【计算机网络】OSPF单区域实验

一：实验目的

1：掌握在路由器上配置OSPF单区域。

2：学习OSPF协议的原理，及其网络拓扑结构改变后的变化。

二：实验仪器设备及软件

硬件：RCMS交换机、网线、内网网卡接口、Windows 2019操作系统的计算机等。具体为：三层交换机1台、路由器2台。

软件：wireshark软件、记事本、Chrome浏览器等。

三：实验方案

【实验网络结构拓扑图】

通过配置动态路由协议OSPF，自动学习网段的路由信息，在区域内实现网络的互连互通。

四：实验步骤

1：按照拓扑图配置PC1和PC2 的IP地址、子网掩码、网关，测试连通性。同时，在路由器上执行show ip route命令，记录路由表信息。

PC1和PC2的配置参数，如下表所示。

以PC2的配置为例，如下图所示。

路由器R1初始时的路由表，如下图所示。

路由器R2初始时的路由表，如下图所示。

2：三层交换机的基本配置。

三层交换机的VLAN配置（VLAN 10和VLAN 50），如下图所示。

3：路由器R1的基本配置。

路由器R1的配置命令，如下表所示。

由配置命令可知，左侧通过0/1的端口接入10.206.1.1网段，右侧通过Serial的5/1端口接入10.206.2.1网段。

4：路由器R2的基本配置。

路由器R2的直连端口配置，如下图所示。

5：在交换机上配置OSPF路由协议。

交换机上的OSPF配置，如下图所示。

首先需要启动OSPF路由协议的进程（此处为1号），然后申明直连网段信息并分配区域号。

6：在路由器R1上配置OSPF路由协议。

配置路由器R1的环回IP地址的命令，如下表所示。

路由器R1上的OSPF配置的命令，如下表所示。

7：在路由器R2上配置OSPF路由协议。

配置路由器R2的环回IP地址的命令，如下表所示。

路由器R2上的OSPF配置的命令，如下表所示。

8：查看验证3台路由设备的路由表是否自动学习了其他网段的路由信息。

交换机配置后的路由表，如下图所示。可以看到有2条O项路由条目。

第1条是通过10.206.1.1能跳转到10.206.2.0/24网段。第2条是通过10.206.1.1能跳转到10.206.3.0/24网段。

路由器R1配置后的路由表，如下图所示。可以看到有2条O项路由条目。

第1条是通过10.206.2.2能跳转到10.206.3.0/24网段。第2条是通过10.206.1.2能跳转到10.206.5.0/24网段。

路由器R2配置后的路由表，如下图所示。可以看到有2条O项路由条目。

第1条是通过10.206.2.1能跳转到10.206.1.0/24网段。第2条是通过10.206.2.1能跳转到10.206.5.0/24网段。

上述路由表中的O条目，都是由路由器通过Flood方法，把自己邻接的路由信息传播给全网后更新的。

9：测试网络的连通性。

初始时，10.206.3.22向10.206.5.11进行ping操作的结果，如下图所示。可以发现两台主机并不能连通。

配置后，10.206.3.22向10.206.5.11进行ping操作的结果，如下图所示。可以发现两台主机能连通。

五：实验结果及分析

1：步骤9的问题和结果分析。

【1】将此时的路由表与初始时的路由表进行比较，有什么结论？

    每台路由设备（交换机、路由器）的路由表均自动学习了其他网段的路由信息，并将其以OSPF路由表项添加到了各自的路由表中。

【2】分析traceroute PC的执行结果。

10.206.3.22（PC2）向10.206.5.11（PC1）进行tracert操作的结果，如下图所示。

可以发现，PC2首先通过10.206.3.1进行第1跳，此时经过了路由器R2；然后通过10.206.2.1进行第2跳，此时经过了路由器R1；接着通过10.206.1.2进行了第3跳，此时经过了三层交换机；最后在三层交换机的另一侧连接到10.206.5.11。

【3】捕获数据报，分析OSPF头部结构。OSPF包在PC上能捕获到吗？如果希望2台主机都能捕获到，请描述方法。

在PC1和PC2上均能捕获到OSPF包，捕获报文如下图所示。

2台主机可以用WireShark进行OSPF包的捕获。

OSPF的头部结构，如下图所示。

OSPF报文的头部结构由Version、Message Type、Packet Length、Source OSPF Router、Area ID、Checksum、Auth Type和Auth Data字段组成。各字段的含义如下。

1. Version：8位的OSPF版本号，OSPFv2是2，OSPFv3是3。

2. Message Type：8位的OPSF报文类型，1是Hello、2是DD、3是LSR、4是LSU、5是LSAck。

3. Packet Length：16位，OSPF报文总长度包括OSPF头。

4. Router ID：32位，发送该报文的路由器标识ID。

5. Area ID： 32位，发送该报文路由器所属的区域。

6. Checksum：16位，包含除了认证字段的整个报文校验和。

7. Au Type：64位，0是不含验证信息、1是明文认证、2是MD5认证。

【4】使用#debug ip ospf命令显示上述OSPF协议的运行情况，观察并保存路由器R1发送和接收的Update分组（可以通过改变链路状态触发），注意其中LSA类型；观察有无224.0.0.5、224.0.0.6的IP地址，如有请说明这两个地址的作用。

