OSPF在互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

東莞理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：OSPF在互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用學(xué)生姓名：陳桂深學(xué)號(hào)：201041302201系別：電子工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：10通信工程2班指導(dǎo)教師姓名及職稱：陳云龍副教授起止時(shí)間：2014年1月——2014年5月摘要自互聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)以來(lái)，人類發(fā)展的速度越來(lái)越快，現(xiàn)在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)數(shù)量的不斷增加也對(duì)路由協(xié)議有了較高的要求。OSPF協(xié)議作為目前最廣泛使用的協(xié)議，相較于其他協(xié)議，有哪些方面的優(yōu)勢(shì)，本文結(jié)合了實(shí)驗(yàn)和文字資料對(duì)OSPF的幾個(gè)重要概念進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，包括OSPF中路由區(qū)別、協(xié)議特點(diǎn)、網(wǎng)域類型等。關(guān)于OSPF的運(yùn)行原理，從最短優(yōu)先路徑算法、DR/BDR概念、鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)等方面也一一進(jìn)行研究。另外也將基于SPF算法的OSPF路由協(xié)議與其他協(xié)議進(jìn)行對(duì)比，陳述了OSPF產(chǎn)生的背景，較常使用的用戶和適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模等。并根據(jù)所得資料對(duì)OSPF進(jìn)行實(shí)例配置，最后在分析了以上內(nèi)容的基礎(chǔ)上，總結(jié)和猜想OSPF將來(lái)在互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞路由協(xié)議OSPF配置互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)銩bstractSincetheadventoftheInternet,increasinglyfastpaceofhumandevelopment,andnowtheincreasingnumberoflarge-scalenetworkroutingprotocolsalsohavehigherrequirements.OSPFprotocolascurrentlythemostwidelyusedprotocol,comparedtootherprotocols,whatadvantage,thispapercombinesexperimentsandtextinformationonafewimportantconceptsofOSPFforadetaileddescription,includingthedifferencebetweenOSPFrouting,protocolfeaturesdomaintypes.OSPFontheoperatingprincipleofpriorityintermsoftheshortestpathalgorithm,DR/BDRconcept,thelinkstatedatabase,alsostudiedonebyone.ThereisalsotheSPFalgorithmbasedontheOSPFroutingprotocolforcomparisonwithotherprotocols,OSPFgeneratedrepresentationsofthebackground,usersandnetworkscaleadaptationofthemorecommonlyused.AndexamplesofconfiguringOSPFAccordingtotheinformation,andfinallyanalyzedonthebasisoftheaboveelements,summaryandguessOSPFfuturetrendsintheInternet.Keywords:RoutingprotocolOSPFconfigurationInternettechnologyNetworkTopology目錄引言 11.課題研究的背景及意義 22.OSPF協(xié)議的幾個(gè)重要概念 32.1鏈路狀態(tài) 32.2網(wǎng)絡(luò)域和域邊界路由器 32.3OSPF權(quán)值 32.4最短路徑樹(shù) 33.OSPF協(xié)議與IS-IS協(xié)議的區(qū)別 34.OSPF協(xié)議的7個(gè)狀態(tài) 54.1“Down”狀態(tài) 54.2“init”狀態(tài) 54.3“Two-way”狀態(tài) 54.4“Exstart”狀態(tài) 54.5“Exchange(交換)”狀態(tài) 64.6“l(fā)oading”狀態(tài) 64.7“FullAdjacency(全鄰接)”狀態(tài) 65.OSPF原理 85.1OSPF協(xié)議運(yùn)行過(guò)程 85.2OSPF路由表的計(jì)算 95.3鏈路狀態(tài)路由協(xié)議 105.4LSA（LinkStateAdvertisement）的類型 105.5SPF算法 115.6鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù) 126.OSPF路由器和區(qū)域類型 136.1路由器的類型 136.2OSPF路由區(qū)域類型 137.OSPF配置 177.1PacketTracer介紹 177.2PT界面 177.3配置OSPF網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?18附錄 21總結(jié) 29參考文獻(xiàn) 30致謝 31引言目前使用的路由協(xié)議一共有兩大類,一種是動(dòng)態(tài)路由協(xié)議，另一種是靜態(tài)路由協(xié)議。靜態(tài)路由是一個(gè)系統(tǒng)管理員手動(dòng)設(shè)置路由，無(wú)法針對(duì)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)改變快速反應(yīng)，由于其高效，可靠，簡(jiǎn)單，不占用系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)資源等優(yōu)點(diǎn)，一般是適用在較小規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)中會(huì)使用靜態(tài)路由協(xié)議。