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ensp之OSPF实验（单区域）

分类: 文章 • 2025-03-21 18:22:45

距离路由矢量算法交换的是路由表，路由器并不了解整个网络拓扑结构，它只是简单的做加法，只知道到达某个目的地从哪里走，距离多远。例如：RIP
OSPF属于链路状态路由协议，路由器彼此之间交互的不是路由信息，而是LSA（链路状态通告）。【链路指路由器接口，状态指接口及与邻居路由器之间的关系】
一、实验拓扑
ensp之OSPF实验（单区域）
图1 OSPF实验（单区域）拓扑图
二、实验过程及结果分析
（1）根据图1连接各设备；
（2）配置设备；
R1：
[R1]sys R1
[R1]int e0/0/1
[R1-Ethernet0/0/1]
[R1-Ethernet0/0/1]ip add 1.1.1.1 24
[R1-Ethernet0/0/1]quit
[R1]int g0/0/0
[R1-Ethernet0/0/0]ip add 2.2.2.1 24
[R1-Ethernet0/0/0]quit
[R1]int loop 0
[R1-LoopBack0]
[R1-LoopBack0]ip add 10.0.0.1 24
[R1-LoopBack0]qui
[R1]ospf 1
[R1-ospf-1]area 0
[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]net 1.1.1.0 0.0.0.255
[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]net 2.2.2.0 0.0.0.255
[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]net 10.0.0.0 0.0.0.255
[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]quit
[R1-ospf-1]quit
R2：
[R2]int e0/0/0
[R2-Ethernet0/0/0]ip add 1.1.1.2 24
[R2-Ethernet0/0/0]
[R2-Ethernet0/0/0]quit
[R2]int e0/0/1
[R2-Ethernet0/0/1]ip add 3.3.3.1 24
[R2-Ethernet0/0/1]quit
[R2]int loop 0
[R2-LoopBack0]ip add 20.0.0.1 24
[R2-LoopBack0]qui
[R2]ospf 1
[R2-ospf-1]
[R2-ospf-1]area 0
[R2-ospf-1-area-0.0.0.0]net 1.1.1.0 0.0.0.255
[R2-ospf-1-area-0.0.0.0]net 3.3.3.0 0.0.0.255
[R2-ospf-1-area-0.0.0.0]net 20.0.0.0 0.0.0.255
[R2-ospf-1-area-0.0.0.0]quit
[R2-ospf-1]quit
R3：
[R3]int e0/0/0
[R3-Ethernet0/0/0]
[R3-Ethernet0/0/0]ip add 3.3.3.2 24
[R3-Ethernet0/0/0]quit
[R3]int e0/0/1
[R3-Ethernet0/0/1]ip add 4.4.4.1 24
[R3-Ethernet0/0/1]quit
[R3]int loop 0
[R3-LoopBack0]ip add 30.0.0.1 24
[R3-LoopBack0]qui
[R3]ospf 1
[R3-ospf-1]area 0
[R3-ospf-1-area-0.0.0.0]net 3.3.3.0 0.0.0.255
[R3-ospf-1-area-0.0.0.0]net 4.4.4.0 0.0.0.255
[R3-ospf-1-area-0.0.0.0]net 30.0.0.0 0.0.0.255
[R3-ospf-1-area-0.0.0.0]quit
[R3-ospf-1]quit
（3）组网连通性检测；
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图2 PC 1 ping PC 2
（4）监测路由器（OSPF邻居信息、OSPF路由表）；
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图3 R1的ospf邻居信息
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图4 R2的ospf邻居信息
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图5 R3的OSPF邻居信息
OSPF邻居信息描述：
（1）Area：邻居路由器所属的区域
（2）Interface：与邻居相连的接口
（3）Router ID：邻居的Router ID（即在该区域中该邻居路由器的唯一标识）
（4）Address：邻居接口地址
（5）State：邻居状态（不是指两者之间的状态，而是站在当前路由器的位置去观望邻居路由器的状态，即于当前路由器而言的邻居状态）
（6）Mode：判断与邻居路由器之前的主从关系（Master和Slave）
（7）Priority：邻居的优先级（可用于选举DR和BDR）
（8）DR：指定路由器
（9）BDR：备份指定路由器
（10）MTU：邻居接口的最大传输单元
（11）Dead timer due in xx sec：Dead定时器在xx秒后到时
（12）Retrans timer interval：重传LSA的时间间隔（秒）
（13）Authentication Sequence：认证***
选举DR的原则：
最高OSPF接口优先级拥有者被选作DR，如果优先级相等（默认为1），具有最高的OSPF Router-ID的路由器被选举成DR，并且DR具有非抢占性（即在已经选出DR后，后来添加的拥有高优先级者不可替代之前的DR）。
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图6 R1的ospf路由表
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图7 R2的ospf路由表
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图8 R3的OSPF路由表
在OSPF路由表中使用cost作为衡量路径的标准，相较于RIP的傻瓜式最短路径优先更为高效，节省带宽资源。
AdvRouter即通告路由器，表示该LSA是由谁通告出来的。在OSPF中该区域的所有LSA将整合为一份共享的LSDB，保证了信息的准确性。
（5）观察路由器OSPF邻居状态变化；
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图9 R1的OSPF邻居状态变化
OSPF邻居状态：
Down：该状态为邻居的初始状态。表示没有邻居收到任何信息。