通过debug ip ospf命令可以查看OSPF协议的动态情况，通过no debug all可以停止查看。

通过拔掉路由器R1和三层交换机间的网线，可以获得Update分组情况，如下图所示。可以发现此处的LSA类型为1，并且发送到了IP为224.0.0.5的目的地址处。

有224.0.0.5的IP地址，无224.0.0.6的IP地址。

224.0.0.5是用于OSPF路由器之间的邻居关系建立和维护的组播地址，224.0.0.6是用于OSPF的设计目的组播地址。

【5】本实验有没有DR/BDR（指派路由器/备份指派路由器）？如果有，请指出DR与BDR分别是哪个设备，讨论DR/BDR的选举规则和更新方法（通过拔线改变拓扑，观察DR/BDR的变化情况）；如没有，请说明原因。

    有。可以通过在路由器中执行命令show ip ospf interface进行查看。

通过【4】的指令可以发现，在路由器R1中，一开始DR和BDR均为0.0.0.0，如下图所示。

之后DR更新为10.206.1.2，BDR更新为10.206.1.1，如下图所示。

拔掉路由器R1和交换机之间的网线后，R1的DR和BDR均更新为0.0.0.0，而R2的DR和BDR均保持不变。

DR和BDR是由同一网段中所有的路由器根据路由优先级和Router ID通过Hello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，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。

如果DR或BDR失效，或者有新的路由器加入网络并希望成为DR或BDR，那么它们将参与新的选举过程。这个过程基于上述的选举规则进行，以确保网络中始终有一个DR和一个BDR来负责网络中的路由信息传播和LSA泛洪。

2：如何查看 OSPF 协议发布的网段？

通过命令show ip ospf database，可以查看OSPF发布的网段。

在路由器R1上执行该命令的结果，如下图所示。

3：关于 OSPF 反掩码。

反掩码可以简单地理解成掩码取反，而且不允许出现不连续的1和0。例如，可以是0.0.0.11111111，但不可以是0.0.0.11110011，也不可以是0.0.0.11111100。反掩码总是奇数或0，因为其最后一位总是1，除非全部是0。

4：255.255.255.255减去子网掩码就得出反掩码。请问：192.168.2.0/28 的反掩码是多少？

192.168.2.0/28的子网掩码为255.255.255.240，255.255.255.255减去该子网掩码，得到反掩码为0.0.0.15。

六：实验总结及体会

1：在申明直连网段时，要写该网段的反掩码，并指明所属的区域。

2：LSA的类型有Router LSA、Network LSA、Network Summary LSA、ASBR-Summary-LSA、AS-External-LSA和NSSA-LSA六种类型。

1. Router LSA：即LSA-1，其主要描述的是与该路由的直连接口的链路信息，每个路由器都会生成一条LSA-1条目，LSA-1下含p2p、stubnet、transnet、virtual四种类别。
2. Network LSA：即LSA-2，其主要在广播或者NBMA网络类型中，用于描述伪节点的信息。
3. Network Summary LSA：即LSA-3，其主要是将不同区域内的1类Lsa和2类Lsa进行转换，以便于其在不同区域中进行传递。只有ABR路由才能进行转换，并且LSA-3只能在本区域内泛洪。
4. ASBR-Summary-LSA：即LSA-4，其由LSA-1转换而来，主要的作用是告诉其他区域可以通过自身来找LSA-5所包含的链路状态信息。LSA-4由ABR产生，并在OSPF的本区域内进行泛洪。
5. AS-External-LSA：即LSA-5，当外部路由被引入到OSPF协议中时，连接外部路由的路由器会被置位为ASBR路由，并发送1条LSA-1信息，告诉邻居自己为ASBR，之后将外部路由信息以LSA-5的形式进行转发。LSA-5可以在OSPF全区域内进行转发。
6. NSSA-LSA：即LSA-7，其是NSSA区域用于引入外部路由时生成的LSA，其只能在本区域内泛洪，在往其他区域传递时，ABR会将LSA-7转换为LSA-5，在其他区域内泛洪。

3：OSPF的分组有Hello、Database Description、Link State Request、Link State Update和Link State Acknowledgment五种类型。

4：非DR路由器将自己的LSA发送给DR，然后DR将这些LSA泛洪到整个区域，使所有路由器获得一致的LSDB，从而确保区域内路由器都能计算出相同的最短路径树。

5：在路由器中执行debug ip ospf命令时，需要推到config环境之外，即Ruijie#的环境之中。否则会出现报错unknown command。