第四章 OSPF实验

OSPF（Open Shortest Path First），即开放最短路径优先，是一种用于路由选择的链路状态路由协议。OSPF是一个开放标准的协议，通过在网络中传输路由信息，计算出到达目的网络的最短路径。

一. ospf基础知识

1.1 ospf专业术语

（1）Area（区域）：指将整个AS（Autonomous System，自治系统）划分为若干个逻辑上相对独立的区域的做法。每个区域内部的路由器之间交换路由信息，而不需要将所有的路由信息传播到整个AS中。这种分区可以提高网络的可扩展性和管理性。在OSPF协议中，每个区域都有一个唯一的32位区域标识符（Area Identifier）来标识该区域。这个32位的区域标识符是一个二进制数，用于在OSPF协议中唯一地标识一个区域。

（2）Router ID（路由器ID）：每台运行OSPF协议的路由器都必须具有唯一的Router ID，用来标识路由器在OSPF域中的身份。

（3）Cost（开销）：通常指代在路由选择算法中，衡量从一个网络节点到另一个网络节点的连接质量或开销的度量。在OSPF中，成本值是一个非负整数，通常与链路的速度相关。一般情况下，速度较快的链路（如光纤）会被赋予较低的成本值，而速度较慢的链路（如铜线）会被赋予较高的成本值。100 Mbps Ethernet：成本值为 1；即：1cost值=100Mbit/s

（4）LSA（链路状态通告）：是OSPF协议中用来描述网络拓扑和链路状态的信息单元。LSA记录了每台路由器所知道的所有连接、邻居路由器信息以及链路状态，在整个OSPF域内用于构建路由表并计算最短路径。LSA的主要类型：

• Router LSA:描述单个路由器的链路状态信息；包含了该路由器连接的所有网络和邻居路由器的信息。
• Network LSA：描述多个路由器连接在一起的子网的链路状态信息。
  包含了连接到同一子网上的所有路由器信息。
• Summary LSA：描述其他区域的摘要信息，主要用于区域之间的路由信息交换。

（5）DR（Designated Router，指定路由器）和BDR（Backup Designated Router，备用指定路由器）是用来优化网络性能和减少LSA传输的特殊角色。

在多播网络（如Ethernet）上，所有的OSPF路由器都可以成为邻居，并且每个路由器都需要发送LSA信息给其他路由器。这样可能会导致大量的LSA信息在网络中传播，增加网络拓扑数据库的更新频率。
为了减少LSA的传输和维护邻居关系的复杂性，OSPF使用DR来代表一个OSPF子网内的所有路由器向外发送LSA信息。这样，除了DR以外的其他路由器就不需要在这个子网内发送LSA信息。
DR是OSPF子网内与其他子网之间进行信息交换的重要节点，负责收集所有邻居路由器的LSA信息，并向其他OSPF区域传递这些信息。

 

BDR是备用的指定路由器，当DR失效时，BDR会接替DR的角色，继续负责向外发送LSA信息，确保网络的连通性。网络中的每个OSPF子网只有一个DR和一个BDR，其他路由器则作为一般路由器参与进来。

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一个常见的ospf网络可能会采用以下几种区域配置：

• Backbone Area（骨干区域）：OSPF要求至少存在一个骨干区域，通常标识为区域0（Area 0）。该区域负责连接其他区域，所有的其他区域都必须直接或间接连接到骨干区域。
• Stub Area（Stub区域）：Stub区域是一种简化区域，内部路由器只需要知道到达其他区域或外部网络的出口路由即可，不需要了解整个AS内的详细路由信息。
• Totally Stubby Area（全捷近区域）：这是一种更加精简的Stub区域，只有一条默认路由，内部路由器只需要知道该默认路由即可。

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1.2 ospf维护的三张表

（1）邻居表（Neighbor Table）：邻居表记录了OSPF路由器与其直接相邻的其他OSPF路由器之间的邻居关系信息。每个条目包含了邻居路由器的ID、IP地址、状态等信息。通过邻居表，路由器可以了解自己直接连接的邻居路由器，进行邻居关系的建立和维护。

