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计算机网络

OSPF路由协议基础实验

~梓
~梓
2024-11-30 / 0 评论 / 0 点赞 / 35 阅读 / 0 字
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本文最后更新于2024-11-30，若内容或图片失效，请留言反馈。 部分素材来自网络，若不小心影响到您的利益，请联系我们删除。

OSPF路由协议基础实验

OSPF（Open Shortest Path First）即开放式最短路径优先协议，是一种内部网关协议（IGP），用于在单一自治系统（AS）内决策路由。以下是详细的知识点：

一、OSPF 基础概念

  1. 工作原理

    • OSPF 基于链路状态算法。每个路由器都会收集其自身接口的链路状态信息，包括接口的 IP 地址、子网掩码、网络类型、链路开销等。这些信息被封装成链路状态通告（LSA），然后发送给自治系统内的其他路由器。
    • 所有路由器通过交换 LSA，构建出一个完整的链路状态数据库（LSDB）。这个数据库描述了整个自治系统的网络拓扑结构。
    • 基于 LSDB，每个路由器使用迪杰斯特拉（Dijkstra）算法计算出以自己为根的最短路径树（SPT），从而确定到每个目的网络的最佳路径，并将这些路由信息添加到自己的路由表中。

  2. 区域（Area）概念

    • OSPF 通过划分区域来减少链路状态数据库的规模，降低 SPF 算法的计算复杂度。一个自治系统可以划分为多个区域，区域的边界由区域边界路由器（ABR）来定义。
    • 骨干区域（Area 0）是特殊的区域，所有其他区域都必须与骨干区域相连。这种层次化的结构使得 OSPF 网络更易于管理和扩展。
    • 例如，在一个大型企业网络中，可以将总部的网络划分为一个骨干区域，各个分支机构的网络划分为不同的非骨干区域。

  3. 路由器类型

    • 内部路由器（IR）：所有接口都属于同一个区域的路由器。它只维护所在区域的链路状态信息。
    • 区域边界路由器（ABR）：连接一个或多个区域到骨干区域的路由器。它维护多个区域的链路状态信息，并且可以将区域间的路由信息进行汇总和传播。
    • 自治系统边界路由器（ASBR）：连接自治系统与外部网络（如其他自治系统或者非 OSPF 网络）的路由器。它负责引入外部路由信息到 OSPF 自治系统内部。

二、OSPF 报文类型

  1. Hello 报文
    • 用于发现和维护邻居关系。路由器周期性地（默认 10 秒，在多路访问网络中是 30 秒）发送 Hello 报文。
    • Hello 报文中包含路由器 ID、区域 ID、认证信息、网络掩码等内容。通过比较这些信息，路由器可以判断是否能与对方建立邻居关系。
    • 如果在一定时间（Dead Interval，默认 4 倍 Hello Interval）内没有收到邻居的 Hello 报文，就会认为邻居失效。
  2. 数据库描述（DBD）报文
    • 用于描述本地链路状态数据库的摘要信息。在邻居关系建立的初期，路由器会交换 DBD 报文，以便双方了解对方 LSDB 的内容。
    • DBD 报文包含 LSDB 中每一条 LSA 的头部信息，如 LSA 类型、LSA ID、通告路由器等，通过比较这些头部信息，路由器可以确定需要从对方获取哪些完整的 LSA。
  3. 链路状态请求（LSR）报文
    • 当路由器通过比较 DBD 报文发现自己的 LSDB 缺少某些 LSA 时，就会发送 LSR 报文向邻居请求完整的 LSA。LSR 报文中包含需要请求的 LSA 的类型、LSA ID 和通告路由器等信息。
  4. 链路状态更新（LSU）报文
    • 用于发送完整的 LSA。收到 LSR 报文后，路由器会将对方请求的 LSA 封装在 LSU 报文中发送给请求方。一个 LSU 报文可以包含多个 LSA。
    • LSU 报文是 OSPF 中最重要的报文类型之一，因为它直接传递了链路状态信息，这些信息的传播和更新对于构建准确的网络拓扑至关重要。
  5. 链路状态确认（LSAck）报文
    • 用于确认收到的 LSA。当路由器收到 LSU 报文后，会发送 LSAck 报文来确认收到的 LSA。这是一种可靠的传输机制，确保 LSA 能够正确地在网络中传播。

三、OSPF 的开销（Cost）

  1. 计算方式

    • OSPF 的开销与链路的带宽有关。默认情况下，开销的计算公式为：Cost = 100Mbps / 链路带宽（Mbps）。例如，对于一条 10Mbps 的链路，其开销为

