华为路由OSPF理论和配置命令.docx
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华为路由OSPF理论和配置命令.docx
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华为路由OSPF理论和配置命令
OSPF要求每台运行OSPF的路由器都了解整个网络的链路状态信息,这样才能计算出到达目的地的最优路径。
OSPF的收敛过程由链路状态公告LSA(LinkStateAdvertisement)泛洪开始,LSA中包含了路由器已知的接口IP地址、掩码、开销和网络类型等信息。
收到LSA的路由器都可以根据LSA提供的信息建立自己的链路状态数据库LSDB(LinkStateDatabase),并在LSDB的基础上使用SPF算法进行运算,建立起到达每个网络的最短路径树。
最后,通过最短路径树得出到达目的网络的最优路由,并将其加入到IP路由表中。
OSPF直接运行在IP协议之上,使用IP协议号89。
OSPF有五种报文类型,每种报文都使用相同的OSPF报文头。
Hello报文:
最常用的一种报文,用于发现、维护邻居关系。
并在广播和NBMA(None-BroadcastMulti-Access)类型的网络中选举指定路由器DR(DesignatedRouter)和备份指定路由器BDR(BackupDesignatedRouter)。
DD报文:
两台路由器进行LSDB数据库同步时,用DD报文来描述自己的LSDB。
DD报文的内容包括LSDB中每一条LSA的头部(LSA的头部可以唯一标识一条LSA)。
LSA头部只占一条LSA的整个数据量的一小部分,所以,这样就可以减少路由器之间的协议报文流量。
LSR报文:
两台路由器互相交换过DD报文之后,知道对端的路由器有哪些LSA是本地LSDB所缺少的,这时需要发送LSR报文向对方请求缺少的LSA,LSR只包含了所需要的LSA的摘要信息。
LSU报文:
用来向对端路由器发送所需要的LSA。
LSACK报文:
用来对接收到的LSU报文进行确认。
邻居和邻接关系建立的过程如下:
Down:
这是邻居的初始状态,表示没有从邻居收到任何信息。
Attempt:
此状态只在NBMA网络上存在,表示没有收到邻居的任何信息,但是已经周期性的向邻居发送报文,发送间隔为HelloInterval。
如果RouterDeadInterval间隔内未收到邻居的Hello报文,则转为Down状态。
Init:
在此状态下,路由器已经从邻居收到了Hello报文,但是自己不在所收到的Hello报文的邻居列表中,尚未与邻居建立双向通信关系。
2-Way:
在此状态下,双向通信已经建立,但是没有与邻居建立邻接关系。
这是建立邻接关系以前的最高级状态。
ExStart:
这是形成邻接关系的第一个步骤,邻居状态变成此状态以后,路由器开始向邻居发送DD报文。
主从关系是在此状态下形成的,初始DD序列号也是在此状态下决定的。
在此状态下发送的DD报文不包含链路状态描述。
Exchange:
此状态下路由器相互发送包含链路状态信息摘要的DD报文,描述本地LSDB的内容。
Loading:
相互发送LSR报文请求LSA,发送LSU报文通告LSA。
Full:
路由器的LSDB已经同步。
RouterID是一个32位的值,它唯一标识了一个自治系统内的路由器,可以为每台运行OSPF的路由器上可以手动配置一个RouterID,或者指定一个IP地址作为RouterID。
如果设备存在多个逻辑接口地址,则路由器使用逻辑接口中最大的IP地址作为RouterID;如果没有配置逻辑接口,则路由器使用物理接口的最大IP地址作为RouterID。
在为一台运行OSPF的路由器配置新的RouterID后,可以在路由器上通过重置OSPF进程来更新RouterID。
通常建议手动配置RouterID,以防止RouterID因为接口地址的变化而改变。
运行OSPF的路由器之间需要交换链路状态信息和路由信息,在交换这些信息之前路由器之间首先需要建立邻接关系。
邻居(Neighbor):
OSPF路由器启动后,便会通过OSPF接口向外发送Hello报文用于发现邻居。
收到Hello报文的OSPF路由器会检查报文中所定义的一些参数,如果双方的参数一致,就会彼此形成邻居关系。
邻接(Adjacency):
形成邻居关系的双方不一定都能形成邻接关系,这要根据网络类型而定。
只有当双方成功交换DD报文,并能交换LSA之后,才形成真正意义上的邻接关系。
路由器在发送LSA之前必须先发现邻居并建立邻居关系。
本例中,RTA通过以太网连接了三个路由器,所以RTA有三个邻居,但不能说RTA有三邻接关系。
OSPF的邻居发现过程是基于Hello报文来实现的,Hello报文中的重要字段解释如下:
NetworkMask:
发送Hello报文的接口的网络掩码。
HelloInterval:
发送Hello报文的时间间隔,单位为秒。
Options:
标识发送此报文的OSPF路由器所支持的可选功能。
具体的可选功能已超出这里的讨论范围。
RouterPriority:
发送Hello报文的接口的RouterPriority,用于选举DR和BDR。