而動(dòng)態(tài)路由協(xié)議作為一種補(bǔ)充，能夠根據(jù)拓?fù)渥兓闆r做出反應(yīng)，在收集一段時(shí)間的網(wǎng)絡(luò)路由信息之后，得出正確的路由結(jié)果，以保證網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行。OSPF協(xié)議使用Dijkstra算法，Dijkstra算法能夠讓路由根據(jù)比距離矢量更高效的鏈路狀態(tài)，來(lái)完成路由查找和通信。OSPF是IETF的IGP工作組為IP網(wǎng)開(kāi)發(fā)的路由協(xié)議，OSPF作為SPF類路由協(xié)議中的開(kāi)放式版本，器規(guī)范是公開(kāi)的，現(xiàn)最廣泛使用的是第二版本的OSPF。可以適用于各類規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，能夠承擔(dān)最高達(dá)高達(dá)幾百個(gè)路由器的通信。根據(jù)路由器在AS（AutonomousSystem,自治系統(tǒng)）中內(nèi)外的區(qū)別,將之分為內(nèi)部網(wǎng)關(guān)和外部網(wǎng)關(guān)。內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（IGP）,就是指在內(nèi)部網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信的協(xié)議，各路由之間建立路徑的方式，是通過(guò)交流網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔ⅰＲ话鉏GP包括：RIP，OSPF，ISIS,IGRP，ElGRP等。另一種為外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（EGP）。常見(jiàn)的EGP包括：EGP，BGP，BGPv4等。EGP協(xié)議現(xiàn)在通用的是BGPv4。動(dòng)態(tài)IGP協(xié)議中，能夠標(biāo)準(zhǔn)化并且在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中使用的，唯有OSPF和ISIS。1.課題研究的背景及意義傳統(tǒng)協(xié)議中規(guī)模較大的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議為RIP協(xié)議，應(yīng)用RIP的路由器也已發(fā)展得很成熟，但由于RIP協(xié)議是受距離矢量算法限制，只能適用于小規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。盡管人們不斷地對(duì)它深入研究和改進(jìn)，從市場(chǎng)角度來(lái)看，更多的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)，RIP越來(lái)越不適應(yīng)Internet的發(fā)展速度了[1]。OSPF是一種鏈路狀態(tài)協(xié)議。一般鏈路狀態(tài)協(xié)議都需要向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)告知鄰居信息，使各節(jié)點(diǎn)只需要維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的“拓?fù)鋱D”，而不必交換各自連接目的站點(diǎn)的的距離，路由器根據(jù)拓?fù)渖筛髯缘穆酚杀?。OSPF基于接口的通信量、通暢狀況、往返用時(shí)、可靠性等得出路由的成本，來(lái)達(dá)到平衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的要求。OSPF按照路由器儲(chǔ)存的網(wǎng)絡(luò)信息，通過(guò)SPF最短路徑算法，得出最佳路由并保持連接，而不必定期地大量交換信息。OSPF的出現(xiàn)克服了原本RIP存在的不足，它通過(guò)組播方式完成對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞难杆賲R聚，在快速連接、減輕系統(tǒng)負(fù)荷、穩(wěn)定鏈接方面表現(xiàn)突出，有網(wǎng)絡(luò)資源占用少、收斂速度快、支持大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)勢(shì)。2.OSPF協(xié)議的幾個(gè)重要概念2.1鏈路狀態(tài)OSPF是一個(gè)鏈路狀態(tài)規(guī)程。鏈路相當(dāng)于路由器之間的中繼電路。路由器的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)由鏈路的掩碼、端口地址、鏈路連接到的網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)類型等組成，路由器根據(jù)鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行路由決策。2.2網(wǎng)絡(luò)域和域邊界路由器OSPF協(xié)議采用突發(fā)廣播到網(wǎng)絡(luò)的方式，在路由器間交流新的鏈路狀態(tài)消息。為了避免鏈路狀態(tài)的改變引起突發(fā)廣播造成中繼鏈路的浪費(fèi)，引入網(wǎng)絡(luò)域的概念。即在廣播時(shí)設(shè)置邊界，使其中的每一個(gè)路由器都能夠共享鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)。有時(shí)候一個(gè)路由器歸屬于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)域，同時(shí)也歸屬于多個(gè)網(wǎng)絡(luò)域，它負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)域之間的路由傳播，這種路由器叫域邊界路由器。如果自治系統(tǒng)中存在不止一個(gè)的網(wǎng)絡(luò)域，OSPF協(xié)議就要在中心處設(shè)定骨干域。其他域與骨干域之間的連接方式，是通過(guò)物理鏈路直連。非骨干域路由發(fā)生變化時(shí)，可以通過(guò)骨干域廣播來(lái)使自治域域內(nèi)的所有路由更新。2.3OSPF權(quán)值OSPF協(xié)議中，端口的權(quán)值是指該端口傳輸數(shù)據(jù)包時(shí)的成本，帶寬越大的鏈花費(fèi)的成本也越低。