ospf路由計算過程及報文(很好)

1、OSPFOSPF路由計算過程11點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本本章要點OSPF概念ospf幾種報文格式ospf路由生成原理2OSPF開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議鏈路狀態(tài)路由對網(wǎng)絡(luò)發(fā)生的變化能夠快速響應(yīng)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變化的時候發(fā)送觸發(fā)式更新（triggered update）。發(fā)送周期性更新（鏈路狀態(tài)刷新）3OSPF網(wǎng)絡(luò)類型3種點到點、廣播型、NBMA擴展5種點到點，廣播，NBMA，點到多點，虛鏈路點到點：一個網(wǎng)絡(luò)里僅有2個接口，使用HDLC或PPP封裝，不需尋址廣播型：廣播型多路訪問，目前而言指的就是以太網(wǎng)鏈路，涉及IP 和Mac，用ARP實現(xiàn)二層和三層映射。 NBMA：網(wǎng)絡(luò)中允許存

2、在多臺Router，物理上鏈路共享，通過二層虛鏈路（VC）建立邏輯上的連接4OSPF協(xié)議計算路由過程RTCRTBRTARTD1235LSDBRTA的LSARTB的LSARTC的LSARTD的LSAACBD1235(一)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(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333355OSPF的五種協(xié)議報文IP封裝，協(xié)議號89五種報文，長度相同，24字節(jié)Hello報文發(fā)現(xiàn)及維持鄰居關(guān)系，選舉DR，BDRDD報文本地LSDB的摘要LSR報文向?qū)Χ苏埱蟊径藳]有或?qū)Χ说母碌?/p>

3、LSALSU報文向?qū)Ψ桨l(fā)送其需要的LSALSAck報文收到LSU之后，進行確認667OSPF報文頭部Version8比特OSPF的版本號。對于OSPFv2來說，其值為2Type8比特OSPF報文的類型。1：Hello報文；2：DD報文；3：LSR報文；4：LSU報文；5：LSAck報文Packetlength 16比特OSPF報文的總長度，包括報文頭在內(nèi)，單位為字節(jié)RouterID 32比特發(fā)送該報文的路由器標(biāo)識AreaID 32比特發(fā)送該報文的所屬區(qū)域Checksum 16比特包含除了認證字段的整個報文的校驗和AuType 16比特 驗證類型： 0：不驗證； 1：簡單認證； 2：MD5認證A

4、uthentication 64比特 其數(shù)值根據(jù)驗證類型而定。當(dāng)驗證類型為0時未作定義；類型為1時此字段為密碼信息；類型為2時此字段包括Key ID、MD5驗證數(shù)據(jù)長度和序列號的信息8Hello報文 最常用的一種報文，其作用為建立和維護鄰接關(guān)系，周期性的在使能了OSPF的接口上發(fā)送。報文內(nèi)容包括一些定時器的數(shù)值、DR、BDR以及自己已知的鄰居。Options8比特可選項：E：允許FloodAS-external-LSAs；MC：轉(zhuǎn)發(fā)IP組播報文；N/P：處理Type-7LSAs；DC：處理按需鏈路。NetworkMask32比特發(fā)送Hello報文的接口所在網(wǎng)絡(luò)的掩碼。Hellointerval

5、16比特發(fā)送Hello報文的時間間隔。默認為10秒RtrPri 8比特DR優(yōu)先級。默認為1。說明：如果設(shè)置為0，則路由器不能參與DR/BDR的選舉。RouterDeadInterval32比特失效時間。如果在此時間內(nèi)未收到鄰居發(fā)來的Hello報文，則認為鄰居失效。默認為40秒。DesignatedRouter32比特DR的接口地址BackupDesignatedRouter32比特BDR的接口地址peer 32比特鄰居，以RouterID標(biāo)識。9在同一網(wǎng)段上的路由器，其Hellointerval和RouterDeadInterval必須分別一致，否則不能形成鄰居關(guān)系。NBMA網(wǎng)絡(luò)上多一種Pol

6、lIntervalHello報文在不同鏈路上的發(fā)送：在廣播鏈路上，Hello報文每Hellointerval發(fā)送往組播地址；在虛連接鏈路上，Hello報文以單播形式每Hellointerval發(fā)送到對端；在P2P和P2MP鏈路上，Hello報文每Hellointerval發(fā)送往組播地址；在NBMA鏈路上，Hello報文以單播發(fā)送：DR、BDR、有能力成為DR的路由器，Hello報文每Hellointerval發(fā)送給每個鄰居；Hello報文發(fā)送的間隔取決于鄰居的狀態(tài)：只有當(dāng)鄰居的狀態(tài)為Down時，發(fā)送間隔為Pollinterval(默認120s)；其它情況為Hellointerval(默認10s