RouterDeadInterval:
失效时间。
如果在此时间内未收到邻居发来的Hello报文,则认为邻居失效;单位为秒,通常为四倍HelloInterval。
DesignatedRouter:
发送Hello报文的路由器所选举出的DR的IP地址。
如果设置为0.0.0.0,表示未选举DR路由器。
BackupDesignatedRouter:
发送Hello报文的路由器所选举出的BDR的IP地址。
如果设置为0.0.0.0,表示未选举BDR。
Neighbor:
邻居的RouterID列表,表示本路由器已经从这些邻居收到了合法的Hello报文。
------------------------------------------------------(本课程不探讨)
如果路由器发现所接收的合法Hello报文的邻居列表中有自己的RouterID,则认为已经和邻居建立了双向连接,表示邻居关系已经建立。
验证一个接收到的Hello报文是否合法包括:
如果接收端口的网络类型是广播型,点到多点或者NBMA,所接收的Hello报文中NetworkMask字段必须和接收端口的网络掩码一致,如果接收端口的网络类型为点到点类型或者是虚连接,则不检查NetworkMask字段;
所接收的Hello报文中HelloInterval字段必须和接收端口的配置一致;
所接收的Hello报文中RouterDeadInterval字段必须和接收端口的配置一致;
所接收的Hello报文中Options字段中的E-bit(表示是否接收外部路由信息)必须和相关区域的配置一致。
如图所示,路由器在建立完成邻居关系之后,便开始进行数据库同步,具体过程如下:
邻居状态变为ExStart以后,RTA向RTB发送第一个DD报文,在这个报文中,DD序列号被设置为X(假设),RTA宣告自己为主路由器。
RTB也向RTA发送第一个DD报文,在这个报文中,DD序列号被设置为Y(假设)。
RTB也宣告自己为主路由器。
由于RTB的RouterID比RTA的大,所以RTB应当为真正的主路由器。
RTA发送一个新的DD报文,在这个新的报文中包含LSDB的摘要信息,序列号设置为RTB在步骤2里使用的序列号,因此RTB将邻居状态改变为Exchange。
邻居状态变为Exchange以后,RTB发送一个新的DD报文,该报文中包含LSDB的描述信息,DD序列号设为Y+1(上次使用的序列号加1)。
即使RTA不需要新的DD报文描述自己的LSDB,但是作为从路由器,RTA需要对主路由器RTB发送的每一个DD报文进行确认。
所以,RTA向RTB发送一个内容为空的DD报文,序列号为Y+1。
发送完最后一个DD报文之后,RTA将邻居状态改变为Loading;RTB收到最后一个DD报文之后,改变状态为Full(假设RTB的LSDB是最新最全的,不需要向RTA请求更新)。
邻居状态变为Loading之后,RTA开始向RTB发送LSR报文,请求那些在Exchange状态下通过DD报文发现的,而且在本地LSDB中没有的链路状态信息。
RTB收到LSR报文之后,向RTA发送LSU报文,在LSU报文中,包含了那些被请求的链路状态的详细信息。
RTA收到LSU报文之后,将邻居状态从Loading改变成Full。
RTA向RTB发送LSACK报文,用于对已接收LSA的确认。
此时,RTA和RTB之间的邻居状态变成Full,表示达到完全邻接状态。
OSPF定义了四种网络类型,分别是点到点网络,广播型网络,NBMA网络和点到多点网络。
点到点网络是指只把两台路由器直接相连的网络。
一个运行PPP的64K串行线路就是一个点到点网络的例子。
广播型网络是指支持两台以上路由器,并且具有广播能力的网络。
一个含有三台路由器的以太网就是一个广播型网络的例子。
OSPF可以在不支持广播的多路访问网络上运行,此类网络包括在hub-spoke拓扑上运行的帧中继(FR)和异步传输模式(ATM)网络,这些网络的通信依赖于虚电路。
OSPF定义了两种支持多路访问的网络类型:
非广播多路访问网络(NBMA)和点到多点网络(PointToMulti-Points)。
NBMA:
在NBMA网络上,OSPF模拟在广播型网络上的操作,但是每个路由器的邻居需要手动配置。
NBMA方式要求网络中的路由器组成全连接。
P2MP:
将整个网络看成是一组点到点网络。
对于不能组成全连接的网络应当使用点到多点方式,例如只使用PVC的不完全连接的帧中继网络。
每一个含有至少两个路由器的广播型网络和NBMA网络都有一个DR和BDR。
DR和BDR可以减少邻接关系的数量,从而减少链路状态信息以及路由信息的交换次数,这样可以节省带宽,降低对路由器处理能力的压力。
一个既不是DR也不是BDR的路由器只与DR和BDR形成邻接关系并交换链路状态信息以及路由信息,这样就大大减少了大型广播型网络和NBMA网络中的邻接关系数量。
在没有DR的广播网络上,邻接关系的数量可以根据公式n(n-1)/2计算出,n代表参与OSPF的路由器接口的数量。
在本例中,所有路由器之间有6个邻接关系。
当指定了DR后,所有的路由器都与DR建立起邻接关系,DR成为该广播网络上的中心点。