網(wǎng)絡(luò)管理員一般可以輸入命令來(lái)設(shè)置與端口相連的鏈路的帶寬，從而確定端口的權(quán)值。2.4最短路徑樹(shù)同一個(gè)網(wǎng)域的路由器之間擁有相同數(shù)據(jù)庫(kù)，鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)在路由通過(guò)動(dòng)態(tài)鏈路信息交流之后各自產(chǎn)生的數(shù)據(jù)庫(kù)完善。每個(gè)路由器基于數(shù)據(jù)庫(kù),如同樹(shù)的根一樣,根據(jù)鏈接權(quán)重的大小建立最短路徑樹(shù)[4]。3.OSPF協(xié)議與IS-IS協(xié)議的區(qū)別OSPF協(xié)議和ISIS協(xié)議是目前在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中使用較多的兩種協(xié)議，那么網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃需要IGP協(xié)議時(shí)選擇哪一種比較合適？我們從維護(hù)方面、延續(xù)性、擴(kuò)展性、靈活性等方面來(lái)進(jìn)行比較。維護(hù)方面OSPF協(xié)議作為初；但最近一段時(shí)間，ISIS協(xié)議也得到運(yùn)營(yíng)商的關(guān)注，而網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員能否很好地對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行維護(hù)工作，掌握協(xié)議的熟悉程度也有很大關(guān)系，維護(hù)人員對(duì)協(xié)議越是熟悉，所需要維護(hù)的成本也就越低。延續(xù)性O(shè)SPF協(xié)議和ISIS協(xié)議各有成熟運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)，但一般來(lái)說(shuō)，為了保障網(wǎng)絡(luò)延續(xù)性，建設(shè)新網(wǎng)絡(luò)選擇協(xié)議類型的時(shí)候，也要充分考慮已運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)中使用何種協(xié)議。協(xié)議特點(diǎn)OSPF協(xié)議是基于IP層的，所以僅能夠在IP網(wǎng)絡(luò)使用，所以網(wǎng)絡(luò)上一些對(duì)IP網(wǎng)絡(luò)的攻擊行為同樣會(huì)干擾到OSPF。在鏈路層面直接運(yùn)行的ISIS協(xié)議，能夠支持不同的網(wǎng)絡(luò)類型，自然地在抵御網(wǎng)絡(luò)攻擊的時(shí)候要優(yōu)于OSPF靈活性O(shè)SPF協(xié)議比較成熟和靈活，在接口層面能夠支持多種網(wǎng)絡(luò)類型，ISIS運(yùn)行穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn),但路由器被限制在同一個(gè)網(wǎng)域中[2]。擴(kuò)展性在拓展性方面ISIS表現(xiàn)更佳，ISIS能支持多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議（OSPF僅支持IP協(xié)議）；ISIS區(qū)域能平滑地轉(zhuǎn)移、切割、統(tǒng)一，流量不斷開(kāi)；ISIS協(xié)議是基于TLV的，易于擴(kuò)展。4.OSPF協(xié)議的7個(gè)狀態(tài)OSPF的路由器之間的相互關(guān)系和各自所處的狀態(tài)是OSPF網(wǎng)絡(luò)故障診斷的關(guān)鍵，OSPF接口有7種狀態(tài)：?Down?Init（初始）?Two-way（雙向）?ExStart（準(zhǔn)啟動(dòng)）?Exchange（交換）?Loading（加載）?Fulladjacency（全鄰接）4.1“Down”狀態(tài)此狀態(tài)下，所有的鄰居路由信息都未開(kāi)始交換。此時(shí)OSPF路由準(zhǔn)備進(jìn)入“init”狀態(tài)。4.2“init”狀態(tài)路由器必須收到鄰居發(fā)來(lái)的hello報(bào)文才能夠與之建立關(guān)系，OSPF路由器會(huì)定時(shí)（一般為10秒的間隔）向鄰居路由發(fā)送（hello）報(bào)文，以與鄰居路由器建立關(guān)系。特別的，在NBMA網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)路由發(fā)送hello報(bào)文，但未收到鄰居回復(fù)時(shí)路由處于“Attempt”狀態(tài)，只有其中一個(gè)接口接收第一個(gè)hello報(bào)文后，路由器才進(jìn)入到“init”狀態(tài)[1]。4.3“Two-way”狀態(tài)每個(gè)路由器使用OSPFHello報(bào)文嘗試與相同的IP網(wǎng)絡(luò)上的所有鄰接路由器建立雙向或雙向通信狀態(tài)。得到交換的鄰居路由信息表包含在hello數(shù)據(jù)包中，當(dāng)一個(gè)路由器接收hello數(shù)據(jù)包，發(fā)現(xiàn)它處于鄰居路由器的路由表之后，它將進(jìn)入“Two-way”狀態(tài)。但處于雙向狀態(tài)關(guān)系中路由器之間暫時(shí)未能共享路由信息，只有建立起毗鄰關(guān)系，才能構(gòu)建路由表并得到其他路由器的鏈路狀態(tài)信息，而且為了提升到下一步的狀態(tài)，除了hello數(shù)據(jù)包之外，還必須有其他的4種數(shù)據(jù)包。4.4“Exstart”狀態(tài)一旦路由器與鄰居進(jìn)入到此狀態(tài)，它們的關(guān)系就可稱為毗鄰，此狀態(tài)的路由器仍未進(jìn)入全毗鄰狀態(tài)。只有路由器之間確立了主從關(guān)系，才能進(jìn)入到下一狀態(tài)，為了確立這種關(guān)系，我們用以下命令實(shí)現(xiàn)：router#debugipospfevents。之間必須用到類型2

