的一輪的同步；第36頁，共55頁。NBMA與PTMP的區(qū)別NBMA：NonBroadcast MultiAccess 全連通 PTMP: Point

21、 To MultiPoint 非全連通NBMA：任何兩點都直接可達(dá)PTMP：不滿足任何兩點都直接可達(dá)，AD，BC不能直接可達(dá)ABCDABCD第37頁，共55頁。引入DR后，帶來的協(xié)議變化將同一網(wǎng)段內(nèi)LSDB同步的次數(shù)由O（N2）減少到O（N）；在同一網(wǎng)段中，路由器的角色為DR、BDR、DRother；路由器之間的關(guān)系分為Unknown、Neighbor、Adjacency增加了一種新的接口類型-Point To Multipoint增加了一種LSA：Network-LSA，由DR生成，描述了本網(wǎng)段的鏈路狀態(tài)；為了減少在一個網(wǎng)段內(nèi)帶寬的占用，提出了DR的概念第38頁，共55頁。議程OSPF協(xié)議基

22、礎(chǔ)通過LSA描述網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)用SPF算法計算路由鄰居狀態(tài)機(jī)DR和BDR劃分區(qū)域骨干區(qū)域和虛聯(lián)接與自治系統(tǒng)外部通信總結(jié)OSPF組網(wǎng)及配置第39頁，共55頁。OSPF在大型網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用可能遇到的問題當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模變大時，有些問題會從量變到質(zhì)變：即理論講是可行，但實際上可能已不能正常工作了；缺點1：LSDB非常龐大，占用大量存儲空間；相對與DV來說，不僅存儲路由信息，還存儲鏈路狀態(tài)而DV只存儲路由信息，當(dāng)然DV的每個路由器也不知道全網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；缺點2：計算最小生成樹耗時增加，CPU負(fù)擔(dān)很重；相對與DV，計算復(fù)雜，要算出一個樹來，而DV算法只是簡單的路由表的加減；有1臺路由器鏈路狀態(tài)發(fā)生變化，全網(wǎng)的所有路由

23、都要重新計算（一有風(fēng)吹草動，都要重新計算）缺點3：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)經(jīng)常發(fā)生變化，網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常處于“動蕩”之中就象往湖里投個石子，會波及整個網(wǎng)絡(luò)而網(wǎng)絡(luò)中鏈路變化是經(jīng)常的，up或down，所以，整個網(wǎng)絡(luò)不停的動蕩第40頁，共55頁。OSPF劃分區(qū)域Area0Area1Area2區(qū)域的邊界是路由器第41頁，共55頁。區(qū)域間的路由計算Area0Area3Type=3Type=3192.178.14.0172.18.141.0Mask=255.255.255.240Mask=255.255.255.240Metric=120Metric=91192.178.14.0/28172.18.141.0/24第42頁，

24、共55頁。區(qū)域劃分后的一些優(yōu)點針對第1個缺點：要傳遞的信息減少了，只描述路由項目，不描述鏈路狀態(tài)了，縮減了LSDB的大??；針對第2個缺點：計算變的簡單了，不用畫一棵樹了，只畫葉子節(jié)點； 針對第3個缺點：（1）若有一條路由失效，簡單刪除就是了；（2）提出路由聚合的策略：大大減少路由規(guī)模，某區(qū)域的變化不會影響到其他區(qū)域，而且對聚合后的路由沒有影響。第43頁，共55頁。議程OSPF協(xié)議基礎(chǔ)通過LSA描述網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)用SPF算法計算路由鄰居狀態(tài)機(jī)DR和BDR劃分區(qū)域骨干區(qū)域和虛聯(lián)接與自治系統(tǒng)外部通信總結(jié)OSPF組網(wǎng)及配置第44頁，共55頁。骨干區(qū)域Area0Area12RTCRTBRTAArea19A

25、rea13區(qū)域間的路由計算已經(jīng)是DV算法了。從ABR的LSA的描述可以看出來，只包含路由信息，沒有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的描述，而DV算法就存在路由自環(huán)的問題（以區(qū)域為單位，不是以路由器為單位了）。因為優(yōu)化而導(dǎo)致了自環(huán)！解決方案：引入骨干區(qū)域所有ABR都必須連著這個區(qū)域。Hub-spoken 形式第45頁，共55頁。虛連接Area12Area0RTCRTBRTAArea19Virtual Link骨干區(qū)域的引入，解決了路由自環(huán)問題；但也限制了區(qū)域的規(guī)模；解決方案：隨意劃分，不必直接相連！但這又違背了骨干區(qū)域的原則。怎么辦呢？引入虛連接RTA和RTB可以直接通信了，所有ABR都知道哪個信息是哪個ABR生成的。

26、到此，就比較完美了。第46頁，共55頁。議程OSPF協(xié)議基礎(chǔ)通過LSA描述網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)用SPF算法計算路由鄰居狀態(tài)機(jī)DR和BDR劃分區(qū)域骨干區(qū)域和虛聯(lián)接與自治系統(tǒng)外部通信總結(jié)OSPF組網(wǎng)及配置第47頁，共55頁。與自治系統(tǒng)外部通信Area0Area3Type=510.53.11.0Mask=255.255.255.240Metric=10Type=41.2.3.4Mask=0.0.0.0Metric=8910.53.11.0/24ASBRRouteid=1.2.3.4BGPABR第48頁，共55頁。Stub區(qū)域與路由聚合Area12Area0RTCRTBRTAArea19Virtual LinkArea8第49頁，共55頁。議程OSPF協(xié)議基礎(chǔ)通過LSA描述網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)用SPF算法計算路由鄰居狀態(tài)機(jī)DR和BDR劃分區(qū)域骨干區(qū)域和虛聯(lián)接與自治系統(tǒng)外部通信總結(jié)OSPF組網(wǎng)及配置第50頁，共55頁。LSA分類(1) Router-LSA：由每個路由器生成，描述了路由器的鏈路狀態(tài)和花費(fèi)。傳遞到整個區(qū)域；(2) Network-LSA：由DR生成，描述了本網(wǎng)段的鏈路狀態(tài)，傳遞到整個區(qū)域；(3) Net-Summary-LSA：由ABR生成，描述了到區(qū)域內(nèi)某一網(wǎng)段的路由 ，傳遞到相關(guān)區(qū)域；相關(guān)區(qū)域：如果一個路由器連了3個區(qū)域，那就傳到除自身