路由交換技術(shù)電子教案-ch08-搭建中型企業(yè)網(wǎng)絡(luò)（二）

教案序號(hào)18周次授課形式講練結(jié)合授課章節(jié)名稱項(xiàng)目8搭建中型企業(yè)網(wǎng)絡(luò)（二）教學(xué)目的1.了解OSPF的基本概念2.理解OSPF協(xié)議原理教學(xué)重點(diǎn)1.掌握OSPF協(xié)議鄰接關(guān)系建立過程。教學(xué)難點(diǎn)1.理解OSPF的三張表。使用教具計(jì)算機(jī)、ppt、eNSP、觸摸白板課外作業(yè)復(fù)習(xí)本節(jié)，預(yù)習(xí)下節(jié)課后體會(huì)同學(xué)們對(duì)本堂課的掌握情況良好授課主要內(nèi)容本項(xiàng)目知識(shí)圖譜7.4OSPF的區(qū)域

在OSPF網(wǎng)絡(luò)中，可以通過劃分多個(gè)區(qū)域來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的靈活性和可擴(kuò)展性。如果整個(gè)OSPF網(wǎng)絡(luò)只包括一個(gè)區(qū)域，那么該網(wǎng)絡(luò)被稱為單區(qū)域OSPF網(wǎng)絡(luò)。在這種情況下，所有的OSPF路由器都屬于同一個(gè)區(qū)域，并且共享相同的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。然而，當(dāng)OSPF網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展到包含多個(gè)區(qū)域時(shí)，這種網(wǎng)絡(luò)就被稱為多區(qū)域OSPF網(wǎng)絡(luò)。多區(qū)域配置允許將網(wǎng)絡(luò)劃分為不同的邏輯部分，每個(gè)部分作為一個(gè)獨(dú)立的區(qū)域運(yùn)行OSPF協(xié)議。這種劃分有助于減少網(wǎng)絡(luò)中的路由信息交換量，提高路由計(jì)算的效率，并增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。每個(gè)區(qū)域維護(hù)自己的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，在OSPF網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)區(qū)域都有一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)符，稱為Area-ID。這個(gè)Area-ID是一個(gè)32位的二進(jìn)制數(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中，它通常被表示為十進(jìn)制數(shù)。在OSPF的多區(qū)域配置中，Area-ID為0的區(qū)域稱為為骨干區(qū)域（BackboneArea），而其他區(qū)域則被稱為非骨干區(qū)域。對(duì)于單區(qū)域OSPF網(wǎng)絡(luò)，它僅包含一個(gè)區(qū)域，這個(gè)區(qū)域必須是骨干區(qū)域，因?yàn)楣歉蓞^(qū)域是OSPF網(wǎng)絡(luò)中的核心，負(fù)責(zé)連接所有其他區(qū)域。在多區(qū)域OSPF網(wǎng)絡(luò)中，除了一個(gè)骨干區(qū)域外，還存在多個(gè)非骨干區(qū)域。每個(gè)非骨干區(qū)域都需要直接或間接地與骨干區(qū)域相連。直接相連意味著非骨干區(qū)域和骨干區(qū)域之間有物理連接。間接相連則通過虛鏈路（VirtualLink）技術(shù)實(shí)現(xiàn)，即使非骨干區(qū)域在物理上并不直接與骨干區(qū)域相連，但在邏輯上仍被視為與骨干區(qū)域直接相連。重要的是，非骨干區(qū)域之間不允許直接進(jìn)行通信。如果兩個(gè)非骨干區(qū)域需要通信，它們必須通過骨干區(qū)域進(jìn)行路由中轉(zhuǎn)。這種設(shè)計(jì)確保了OSPF網(wǎng)絡(luò)的層次性和穩(wěn)定性，因?yàn)樗械穆酚尚畔⒆罱K都會(huì)匯聚到骨干區(qū)域進(jìn)行處理和分發(fā)。如圖8-13所示，OSPF的區(qū)域?qū)傩允腔诮涌诘模琑3與R4之間的接口屬于Area0，是骨干區(qū)域，R1與R3之間的接口屬于Area1，是非骨干區(qū)域，R2與R3之間的接口屬于Area2，是非骨干區(qū)域。非骨干區(qū)域必須與骨干區(qū)域相連。圖8-13OSPF的區(qū)域7.5OSPF路由器的角色