的DBD數(shù)據(jù)包。路由器之間通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)描述數(shù)據(jù)包確立主導(dǎo)與從屬關(guān)系，為下一步的“Exchange“狀態(tài)準(zhǔn)備。4.5“Exchange(交換)”狀態(tài)在交換狀態(tài)下，路由器為了完善數(shù)據(jù)庫(kù)中的鏈路狀態(tài)，通過(guò)DBD數(shù)據(jù)包傳送消息，如果其中一臺(tái)路由器在與原有數(shù)據(jù)庫(kù)比較之后，收到了不存在的鏈路有關(guān)信息，就向鄰居請(qǐng)求以完善路由信息。然后在“l(fā)oading（負(fù)載）”狀態(tài)下交換完整路由信息。4.6“l(fā)oading”狀態(tài)交換過(guò)其鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)之后，路由器通過(guò)LSR和LSU來(lái)請(qǐng)求更新完整的鏈路狀態(tài)信息?；阪溌窢顟B(tài)的路由，選擇協(xié)議的關(guān)鍵是LSU中的LSA。4.7“FullAdjacency(全鄰接)”狀態(tài)結(jié)束加載狀態(tài)后，路由器就變?yōu)槿徑訝顟B(tài)，它將嘗試與建立過(guò)連接的每個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)上的至少一個(gè)其他路由器構(gòu)建鄰接關(guān)系?；诰W(wǎng)絡(luò)類型的不同，OSPF路由器只與部分合適的其他路由建立鄰接關(guān)系。圖4-1OSPF各狀態(tài)示意圖Figure4-1OSPFeachstatediagram5.OSPF原理5.1OSPF協(xié)議運(yùn)行過(guò)程以圖5-1為例，描述OSPF的運(yùn)行過(guò)程。E0S0路由器RTA路由器RTB路由器RTC10.4.0.110.5.0.110.5.0.2E0S0路由器RTA路由器RTB路由器RTC圖5-1路由器與鄰居建立毗鄰關(guān)系5.1.1建立路由器毗鄰關(guān)系路由器RTB要與另外一臺(tái)路由器建立毗鄰關(guān)系，RTB將發(fā)送包含路由器ID信息的hello報(bào)文到相鄰的RTA和RTC中，路由器RTA和RTC在收到這些hello數(shù)據(jù)包后，它們將則基于該端口所在網(wǎng)絡(luò)類型，判斷可否建立鄰接關(guān)系。RTB在RTA和RTC把它加到鄰居路由域，為init狀態(tài)準(zhǔn)備。5.1.2選舉一個(gè)DR和BDR；RTA和RTC的hello數(shù)據(jù)包被RTB接收后，RTB查看hello數(shù)據(jù)包的鄰居ID域中并找到ID號(hào)碼（10.6.0.1）。RTB通告與兩個(gè)路由器進(jìn)入雙向狀態(tài)，然后RTB就會(huì)選擇建立相鄰關(guān)系的路由。5.1.3發(fā)現(xiàn)路由在這個(gè)步驟中，DR或BDR首先通過(guò)Hello報(bào)文的ID信息，確認(rèn)主從關(guān)系后，路由器進(jìn)入到交換狀態(tài)，主路由器領(lǐng)導(dǎo)著從屬路由器交換一系列DBD數(shù)據(jù)包。每臺(tái)路由器在將其收到的信息與已有的信息進(jìn)行比較，若收到的DBD有新的內(nèi)容，路由器就通過(guò)為該條目發(fā)送一個(gè)LSR數(shù)據(jù)包而進(jìn)入“l(fā)oading”狀態(tài)。在負(fù)載狀態(tài)之后，路由器就達(dá)到了全毗鄰（FullAdjacency）狀態(tài)。5.1.4選擇適當(dāng)?shù)穆酚蒓SPF路由器獲得自己的路由數(shù)據(jù)庫(kù)后，就可以通過(guò)Dijkstra算法來(lái)計(jì)算到達(dá)目的地址的成本度量值，再根據(jù)成本（Cost）度量值來(lái)選擇最優(yōu)路徑，通過(guò)SPF算法計(jì)算Cost最小者，是將路由器到目的網(wǎng)絡(luò)之間的所有鏈路成本如鏈路帶寬、時(shí)延或經(jīng)濟(jì)上的費(fèi)用相加求和，即在多條可到達(dá)目的地的路徑中，成本越低的路徑被選為路由的可能性越大。5.1.5維護(hù)路由信息為了保證網(wǎng)絡(luò)通暢運(yùn)行，所有的路由數(shù)據(jù)庫(kù)一定要確保同步。在RTB將其他路由加入自己的路由表后，要持續(xù)維護(hù)路由信息。RTB獲取到鏈路狀態(tài)改變的消息后，進(jìn)行泛洪運(yùn)算，并告知網(wǎng)絡(luò)上其余的路由器。在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)中，不選取DR或BDR，自動(dòng)發(fā)現(xiàn)鄰居。在廣播型（Broadcast）網(wǎng)絡(luò)中選取DR或BDR，DR/BDR使用組播地址224.0.0.6發(fā)送包含鏈路更新信息的報(bào)文，并與其他路由器確定鄰居關(guān)系。在路由表中的信息更新過(guò)程中，路由器仍然使用舊的數(shù)據(jù)庫(kù)直到鏈路狀態(tài)更新完成。在路由信息保持不變時(shí)，OSPF也會(huì)保持間隔30分鐘的自動(dòng)更新。5.2OSPF路由表的計(jì)算5.2.1域內(nèi)路由的計(jì)算域內(nèi)路由計(jì)算按照兩個(gè)步驟進(jìn)行，首先第一步，是路由器生成基于SPF算法的最短路徑優(yōu)先樹(shù)。第二步，網(wǎng)絡(luò)將結(jié)束最短路徑優(yōu)先樹(shù)。路由器的計(jì)算僅僅考慮了LSDB廣播，因?yàn)槁酚善麈溌窢顟B(tài)包含了所有路由器與各自網(wǎng)絡(luò)的連接狀況,而網(wǎng)絡(luò)鏈路狀態(tài)包含了路由器之間的連接狀況,能夠完整表達(dá)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D.它們二者已經(jīng)能夠滿足構(gòu)成拓?fù)鋱D的條件。因此，在生成域內(nèi)路由表時(shí)如何計(jì)算出下一跳的地址非常重要.下一跳的意思是在網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)路由器在存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)消息時(shí)，向目的地址傳送數(shù)據(jù)包時(shí)中間需要經(jīng)過(guò)的地址。5.2.2路由的計(jì)算域間路由是本區(qū)域鏈接到其它區(qū)域的路由器。域間路由可分為兩種，即需要連接到的其他域路由器，還有自治系統(tǒng)邊界的路由器。假如是連接到多個(gè)區(qū)域的路由器，只受骨干域鏈路狀態(tài)限制。