7、)。10DD報文兩臺路由器在鄰接關(guān)系初始化時，用DD報文（DatabaseDescriptionPacket）來描述自己的LSDB，進行數(shù)據(jù)庫的同步。報文內(nèi)容包括LSDB中每一條LSA的Header（LSA的Header可以唯一標(biāo)識一條LSA）。LSAHeader只占一條LSA的整個數(shù)據(jù)量的一小部分，這樣可以減少路由器之間的協(xié)議報文流量，對端路由器根據(jù)LSAHeader就可以判斷出是否已有這條LSA。在兩臺路由器交換DD報文的過程中，一臺為Master，另一臺為Slave。由Master規(guī)定起始序列號，每發(fā)送一個DD報文序列號加1，Slave方使用Master的序列號作為確認11DD報文Int

8、erface MTU 16比特 在不分片的情況下，此接口最大可發(fā)出的IP報文長 度Options 8比特 可選項： E：允許Flood AS-external-LSAs； MC：轉(zhuǎn)發(fā)IP組播報文； N/P：處理Type-7 LSAs； DC：處理按需鏈路。I 1比特 當(dāng)發(fā)送連續(xù)多個DD報文時，如果這是第一個DD報文，則置為1，否則置為0。 M（More） 1比特 當(dāng)發(fā)送連續(xù)多個DD報文時，如果這是最后一個DD報文，則置為0。否則置為1，表示后面還有其他的DD報文。 M/S（Master/Slave） 1比特 當(dāng)兩臺OSPF路由器交換DD報文時，首先需要確定雙方的主從關(guān)系，Router ID大的

9、一方會成為Master。當(dāng)值為1時表示發(fā)送方為Master。 DD sequence number 32比特 DD報文序列號。主從雙方利用序列號來保證DD報文傳輸?shù)目煽啃院屯暾浴?LSA Headers - 該DD報文中所包含的LSA的頭部信息。12LSR報文兩臺路由器互相交換過DD報文之后，知道對端的路由器有哪些LSA是本地的LSDB所缺少的和哪些LSA是已經(jīng)失效的，這時需要發(fā)送LSR報文（LinkStateRequestPacket）向?qū)Ψ秸埱笏璧腖SA內(nèi)容包括所需要的LSA的摘要。LStype、LinkStateID和AdvertisingRouter可以唯一標(biāo)識出一個LSA，當(dāng)兩個

10、LSA一樣時，需要根據(jù)LSA中的LSsequencenumber、LSchecksum和LSage來判斷出所需要LSA的新舊。13LSR報文 LStype32比特LSA的類型號LinkStateID32比特根據(jù)LSA中的LSType和LSAdescription在路由域中描述一個LSAAdvertisingRouter32比特產(chǎn)生此LSA的路由器的RouterID14LSU報文用來向?qū)Χ寺酚善靼l(fā)送所需要的LSA，內(nèi)容是多條LSA（全部內(nèi)容）的集合。LSU報文（LinkStateUpdatePacket）在支持組播和廣播的鏈路上是以組播形式將LSA泛洪出去。為了實現(xiàn)Flooding的可靠性傳輸，

11、需要LSAck報文對其進行確認。對沒有收到確認報文的LSA進行重傳，重傳的LSA是直接發(fā)送到鄰居的。15LSU報文NumberofLSAs32比特LSA的數(shù)量16LSAck報文用來對接收到的LSU報文進行確認。內(nèi)容是需要確認的LSA的Header（一個LSAck報文可對多個LSA進行確認）。LSAck（LinkStateAcknowledgmentPacket）報文根據(jù)不同的鏈路以單播或組播的形式發(fā)送17LSAck報文LSAsHeaders-通過LSA的頭部信息確認收到該LSA18DR（Designated Router）RTARTBRTCRTDRTERTCRTDRTARTBRTERTCRTD

12、RTARTBRTE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)拓撲結(jié)構(gòu)BDR1919DR（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路由器都認為自己是DR所有的候選人都認為自己應(yīng)該當(dāng)村長；（4）投票選priority值最大的，若priority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2020DR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

13、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；2121鄰接關(guān)系的形成與維持通過HELLO報文形成鄰接關(guān)系鄰居建立后，還需要通過HELLO報文進行鄰居關(guān)系的維持，有兩個定時器來進行這項工作：HELLO TIME：缺省為10秒（對于NBMA網(wǎng)絡(luò)為30秒）DEAD TIME：缺省為4倍的HELLO TIME2222鄰接關(guān)系形成后開始相互交流數(shù)據(jù)

14、庫交換過程主從協(xié)商DD交換LSA請求LSA傳播LSA應(yīng)答2323OSPF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， M

15、S = 0 ) DD ( 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2424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2525主從(

16、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MasterSlaveMasterSlave2626交換過程172.16.5.1/24E0172.16.5.2/24E1ABDown狀態(tài) 2727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)AB2828交換過程172.16.5.1/24E0我是路由器，id為ID 172.16.5.2, 我看到了172.16.5.1.172.

17、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 E12929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：172.16.5.1/24, int E13030探尋路由信息E017

18、2.16.5.1DRE0172.16.5.3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)3131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）.DBDafadjfjorqpoeru39547439070713E0172.16.5.1DRE0172.