查看的命令：

display ospf peer

（2）链路状态数据库（Link State Database）：链路状态数据库存储了整个OSPF域中所有路由器收集到的LSA信息。每个LSA包含了一段网络拓扑信息，描述了网络中所有路由器的连接、邻居关系以及链路状态。链路状态数据库用于构建网络的拓扑图，并支持OSPF路由器计算最短路径，更新路由表中的路由信息。

查看的命令：

display ospf lsdb

（3）路由表（Routing Table）：路由表包含了根据链路状态数据库计算出的最短路径信息，用于实际的数据转发和路由选择。 路由表记录了目的网络地址及下一跳路由器的信息，以便将数据包转发到目标地址。OSPF路由器通过不断更新、计算路由表中的路由信息来保证网络中的数据转发始终是最优的。

查看的命令：

display ospf routing

 

1.3 ospf的报文信息

1. Hello报文：用于在OSPF路由器之间建立邻居关系。
2. Database Description：用于交换链路状态数据库摘要。
3. LSA请求报文（LSA Request Packets）：用于请求邻居路由器发送特定LSA信息。当一个路由器需要某个LSA信息时，会向邻居路由器发送LSA请求报文以获取该信息。
4. LSA更新报文（LSA Update Packets）：用于向邻居路由器广播自身更新的LSA信息。
5. LSA确认报文（LSA Acknowledgment Packets）：用于确认接收到的LSA更新和请求信息。
   在收到LSA更新或请求后，接收路由器会发送LSA确认报文回复给发送路由器，以确保信息传输的可靠性。

 

1.4 DR与BDR的选举 / router-id的选举

OSPF协议中的选举过程中，会选择一个Designated Router（DR，指定路由器）和一个Backup Designated Router（BDR，备用指定路由器）来管理网络中的邻居关系。在OSPF网络中，所有的路由器都倾向于与DR和BDR建立邻居关系，而非直接与其他路由器建立邻居关系。

1. 选定DR和BDR的一般原则：

•  Router ID（路由器ID）：  如果一个路由器拥有最大的Router ID，则该路由器有资格成为DR； 如果一个路由器拥有次大的Router ID，则该路由器有资格成为BDR；
• 优先级（Priority）：OSPF路由器的优先级（Priority）可以手动配置，默认值为0。路由器的优先级越大，成为DR或BDR的机会越高，优先级为0表示路由器不会参与DR/BDR选举。 如果优先级相同，则通过Router ID来决定DR和BDR。优先级的范围<0---255>

2. DR和BDR选举过程：

所有路由器首先认为自己是DR，然后侦听相邻路由器的Hello报文。 如果一个路由器收到的Hello报文中包含了更高优先级的路由器作为DR，那么该路由器会更新自己的DR和BDR列表。如果当前的DR失效（比如关机），BDR将会晋升为DR，并触发新的BDR选举过程。

3. router-id的选举过程：

（1）OSPF 选择 router - id 的规则：如果手动配置了 router - id ，则配置的 router - id 作为本设备的路由器 id ，如果没有手动配置，先创建了 OSPF 进程，系统会自动生成设备的 router - id ，后续手动配置的 router - id 将不生效，此时如果想使用手动配置的 router - id ，可以在用户视图模式下使用 reset ospf process 命令重置 OSPF 进程使新的 router - id 生效。还可以删除当前 OSPF 配置，在重新配置 OSPF 进程时加上对应的 router - id 。

（2）当没有手动配置 router - id 时， router - id 的选举原则为：设备上有环回口时，选择环回口地址大的作为本设备的 router - id ；设备上没有环回口时，选择接口 IP 地址大的作为 router - id 。
（3）network 命令用来指定运行 OSPF 协议的接口和接口所属的区域。 network - address 为接口所在的网段地址。 wildcard - mask 为 IP 地址的反码，相当于将 IP 地址的掩码反转（0变1,1变0)。例如，0.0.0.255表示掩码长度为24 bit

 

二.  ospf实验

实验一：MA网络上的ospf

1. 实验拓扑

 

2. 实验步骤

（1）配置ip地址

• R1 ip地址配置命令如下：

<Huawei>system-view
[Huawei]sysname R1
[R1]int g0/0/0
[R1-GigabitEthernet0/0/0]ip address 10.1.1.1 24
[R1-GigabitEthernet0/0/0]int loopback0
[R1-LoopBack0]ip address 1.1.1.1 24

实际操作运行如下:

 