OSPF路由器根據(jù)其位置或功能不同，有以下幾種類型。1．區(qū)域內(nèi)路由器（InternalRouter，IR）該類路由器的所有接口都屬于同一個(gè)OSPF區(qū)域。2．區(qū)域邊界路由器（AreaBorderRouter，ABR）該類路由器的接口同時(shí)屬于兩個(gè)以上的區(qū)域，但至少有一個(gè)接口屬于骨干區(qū)域。3．骨干路由器（BackboneRouter，BR）該類路由器至少有一個(gè)接口屬于骨干區(qū)域。4．自治系統(tǒng)邊界路由器（AutonomousSystemBoundaryRouter，ASBR）該類路由器與其他AS交換路由信息，只要一臺(tái)OSPF路由器引入了外部路由信息，它就成為ASBR。如圖8-14所示，區(qū)域內(nèi)路由器有R1、R2、R4、R5、R6和R8。區(qū)域邊界路由器有R3和R7，因?yàn)檫@兩臺(tái)路由器的第一接口連接著骨干區(qū)域，另一個(gè)接口連接其他非骨干區(qū)域。骨干路由器有R3、R4、R5、R6和R7，因?yàn)檫@幾臺(tái)路由器的至少一個(gè)接口屬于骨干區(qū)域。自治系統(tǒng)邊界路由器為R9，因?yàn)槠溥B接其他自治系統(tǒng)。R10和R11為其他AS設(shè)備。圖8-14OSPF路由器的角色7.6OSPF報(bào)文類型OSPF的報(bào)文是直接封裝在IP報(bào)文中，IP報(bào)文頭部的協(xié)議字段值為89。在OSPF中，路由器之間交換的信息被組織成不同的報(bào)文類型，如圖8-15所示，這些報(bào)文類型有5種，分別是Hello報(bào)文，用于發(fā)現(xiàn)和維持鄰居關(guān)系。DD（DatabaseDescription，數(shù)據(jù)庫描述）報(bào)文，用于描述本地鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容。LSR（LinkStateRequest，鏈路狀態(tài)請(qǐng)求）報(bào)文，用于列出需要請(qǐng)求的所有LSA的頭部信息。LSU（LinkStateUpdate，鏈路狀態(tài)更新）報(bào)文，用于將新的或更新的LSA傳播到OSPF區(qū)域內(nèi)的其他路由器。LSAck報(bào)文，用于確認(rèn)已經(jīng)成功接收到LSU報(bào)文。圖8-15OSPF報(bào)文類型7.7鄰居與鄰接當(dāng)路由器A的某個(gè)接口與路由器B的某個(gè)接口處于相同二層網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，我們稱A與B“相鄰”，對(duì)于這種“相鄰”關(guān)系的不同程度，在OSPF中用鄰居（Neighbor）和鄰接（Adjacency）來描述。當(dāng)報(bào)文。如果兩臺(tái)相鄰的路由器相互發(fā)送的Hello報(bào)文內(nèi)容完全匹配，那么它們將建立鄰居關(guān)系。特別要注意報(bào)文內(nèi)容完全一致。這種一致性確保了雙方都能理解對(duì)方的Hello報(bào)文，從而建立起穩(wěn)定的鄰居關(guān)系。因此，在OSPF中，相鄰關(guān)系并不自動(dòng)等同于鄰居關(guān)系，只有當(dāng)Hello報(bào)文內(nèi)容一致時(shí)，相鄰的路由器才會(huì)形成鄰居關(guān)系。當(dāng)時(shí)，它們會(huì)啟動(dòng)鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫（LSDB）同步過程。