Init：该状态表明已经接收到了从邻居发送来的Hello报文。

2-Way：该状态表明已经接收到了从邻居发送过来的Hello报文，并且该Hello报文的Neighbor List中包含本地Router ID，即双方可以互通。

ExStart：该状态为建立Adjacency的第一步，进行主从关系、DD Sequence Number的协商。

Exchange：从该状态开始，进行LSDB同步操作，交互的报文有DD报文、LSR报文、LSU报文。

Loading：LSDB正在进行同步操作，交互的报文有LSR报文和LSU报文。

Full：该状态说明，邻居的LSDB已经同步完成，双方建立了Full邻接关系。
（6）抓包分析；
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图10 R1的E0/0/1处抓包
①Hello：建立和维护OSPF邻居关系
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图11 Hello报文
②DBD：链路状态数据库描述信息（描述LSDB中LSA头部信息）
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图12 DBD报文
③LSR：链路状态请求，向OSPF邻居请求链路状态信息
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图13 LSR报文
④LSU：链路状态更新（包含一条或多条LSA）
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图14 LSU报文
⑤LSAck：对LSU中的LSA进行确认
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图15 LSAck报文
ensp之OSPF实验（单区域）
图16 OSPF邻居关系建立过程及其相应报文类型
三、知识总结
1.SPF最短路径优先算法：
每台路由器基于LSDB进行计算，得到一个以自己为根、覆盖全网的一棵无环的树。
2.OSPF的基本特点：
（1）适合大规模组网
（2）快速收敛：在网络拓扑结构发生变化后立即发送更新报文，使这一变化在自治系统中同步
（3）无自环：SPF最短路径树算法
（4）区域划分：允许自治系统的网络被划分成区域来管理，链路状态数据库LSDB减小了区域间传送的路由信息量，降低了网络带宽的占用。
（5）等价路由：支持到同一目的的地址的多条等价路由
（6）路由分级：区域内路由、区域间路由、第一类外部路由、第二类外部路由
（7）支持验证：支持基于区域和接口的报文验证，以保证报文交互的安全性
（8）组播发送：减少对其他未使能OSPF设备的干扰，使用用224.0.0.5和224.0.0.6
3.Router-ID：
相当于是OSPF路由器的身份标识，在整个域内必须唯一，类似于IP地址
（1）手工配置
（2）系统自动选定：在该路由器上随机选择一个端口的IP地址作为Router-ID
一旦OSPF的进程开始工作，Router-ID将不会发生改变，除非重新手工配置并且重启OSPF进程。
4.OSPF报文类型：
（1）Hello：建立和维护OSPF邻居关系，用于发现直连链路上的其他OSPF路由器
（2）DBD：链路状态数据库描述信息（描述LSDB中LSA头部信息）
（3）LSR：链路状态请求，向OSPF邻居请求链路状态信息
（4）LSU：链路状态更新（包含一条或多条LSA）
（5）LSAck：对LSU中的LSA进行确认
5.DR与BDR：
OSPF中需要维护很多的邻居关系，消耗大量设备资源，也增加了网络中LSA的泛洪数量，因此定义了DR指定路由器、BDR备份指定路由器。
DR负责使用该变化信息更新其它所有OSPF路由器。
BDR会监控DR的状态，并在当前DR发生故障时接替其角色。
6.DR选举规则：
最高OSPF接口优先级拥有者被选作DR，如果优先级相等（默认为1），具有最高的OSPF Router-ID的路由器被选举成DR，并且DR具有非抢占性（即在已经选出DR后，后来添加的拥有高优先级者不可替代之前的DR）。
7. OSPF的基础配置：
（1）创建进程
[Router]ospf [process-id|router-id router-id]
（2）**协议
在area中宣告指定接口
[Router-ospf]area area-id
[Router-ospf-area]network ip-address wildcard-mask（通配符掩码）
8.网络掩码：
用于区分IP地址中网络及主机部分
通配符掩码（反掩码）：
用于决定一个IP中哪些位该匹配（1位表示无所谓；0位表示需严格匹配）

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