每個(gè)鏈路狀態(tài)通告都需遵循以下原則：排除存在時(shí)間最長(zhǎng)或由本域路由器發(fā)出的鏈路通告信息如果是自治系統(tǒng)域邊界路由需要連接到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的鏈路狀態(tài)通告，就加入到目的網(wǎng)絡(luò)路由如果到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)的成本值超過(guò)本域路由器到自治系統(tǒng)邊界路由與邊界路由到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)的成本，就可以認(rèn)定為不可連接如果為了一個(gè)連接自治系統(tǒng)邊界路由，但是不存在優(yōu)先級(jí)較高的域間路由，先創(chuàng)建一條路由當(dāng)為了更新骨干域的域內(nèi)和域間路由時(shí)，首先查找路由表信息判斷是否存在優(yōu)先級(jí)較高路由5.3鏈路狀態(tài)路由協(xié)議與距離矢量路由協(xié)議不同的是，OSPF將LSA廣播到每個(gè)連接到相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的路由器。鏈路狀態(tài)路由顯得很簡(jiǎn)單，只需要計(jì)算出完全的拓?fù)鋱D之后，發(fā)送給每個(gè)節(jié)點(diǎn)，讓每個(gè)節(jié)點(diǎn)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中維護(hù)就可以了，作為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)的路由器根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中的鏈路狀態(tài)信息來(lái)選擇最佳路由?；诰嚯x矢量協(xié)議的路由器，則需要把部分或全部的路由表信息發(fā)給鄰居路由器。5.4 LSA（LinkStateAdvertisement）的類型因?yàn)镺SPF網(wǎng)絡(luò)存在多種網(wǎng)絡(luò)類型的變化，制訂了多種類型的LSA。路由器LSA所有路由器都會(huì)有一個(gè)基礎(chǔ)的路由器LSA，記錄了全部接口或鏈路信息，并指示他們連接的鏈路狀態(tài)和成本，該LSA只在原發(fā)網(wǎng)域內(nèi)泛洪。網(wǎng)絡(luò)LSA采用多組傳播方式的路由器發(fā)出的網(wǎng)絡(luò)LSA，用來(lái)列出邏輯上的網(wǎng)點(diǎn)和所有與之相連的路由器，網(wǎng)絡(luò)LSA只在原網(wǎng)域內(nèi)泛洪網(wǎng)絡(luò)匯總LSAABR路由器發(fā)出的LSA。由ABR發(fā)送網(wǎng)絡(luò)鏈路狀態(tài)匯總，傳送到域外目的地址的通知廣播LSA。事實(shí)上，這些ABR路由器網(wǎng)絡(luò)匯總廣播，是用來(lái)通知與內(nèi)部路由器它可以連接的區(qū)域的目的地址。ASBR匯總LSA基本和網(wǎng)絡(luò)匯總LSA相同，只是通告目標(biāo)為ASBR路由自主系統(tǒng)外部LSA由ASBR路由器發(fā)出，外部LSA通告可以在整個(gè)系統(tǒng)中泛洪。組成員LSA作為OSPF協(xié)議升級(jí)版本中組播OSPF協(xié)議（MOSPF協(xié)議）使用的LSA，能夠進(jìn)行多組傳播。NSSA外部LSA是指在非純末梢區(qū)域內(nèi)，從ASBR路由器發(fā)出的LSA通告。外部屬性LSA它被認(rèn)為BGP協(xié)議的替代，以用于通過(guò)OSPF域來(lái)傳輸信息BGP協(xié)議5.5SPF算法OSPF協(xié)議是基于SPF算法研發(fā)的。SPF算法是Dijkstra發(fā)明，它可以讓網(wǎng)絡(luò)中的路由成為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，并通過(guò)計(jì)算得出整個(gè)拓?fù)洹Ｋ新酚善鞲鶕?jù)得出的路由信息數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠?qū)崿F(xiàn)連接域內(nèi)其余路由的路徑，都是最短優(yōu)先路徑的要求。SPF算法即鏈路狀態(tài)算法，主要流程可以用4個(gè)動(dòng)作來(lái)表述：1) 發(fā)現(xiàn)鄰居節(jié)點(diǎn)2) 構(gòu)造鏈路狀態(tài)分組3) 發(fā)布鏈路狀態(tài)分組4) 計(jì)算新路由5.5.1發(fā)現(xiàn)鄰居節(jié)點(diǎn)路由器激活后，首先必須要通過(guò)發(fā)送hello報(bào)文來(lái)查詢鄰居信息，找到鄰居路由后，收取它們的ID信息和鏈路狀態(tài)信息，在計(jì)算過(guò)與之連接的成本和時(shí)延后，嘗試建立起毗鄰關(guān)系。5.5.2構(gòu)造鏈路狀態(tài)分組路由器收集交換的信息后，建立鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)包。每個(gè)路由記錄鄰居ID，網(wǎng)絡(luò)類型，鏈路帶寬和其他信息都存儲(chǔ)在LSP的路由數(shù)據(jù)包，只有鄰居路由之間共享LSP報(bào)文。5.5.3發(fā)布鏈路狀態(tài)分組OSPF路由獲取鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)后，只要維護(hù)該數(shù)據(jù)庫(kù)就可以了，當(dāng)中的路由通過(guò)泛洪運(yùn)算，向鄰居路由傳播鏈路狀態(tài)分組信息。只有鏈路狀態(tài)信息發(fā)生變化，再進(jìn)行路徑計(jì)算，通過(guò)這種方式降低系統(tǒng)的損耗和增強(qiáng)其負(fù)載能力。5.5.4計(jì)算新路由所有的路由獲取了完整拓?fù)鋱D之后，儲(chǔ)存了拓?fù)渲兴新酚傻逆溌窢顟B(tài)信息，就可以根據(jù)SPF算法來(lái)計(jì)算出到達(dá)其他任意路由的最優(yōu)路徑。在泛洪運(yùn)算之后，所有的LSP都得到共享，每個(gè)路由計(jì)算出到達(dá)任意路由的最短優(yōu)先路徑（SPF）就可以實(shí)現(xiàn)。5.6 鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)OSPF鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)是用來(lái)描述網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它是OSPF協(xié)議的重要組成部分。處于自治系統(tǒng)的每一個(gè)路由都必須維護(hù)相同的數(shù)據(jù)庫(kù)。事實(shí)上，這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)是該自治系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，但拓?fù)鋱D還包含一個(gè)加權(quán)系數(shù)。圖中的每一側(cè)上具有關(guān)聯(lián)權(quán)值，是沿鏈路方向的傳輸成本。