成功完成LSDB同步后，這兩臺(tái)路由器的鄰接關(guān)系建立成功。當(dāng)兩臺(tái)路由器形成鄰居關(guān)系，并且它們之間的二層網(wǎng)絡(luò)類型是廣播（Broadcast）或非廣播多路訪問（NBMA）時(shí)，會(huì)先進(jìn)行DR和BDR的選舉，如果碰巧這兩臺(tái)路由器中至少有一臺(tái)路由器是DR或BDR，那么這兩臺(tái)路由器會(huì)啟動(dòng)LSDB的同步，成功完成LSDB同步后，這兩臺(tái)路由器的鄰接關(guān)系建立成功。如果這兩臺(tái)路由器都不是DR或BDR，則它們不會(huì)進(jìn)行LSDB同步，因此無法形成鄰接關(guān)系。這一規(guī)則確保了廣播和非廣播多路訪問網(wǎng)絡(luò)中的路由器能夠有序地交換鏈路狀態(tài)信息，避免不必要的通信開銷。LSDB同步是通過交換OSPF的DD報(bào)文、LSR報(bào)文和LSU報(bào)文來實(shí)現(xiàn)的。通過這些報(bào)文的交互，路由器能夠識(shí)別彼此LSDB中的差異，并交換缺失或過時(shí)的鏈路狀態(tài)信息，直到雙方的LSDB完全一致。7.8鄰接關(guān)系建立過程

OSPF路由器會(huì)先與其他同樣運(yùn)行OSPF的路由器建立鄰居關(guān)系，一旦鄰居關(guān)系確立，這些路由器就會(huì)開始交換鏈路狀態(tài)通告（LSA），并利用這些通告來更新各自的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫（LSDB）。接著，每個(gè)路由器都會(huì)對(duì)其LSDB運(yùn)行最短路徑優(yōu)先SPF算法。這個(gè)算法的目的是以該路由器為起點(diǎn)，計(jì)算出到達(dá)所有其他網(wǎng)絡(luò)的最短路徑，計(jì)算的結(jié)果會(huì)被存入路由器的路由表中，從而指導(dǎo)數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)。在點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中建立OSPF鄰接關(guān)系的狀態(tài)圖，如圖8-16所示。圖8-16鄰接關(guān)系建立過程圖8-17為鄰接關(guān)系建立過程中的抓包。圖8-17鄰接關(guān)系建立過程中抓包1．鄰居關(guān)系（1）報(bào)文1默認(rèn)在P2P網(wǎng)絡(luò)上兩臺(tái)路由器的接口激活了OSPF協(xié)議，Down狀態(tài)是鄰居的初始狀態(tài)，表示沒有從鄰居收到任何信息。R1向R2發(fā)送Hello報(bào)文，目的地址為組播地址224.0.0.5，報(bào)文中包含了自己的RouterID（RouterID:1.1.1.1），還未識(shí)別到任何相鄰路由器（Neighbor:null）。R2收到后將狀態(tài)置為Init，此時(shí)為單向確認(rèn)。Init狀態(tài)表示路由器已經(jīng)從鄰居收到了Hello報(bào)文，但是自己的RouterID不在所收到的Hello報(bào)文的鄰居列表中。（2）報(bào)文2R2向R1發(fā)送Hello報(bào)文，目的地址為組播地址224.0.0.5，報(bào)文中包含了自己的RouterID（RouterID:2.2.2.2），還未識(shí)別到任何相鄰路由器（Neighbor:null）。R1收到后將狀態(tài)置為Init。（3）報(bào)文3R1在向R2發(fā)送Hello報(bào)文，目的地址為組播地址224.0.0.5，報(bào)文中包含了自己的RouterID（RouterID:1.1.1.1），識(shí)別到相鄰路由器（Neighbor:2.2.2.2）。R2收到后將狀態(tài)置為2-way。2-way狀態(tài)表示路由器發(fā)現(xiàn)自己的RouterID存在于收到的Hello報(bào)文的鄰居列表中，表示雙向確認(rèn)。