BDR在DR发生故障时接管业务,一个广播网络上所有路由器都必须同BDR建立邻接关系。
本例中使用DR和BDR将邻接关系从6减少到了5,RTA和RTB都只需要同DR和BDR建立邻接关系,RTA和RTB之间建立的是邻居关系。
此例中,邻接关系数量的减少效果并不明显。
但是,当网络上部署了大量路由器时,比如100台,那么情况就大不一样了。
在邻居发现完成之后,路由器会根据网段类型进行DR选举。
在广播和NBMA网络上,路由器会根据参与选举的每个接口的优先级进行DR选举。
优先级取值范围为0-255,值越高越优先。
缺省情况下,接口优先级为1。
如果一个接口优先级为0,那么该接口将不会参与DR或者BDR的选举。
如果优先级相同时,则比较RouterID,值越大越优先被选举为DR。
为了给DR做备份,每个广播和NBMA网络上还要选举一个BDR。
BDR也会与网络上所有的路由器建立邻接关系。
为了维护网络上邻接关系的稳定性,如果网络中已经存在DR和BDR,则新添加进该网络的路由器不会成为DR和BDR,不管该路由器的RouterPriority是否最大。
如果当前DR发生故障,则当前BDR自动成为新的DR,网络中重新选举BDR;如果当前BDR发生故障,则DR不变,重新选举BDR。
这种选举机制的目的是为了保持邻接关系的稳定,使拓扑结构的改变对邻接关系的影响尽量小。
OSPF支持将一组网段组合在一起,这样的一个组合称为一个区域。
划分OSPF区域可以缩小路由器的LSDB规模,减少网络流量。
区域内的详细拓扑信息不向其他区域发送,区域间传递的是抽象的路由信息,而不是详细的描述拓扑结构的链路状态信息。
每个区域都有自己的LSDB,不同区域的LSDB是不同的。
路由器会为每一个自己所连接到的区域维护一个单独的LSDB。
由于详细链路状态信息不会被发布到区域以外,因此LSDB的规模大大缩小了。
Area0为骨干区域,为了避免区域间路由环路,非骨干区域之间不允许直接相互发布路由信息。
因此,每个区域都必须连接到骨干区域。
运行在区域之间的路由器叫做区域边界路由器ABR(AreaBoundaryRouter),它包含所有相连区域的LSDB。
自治系统边界路由器ASBR(AutonomousSystemBoundaryRouter)是指和其他AS中的路由器交换路由信息的路由器,这种路由器会向整个AS通告AS外部路由信息。
在规模较小的企业网络中,可以把所有的路由器划分到同一个区域中,同一个OSPF区域中的路由器中的LSDB是完全一致的。
OSPF区域号可以手动配置,为了便于将来的网络扩展,推荐将该区域号设置为0,即骨干区域。
OSPF基于接口带宽计算开销,计算公式为:
接口开销=带宽参考值÷带宽。
带宽参考值可配置,缺省为100Mbit/s。
以此,一个64kbit/s串口的开销为1562,一个E1接口(2.048Mbit/s)的开销为48。
命令bandwidth-reference可以用来调整带宽参考值,从而可以改变接口开销,带宽参考值越大,开销越准确。
在支持10Gbit/s速率的情况下,推荐将带宽参考值提高到10000Mbit/s来分别为10Gbit/s、1Gbit/s和100Mbit/s的链路提供1、10和100的开销。
注意,配置带宽参考值时,需要在整个OSPF网络中统一进行调整。
另外,还可以通过ospfcost命令来手动为一个接口调整开销,开销值范围是1~65535,缺省值为1。
在配置OSPF时,需要首先使能OSPF进程。
命令ospf[processid]用来使能OSPF,在该命令中可以配置进程ID。
如果没有配置进程ID,则使用1作为缺省进程ID。
命令ospf[processid][router-id
在该命令中,router-id代表路由器的ID。
命令network用于指定运行OSPF协议的接口,在该命令中需要指定一个反掩码。
反掩码中,“0”表示此位必须严格匹配,“1”表示该地址可以为任意值。
命令displayospfpeer可以用于查看邻居相关的属性,包括区域、邻居的状态、邻接协商的主从状态以及DR和BDR情况。
OSPF支持简单认证及加密认证功能,加密认证对潜在的攻击行为有更强的防范性。
OSPF认证可以配置在接口或区域上,配置接口认证方式的优先级高于区域认证方式。
接口或区域上都可以运行ospfauthentication-mode{simple[[plain]
命令ospfauthentication-mode{md5|hmac-md5}[key-id{plain
在启用认证功能之后,可以在终端上进行调试来查看认证过程。
debuggingospfpacket命令用来指定调试OSPF报文,然后便可以查看认证过程,以确定认证配置是否成功。
Hello报文中的RouterDeadInterval字段代表死亡间隔,如果在此时间内未收到邻居发来的Hello报文,则认为邻居失效。
死亡间隔是Hello间隔的4倍,在广播网络上缺省为40秒(因为Hello间隔缺省为10秒)。
在广播网络上,DR和BDR都使用组播地址224.0.0.6来接收链路状态更新报文。
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