這一代價(jià)值可以由它自己也可以從其它路由協(xié)議由管理員配置。其結(jié)果是，所有路由器都知道整個(gè)自治系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。6.OSPF路由器和區(qū)域類型6.1路由器的類型所有的OSPF路由器都是下面4種路由器類型中的一種：內(nèi)部路由器是指接口都在同一地區(qū)的所有路由器。骨干路由器即有多個(gè)接口連接到骨干域的路由自治系統(tǒng)邊界路由器（ASBR）被當(dāng)作OSPF外域到OSPF內(nèi)域的網(wǎng)關(guān)流量路由器，即注入到OSPF域的路由器協(xié)議，需要經(jīng)過(guò)ASBR路由器來(lái)研究并重分配協(xié)議才能引入路由。區(qū)域邊界路由器是把多個(gè)區(qū)域與骨干域連接的路由器。因此，ABR路由器往往有不止一個(gè)接口屬于骨干區(qū)域，并且必須持續(xù)維護(hù)以連接每個(gè)不同的區(qū)域。ABR路由器將信息匯集并發(fā)送到骨干區(qū)域，然后依次發(fā)送匯總信息到其余地區(qū)。6.2OSPF路由區(qū)域類型6.2.1OSPF路由區(qū)域劃分的必要性在OSPF協(xié)議環(huán)境，區(qū)域（Area）是OSPF協(xié)議的路由器或者邏輯鏈路，它能夠充分地將一個(gè)OSPF域分成幾個(gè)子域。在一個(gè)域中的路由器只需要知道它們的所在位置的區(qū)域拓?fù)浼?xì)節(jié)。在這種環(huán)境下：1) 路由器只需要儲(chǔ)存處于該地區(qū)的所有路由器相同的數(shù)據(jù)庫(kù)，但不必和所有在整個(gè)OSPF域的路由器享有各自的鏈路狀態(tài)。2) 鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)同時(shí)影響著路由器CPU的消耗，小的LSA在路由器CPU損耗方面顯得更有利。3) 因?yàn)長(zhǎng)SA能夠在本區(qū)域內(nèi)維護(hù)，鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)的泛洪運(yùn)算也僅僅在一個(gè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行。當(dāng)拓?fù)浯嬖诓恢挂粋€(gè)網(wǎng)域時(shí)，就必須定義一個(gè)骨干區(qū)域，骨干域?qū)賲^(qū)域ID號(hào)為區(qū)域0（或者0.0.0.0）。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都通過(guò)骨干區(qū)域來(lái)與其他區(qū)域連接，骨干區(qū)域收集并轉(zhuǎn)發(fā)每個(gè)區(qū)域的拓?fù)鋱D，即域間的所有通信都必須有骨干域的存在才能進(jìn)行，否則則需要定義虛鏈路。如圖6-1所示，區(qū)域0是骨干區(qū)域，區(qū)域1和區(qū)域2是非骨干區(qū)域。圖6-1OSPF骨干區(qū)域示意圖6.2.2OSPF的4種區(qū)域類型普通區(qū)域即正常傳輸數(shù)據(jù)的區(qū)域，可以接收鏈路更新信息和路由總結(jié)，各種類型的LSA均允許發(fā)布。處在多個(gè)網(wǎng)域中的ASBR路由器可以學(xué)習(xí)到多個(gè)連接路由信息，并在整個(gè)自治系統(tǒng)中進(jìn)行泛洪運(yùn)算從而向外部路由通告路由信息。實(shí)際上，一般這些外部LSA通告數(shù)量在每個(gè)路由器中的的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中占有很大比例。末梢區(qū)域末梢區(qū)域的定義是為了節(jié)省每次的傳送距離和時(shí)，處于該區(qū)域的路由并不用區(qū)請(qǐng)求所有的外部區(qū)域路由信息，而只需要通過(guò)發(fā)送LSA來(lái)從ASBR獲取鏈路狀態(tài)信息，就能夠快速到達(dá)目的路由，所以如圖所示區(qū)域2即是末梢區(qū)域區(qū)域2區(qū)域2區(qū)域0圖6-2末梢區(qū)域Fig.6-2stubbyarea完全末梢區(qū)域（totallystubbyarea）完全末梢區(qū)域僅使用默認(rèn)路由向自治系統(tǒng)外部發(fā)送消息，所有的匯總LSA（包括內(nèi)部和外部）都不能通過(guò)此區(qū)域。非純末梢區(qū)域（Not-So-Stubby-Area，NSSA）非純末梢區(qū)域基本和末梢區(qū)域相同，但允許內(nèi)部ASBR承載不同的路由協(xié)議，外網(wǎng)向區(qū)域內(nèi)通告LSA時(shí)會(huì)被轉(zhuǎn)化成能夠在該自治系統(tǒng)運(yùn)行的類型5LSA。6.3虛鏈路采用鏈路狀態(tài)算法的OSPF區(qū)域?yàn)榱吮苊饴酚森h(huán)路的出現(xiàn)，將自治系統(tǒng)中的各個(gè)網(wǎng)域與骨干域相連，非骨干網(wǎng)域也只能與骨干域交換LSA之后才能相互建立連接。虛鏈路是邏輯意義上的接口，邊界路由ABR要通過(guò)常規(guī)網(wǎng)域時(shí)，就要借助虛鏈路將該網(wǎng)域擴(kuò)展為骨干域來(lái)建立連接。與虛鏈路有關(guān)的區(qū)域一定要有完全的路由信息，這樣的區(qū)域也可以叫做傳輸區(qū)域;末梢區(qū)域排除在傳輸區(qū)域之外。虛鏈路能夠認(rèn)為是兩個(gè)ABR路由器之間的非編碼鏈路，并且它包含在骨干區(qū)域內(nèi)。通過(guò)虛鏈路，這些ABR路由器之間即使不存在物理數(shù)據(jù)鏈路上的連接，但已經(jīng)在邏輯上建立了虛擬連接。ABR查詢到現(xiàn)有路由信息含有可達(dá)連接路由信息時(shí)，虛擬鏈路將轉(zhuǎn)換到點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的一個(gè)全面運(yùn)作狀態(tài)，就這樣毗鄰關(guān)系通過(guò)虛鏈路成功建立。7.OSPF配置7.1PacketTracer介紹PT即PacketTracer，是能夠模擬思科路由器、交換機(jī)實(shí)際環(huán)境的軟件。目前該軟件是思科學(xué)院非常熱門(mén)而又簡(jiǎn)單的，同時(shí)也最接近真實(shí)環(huán)境的模擬工具。它能夠模擬更多實(shí)際網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌峁┢脚_(tái)讓用戶來(lái)學(xué)習(xí)創(chuàng)建，配置和故障清除等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。用戶能夠通過(guò)拖動(dòng)的方法來(lái)建立一個(gè)拓?fù)?