雙向確認(rèn)包含兩層含義，一是R2發(fā)的第2個(gè)Hello報(bào)文R1確認(rèn)收到了，因?yàn)樵搱?bào)文中包含了R2的RouterID（Neighbor:2.2.2.2）；二是R2確認(rèn)收到了R1的Hello報(bào)文。至此，雙方的鄰居關(guān)系建立成功，雖然此時(shí)R1還是Init狀態(tài)，但是實(shí)際上雙方的鄰居關(guān)系已經(jīng)建立成功。2．主從關(guān)系協(xié)商、DD報(bào)文交換（4）報(bào)文4此時(shí)R1和R2已建立了鄰居關(guān)系，R2同時(shí)進(jìn)入Exstart狀態(tài)，下面會(huì)通過2個(gè)DD報(bào)文選舉主從設(shè)備。R2首先發(fā)送一個(gè)DD報(bào)文（Seq:Y,I:1,M:1,MS:1），為了協(xié)商主從關(guān)系，規(guī)定序列號(hào)（Seq:Y），這是R2的第一個(gè)DD報(bào)文（I:1），后面還有DD報(bào)文（M:1），宣稱自己是主設(shè)備Master（MS:1），此報(bào)文不含摘要。為了提高發(fā)送的效率，R1和R2首先了解對(duì)端數(shù)據(jù)庫中哪些LSA是需要更新的，如果某一條LSA在LSDB中已經(jīng)存在，就不再需要請(qǐng)求更新了。為了達(dá)到這個(gè)目的，R1和R2先發(fā)送DD報(bào)文，DD報(bào)文中包含了對(duì)LSDB中LSA的摘要描述（每一條摘要可以惟一標(biāo)識(shí)一條LSA）。為了保證在傳輸?shù)倪^程中報(bào)文傳輸?shù)目煽啃?，在DD報(bào)文的發(fā)送過程中需要確定雙方的主從關(guān)系，作為Master的一方定義一個(gè)序列號(hào)Seq，每發(fā)送一個(gè)新的DD報(bào)文將Seq加一，作為Slave的一方，每次發(fā)送DD報(bào)文時(shí)使用接收到的上一個(gè)Master的DD報(bào)文中的Seq。（5）報(bào)文5R1收到DD報(bào)文（報(bào)文4）后，跳過2-way狀態(tài)，直接進(jìn)入Exstart狀態(tài)。同時(shí)R1也會(huì)發(fā)送一個(gè)DD報(bào)文（Seq:X,I:1,M:1,MS:1），也是為了協(xié)商主從關(guān)系。規(guī)定序列號(hào)（Seq:X），這是R1的第一個(gè)DD報(bào)文（I:1），后面還有DD報(bào)文（M=1），也宣稱自己是主設(shè)備Master（MS:1），此報(bào)文不含摘要。（6）報(bào)文6雙方都達(dá)成共識(shí)，由于R2的RouterID較大，所以R2將成為真正的Master。此時(shí)，R1將鄰居狀態(tài)從ExStart變?yōu)镋xchange，并發(fā)送一個(gè)新的DD報(bào)文（Seq:Y,I:0,M:0,MS:0,摘要），序列號(hào)設(shè)置為R2在第4個(gè)報(bào)文中使用的序列號(hào)Y，此報(bào)文不是第一個(gè)DD報(bào)文（I:0），后面沒有DD報(bào)文了（M=0），宣稱自己是Slave（MS:0），此報(bào)文中包含了LSDB的摘要信息。（7）報(bào)文7R2收到報(bào)文后將鄰居狀態(tài)改為Exchange，并發(fā)現(xiàn)R1的LSDB中有一些LSA是自己沒有的，將自己鄰居狀態(tài)改為L(zhǎng)oading，進(jìn)入到LSDB同步狀態(tài)。R2向R1發(fā)送LSR（LSType:Router,LsID:1.1.1.1,adv:1.1.1.1）請(qǐng)求更新，要求R1給出這些鏈路狀態(tài)的詳細(xì)信息。這里的LSType、LsID和adv唯一表示一條LSA。（8）報(bào)文8R2回應(yīng)一個(gè)帶有摘要的DD報(bào)文（Seq:Y+1,I:0,M:0,MS:1,摘要），此時(shí)R2將報(bào)文的序列號(hào)Seq改為Y+1。R1收到報(bào)文后發(fā)現(xiàn)R2的數(shù)據(jù)庫中有一些LSA是自己沒有的，將自己鄰居狀態(tài)改為L(zhǎng)oading，進(jìn)入到LSDB同步狀態(tài)。