• R2 ip地址配置命令如下：

<Huawei>system-view
[Huawei]sysname R2
[R2]int g0/0/0
[R2-GigabitEthernet0/0/0]ip address 10.1.1.2 24
[R2-GigabitEthernet0/0/0]int loopback0
[R2-LoopBack0]ip address 2.2.2.2 24

 实际操作运行如下:

 

• R3 ip地址配置命令如下：

<Huawei>system-view
[Huawei]sysname R3
[R3]int g0/0/0
[R3-GigabitEthernet0/0/0]ip address 10.1.1.3 24
[R3-GigabitEthernet0/0/0]int loopback0
[R3-LoopBack0]ip address 3.3.3.3 24

  实际操作运行如下:

 

• R4 ip地址配置命令如下：

<Huawei>system-view
[Huawei]sysname R4
[R4]int g0/0/0
[R4-GigabitEthernet0/0/0]ip address 10.1.1.4 24
[R4-GigabitEthernet0/0/0]int loopback0
[R4-LoopBack0]ip address 4.4.4.4 24

   实际操作运行如下:

 

（2）ospf的配置

• R1 OSPF配置命令如下：

[R1]ospf router-id 1.1.1.1     //ospf的进程为1，router-id为1.1.1.1
[R1-ospf-1]area 0              //进入区域0（主干区域）
[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.1.1.0 0.0.0.255   
 
//network <ip地址> <子网掩码的反码>
//命令network 10.1.1.0 0.0.0.255的作用为匹配10.1.1.0/24网段的所有ip地址，并且将ip地址属于本网段的接口全部激活ospf
 
[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]network 1.1.1.0 0.0.0.255
[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]quit

    实际操作运行如下:

• R2 OSPF配置命令如下：

[R2]ospf router-id 2.2.2.2
[R2-ospf-1]area 0
[R2-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.1.1.0 0.0.0.255
[R2-ospf-1-area-0.0.0.0]network 2.2.2.2 0.0.0.255

•  R3 OSPF配置命令如下：

[R3]ospf router-id 3.3.3.3
[R3-ospf-1]area 0
[R3-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.1.1.0 0.0.0.255
[R3-ospf-1-area-0.0.0.0]network 3.3.3.3 0.0.0.255

•  R3 OSPF配置命令如下：

[R4]ospf router-id 4.4.4.4
[R4-ospf-1]area 0
[R4-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.1.1.0 255.255.255.0 
[R4-ospf-1-area-0.0.0.0]network 4.4.4.4 0.0.0.255

（3）实验调试 

• 查看R1接口的ospf状态，命令如下：

[R1]display ospf interface g0/0/0   //查看g0/0/0接口的ospf

 

接口ospf状况分析：
 
	 OSPF Process 1 with Router ID 1.1.1.1
 
//ospf的进程号为1，router-id为1.1.1.1
 
Interfaces 
 Interface: 10.1.1.1 (GigabitEthernet0/0/0)   
 
 //接口为g0/0/0，接口IP地址10.1.1.1
 
 Cost: 1       State: DR        Type: Broadcast    MTU: 1500  
 
//该接口的开销值为1，状态为本网络中的DR，链路类型为广播型网络，接口的MTU（最大传输单元）为1500
 
Priority: 1
//DR的优先级为1
 
 Designated Router: 10.1.1.1   
 //本网络中的DR为10.1.1.1
 
 Backup Designated Router: 10.1.1.2
//本网络中的BDR为10.1.1.2
 
 Timers: Hello 10 , Dead 40 , Poll  120 , Retransmit 5 , Transmit Delay 1 
//Hello报文间隔时间为10s，设备失效时间为40s（40s内没收到邻居发送的hello报文，则认为该设备失效）

• 查看R3与R4的邻居关系 

display  ospf  peer  brief     //查看R3与R4的邻居状态

 Area Id          Interface                        Neighbor id      State    
 0.0.0.0          GigabitEthernet0/0/0             1.1.1.1          Full        
 0.0.0.0          GigabitEthernet0/0/0             2.2.2.2          Full        
 0.0.0.0          GigabitEthernet0/0/0             3.3.3.3          2-Way     
 
邻居关系状态分析：
full：表示已经建立了邻接关系，并且双方数据库已经同步；
2-way：在广播型网络中，非指定路由器之间的状态会停留在2-way