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

揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院教案序號17周次授課形式講練結(jié)合授課章節(jié)名稱項目8搭建中型企業(yè)網(wǎng)絡(luò)（一）教學目的1.了解OSPF的基本概念教學重點1.理解OSPF的協(xié)議類型。教學難點1.掌握DR與BDR的選舉機制。使用教具計算機、ppt、eNSP、觸摸白板課外作業(yè)復習本節(jié)，預(yù)習下節(jié)課后體會同學們對本堂課的掌握情況良好授課主要內(nèi)容本項目知識圖譜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撲信息；二是路由計算，距離矢量型基于鄰居計算，而鏈路狀態(tài)型基于自身拓撲數(shù)據(jù)庫計算；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)路問題，距離矢量型可能形成環(huán)路，而鏈路狀態(tài)型則通過算法避免環(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)議運行距離矢量路由協(xié)議（如RIP協(xié)議）的路由器會接收來自其他同樣運行該協(xié)議的路由器的路由信息，基于這些信息，路由器評估到達某個特定網(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)點到目的節(jié)點所經(jīng)過的跳數(shù)，它代表了數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中需要經(jīng)過多少路由器才能到達目的地。而方向則指的是數(shù)據(jù)包應(yīng)該通過哪個接口或發(fā)送到哪個下一跳地址來沿著這條最佳路徑前進。這里以RIP協(xié)議為例。初始狀態(tài)，各臺路由器只有自己的直連路由，圖8-3為各臺路由器的初始狀態(tài)的路由信息。圖8-3初始狀態(tài)的路由信息接下來，相鄰的路由器會互相分享自己的路由信息，每臺路由器會從自己相鄰的路由器學習到自己沒有的路由條目，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相鄰的路由器到達。比如R1與R2互相交換路由信息，R1從R2學習到10.1.23.0/24，Cost值增加1，下一跳為10.1.12.2。R2從R1學習到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，學習過程與R1和R2類似。第一輪互相交換路由信息后，每臺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學習到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)議當運行鏈路狀態(tài)路由協(xié)議（如OSPF協(xié)議）的路由器啟動時，它會主動與其他同樣運行該協(xié)議的路由器建立鄰接關(guān)系。在這個過程中，路由器并不會交換整個路由表，而是相互同步鏈路狀態(tài)信息。這些信息描述了網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(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)送的鏈路狀是一個全面的網(wǎng)絡(luò)拓撲數(shù)據(jù)庫，它包含了路由器所知道的所有鏈路狀態(tài)信息。接下來，路由器會基于其LSDB運行Dijkstra算法。這個算法的目的是計算出一個以自己為根節(jié)點的無環(huán)最短路徑樹。這個樹形結(jié)構(gòu)代表了從該路由器到達其他所有網(wǎng)絡(luò)的最短路徑。在計算出最短路徑樹之后，路由器會基于這個樹形結(jié)構(gòu)來確定到達各個網(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，當路由器需要轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包時，它會查找路由表，選擇最優(yōu)的路徑來轉(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)系以及如何進行通信。以下是OSPF所支持的主要網(wǎng)絡(luò)類型。1點到點類型（Point-to-Point，P2P）在默認配置下，當鏈路層協(xié)議為PPP、HDLC或LAPB時，OSPF將網(wǎng)絡(luò)類型識別為P2P。在這種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，OSPF協(xié)議報文（包括Hello、數(shù)據(jù)庫描述DD、鏈路狀態(tài)請求LSR、鏈路狀態(tài)更新LSU及鏈路狀態(tài)確認LSAck報文）均采用組播地址224.0.0.5進行傳輸，如圖8-6所示。圖8-6點到點類型2廣播類型（Broadcast）這種網(wǎng)絡(luò)允許多個設(shè)備同時發(fā)送數(shù)據(jù)，并且有一個廣播地址。例如，以太網(wǎng)就是一個典型的廣播多路訪問網(wǎng)絡(luò)，如圖8-7所示。圖8-7廣播類型3非廣播多路訪問類型（Non-BroadcastMulti-Access，NBMA）當鏈路層協(xié)議選擇為幀中繼或X.25時，OSPF協(xié)議默認會將網(wǎng)絡(luò)類型視為NBMA。