3．LSDB同步（9）報(bào)文9R1用LSU來回應(yīng)R2的LSR（報(bào)文7），LSU報(bào)文中包含了那些被請(qǐng)求的鏈路狀態(tài)的詳細(xì)信息。R2在完成LSU報(bào)文的接收之后，且沒有其他待請(qǐng)求的LSA后，會(huì)將鄰居狀態(tài)從Loading變?yōu)镕ull。（10）報(bào)文10R1收到R2發(fā)來的帶有摘要DD報(bào)文（報(bào)文8），并發(fā)現(xiàn)R2的LSDB中有一些LSA是自己沒有的，于是向R2發(fā)送LSR請(qǐng)求更新，要求R2給出這些鏈路狀態(tài)的詳細(xì)信息。（11）報(bào)文11因?yàn)閺脑O(shè)備必須要對(duì)主設(shè)備發(fā)送的DD報(bào)文（報(bào)文8）作確認(rèn)，并且序列號(hào)要用主設(shè)備指定的序列號(hào)，所以R1發(fā)送一個(gè)確認(rèn)DD報(bào)文（Seq:Y+1,I:0,M:0,MS:0,確認(rèn)），用主設(shè)備R2發(fā)來的報(bào)文8的序列號(hào)Y+1。（12）報(bào)文12R2用LSU來回應(yīng)R1的LSR（報(bào)文10），LSU報(bào)文中包含了R1請(qǐng)求的鏈路狀態(tài)的詳細(xì)信息。R1在完成LSU報(bào)文的接收之后，且沒有其他待請(qǐng)求的LSA后，會(huì)將鄰居狀態(tài)從Loading變?yōu)镕ull。（13）報(bào)文13R2在收到R1的LSU后更新了自己的LSDB，所以R2再次發(fā)送一個(gè)全新的LSU給R1。（14）報(bào)文14R1在收到R2的LSU后也更新了自己的LSDB，所以R1也再次發(fā)送一個(gè)全新的LSU給R2。（15）報(bào)文15R2向R1發(fā)送LSAck報(bào)文，作為對(duì)R1發(fā)來的LSU報(bào)文的確認(rèn)。（16）報(bào)文16R1向R2發(fā)送LSAck報(bào)文，作為對(duì)R2發(fā)來的LSU報(bào)文的確認(rèn)。至此兩臺(tái)路由器的鄰接關(guān)系建立完畢。要完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)，需要按照?qǐng)D8-16搭建拓?fù)洌韵聻镽1與R2的配置。注意在抓包的時(shí)候一定注意要快速，不然鄰接關(guān)系建立過程稍縱即逝?；蛘呖梢栽趦膳_(tái)路由器中間加兩臺(tái)Hub，保存配置后，關(guān)閉所有設(shè)備，先同時(shí)開兩臺(tái)Hub，在Hub之間的接口開啟抓包軟件，然后再同時(shí)開啟兩臺(tái)路由器，這樣才能重現(xiàn)以上實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景。[R1]interfaceGigabitEthernet0/0/0[R1-GigabitEthernet0/0/0]ipaddress10.1.12.124[R1-GigabitEthernet0/0/0]ospfnetwork-typep2p[R1-GigabitEthernet0/0/0]quit[R1]ospf1router-id1.1.1.1[R1-ospf-1]area0[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]network10.1.12.00.0.0.255[R2]interfaceGigabitEthernet0/0/0[R2-GigabitEthernet0/0/0]ipaddress10.1.12.224[R2-GigabitEthernet0/0/0]ospfnetwork-typep2p[R2-GigabitEthernet0/0/0]quit[R2]ospf1router-id2.2.2.2[R2-ospf-1]area0[R2-ospf-1-area-0.0.0.0]network10.1.12.00.0.0.2557.9OSPF的Cost