19、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3232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！LSAckafadjfjorqpoeru39547439070713LSAckafadjfjorqpoeru39547439070713DR3333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

20、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！3434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)172.1

21、6.6.0/24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！3535OSPF協(xié)議路由計算過程LSDBLSA of RTALSA of RTBLSA of RTCLSA of RT

22、D(2)每臺路由器的LSDB(3)由鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫生成 帶權(quán)有向圖CABD1235CABD123CABD123CABD123CABD123(1)網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)(4)每臺路由器分別以自己為根節(jié)點計算最小生成樹RTARTBRTCRTD321536LSA工作原理37鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫同步3838Hello協(xié)議Type1表示這是一個Hello報文Hello報文中含有鄰居列表 3939驗證合法Hello報文Version #Area IDAuthenticationAuthenticationNetwork MaskHelloIntervalRouterDeadInterval灰色區(qū)域的字段和Options

23、字段中的E-bit必須和接收端口的配置一致AuType4040端口狀態(tài)變換LoopbackDownP-to-PWaitingBackupDROtherDR?UnloopIndInterfaceUpWaitTimerBackupSeenNeighbor ChangeNeighbor ChangeNeighbor Change4141點到點、點到多點網(wǎng)段和虛連接的端口狀態(tài)機當(dāng)前狀態(tài)事件新狀態(tài)動作LoopbackUnloopIndDown無動作Down InterfaceUpPoint-to-point啟動Hello Timer定時器，開始從端口上周期性發(fā)送Hello報文任何狀態(tài)LoopIndLoo

24、pback重置所有端口參數(shù)，關(guān)閉所有端口定時器任何狀態(tài)InterfaceDownDown 重置所有端口參數(shù)，關(guān)閉所有端口定時器4242選舉DR和BDREthernet10.1.1.310.1.1.210.1.1.190BDRDR100120紅色數(shù)字表示端口上的Router Priority我來晚了，不能立刻成為DR或者BDR了，雖然我的Router Priority是最大的4343鄰居狀態(tài)變換（Hello協(xié)議相關(guān)）2-WayAttemptInitDownExStartStartHello ReceivedHello Received1-Way Received2-Way ReceivedDR和

25、BDR在此狀態(tài)選舉4444鄰居狀態(tài)機（Hello協(xié)議相關(guān)）當(dāng)前狀態(tài)事件新狀態(tài)動作DownStart Attempt開始向鄰居發(fā)送Hello報文，并開啟相關(guān)鄰居的Inactivity Timer定時器AttemptHelloReceivedInit 重啟該鄰居的Inactivity Timer定時器DownHelloReceivedInit啟動該鄰居的Inactivity Timer定時器4545鄰居狀態(tài)機（Hello協(xié)議相關(guān)）當(dāng)前狀態(tài)事件新狀態(tài)動作Init2-WayReceived2-Way或ExStart檢測是否需要和該鄰居建立鄰接關(guān)系，如果需要，新狀態(tài)是ExStart，如果不需要，新狀態(tài)是

26、2-Way2-Way1-WayReceivedInit重啟該鄰居的Inactivity Timer定時器4646是否和鄰居建立鄰接關(guān)系網(wǎng)絡(luò)類型是否和鄰居建立鄰接關(guān)系Point-to-point總是和鄰居建立鄰接關(guān)系Point-to-MultiPoint總是和鄰居建立鄰接關(guān)系Virtual link總是和鄰居建立鄰接關(guān)系BroadcastNBMADR總是和其他所有路由器包括BDR建立鄰接關(guān)系；BDR總是和其他所有路由器包括DR建立鄰接關(guān)系；處于DROther端口狀態(tài)的路由器只與DR和BDR建立鄰接關(guān)系4747舉例RTARTBPoint-to-point1Down Init2Down Init E

27、xStart3Init ExStartHello, 沒有發(fā)現(xiàn)鄰居Hello, 鄰居有RTADD報文InitExStart4848鄰居狀態(tài)變換（數(shù)據(jù)庫同步相關(guān)）ExStartExchangeLoadingFullNegotiationDoneExchange DoneLoading Done4949ExStart和ExchangeRTARTB鄰接關(guān)系11.1.1.12.2.2.2ExStartInit ExStartExStart ExchangeExStartExchangeExStart ExchangeDD, Seq=552A, I, M, MS2DD, Seq=5528, I, M, M

28、S3DD, Seq=5528Master角色45ExchangeDD, Seq=5529, MSDD, Seq=5529ExchangeExchangeExchange LoadingExchange Full5050ExStart和ExchangeRTARTB鄰接關(guān)系11.1.1.12.2.2.2ExStartInit ExStartExStart ExchangeExStartExchangeExStart ExchangeDD, Seq=552A, I, M, MS2DD, Seq=5528, I, M, MS3DD, Seq=5528Master角色45ExchangeDD, Seq=5529, MSDD, Seq=5529ExchangeExchangeExchange LoadingExchange Full5151LS Sequence Number和LS Age使用LS sequence number檢查過期和重復(fù)的LSA越小的LS age值說明LSA越新5252Loading和FullRTARTB1LoadingLS Request鄰接關(guān)系Full2LS Update3LS AckFullFullLoading FullFull5353包含在各種報文中的LSA信息Packet類型LSA信息Database Descr