在這種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，OSPF通過單播方式傳輸其協(xié)議報文，具體包括Hello報文、數(shù)據(jù)庫描述（DD）報文、鏈路狀態(tài)請求（LSR）報文、鏈路狀態(tài)更新（LSU）報文以及鏈路狀態(tài)確認（LSAck）報文，如圖8-8所示。圖8-8非廣播多路訪問類型4點到多點類型（Point-to-MultiPoint）鏈路層協(xié)議本身并不默認被視為點到多點類型。相反，點到多點網(wǎng)絡(luò)類型的配置通常需要通過其他網(wǎng)絡(luò)類型強制更改，該類型以組播形式（224.0.0.5）發(fā)送Hello報文，以單播形式發(fā)送其他協(xié)議報文（DD報文、LSR報文、LSU報文、LSAck報文），如圖8-9所示。圖8-9點到多點類型7.3DR與BDR

在廣播網(wǎng)絡(luò)（Broadcast）和非廣播多路訪問網(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）的選舉機制。這兩種網(wǎng)絡(luò)類型因為它們的通信特性，需要DR和BDR來協(xié)助進行OSPF的運行和鄰接關(guān)系的建立。相對而言，在點到點網(wǎng)絡(luò)和點到多點網(wǎng)絡(luò)中，由于連接方式的特殊性，不存在廣播或多路訪問的問題，因此不需要選舉DR和BDR。這些網(wǎng)絡(luò)中，每對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。一個擁有n個節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)（物理拓撲圖如圖8-10所示），假如節(jié)點兩兩之間需要建立鄰接關(guān)系，則需要個鄰接關(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，大大減少了通信開銷。如圖8-11所示，左邊對圖8-10建立所有節(jié)點之間的完全鄰接關(guān)系，也就是不選舉DR/BDR，任意節(jié)點之間建立鄰接關(guān)系，鄰接關(guān)系的數(shù)量需要10個。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。圖8-10網(wǎng)絡(luò)物理拓撲圖LINKWord.Document.8"E:\\馬金鳳\\郵電\\A20241242路由與交換技術(shù)（初級）\\ZW.doc""OLE_LINK3"\a\r圖8-11DR/BDR減少鄰接關(guān)系數(shù)量DR的主要職責是代表整個網(wǎng)絡(luò)與其他OSPF路由器進行交互，從而減少不必要的通信開銷。它負責收集網(wǎng)絡(luò)鏈路狀態(tài)信息，運行Dijkstra算法計算最短路徑，并將結(jié)果分發(fā)給網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的其他路由器。此外，DR還負責與其他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DR出現(xiàn)故障時，BDR可以迅速接管其職責，無需重新進行選舉和鄰接關(guān)系建立過程，從而減少了網(wǎng)絡(luò)中斷的時間。在OSPF中，DR和BDR的選舉是基于路由器的優(yōu)先級和RouterID進行的。RouterID是一個用于在自治系統(tǒng)（AS）中唯一標識一臺運行OSPF路由器的32位二進制數(shù)。RouterID可以通過手動配置來設(shè)置，如果未進行手動配置，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，則會選擇最高的活動物理接口地址作為RouterID。優(yōu)先級是可以通過配置進行設(shè)置的，而RouterID則是每臺路由器的唯一標識。具有最高優(yōu)先級的路由器將被選為DR，如果優(yōu)先級相同，則具有最高RouterID的路由器將成為DR。BDR的選舉過程類似，是除DR外優(yōu)先級最高的路由器。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所示，R4的G0/0/0連接著廣播型網(wǎng)絡(luò)1，G0/0/1連接著廣播型網(wǎng)絡(luò)2，在廣播型網(wǎng)絡(luò)1中，R4的G0/0/0被選舉為DR，而在廣播型網(wǎng)絡(luò)2中，R4的G0/0/1被選舉為DR。所以，DR是路由器接口屬性，而不是整個路由器。圖8-12DR是路由器接口屬性【作業(yè)】（1）OSPF將網(wǎng)絡(luò)劃分為哪幾種類型？（2）簡述距離矢量型與鏈路狀態(tài)型路由協(xié)議的區(qū)別？揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院教案序號18周次授課形式講練結(jié)合授課章節(jié)名稱項目8搭建中型企業(yè)網(wǎng)絡(luò)（二）教學目的1.了解OSPF的基本概念2.理解OSPF協(xié)議原理教學重點1.掌握OSPF協(xié)議鄰接關(guān)系建立過程。教學難點1.理解OSPF的三張表。使用教具計算機、ppt、eNSP、觸摸白板課外作業(yè)復習本節(jié)，預(yù)習下節(jié)課后體會同學們對本堂課的掌握情況良好授課主要內(nèi)容本項目知識圖譜7.4OSPF的區(qū)域