OSPF協(xié)議以Cost（開銷）作為主要路由度量標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)某個(gè)接口激活了OSPF后，它會(huì)保持一個(gè)特定的接口Cost值。如果未特別設(shè)置，接口的Cost值將默認(rèn)為100Mbit/s除以接口的實(shí)際帶寬。其中，100Mbit/s是OSPF的默認(rèn)參考帶寬，但這個(gè)值是可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整的。簡(jiǎn)而言之，一條OSPF路由的總Cost值，可以理解為從目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)段到當(dāng)前路由器所經(jīng)過的所有入接口Cost值的累加和。如圖8-18所示，R1到達(dá)網(wǎng)絡(luò)8.8.8.0/24的Cost為40+30+20=90。圖8-18OSPF的Cost7.10OSPF的三張表

OSPF有三張重要的表項(xiàng)，OSPF鄰居表、LSDB表和OSPF路由表。1．OSPF鄰居表OSPF鄰居表的主要功能在于記錄OSPF路由器與其各個(gè)鄰居設(shè)備之間的狀態(tài)信息。這些信息包括鄰居設(shè)備是通過哪個(gè)接口被發(fā)現(xiàn)的、鄰居設(shè)備的Router-ID、當(dāng)前的鄰居狀態(tài)、在同步DD報(bào)文時(shí)確定的主從設(shè)備身份、鄰居設(shè)備的DR優(yōu)先級(jí)、鄰居設(shè)備所在二層網(wǎng)絡(luò)的DR和BDR的接口IP地址，以及鄰居設(shè)備接口的MTU（MaximumTransmissionUnit，最大傳輸單元）值等。這些信息對(duì)于網(wǎng)絡(luò)管理員來說至關(guān)重要，可以幫助他們更好地了解網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)并進(jìn)行故障排除。OSPF鄰居表使用displayospfpeer查看。<R1>displayospfpeer OSPFProcess1withRouterID1.1.1.1 NeighborsArea0.0.0.0interface10.1.12.1(GigabitEthernet0/0/0)'sneighborsRouterID:2.2.2.2Address:10.1.12.2State:FullMode:NbrisMasterPriority:1DR:10.1.12.2BDR:10.1.12.1MTU:0Deadtimerduein30secRetranstimerinterval:5Neighborisupfor00:04:12AuthenticationSequence:[0]2．OSPF鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫表LSDB表，即鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫表，是OSPF路由器用于存儲(chǔ)鏈路狀態(tài)信息的關(guān)鍵組件。該數(shù)據(jù)庫不僅保存了路由器自身生成的鏈路狀態(tài)通告（LSA），還存儲(chǔ)了從其他OSPF鄰居路由器接收到的LSA。每一條存儲(chǔ)在LSDB表中的LSA都會(huì)明確標(biāo)注其類型以及發(fā)送該LSA的路由器的唯一標(biāo)識(shí)RouterID，以確保信息的準(zhǔn)確性和可追溯性。LSDB表使用displayospflsdb查看。<R1>displayospflsdb OSPFProcess1withRouterID1.1.1.1 LinkStateDatabase Area:0.0.0.0TypeLinkStateIDAdvRouterAgeLenSequenceMetricRouter2.2.2.22.2.2.238336800000041Router1.1.1.11.1.1.138236800000031Network10.1.12.22.2.2.23833280000001