《OSPF工作原理》PPT课件.ppt
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1、OSPF工作原理,目 录,OSPF工作原理,OSPF单区域路由传播与计算,OSPF工作原理,OSPF多区域路由传播与计算,OSPF路由汇总及特殊区域,OSPF基本概念,OSPF常见问题及解决方法,什么是OSPFOSPF英文全称Open Shortest Path First(开放式最短路径优先)OSPF是一种链路状态路由协议,使用基于带宽的度量值。OSPF采用SPF算法计算路由,从算法上保证了无路由环路。OSPF通过邻居关系维护路由,避免了定期更新对带宽的消耗。OSPF路由更新效率高,网络收敛快,适用于大中型网络。OSPF报文封装于IP,协议号89,组播地址224.0.0.5与224.0.0.
2、6。OSPF路由优先级默认为110,可手动修改。,OSPF基本概念,OSPF路由域:运行OSPF路由协议的网络。OSPF区域:OSPF是一种支持划分多区域的协议。Area ID:32位,用数字或IP地址表示。OSPF区域分为骨干区域,普通区域和特殊区域。多区域场景中,所有非骨干区域都需挂载于骨干区域上,OSPF路由域,Area 0,Area 1,Area 2,OSPF基本概念,RT1,RT9,RT5,RT6,RT7,RT2,RT3,RT4,RT8,Router ID简称RID,32位,在OSPF路由域唯一标识每一台路由器。运行OSPF的路由器都必须有一个Router ID,并且在网络中唯一。R
3、outer ID可以手工配置,也可以自动选择。(DP设备除进程1外均需手工配置router-id)优选手工配置的Router ID。优选所有Loopback接口中的最大IP地址。优选所有物理接口中的最大IP地址。,为了网络稳定,现网一般要求手工配置Router ID,Area 0,Area 1,Area 2,OSPF基本概念,RT5,RT6,RT7,RT1,RT2,RT3,RT4,RT8,OSPF邻居与邻居表OSPF路由器之间,通过交互Hello报文,建立邻居关系。OSPF邻居是自动发现的,Hello报文发往组播地址224.0.0.5。启动了OSPF的接口会自动接收224.0.0.5的组播报文
4、,并且都会周期发送Hello报文,用于发现和维护邻居关系。OSPF邻居关系是路由学习的基础,任何其他的OSPF报文都只在建立了邻居的路由器之间交互,路由学习只在邻居之间进行。每个OSPF路由器都有一个邻居表,用于存储OSPF邻居关系。,邻居关系,Hello,Hello,Hello,Hello,邻居关系,邻居关系,邻居关系,S0,S1,OSPF基本概念,RT1,RT2,RT3,RT4,链路状态通告(LSA)按一定格式封装后的链路状态信息。LSA 1:路由器链路状态通告每台路由器都会发起自己的LSA 1LSA 2:传送网络链路状态通告,邻居关系,邻居关系,邻居关系,邻居关系,S0,S1,gige0
5、_0,1000Mbps,2Mbps,1Mbps,OSPF基本概念,RT1,RT2,RT3,RT4,Area 0,LSDB,LSDB,LSDB,LSDB,LSU,LSU,LSU,LSU,RT3LSA,链路状态数据库(LSDB)每台OSPF路由器都有一个LSDB,用于存储LSA。同一个区域中的OSPF路由器的LSDB一致。LSA封装在LSU报文中,在区域内洪泛,最终达到区域内LSDB一致。LSA在洪泛过程中内容保持不变。,OSPF基本概念,RT1,RT2,RT3,RT4,SPF计算以自己LSA 1为根,进行SPF计算。各OSPF路由器单独进行SPF计算,互不影响。,100,10,1,50,OSPF
6、基本概念,RTA,RTB,RTC,RTD,OSPF报文结构,认证类型:0(不认证),1(不认证),2(MD5认证),OSPF基本概念,DBD:,LSR:,LSU:,LSAck:,LSA头:,Hello:,OSPF基本概念,目 录,OSPF工作原理,OSPF单区域路由传播与计算,OSPF工作原理,OSPF多区域路由传播与计算,OSPF路由汇总及特殊区域,OSPF基本概念,OSPF常见问题及解决方法,OSPF协议工作过程主要有四个阶段:寻找邻居、建立邻接关系、链路状态信息传递、计算路由,接口是否启动OSPF,OSPF启动,不做任何处理,没有,定时发送Hello包,寻找邻居,启动,是否接收到邻居的H