在OSPF網(wǎng)絡(luò)中，可以通過劃分多個區(qū)域來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的靈活性和可擴展性。如果整個OSPF網(wǎng)絡(luò)只包括一個區(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區(qū)域，并且共享相同的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。然而，當OSPF網(wǎng)絡(luò)擴展到包含多個區(qū)域時，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，每個部分作為一個獨立的區(qū)域運行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，提高路由計算的效率，并增強網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。每個區(qū)域維護自己的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，在OSPF網(wǎng)絡(luò)中，每個區(qū)域都有一個唯一的標識符，稱為Area-ID。這個Area-ID是一個32位的二進制數(shù)，在實際應(yīng)用中，它通常被表示為十進制數(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。對于單區(qū)域OSPF網(wǎng)絡(luò)，它僅包含一個區(qū)域，這個區(qū)域必須是骨干區(qū)域，因為骨干區(qū)域是OSPF網(wǎng)絡(luò)中的核心，負責連接所有其他區(qū)域。在多區(qū)域OSPF網(wǎng)絡(luò)中，除了一個骨干區(qū)域外，還存在多個非骨干區(qū)域。每個非骨干區(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行通信。如果兩個非骨干區(qū)域需要通信，它們必須通過骨干區(qū)域進行路由中轉(zhuǎn)。這種設(shè)計確保了OSPF網(wǎng)絡(luò)的層次性和穩(wěn)定性，因為所有的路由信息最終都會匯聚到骨干區(qū)域進行處理和分發(fā)。如圖8-13所示，OSPF的區(qū)域?qū)傩允腔诮涌诘?，R3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屬于兩個以上的區(qū)域，但至少有一個接口屬于骨干區(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，因為這兩臺路由器的第一接口連接著骨干區(qū)域，另一個接口連接其他非骨干區(qū)域。骨干路由器有R3、R4、R5、R6和R7，因為這幾臺路由器的至少一個接口屬于骨干區(qū)域。自治系統(tǒng)邊界路由器為R9，因為其連接其他自治系統(tǒng)。R10和R11為其他AS設(shè)備。圖8-14OSPF路由器的角色7.6OSPF報文類型OSPF的報文是直接封裝在IP報文中，IP報文頭部的協(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文類型，如圖8-15所示，這些報文類型有5種，分別是Hello報文，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)請求）報文，用于列出需要請求的所有LSA的頭部信息。LSU（LinkStateUpdate，鏈路狀態(tài)更新）報文，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報文，用于確認已經(jīng)成功接收到LSU報文。圖8-15OSPF報文類型7.7鄰居與鄰接當路由器A的某個接口與路由器B的某個接口處于相同二層網(wǎng)絡(luò)中時，我們稱A與B“相鄰”，對于這種“相鄰”關(guān)系的不同程度，在OSPF中用鄰居（Neighbor）和鄰接（Adjacency）來描述。當報文。如果兩臺相鄰的路由器相互發(fā)送的Hello報文內(nèi)容完全匹配，那么它們將建立鄰居關(guān)系。特別要注意報文內(nèi)容完全一致。這種一致性確保了雙方都能理解對方的Hello報文，從而建立起穩(wěn)定的鄰居關(guān)系。因此，在OSPF中，相鄰關(guān)系并不自動等同于鄰居關(guān)系，只有當Hello報文內(nèi)容一致時，相鄰的路由器才會形成鄰居關(guān)系。當時，它們會啟動鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫（LSDB）同步過程。成功完成LSDB同步后，這兩臺路由器的鄰接關(guān)系建立成功。當兩臺路由器形成鄰居關(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，會先進行DR和BDR的選舉，如果碰巧這兩臺路由器中至少有一臺路由器是DR或BDR，那么這兩臺路由器會啟動LSDB的同步，成功完成LSDB同步后，這兩臺路由器的鄰接關(guān)系建立成功。如果這兩臺路由器都不是DR或BDR，則它們不會進行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報文、LSR報文和LSU報文來實現(xiàn)的。