      100Mbps/10Mbps = 10

      。

    • 可以通过修改接口的开销值来影响路由选择。这在网络优化和流量工程中非常有用，比如当希望某些流量优先通过某条链路时，可以适当调整该链路的开销。

  2. 影响路由选择

    • 路由器在计算最短路径树时，会综合考虑路径上所有链路的开销总和。开销越小的路径越优先被选择。

    • 例如，从路由器 A 到路由器 C 有两条路径，路径 1 经过链路带宽为 100Mbps 和 50Mbps 的两条链路，其总开销为

      100Mbps/100Mbps + 100Mbps/50Mbps = 1 + 2 = 3

      ；路径 2 经过链路带宽为 10Mbps 的三条链路，其总开销为

      100Mbps/10Mbps×3 = 30

      。那么路由器 A 会优先选择路径 1 来转发到路由器 C 的流量。

四、配置任务1：建立单区域OSPF

  • 实验目标：通过OSPF协议，让4台路由器分别学习到两台PC的网段，以及每台路由器的环回接口地址，实现全网IP互通。

设备 接口 IP地址 子网掩码 默认网关
AR1 G0/0/0 172.16.10.1 255.255.255.0 —
G0/0/1 10.10.14.1 255.255.255.0 —
G0/0/2 10.10.12.1 255.255.255.0 —
Lo0 10.10.0.1 255.255.255.255 —
AR2 G0/0/1 10.10.12.2 255.255.255.0 —
G0/0/2 10.10.23.2 255.255.255.0 —
Lo0 10.10.0.2 255.255.255.255 —
AR3 G0/0/0 172.16.30.3 255.255.255.0 —
G0/0/1 10.10.34.3 255.255.255.0 —
G0/0/2 10.10.23.3 255.255.255.0 —
Lo0 10.10.0.3 255.255.255.255 —
AR4 G0/0/1 10.10.14.4 255.255.255.0 —
G0/0/2 10.10.34.4 255.255.255.0 —
Lo0 10.10.0.4 255.255.255.255 —
PC1 E0/0/1 172.16.10.10 255.255.255.0 172.16.10.1
PC2 E0/0/1 172.16.30.10 255.255.255.0 172.16.30.3

1. 路由配置

  1. AR1的配置
system-view
sysname AR1
interface GigabitEthernet 0/0/0
ip address 172.16.10.1 24
quit
interface GigabitEthernet 0/0/1
ip address 10.10.14.1 24
quit
interface GigabitEthernet 0/0/2
ip address 10.10.12.1 24
quit
interface LoopBack 0
ip address 10.10.0.1 32
  • system-view：进入系统视图
  • sysname AR1：设置设备名称为AR1
  • interface GigabitEthernet 0/0/0：进入千兆以太网接口GigabitEthernet 0/0/0
  • ip address 172.16.30.3 24：为该接口配置IP地址为172.16.30.3，子网掩码为24位（即255.255.255.0）
  • quit：退出当前接口配置模式
  • interface LoopBack 0：进入环回接口LoopBack 0
  • ip address 10.10.0.3 32：为该环回接口配置IP地址为10.10.0.3，子网掩码为32位（即255.255.255.255，该地址仅用于本地设备标识等用途）
  1. AR2的配置
system-view
sysname AR2
interface GigabitEthernet 0/0/1
ip address 10.10.12.2 24
quit
interface GigabitEthernet 0/0/2
ip address 10.10.23.2 24
quit
interface LoopBack 0
ip address 10.10.0.2 32
  1. AR3的配置
system-view
sysname AR3
interface GigabitEthernet 0/0/0
ip address 172.16.30.3 24
quit
interface GigabitEthernet 0/0/1
ip address 10.10.34.3 24
quit
interface GigabitEthernet 0/0/2
ip address 10.10.23.3 24
quit
interface LoopBack 0
ip address 10.10.0.3 32
  1. AR4的配置
system-view
sysname AR4
interface GigabitEthernet 0/0/1
ip address 10.10.14.4 24
quit
interface GigabitEthernet 0/0/2
ip address 10.10.34.4 24
quit
interface LoopBack 0
ip address 10.10.0.4 32

2. OSPF配置

  1. AR1上的OSPF配置
ospf 1 router-id 10.10.0.1
area 0
network 172.16.10.0 0.0.0.255
network 10.10.12.0 0.0.0.255
network 10.10.14.0 0.0.0.255
network 10.10.0.1 0.0.0.0

  1. ospf 1 router - id 10.10.0.1

    • ospf 1：这是在设备上启动 OSPF（开放式最短路径优先）协议的进程号为 1。OSPF 可以同时运行多个进程，每个进程有独立的数据库和计算逻辑。不同的进程之间不交换路由信息，一般在需要对网络进行逻辑隔离或者测试等场景下会使用多个 OSPF 进程。
    • router - id 10.10.0.1：用于指定路由器 ID（Router - ID）。Router - ID 是一个 32 位的 IP 地址，在整个 OSPF 网络中用于唯一标识一台路由器。它的作用类似于设备的 “身份证”，OSPF 协议使用 Router - ID 来区分不同的路由器。这个 Router - ID 可以手动指定，也可以由设备自动选择（通常是设备上的最大的 IP 地址的接口作为 Router - ID）。在这里手动指定了 Router - ID 为 10.10.0.1。