7、ello包,没有,继续等待接收,邻居状态达到2-WAY状态,有,DR/BDR是否选举?,进行DR/BDR选举,未选举,与DR/BDR交互链路状态,邻居状态达到Full状态,选举完成,计算路由,仅与DR/BDR建立邻接关系,已选举,OSPF工作原理,邻居状态达到2-way状态后,RTA与RTB之间开始建立邻接关系,寻找邻居,Hello,Hello,Hello,Hello,广播Hello包,尝试寻找可交换路由信息的周边设备,接收到Hello包,找到周边设备,Hello包中携带的参数协商成功,邻居表,邻居表,RTA,RTB,OSPF工作原理,传递信息,以上是RTB获得RTA LSA的过程,RTA也通
8、过相同的过程获得RTB的LSA在RTB与RTA的LSA信息同步后,RTA在RTB邻居表内的状态变迁为Full状态,RTA,RTB,发送RTA具备的LSA概要,分析比较RTA与RTB的链路信息,发送请求,要求获得RTB不具备的LSA,将RTB请求的LSA发给RTB,收到,谢谢!,邻居表,邻居表,触发更新,或每隔30min更新,OSPF工作原理,传递信息,OSPF协议包具备超时重传机制 OSPF协议包具备序列号,对重复包不做处理 LSA更新携带掩码,支持VLSM,发送请求,要求获得RTA不具备的LSA,将RTA请求的LSA发给RTA,收到,谢谢!,发送请求,要求获得RTA不具备的LSA,在规定时间
9、内没有收到回应,认为包丢失,重发包!,重复包不做处理,将RTA请求的LSA发给RTA,重复包不做处理,在规定时间内没有收到回应,认为包丢失,重发包,RTA,RTB,OSPF工作原理,OSPF邻接关系详细建立过程,Down,Down,Init,2-way,2-way,Full,Hello(neighbor=“”),Hello(neighbor=“RA”),Hello(neighbor=“RB”),Hello(neighbor=“”),Init,DBD(Seq=x,I=1,M=1,MS=1),DBD(Seq=y,I=1,M=1,MS=1),ExStart,ExStart,DBD(Seq=y,I=0
10、,M=1,MS=0),DBD(Seq=y+1,I=0,M=1,MS=1),ExChange,ExChange,DBD(Seq=y+1,I=0,M=0,MS=0),Loading,LSR,LSU,Loading,Full,LSAck,DBD(Seq=y+n,I=0,M=0,MS=1),DBD(Seq=y+n,I=0,M=0,MS=0),OSPF工作原理,A,B,广播网建立邻接关系,RTD,RTB,RTC,RTA,RTE,邻接关系数 R=,n(n-1),2,邻接关系数 R=,2(n-2)+1,RTA,RTB,RTC,RTD,RTE,RTA(DR),RTB(BDR),RTC,RTD,RTE,建立邻接
11、关系,采用DR/BDR方式建立邻接关系,Hello,Hello,Hello,Hello,Hello,OSPF工作原理,DR和BDR选举,Hello包携带路由器优先级,越高越优先,优先级为0的路由器不具备选举资格先选举BDR,再选举DRDR和BDR一旦选定,即使OSPF区域内新增优先级更高的路由器,DR和BDR也不重新选举,只有当DR和BDR都失效后,才参与选举,RTD,RTB,RTC,RTA,RTE,Hello:Pri=2,DR,BDR,DRothers,DRothers,不具备选举资格,Hello:Pri=1,Hello:Pri=0,Hello:Pri=5,Hello:Pri=3,Full,
12、2-way,OSPF工作原理,19,POINT_TO_POINT:接口:Serial(PPPHDLC)/FRs P2P Subif/特点:无DR,组播建邻居,HELLO时间10s,自动发现邻居,三层广播BROADCAST:接口:tengige/gige/vlan-if/三层bond 特点:选举DR,组播建邻居,HELLO时间10s,自动发现邻居,三层广播NON_BROADCAST(NBMA)接口:FRs Physical/FRs MP Subif特点:选举DR,单播更新(手工指邻居),HELLO时间30s,三层不广播POINT_TO_MULTIPOINT:(须手动配置)接口:FRs Physi