通過這些報文的交互，路由器能夠識別彼此LSDB中的差異，并交換缺失或過時的鏈路狀態(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路由器會先與其他同樣運行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，每個路由器都會對其LSDB運行最短路徑優(yōu)先SPF算法。這個算法的目的是以該路由器為起點，計算出到達所有其他網(wǎng)絡(luò)的最短路徑，計算的結(jié)果會被存入路由器的路由表中，從而指導數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)。在點到點網(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）報文1默認在P2P網(wǎng)絡(luò)上兩臺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報文，目的地址為組播地址224.0.0.5，報文中包含了自己的RouterID（RouterID:1.1.1.1），還未識別到任何相鄰路由器（Neighbor:null）。R2收到后將狀態(tài)置為Init，此時為單向確認。Init狀態(tài)表示路由器已經(jīng)從鄰居收到了Hello報文，但是自己的RouterID不在所收到的Hello報文的鄰居列表中。（2）報文2R2向R1發(fā)送Hello報文，目的地址為組播地址224.0.0.5，報文中包含了自己的RouterID（RouterID:2.2.2.2），還未識別到任何相鄰路由器（Neighbor:null）。R1收到后將狀態(tài)置為Init。（3）報文3R1在向R2發(fā)送Hello報文，目的地址為組播地址224.0.0.5，報文中包含了自己的RouterID（RouterID:1.1.1.1），識別到相鄰路由器（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報文的鄰居列表中，表示雙向確認。雙向確認包含兩層含義，一是R2發(fā)的第2個Hello報文R1確認收到了，因為該報文中包含了R2的RouterID（Neighbor:2.2.2.2）；二是R2確認收到了R1的Hello報文。至此，雙方的鄰居關(guān)系建立成功，雖然此時R1還是Init狀態(tài)，但是實際上雙方的鄰居關(guān)系已經(jīng)建立成功。2．主從關(guān)系協(xié)商、DD報文交換（4）報文4此時R1和R2已建立了鄰居關(guān)系，R2同時進入Exstart狀態(tài)，下面會通過2個DD報文選舉主從設(shè)備。R2首先發(fā)送一個DD報文（Seq:Y,I:1,M:1,MS:1），為了協(xié)商主從關(guān)系，規(guī)定序列號（Seq:Y），這是R2的第一個DD報文（I:1），后面還有DD報文（M:1），宣稱自己是主設(shè)備Master（MS:1），此報文不含摘要。為了提高發(fā)送的效率，R1和R2首先了解對端數(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，就不再需要請求更新了。為了達到這個目的，R1和R2先發(fā)送DD報文，DD報文中包含了對LSDB中LSA的摘要描述（每一條摘要可以惟一標識一條LSA）。為了保證在傳輸?shù)倪^程中報文傳輸?shù)目煽啃裕贒D報文的發(fā)送過程中需要確定雙方的主從關(guān)系，作為Master的一方定義一個序列號Seq，每發(fā)送一個新的DD報文將Seq加一，作為Slave的一方，每次發(fā)送DD報文時使用接收到的上一個Master的DD報文中的Seq。（5）報文5R1收到DD報文（報文4）后，跳過2-way狀態(tài)，直接進入Exstart狀態(tài)。同時R1也會發(fā)送一個DD報文（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（Seq:X），這是R1的第一個DD報文（I:1），后面還有DD報文（M=1），也宣稱自己是主設(shè)備Master（MS:1），此報文不含摘要。（6）報文6雙方都達成共識，由于R2的RouterID較大，所以R2將成為真正的Master。此時，R1將鄰居狀態(tài)從ExStart變?yōu)镋xchange，并發(fā)送一個新的DD報文（Seq:Y,I:0,M:0,MS:0,摘要），序列號設(shè)置為R2在第4個報文中使用的序列號Y，此報文不是第一個DD報文（I:0），后面沒有DD報文了（M=0），宣稱自己是Slave（MS:0），此報文中包含了LSDB的摘要信息。（7）報文7R2收到報文后將鄰居狀態(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Loading，進入到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）請求更新，要求R1給出這些鏈路狀態(tài)的詳細信息。這里的LSType、LsID和adv唯一表示一條LSA。（8）報文8R2回應(yīng)一個帶有摘要的DD報文（Seq:Y+1,I:0,M:0,MS:1,摘要），此時R2將報文的序列號Seq改為Y+1。R1收到報文后發(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Loading，進入到LSDB同步狀態(tài)。3．LSDB同步（9）報文9R1用LSU來回應(yīng)R2的LSR（報文7），LSU報文中包含了那些被請求的鏈路狀態(tài)的詳細信息。R2在完成LSU報文的接收之后，且沒有其他待請求的LSA后，會將鄰居狀態(tài)從Loading變?yōu)镕ull。