路由交換技術(shù)電子教案-ch08-搭建中型企業(yè)網(wǎng)絡(luò)（一）

教案序號(hào)17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)（一）教學(xué)目的1.了解OSPF的基本概念教學(xué)重點(diǎn)1.理解OSPF的協(xié)議類型。教學(xué)難點(diǎn)1.掌握DR與BDR的選舉機(jī)制。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7.1距離矢量型與鏈路狀態(tài)型路由協(xié)議距離矢量型路由協(xié)議（如RIP協(xié)議）與鏈路狀態(tài)型路由協(xié)議（如OSPF協(xié)議）的區(qū)別主要體現(xiàn)在5個(gè)方面。一是信息傳遞，距離矢量型傳遞路由條目，而鏈路狀態(tài)型傳遞路由信息和拓?fù)湫畔?；二是路由?jì)算，距離矢量型基于鄰居計(jì)算，而鏈路狀態(tài)型基于自身拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算；三是更新方式，距離矢量型發(fā)送周期性完整更新，而鏈路狀態(tài)型發(fā)送非周期性部分更新；四是環(huán)路問(wèn)題，距離矢量型可能形成環(huán)路，而鏈路狀態(tài)型則通過(guò)算法避免環(huán)路；五是資源消耗，鏈路狀態(tài)型消耗更多內(nèi)存和CPU，但收斂速度更快。1距離矢量路由協(xié)議運(yùn)行距離矢量路由協(xié)議（如RIP協(xié)議）的路由器會(huì)接收來(lái)自其他同樣運(yùn)行該協(xié)議的路由器的路由信息，基于這些信息，路由器評(píng)估到達(dá)某個(gè)特定網(wǎng)絡(luò)的最佳路徑，判斷依據(jù)為距離和方向。這里的距離指的是從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)所經(jīng)過(guò)的跳數(shù)，它代表了數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中需要經(jīng)過(guò)多少路由器才能到達(dá)目的地。而方向則指的是數(shù)據(jù)包應(yīng)該通過(guò)哪個(gè)接口或發(fā)送到哪個(gè)下一跳地址來(lái)沿著這條最佳路徑前進(jìn)。這里以RIP協(xié)議為例。初始狀態(tài)，各臺(tái)路由器只有自己的直連路由，圖8-3為各臺(tái)路由器的初始狀態(tài)的路由信息。圖8-3初始狀態(tài)的路由信息接下來(lái)，相鄰的路由器會(huì)互相分享自己的路由信息，每臺(tái)路由器會(huì)從自己相鄰的路由器學(xué)習(xí)到自己沒(méi)有的路由條目，以及Cost值更高的路由條目，表示自己去往相同的目的地通過(guò)相鄰的路由器到達(dá)。比如R1與R2互相交換路由信息，R1從R2學(xué)習(xí)到10.1.23.0/24，Cost值增加1，下一跳為10.1.12.2。R2從R1學(xué)習(xí)到1.1.1.1/32，Cost值增加1，下一跳為10.1.12.1。R2與R3互相交換路由信息，學(xué)習(xí)過(guò)程與R1和R2類似。第一輪互相交換路由信息后，每臺(tái)路由器的路由表如圖8-4所示。圖8-4第一輪交換路由信息后各路由器的路由信息第R2與R3互相交換路由信息，R3從R2學(xué)習(xí)到1.1.1.1/32，Cost值增加1，下一跳為10.1.23.2。第二輪互相交換路由信息后，所有路由器的路由表收斂，每臺(tái)路由器最終的路由表信息如圖8-5所示。圖8-5第二輪交換路由信息后各路由器的路由信息2鏈路狀態(tài)型路由協(xié)議當(dāng)運(yùn)行鏈路狀態(tài)路由協(xié)議（如OSPF協(xié)議）的路由器啟動(dòng)時(shí)，它會(huì)主動(dòng)與其他同樣運(yùn)行該協(xié)議的路由器建立鄰接關(guān)系。在這個(gè)過(guò)程中，路由器并不會(huì)交換整個(gè)路由表，而是相互同步鏈路狀態(tài)信息。這些信息描述了網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、鏈路成本以及其他相關(guān)屬性。一旦接收到鄰居路由器發(fā)送的鏈路狀是一個(gè)全面的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫(kù)，它包含了路由器所知道的所有鏈路狀態(tài)信息。