，并且?dāng)數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中行進(jìn)時(shí)能夠查看詳細(xì)的進(jìn)程，以便察看動(dòng)態(tài)趨勢(shì)。7.2PT界面圖7-1PacketTracer界面Fig.7-1PacketTracerinterface7.3配置OSPF網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D7-2OSPF配置拓?fù)鋱D【配置步驟】先對(duì)PC進(jìn)行IP配置。打開(kāi)PC的“Desktop”點(diǎn)擊“IPConfiguration”進(jìn)行IP配置。表7-1PC端IP地址配置Tap.7-1IPofPCsettingPC地址PC-B1PC-C1PC-D1PC-E1IP地址192.168.2.1192.168.3.1192.168.4.1192.168.5.1掩碼地址255.255.255.0255.255.255.0255.255.255.0255.255.255.0默認(rèn)網(wǎng)關(guān)地址192.168.2.254192.168.3.254192.168.4.254192.168.5.254對(duì)每個(gè)路由進(jìn)行基礎(chǔ)配置（此處見(jiàn)附錄）測(cè)試OSPF是否配置成功。我們依然以路由器RouterB為例。RouterB#ping20.0.0.2Typeescapesequencetoabort.Sending5,100-byteICMPEchosto20.0.0.2,timeoutis2seconds:!!!!!Successrateis100percent(5/5),round-tripmin/avg/max=2/3/4msRouterB#可以看到成功接收的數(shù)據(jù)比例為5/5，即數(shù)據(jù)得到百分百的通信。再用PC-B1端ping各點(diǎn)地址以測(cè)試網(wǎng)絡(luò)是否通暢。圖7-3OSPF運(yùn)行結(jié)果Fig.7-3OSPFoperationresult從上圖可以看出，不管目的地址是端口地址、路由器地址還是PC端地址，都能夠順利ping通。附錄OSPF的配置命令基礎(chǔ)配置RouterA路由：RouterA>#enable進(jìn)入全局模式RouterA#configureterminal進(jìn)入全局配置模式Router(config)#hostnameRouterA給路由器另命名Enterconfigurationcommands,oneperline.EndwithCNTL/Z.RouterA(config)#interfacefastEthernet1/0進(jìn)入1/0端口RouterA(config-if)#noshutdown啟動(dòng)RouterA(config-if)#ipaddress40.0.0.2255.0.0.0設(shè)置端口IP地址RouterA(config-if)#exit退出RouterA(config)#interfacefastEthernet0/0RouterA(config-if)#noshutdownRouterA(config-if)#ipaddress20.0.0.2255.0.0.0RouterA(config-if)#exitRouterA(config)#interfacefastEthernet1/1RouterA(config-if)#noshutdownRouterA(config-if)#ipaddress10.0.0.2255.0.0.0RouterA(config-if)#exitRouterB路由：RouterB>#enableRouterB#configureterminalEnterconfigurationcommands,oneperline.EndwithCNTL/Z.RouterB(config)#interfacefastEthernet1/0RouterB(config-if)#noshutdownRouterB(config-if)#ipaddress192.168.2.254255.255.255.0RouterB(config-if)#exitRouterB(config)#interfacefastEthernet0/0RouterB(config-if)#noshutdownRouterB(config-if)#ipaddress10.0.0.1255.0.0.0RouterB(config-if)#exitRouterC路由：RouterC>#enableRouterC#configureterminalEnterconfigurationcommands,oneperline.EndwithCNTL/Z.RouterC(config)#interfacefastEthernet1/0RouterC(config-if)#noshutdownRouterC(config-if)#ipaddress20.0.0.1255.0.0.0RouterC(config-if)#exitRouterC(config)#interfacefastEthernet0/0RouterC(config-if)#noshutdownRouterC(config-if)#ipaddress192.168.3.254255.255.255.0RouterC(config-if)#exitRouterC(config)#interfacefastEthernet1/1RouterC(config-if)#noshutdownRouterC(config-if)#ipaddress30.0.0.2255.0.0.0RouterC(config-if)#exitRouterD路由：RouterD>#enableRouterD#configureterminalEnterconfigurationcommands,oneperline.EndwithCNTL/Z.RouterD(config)#interfacefastEthernet1/1RouterD(config-if)#noshutdownRouterD(config-if)#ipaddress30.0.0.1255.0.0.0RouterD(config-if)#exitRouterD(config)#interfacefastEthernet0/0RouterD(config-if)#noshutdownRouterD(config-if)#ipaddress192.168.4.254255.255.255.0RouterD(config-if)#exitRouterE路由：RouterE>#enableRouterE#configureterminalEnterconfigurationcommands,oneperline.EndwithCNTL/Z.RouterE(config)#interfacefastEthernet1/0RouterE(config-if)#noshutdownRouterE(config-if)#ipaddress192.168