（10）報文10R1收到R2發(fā)來的帶有摘要DD報文（報文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請求更新，要求R2給出這些鏈路狀態(tài)的詳細信息。（11）報文11因為從設(shè)備必須要對主設(shè)備發(fā)送的DD報文（報文8）作確認，并且序列號要用主設(shè)備指定的序列號，所以R1發(fā)送一個確認DD報文（Seq:Y+1,I:0,M:0,MS:0,確認），用主設(shè)備R2發(fā)來的報文8的序列號Y+1。（12）報文12R2用LSU來回應(yīng)R1的LSR（報文10），LSU報文中包含了R1請求的鏈路狀態(tài)的詳細信息。R1在完成LSU報文的接收之后，且沒有其他待請求的LSA后，會將鄰居狀態(tài)從Loading變?yōu)镕ull。（13）報文13R2在收到R1的LSU后更新了自己的LSDB，所以R2再次發(fā)送一個全新的LSU給R1。（14）報文14R1在收到R2的LSU后也更新了自己的LSDB，所以R1也再次發(fā)送一個全新的LSU給R2。（15）報文15R2向R1發(fā)送LSAck報文，作為對R1發(fā)來的LSU報文的確認。（16）報文16R1向R2發(fā)送LSAck報文，作為對R2發(fā)來的LSU報文的確認。至此兩臺路由器的鄰接關(guān)系建立完畢。要完成這個實驗，需要按照圖8-16搭建拓撲，以下為R1與R2的配置。注意在抓包的時候一定注意要快速，不然鄰接關(guān)系建立過程稍縱即逝?；蛘呖梢栽趦膳_路由器中間加兩臺Hub，保存配置后，關(guān)閉所有設(shè)備，先同時開兩臺Hub，在Hub之間的接口開啟抓包軟件，然后再同時開啟兩臺路由器，這樣才能重現(xiàn)以上實驗場景。[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準。當某個接口激活了OSPF后，它會保持一個特定的接口Cost值。如果未特別設(shè)置，接口的Cost值將默認為100Mbit/s除以接口的實際帶寬。其中，100Mbit/s是OSPF的默認參考帶寬，但這個值是可以根據(jù)需要進行調(diào)整的。簡而言之，一條OSPF路由的總Cost值，可以理解為從目標網(wǎng)絡(luò)段到當前路由器所經(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，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)備是通過哪個接口被發(fā)現(xiàn)的、鄰居設(shè)備的Router-ID、當前的鄰居狀態(tài)、在同步DD報文時確定的主從設(shè)備身份、鄰居設(shè)備的DR優(yōu)先級、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），還存儲了從其他OSPF鄰居路由器接收到的LSA。每一條存儲在LSDB表中的LSA都會明確標注其類型以及發(fā)送該LSA的路由器的唯一標識RouterID，以確保信息的準確性和可追溯性。LSDB表使用displayospflsdb查看。<R1>displayospflsdb OSPFProcess1withRouterID1.1.1.1 LinkStateDatabase Area:0.0.0.0TypeLinkStateIDAdvRouterAgeLenSequenceMetricRouter2.2.2.22.2.2.238336800000041Router1.1.1.11.1.1.138236800000031Network10.1.12.22.2.2.2383328000000103．OSPF路由表OSPF路由表是一個匯集了各種路由信息的表格。它是基于OSPF路由器的視角，對鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫中的鏈路狀態(tài)信息運行最短路徑優(yōu)先（SPF）算法后得出的，包含了到達各個目的網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)路徑信息。在OSPF路由表中，每條路由記錄都包含了目的網(wǎng)絡(luò)地址、到達該目的網(wǎng)絡(luò)的開銷值、下一跳地址、通告這條路由信息的路由器標識以及該路由所屬的區(qū)域等重要信息。這些信息共同構(gòu)成了OSPF路由表，為路由器提供了轉(zhuǎn)發(fā)報文的決策依據(jù)。OSPF路由表使用displayiprouting-table查看。<R1>displayiprouting-tableRouteFlags:R-relay,D-downloadtofib------------------------------------------------------------------------------RoutingTables:PublicDestinations:7Routes:7Destination/MaskProtoPreCostFlagsNextHopInterface10.1.12.0/24Direct00D10.1.12.1GigabitEthernet0/0/010.1.12.1/32Direct00D127.0.0.1GigabitEthernet0/0/010.1.12.255/32Direct00D127.0.0.1GigabitEthernet0/0/0【作業(yè)】（1）路由表中包含哪些信息？（2）請簡述兩臺路由設(shè)備建立鄰接關(guān)系的全過程。揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院教案序號18周次授課形式講練結(jié)合授課章節(jié)名稱項目8搭建中型企業(yè)網(wǎng)絡(luò)（二）教學目的1.掌握OSPF區(qū)域的劃分方法2.掌握OSPF的配置教學重點1.掌握OSPF協(xié)議多區(qū)域數(shù)據(jù)配置。教學難點1.掌握使用OSPF的三張表進行排錯的方法。使用教具計算機、ppt、eNSP、觸摸白板課外作業(yè)復習本節(jié)，預(yù)習下節(jié)課后體會同學們對本堂課的掌握情況良好授課主要內(nèi)容本項目知識圖譜7.11OSPF基本配置1.創(chuàng)建并運行OSPF進程[Huawei]ospf[process-id|router-idrouter-id]OSPF進程通過唯一的進程ID（process-id）進行識別，默認情況下，該ID被設(shè)置為1。OSPF具備多進程能力，允許在同一設(shè)備上并行運行多個獨立的OSPF進程，這些進程之間不會相互干擾。此外，設(shè)備ID（router-id）可以通過手動配置來指定。若未進行手動設(shè)置，系統(tǒng)會自動從當前活動接口的IP地址中選擇一個作為設(shè)備的ID，這樣的設(shè)計確保了OSPF配置的靈活性和獨立性。2.創(chuàng)建并進入OSPF區(qū)域[Huawei-ospf-1]areaarea-idarea命令被用于在OSPF配置中創(chuàng)建新的區(qū)域，并能引導用戶進入該區(qū)域的配置界面。area-id作為區(qū)域標識符，可以接受兩種格式：十進制整數(shù)或點分十進制。其中，十進制整數(shù)的范圍廣泛，從0至4294967295。這提供靈活的OSPF區(qū)域配置選項。3.指定運行OSPF的接口[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0]networknetwork-addresswildcard-masknetwork命令用于配置運行OSPF協(xié)議的接口及其所屬區(qū)域。其中，network-address代表接口所在的網(wǎng)絡(luò)地址，而wildcard-mask是一個特殊的掩碼，通過將IP地址的標準掩碼進行位反轉(zhuǎn)（0變?yōu)?，1變?yōu)?）來生成。4.配置OSPF接口開銷[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]ospfcostcostospfcost命令用于設(shè)定接口在OSPF協(xié)議下的開銷值。默認情況下，OSPF會根據(jù)接口的帶寬自動計算出一個開銷值，這個值介于1到65535之間。5.設(shè)置OSPF帶寬參考值[Huawei-ospf-1]bandwidth-referencevaluebandwidth-reference命令允許用戶設(shè)定一個帶寬參考值，該值用于通過特定公式計算接口的開銷。這個參考值的范圍是從1到2147483648，單位為Mbit/s，并且默認設(shè)置為100Mbit/s。6.設(shè)置接口在選舉DR時的優(yōu)先級[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]ospfdr-prioritypriorityospfdr-priority命令用于配置接口在OSPF指定路由器（DR）選舉過程中的優(yōu)先級。該命令接受的priority值范圍從0到255，數(shù)值越大意味著優(yōu)先級越高?！卷椖繉嵤咳蝿?wù)7.1公司內(nèi)網(wǎng)運行OSPF協(xié)議1．任務(wù)描述S3和S4為公司內(nèi)網(wǎng)核心交換機，負責內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)的高速轉(zhuǎn)發(fā)，R1和R2作為雙出口網(wǎng)關(guān)負責連接運營商，雙出口形成設(shè)備冗余，增加網(wǎng)絡(luò)的可靠性。將內(nèi)網(wǎng)路由10.1.1.0/24、20.1.1.0/24、30.1.1.0/24加入OSPF進程中，并將VLANIF10、VLANIF20、VLANIF30設(shè)為靜默接口所示。各設(shè)備接口IP地址如表8-1所示。表8-1總部與分支設(shè)備IP地址分配表設(shè)備接口IP地址R1G0/0/0101.1.1.2/24G0/0/110.1.12.1/24R2G0/0/0102.1.1.2/24G0/0/110.1.12.2/24S3VLANIF1010.1.1.100/24VLANIF2020.1.1.100/24VLANIF3030.1.1.100/24VLANIF100100.1.1.100/24VLANIF101101.1.1.254/24S4VLANIF1010.1.1.200/24VLANIF2020.1.1.200/24VLANIF3030.1.1.200/24VLANIF100100.1.1.2/24VLANIF102102.1.1.254/24PC1E0/0/110.1.1.1/24，網(wǎng)關(guān)：10.1.1.254PC2E0/0/120.1.1.2/24，網(wǎng)關(guān)：20.1.1.254PC3E0/0/130.1.1.3/24，網(wǎng)關(guān)：30.1.1.254PC4E0/0/110.1.1.4/24，網(wǎng)關(guān)：10.1.1.254PC5E0/0/120.1.1.5/24，網(wǎng)關(guān)：20.1.1.254PC6E0/0/130.1.1.6/24，網(wǎng)關(guān)：30.1.1.2542．