接下來(lái)，路由器會(huì)基于其LSDB運(yùn)行Dijkstra算法。這個(gè)算法的目的是計(jì)算出一個(gè)以自己為根節(jié)點(diǎn)的無(wú)環(huán)最短路徑樹。這個(gè)樹形結(jié)構(gòu)代表了從該路由器到達(dá)其他所有網(wǎng)絡(luò)的最短路徑。在計(jì)算出最短路徑樹之后，路由器會(huì)基于這個(gè)樹形結(jié)構(gòu)來(lái)確定到達(dá)各個(gè)網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)路徑，并將這些最優(yōu)路徑作為路由條目添加到自己的路由表中。這樣，當(dāng)路由器需要轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包時(shí)，它會(huì)查找路由表，選擇最優(yōu)的路徑來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。7.2OSPF網(wǎng)絡(luò)類型

O如何與路由器建立鄰接關(guān)系以及如何進(jìn)行通信。以下是OSPF所支持的主要網(wǎng)絡(luò)類型。1點(diǎn)到點(diǎn)類型（Point-to-Point，P2P）在默認(rèn)配置下，當(dāng)鏈路層協(xié)議為PPP、HDLC或LAPB時(shí)，OSPF將網(wǎng)絡(luò)類型識(shí)別為P2P。在這種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，OSPF協(xié)議報(bào)文（包括Hello、數(shù)據(jù)庫(kù)描述DD、鏈路狀態(tài)請(qǐng)求LSR、鏈路狀態(tài)更新LSU及鏈路狀態(tài)確認(rèn)LSAck報(bào)文）均采用組播地址224.0.0.5進(jìn)行傳輸，如圖8-6所示。圖8-6點(diǎn)到點(diǎn)類型2廣播類型（Broadcast）這種網(wǎng)絡(luò)允許多個(gè)設(shè)備同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，并且有一個(gè)廣播地址。例如，以太網(wǎng)就是一個(gè)典型的廣播多路訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)，如圖8-7所示。圖8-7廣播類型3非廣播多路訪問(wèn)類型（Non-BroadcastMulti-Access，NBMA）當(dāng)鏈路層協(xié)議選擇為幀中繼或X.25時(shí)，OSPF協(xié)議默認(rèn)會(huì)將網(wǎng)絡(luò)類型視為NBMA。在這種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，OSPF通過(guò)單播方式傳輸其協(xié)議報(bào)文，具體包括Hello報(bào)文、數(shù)據(jù)庫(kù)描述（DD）報(bào)文、鏈路狀態(tài)請(qǐng)求（LSR）報(bào)文、鏈路狀態(tài)更新（LSU）報(bào)文以及鏈路狀態(tài)確認(rèn)（LSAck）報(bào)文，如圖8-8所示。圖8-8非廣播多路訪問(wèn)類型4點(diǎn)到多點(diǎn)類型（Point-to-MultiPoint）鏈路層協(xié)議本身并不默認(rèn)被視為點(diǎn)到多點(diǎn)類型。相反，點(diǎn)到多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)類型的配置通常需要通過(guò)其他網(wǎng)絡(luò)類型強(qiáng)制更改，該類型以組播形式（224.0.0.5）發(fā)送Hello報(bào)文，以單播形式發(fā)送其他協(xié)議報(bào)文（DD報(bào)文、LSR報(bào)文、LSU報(bào)文、LSAck報(bào)文），如圖8-9所示。圖8-9點(diǎn)到多點(diǎn)類型7.3DR與BDR