13、cal/FRs MP Subif特点:无DR,组播建邻居,出现/32主机路由,三层广播HELLO时间30s,自动发现邻居,OSPF工作原理,20,OSPF接口网络类型总结:,OSPF工作原理,在调整HELLO时间的情况下 P-P 与P-M可以建立邻接关系,路由正常。NBMA与BROADCAST可以建立邻接关系,路由正常。其它的网络类型对接,则调整HELLO时间也不可以正常工作。,目 录,OSPF工作原理,OSPF单区域路由传播与计算,OSPF工作原理,OSPF多区域路由传播与计算,OSPF路由汇总及特殊区域,OSPF基本概念,OSPF常见问题及解决方法,OSPF对直连网络的描述末梢网络stub
14、:(没有邻居的网络)(网段、掩码、开销)点对点another route:(点对点网络类型)(邻居RouterID、连接接口(接口的IP地址)、开销)连接接口的IP网段描述(网段、掩码、开销)转发网络tramsit:(广播、非广播类型)(DR(DR接口IP地址)、连接接口(接口的IP地址)、开销)DR发起转发网络描述(DR(DR接口IP地址)、子网掩码、该链路上的OSPF路由器Router ID列表),OSPF单区域路由传播与计算,1类LSA(Router):路由器链路状态通告每台路由器都发起1类LSA,通告自己的直连拓扑信息。LS ID:本路由器Router ID发起路由器ID:本路由器Ro
15、uter ID末梢网络描述点对点网络描述/点对多点网络描述DR连接描述2类LSA(Network):网络链路状态通告每个转发网络链路的DR发起2类LSA,通告该多路访问链路上连接的路由器LS ID:DR的接口IP地址 通告路由器ID:DR的Router ID转发网络描述(子网掩码、该链路上的OSPF路由器Router ID列表),OSPF单区域路由传播与计算,路由器LSA(Type 1)每个路由器都将产生Router LSA,描述了路由器所有的链路和接口,状态和开销。这些LSA通告只会在始发它们的区域内部进行泛洪。,OSPF单区域路由传播与计算,OSPF单区域路由传播与计算,R3 show i
16、p ospf database router OSPF Routing Process 1 Router with ID(3.3.3.3)Router Link States(Area 0.0.0.1)LS age:37/发出LSA后所经历的时间 Options:0 x2:*|-|-|-|-|-|E|*LS Flags:0 x1 LS Type:router-LSA/LSA 类型路由器LSA/一类LSA链路状态ID为始发路由器ID Advertising Router:3.3.3.3/始发路由器ID LS Seq Number:8000000B/LSA的序列号 Checksum:0 x446A
17、/校验和 Length:72/长度 Number of Links:4/链路数量,OSPF单区域路由传播与计算,Link connected to:a Transit Network/连接一个传送网络/DR路由器的接口IP/始发者与该网络相连的接口IP Number of TOS metrics:0/TOS号:为列出的这条链路指定服务类型度量值的编号,目前已不用。TOS 0 Metrics:1/和指定TOS值相关联的开销 Link connected to:another Router(point-to-point)/连接一个点到点网络(Link ID)Neighboring Router I
18、D:1.1.1.1/邻居路由器ID/连接邻居路由器的接口IP Number of TOS metrics:0 TOS 0 Metrics:64 Link connected to:a Stub Network/对点到点网络的链路说明/网络号(Link Data)Network Mask:255.255.255.252/子网掩码 Number of TOS metrics:0 TOS 0 Metrics:64 Link connected to:a Stub Network/连接一个末梢网络(Link ID)Net:3.3.3.3/网络号/子网掩码 Number of TOS metrics:0
19、 TOS 0 Metrics:1,网络LSA(Network LSA)(Type 2)在每个多路访问网络中,DR都会产生这种Network LSA,描述了所有和它相连的路由器(包括DR本身)。它只在产生这条Network LSA的区域泛洪。,OSPF单区域路由传播与计算,OSPF单区域路由传播与计算,R3 show ip ospf database network OSPF Routing Process 1 Router with ID(3.3.3.3)Net Link States(Area 0.0.0.1)LS age:589/发出LSA后所经历的时间 Options:0 x2:*|-|