實施步驟注意本項目是基于上一個項目的項目實施上的，但需要將RIP協(xié)議刪除掉。[R1]undorip1Warning:TheRIPprocesswillbedeleted.Continue?[Y/N]yR1上的OSPF配置。[R1]ospf1router-id1.1.1.1#R1的OSPF進程1，routerid為1.1.1.1[R1-ospf-1]area0#進入area0[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]network10.1.12.00.0.0.255[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]network101.1.1.00.0.0.255R2上的OSPF配置。[R2]ospf1router-id2.2.2.2#R2的OSPF進程1，routerid為2.2.2.2[R2-ospf-1]area0#進入area0[R2-ospf-1-area-0.0.0.0]network10.1.12.00.0.0.255[R2-ospf-1-area-0.0.0.0]network102.1.1.00.0.0.255（5）S3、S4的OSPF配置。在S3上將各自連接的網(wǎng)段宣告進OSPF進程中。[S3]ospf1router-id3.3.3.3[S3-ospf-1]area0[S3-ospf-1-area-0.0.0.0]network101.1.1.00.0.0.255[S3-ospf-1-area-0.0.0.0]network100.1.1.00.0.0.255[S3-ospf-1-area-0.0.0.0]network10.1.1.00.0.0.255[S3-ospf-1-area-0.0.0.0]network20.1.1.00.0.0.255[S3-ospf-1-area-0.0.0.0]network30.1.1.00.0.0.255在S4上將各自連接的網(wǎng)段宣告進OSPF進程中。[S4]ospf1router-id4.4.4.4[S4-ospf-1]area0[S4-ospf-1-area-0.0.0.0]network102.1.1.00.0.0.255[S4-ospf-1-area-0.0.0.0]network100.1.1.00.0.0.255[S4-ospf-1-area-0.0.0.0]network10.1.1.00.0.0.255[S4-ospf-1-area-0.0.0.0]network20.1.1.00.0.0.255[S4-ospf-1-area-0.0.0.0]network30.1.1.00.0.0.2553．測試分析（1）OSPF鄰居表通過以上配置，各路由設(shè)備之間應(yīng)都能建立起鄰接關(guān)系，通過displayospfpeer可以查看S3的OSPF鄰居表。通過表格可以看出S3的OSPF鄰居有4.4.4.4和1.1.1.1，AreaId表示區(qū)域號，Interface表示通過自身的哪個接口與對端建立鄰居關(guān)系，Neighborid表示鄰居的Routerid，State表示與鄰居的OSPF狀態(tài)處于哪個階段，這里的Full表示處于鄰接狀態(tài)。（2）OSPF鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫表在OSPF中，每臺路由器都會建立并維護自己的LSDB。當路由器通過交互OSPF協(xié)議報文（如Hello報文、DD報文、LSR報文、LSU報文和LSAck報文）與鄰居路由器建立鄰接關(guān)系后，它們會相互交換鏈路狀態(tài)信息。這些信息以LSA的形式存在，并被存儲在LSDB中。OSPF鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫表（以下簡稱LSDB表）按區(qū)域號進行展示，LSDB表中的每一行就是一條LSA。Type、LinkStateID和AdvRouter構(gòu)成了一條LSA的三要素，唯一標識一條LSA。Type表示本LSA的類型，比如Router表示1類LSA，Network表示2類LSA，Sum-Net表示3類LSA。LinkStateID表示鏈路狀態(tài)ID，相當于LSA的名字，比如在1類LSA中，LinkStateID可以由路由器自身的RouterID充當，如在2類LSA中，LinkStateID可以由DR接口的IP地址充當。AdvRouter描述了產(chǎn)生該LSA的路由器的RouterID。Age字段，當LSA被始發(fā)時，該字段為0，隨著LSA在網(wǎng)絡(luò)中被泛洪，該時間逐漸累加，當?shù)竭_MaxAge（缺省值為3600s）時，LSA不再用于路由計算。Len是一個包含LSA頭部在內(nèi)的LSA的總長度值。Sequence用于判斷LSA的新舊或是否存在重復的實例。Metric表示這條鏈路的開銷。R1的LSDB表如下。因為4臺路由設(shè)備（S3、S4、R1和R2）都是在同一個區(qū)域（Area0），所以4臺設(shè)備LSDB表保持一致。具體的信息描述如表8-2所示。表8-2displayospflsdbrouter命令輸出信息描述表項目描述LsidLSA報頭中的鏈路狀態(tài)IDAdvrtr發(fā)布或產(chǎn)生LSA的路由器LsageLSA的老化時間OptionsLSA選項E：允許泛洪AS-External-LSA。MC：轉(zhuǎn)發(fā)IP組播報文。