在廣播網(wǎng)絡(luò)（Broadcast）和非廣播多路訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)（NBMA）中，存在著指定路由器（DesignatedRouter，DR）和備份指定路由器（BackupDesignatedRouter，BDR）的選舉機(jī)制。這兩種網(wǎng)絡(luò)類型因?yàn)樗鼈兊耐ㄐ盘匦裕枰狣R和BDR來(lái)協(xié)助進(jìn)行OSPF的運(yùn)行和鄰接關(guān)系的建立。相對(duì)而言，在點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)和點(diǎn)到多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中，由于連接方式的特殊性，不存在廣播或多路訪問(wèn)的問(wèn)題，因此不需要選舉DR和BDR。這些網(wǎng)絡(luò)中，每對(duì)相鄰路由器之間都可以直接通信，并且可以直接建立OSPF鄰接關(guān)系。一個(gè)擁有n個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)（物理拓?fù)鋱D如圖8-10所示），假如節(jié)點(diǎn)兩兩之間需要建立鄰接關(guān)系，則需要個(gè)鄰接關(guān)系，而如果選舉出DR與BDR后，只需要DROther（既不是DR也不是BDR）分別與DR和BDR建立鄰接關(guān)系，鄰接關(guān)系只需要個(gè)，大大減少了通信開銷。如圖8-11所示，左邊對(duì)圖8-10建立所有節(jié)點(diǎn)之間的完全鄰接關(guān)系，也就是不選舉DR/BDR，任意節(jié)點(diǎn)之間建立鄰接關(guān)系，鄰接關(guān)系的數(shù)量需要10個(gè)。圖8-11右邊是選舉出BR/BDR的網(wǎng)絡(luò)，建立完全鄰接關(guān)系的數(shù)量只需要7個(gè)。圖8-10網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)鋱DLINKWord.Document.8"E:\\馬金鳳\\郵電\\A20241242路由與交換技術(shù)（初級(jí)）\\ZW.doc""OLE_LINK3"\a\r圖8-11DR/BDR減少鄰接關(guān)系數(shù)量DR的主要職責(zé)是代表整個(gè)網(wǎng)絡(luò)與其他OSPF路由器進(jìn)行交互，從而減少不必要的通信開銷。它負(fù)責(zé)收集網(wǎng)絡(luò)鏈路狀態(tài)信息，運(yùn)行Dijkstra算法計(jì)算最短路徑，并將結(jié)果分發(fā)給網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的其他路由器。此外，DR還負(fù)責(zé)與其他DR之間建立鄰接關(guān)系，以同步鏈路狀態(tài)信息。BDR是DR的備份路由器，它在DR失效時(shí)接替DR的角色，確保網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。BDR同樣與網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的其他路由器建立鄰接關(guān)系，并同步鏈路狀態(tài)信息。這樣，當(dāng)DR出現(xiàn)故障時(shí)，BDR可以迅速接管其職責(zé)，無(wú)需重新進(jìn)行選舉和鄰接關(guān)系建立過(guò)程，從而減少了網(wǎng)絡(luò)中斷的時(shí)間。在OSPF中，DR和BDR的選舉是基于路由器的優(yōu)先級(jí)和RouterID進(jìn)行的。RouterID是一個(gè)用于在自治系統(tǒng)（AS）中唯一標(biāo)識(shí)一臺(tái)運(yùn)行OSPF路由器的32位二進(jìn)制數(shù)。RouterID可以通過(guò)手動(dòng)配置來(lái)設(shè)置，如果未進(jìn)行手動(dòng)配置，首選的是配置在路由器上的最高Loopback接口地址，如果未配置Loopback接口，則會(huì)選擇最高的活動(dòng)物理接口地址作為RouterID。優(yōu)先級(jí)是可以通過(guò)配置進(jìn)行設(shè)置的，而RouterID則是每臺(tái)路由器的唯一標(biāo)識(shí)。具有最高優(yōu)先級(jí)的路由器將被選為DR，如果優(yōu)先級(jí)相同，則具有最高RouterID的路由器將成為DR。BDR的選舉過(guò)程類似，是除DR外優(yōu)先級(jí)最高的路由器。需要注意的是，DR雖然中文名叫指定路由器，但是DR確是路由器的接口屬性。例如圖8-12所