.5.254255.255.255.0RouterE(config-if)#exitRouterE(config)#interfacefastEthernet1/1RouterE(config-if)#noshutdownRouterE(config-if)#ipaddress40.0.0.1255.0.0.0RouterE(config-if)#exit進(jìn)行OSPF配置RouterA路由：RouterA>#enableRouterA#configureterminalEnterconfigurationcommands,oneperline.EndwithCNTL/Z.RouterA#interfaceloopback1創(chuàng)建并打開(kāi)環(huán)回路RouterA(conf)#routerospf110啟用ospf進(jìn)程RouterA(config-router)#router-id2.2.2.2為ospf進(jìn)程設(shè)置router-idRouterA(config-router)#network100.0.20.0.0.255area0通告area0RouterA(config-router)#network20.0.0.20.0.0.0area2通告area2RouterA(config-router)#network40.0.0.20.0.0.0area2RouterA(config-router)#network1.1.1.10.0.0.0area0把路由加入到OSPF中RouterA(config-router)#endRouterB路由：RouterB>#enableRouterB#configureterminalEnterconfigurationcommands,oneperline.EndwithCNTL/Z.RouterB#interfaceloopback1RouterB(conf)#routerospf110RouterB(config-router)#router-id1.1.1.1RouterB(config-router)#network100.0.20.0.0.255area0RouterB(config-router)#network20.0.0.20.0.0.0area0RouterB(config-router)#network1.1.1.10.0.0.0area0RouterB(config-router)#endRouterC路由：RouterC>#enableRouterC#configureterminalEnterconfigurationcommands,oneperline.EndwithCNTL/Z.RouterC#interfaceloopback1RouterC(conf)#routerospf110RouterC(config-router)#router-id3.3.3.3RouterC(config-router)#network20.0.0.10.0.0.255area2RouterC(config-router)#network192.168.3.10.0.0.255area2RouterC(config-router)#network3.3.3.30.0.0.0area2RouterC(config-router)#endRouterD路由：RouterD>#enableRouterD#configureterminalEnterconfigurationcommands,oneperline.EndwithDNTL/Z.RouterD#interfaceloopback1RouterD(conf)#routerospf110RouterD(config-router)#router-id4.4.4.4RouterD(config-router)#network30.0.0.10.0.0.255area2RouterD(config-router)#network192.168.4.10.0.0.255area2RouterD(config-router)#network4.4.4.40.0.0.0area2RouterD(config-router)#endRouterE路由：RouterE>#enableRouterE#configureterminalEnterconfigurationcommands,oneperline.EndwithENTL/Z.RouterE#interfaceloopback1%LINK-5-CHCNGED:InterfaceLoopback1,changedstatetoup%LINEPROTO-5-UPDOWN:LineprotocolonInterfaceLoopback1,changedstatetoupRouterE(conf)#routerospf110RouterE(config-router)#router-id5.5.5.5RouterE(config-router)#network40.0.0.10.0.0.255area2RouterE(config-router)#network192.168.5.10.0.0.255area2RouterE(config-router)#network5.5.5.50.0.0.0area2RouterE(config-router)#end使用配置命令查看OSPF以路由器RouterB為例。RouterB>showipospfRoutingProcess"ospf110"withID192.168.2.254SupportsonlysingleTOS(TOS0)routesSupportsopaqueLSASPFscheduledelay5secs,HoldtimebetweentwoSPFs10secsMinimumLSAinterval5secs.MinimumLSAarrival1secsNumberofexternalLSA0.ChecksumSum0x000000NumberofopaqueASLSA0.ChecksumSum0x000000NumberofDCbitlessexternalandopaqueASLSA0NumberofDoNotAgeexternalandopaqueASLSA0Numberofareasinthisrouteris1.1normal0stub0nssaExternalfloodlistlength0AreaBACKBONE(0)Numberofinterfacesinthisareais2AreahasnoauthenticationSPFalgorithmexecuted2timesArearangesareNumberofLSA1.ChecksumSum0x0007edNumberofopaquelinkLSA0.ChecksumSum0x000000NumberofDCbitlessLSA0NumberofindicationLSA0NumberofDoNotAgeLSA0Floodlistlength0--More—RouterB>showiproutCodes:C-connected,S-static,I-IGRP,R-RIP,M-mobile,B-BGPD-E