N/P：處理Type7LSA。DC：處理按需鏈路。seq#序列號，用于檢查LSA順序ChksumLSA校驗和Linkcount鏈路數(shù)量*LinkID（RouterLSA）鏈路ID（按鏈路類型分類）鏈路類型是P2P時，LinkID表示鄰居的RouterID。鏈路類型是TransNet時，LinkID表示DR的IP地址。鏈路類型是Stub時，LinkID表示IP地址。鏈路類型是VirtualLink時，LinkID表示鄰居的RouterID。Data（RouterLSA）鏈路數(shù)據(jù)鏈路類型是P2P、TransNet、VirtualLink時，Data表示IP地址。鏈路類型是Stub時，Data表示IP地址的掩碼。LinkType（RouterLSA）鏈路類型：P-2-P/TransNet/StubNet/VirtualMetric（RouterLSA）鏈路度量值Priorityospf收斂的優(yōu)先級LSDB表中最后一個LSA（Type：Network，LinkStateID：100.1.1.2，AdvRouter：4.4.4.4）。這個LSA的Type為Network，表明是2類LSA，由DR產(chǎn)生，在產(chǎn)生的區(qū)域內(nèi)泛洪。LinkStateID由DR接口的IP地址充當，AdvRouter表示DR的RouterID。使用displayospflsdbnetwork100.1.1.2命令來看這張LSDB表中最后一個LSA的詳細信息。Netmask描述這個網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)掩碼。AttachedRouter描述與網(wǎng)絡(luò)連接的路由器。（3）OSPF路由表華為的OSPF路由表是在華為路由器上運行OSPF協(xié)議時，根據(jù)OSPF算法計算得出的到達各個目的網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)路徑的集合。這個路由表是基于OSPF的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫（LSDB）計算得出的，包含了到達各個目的網(wǎng)絡(luò)的目的地址、下一跳地址、開銷以及其他相關(guān)信息。在華為設(shè)備上可以使用displayospfrouting命令來查看OSPF路由表的信息。通過建立成的鄰接關(guān)系，各路由器都能學習到整個網(wǎng)絡(luò)的拓撲信息，并形成OSPF鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫表；通過OSPF鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫表，結(jié)合Dijkstra算法，各臺路由設(shè)備都能得出到全網(wǎng)其他節(jié)點的最短路徑。現(xiàn)在測試網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點能否互相通信，PC1能夠ping通PC3，讀者可以自行嘗試其他節(jié)點之間的通信情況。任務(wù)7.2配置OSPF多區(qū)域1．任務(wù)描述為了減少OSPF骨干區(qū)域Area0的負擔，將10.1.1.0/24、20.1.1.0/24、30.1.1.0/24劃分到非骨干區(qū)域Area1，Area0中只保留100.1.1.0/24、101.1.1.0/24、102.1.1.0/24和10.1.12.0/24這4個網(wǎng)段，以減小Area0中SPF樹的規(guī)模，降低網(wǎng)絡(luò)的復雜性，提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性和性能。2．實施步驟在S3和S4的OSPF進程1中，刪除Area0中的4個網(wǎng)段，即10.1.1.0/24、20.1.1.0/24、30.1.1.0/24。創(chuàng)建非骨干區(qū)域Area1，將10.1.1.0/24、20.1.1.0/24、30.1.1.0/24劃分到Area1中。（1）S3上的配置。[S3]ospf[S3-ospf-1]area0[S3-ospf-1-area-0.0.0.0]undonetwork10.1.1.00.0.0.255[S3-ospf-1-area-0.0.0.0]undonetwork20.1.1.00.0.0.255[S3-ospf-1-area-0.0.0.0]undonetwork30.1.1.00.0.0.255[S3-ospf-1-area-0.0.0.0]undonetwork40.1.1.00.0.0.255[S3-ospf-1-area-0.0.0.0]quit[S3-ospf-1]area1[S3-ospf-1-area-0.0.0.1]network10.1.1.00.0.0.255[S3-ospf-1-area-0.0.0.1]network20.1.1.00.0.0.255[S3-ospf-1-area-0.0.0.1]network30.1.1.00.0.0.255[S3-ospf-1-area-0.0.0.1]network40.1.1.00.0.0.255（2）S4上的配置。[S4]ospf[S4-ospf-1]area0[S4-ospf-1-area-0.0.0.0]undonetwork10.1.1.00.0.0.255[S4-ospf-1-area-0.0.0.0]undonetwork20.1.1.00.0.0.255[S4-ospf-1-area-0.0.0.0]undonetwork3