20、-|-|-|-|E|*LS Flags:0 x1 LS Type:network-LSA/LSA 类型网络LSA Link State ID:10.1.37.7(address of Designated Router)/链路状态ID为DR的接口IP/通告路由器ID为本区域中DR的Router ID LS Seq Number:80000001/LSA的序列号 Checksum:0 xE4D9/校验和 Length:32/长度 Network Mask:/24/这个网络上使用的掩码/相连的路由器(DR本身)/相连的路由器,OSPF LSA洪泛OSPF路由器将自己发起的LSA封装在LSU中,发送
21、给它所有的邻居(邻接关系)。OSPF路由器收到LSU后,保存一份拷贝到自己的链路状态数据库中,并将该LSU直接发送给除了发送该LSU的所有邻居(邻接关系)。通过LSA洪泛,实现OSPF的链路状态数据库同步,OSPF单区域路由传播与计算,OSPF LSA 更新LSA序列号:每条LSA中都有一个32位的序列号网络拓扑发生变化时,与该拓扑直接相连的OSPF路由器感知到此变化,并发起新的LSA,新的LSA序列号增加1;然后将该LSA洪泛给它所有的邻居(邻接关系)。OSPF路由器收到LSA后,判断该LSA的序列号是否更高。更高则存储该LSA到自己的链路状态数据库中,并洪泛该LSA;否则丢弃该LSA。,O
22、SPF单区域路由传播与计算,OSPF LSA老化LSA老化时间:每条LSA中都有一个16位的老化时间。OSPF LSA采用递增老化。LSA发起时,老化时间为0;LSA的老化时间在链路状态数据库中,会随时间不断地增加;最大老化时间(Maxage)为60分钟;LSA的老化时间达到60分钟后,OSPF将该LSA从链路状态数据库中清除。OSPF路由器每隔30分钟(LSRefresh Time)将重新发起并洪泛LSA(序列号增加1,老化时间为0),以更新网络中老化的LSA。,OSPF单区域路由传播与计算,OSPF的计算路由,根据LSDB,以自己为根形成一棵最短路径树,计算到每个节点的路由,一条路由的代价
23、:是指沿着到达目的网络的路由路径上所有出站接口的代价之和。计算接口开销=108/Bandwith(b/s),108/100M1,108/128K781,Cost值为11781783,108/100M1,学习到的网段的Cost是多少?,OSPF单区域路由传播与计算,OSPF报文的目的地址,OSPF单区域路由传播与计算,目 录,OSPF工作原理,OSPF单区域路由传播与计算,OSPF工作原理,OSPF多区域路由传播与计算,OSPF路由汇总及特殊区域,OSPF基本概念,OSPF常见问题及解决方法,OSPF单区域存在的问题LSDB 庞大,占用内存大,SPF计算开销大。LSA洪泛范围大,拓扑变化影响范围
24、大。路由不能被汇总,路由表庞大。,OSPF Area 0,X,OSPF多区域路由传播与计算,省,市,市,市,市,市,市,区,县,县,区,县,县,区,区,县,县,区,区,省,划分区域可以解决上述问题每个区域独立存储LSDB,划分区域减小了LSDB。LSA洪泛被限制在区域内,有效控制了拓扑变化的影响范围。区域边界可以做路由汇总,减小了路由表。,Area 0,X,Area X,Area Y,Area Z,县,县,区,区,县,县,区,区,县,县,区,区,市,市,市,市,市,市,省,省,OSPF多区域路由传播与计算,OSPF多区域基本结构骨干区域:Area 0,OSPF的Area 0必须是连续的,不能被
25、分割。非骨干区域:必须和Area 0直接相连,非骨干区域 之间不能直接交换路由信息,必须通过Area 0。,OSPF路由域,Area 0,Area 1,Area 2,RT3,RT4,RT5,RT6,RT7,RT8,RT10,RT9,RT1,RT2,OSPF多区域路由传播与计算,OSPF路由器类型骨干路由器(BR):Area 0内的路由器。区域内路由器(IR):所有接口同一个 Area的路由器。区域边界路由器(ABR):连接多个区域及且至少有一个up的Area 0接口。自治系统边界路由器(ASBR):重发布了其他协议路由且至少有一个接口运行OSPF的路由器。,OSPF路由域,Area 0,Are
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