  2. area 0

    • 这是进入 OSPF 进程 1 的区域 0（骨干区域）的配置模式。在 OSPF 网络架构中，区域 0 是骨干区域，所有其他区域都需要与区域 0 相连。骨干区域的主要功能是负责在不同区域之间传递路由信息，就像一个交通枢纽，连接各个不同的 “区域子网”。

  3. network 172.16.10.0 0.0.0.255

    • 这是宣告一个网段到 OSPF 区域 0。172.16.10.0是要宣告的网络地址，0.0.0.255是反掩码。在 OSPF（以及其他一些路由协议）的网络宣告中，反掩码用于确定要匹配的网络范围。反掩码与子网掩码的概念相反，子网掩码中 1 表示网络位，0 表示主机位；而反掩码中 0 表示匹配对应的位，1 表示忽略对应的位。这里的反掩码 0.0.0.255表示精确匹配 172.16.10.0 这个网段，即掩码为 255.255.255.0 的网络。这样，设备会将这个网段的信息通过 OSPF 协议传播到区域 0 中的其他设备，让其他设备知道如何到达这个网段。

  4. network 10.10.12.0 0.0.0.255：功能类似

  5. network 10.10.14.0 0.0.0.255：功能类似

  6. network 10.10.0.1 0.0.0.0：功能类似

  7. AR2的OSPF

ospf 2 router-id 10.10.0.2
area 0
quit
quit
interface GigabitEthernet 0/0/1
ospf enable 2 area 0
quit
interface GigabitEthernet 0/0/2
ospf enable 2 area 0
quit
interface LoopBack 0
ospf enable 2 area 0
  1. ospf 2 router - id 10.10.0.2
    • 这是在设备上启动 OSPF（开放式最短路径优先）协议的进程 2，并指定路由器 ID（Router - ID）为 10.10.0.2。与前面提到的进程 1 类似，这里的进程 2 也是独立的 OSPF 运行实例。启动 OSPF 进程并指定 Router - ID 是配置 OSPF 的第一步，用于在网络中唯一标识该路由器，方便后续的路由信息交换和处理。
  2. area 0
    • 进入 OSPF 进程 2 的区域 0（骨干区域）的配置模式。
  3. ospf enable 2 area 0
    • 在接口 GigabitEthernet 0/0/1 上启用 OSPF 进程 2，并将该接口划分到区域 0。这一步的操作使得接口 GigabitEthernet 0/0/1 能够参与 OSPF 进程 2 的路由信息交换，并且该接口所属的网段信息将在区域 0 内传播，其他设备可以通过 OSPF 协议学习到如何通过这个接口到达相应的网段。

两种配置方法均能实现相同的效果

  • 第一种方式是通过在区域配置模式下一次性宣告多个网段，这种方式对于已经明确要宣告的网段比较方便，集中配置。
  • 第二种方式是逐个接口启用 OSPF 并划分区域，这种方式更直观地体现了每个接口与 OSPF 的关联，在接口较多且网段划分比较复杂的情况下，可能更容易管理和理解每个接口的 OSPF 配置情况。
  1. 在AR2上查看OSPF邻居
display ospf 2 peer brief

结果

[AR2]display ospf 2 peer brief

	 OSPF Process 2 with Router ID 10.10.0.2
		  Peer Statistic Information
 ----------------------------------------------------------------------------
 Area Id          Interface                        Neighbor id      State  
 0.0.0.0          GigabitEthernet0/0/1             10.10.0.1        Full      
 ----------------------------------------------------------------------------
  1. AR3上的OSPF配置（匹配所有子网）
ospf 3 router-id 10.10.0.3
area 0
network 0.0.0.0 0.0.0.0
return
  1. 在AR3上查看OSPF接口
display ospf 3 interface all

结果

<AR3>display ospf 3 interface all 

	 OSPF Process 3 with Router ID 10.10.0.3
		 Interfaces 

 Area: 0.0.0.0          (MPLS TE not enabled)

 Interface: 172.16.30.3 (GigabitEthernet0/0/0)
 Cost: 1       State: Waiting    Type: Broadcast    MTU: 1500  
 Priority: 1
 Designated Router: 0.0.0.0
 Backup Designated Router: 0.0.0.0
 Timers: Hello 10 , Dead 40 , Poll  120 , Retransmit 5 , Transmit Delay 1 

 Interface: 10.10.34.3 (GigabitEthernet0/0/1)
 Cost: 1       State: Waiting    Type: Broadcast    MTU: 1500  
 Priority: 1
 Designated Router: 0.0.0.0
 Backup Designated Router: 0.0.0.0
 Timers: Hello 10 , Dead 40 , Poll  120 , Retransmit 5 , Transmit Delay 1 

 Interface: 10.10.23.3 (GigabitEthernet0/0/2)
 Cost: 1       State: BDR       Type: Broadcast    MTU: 1500  
 Priority: 1
 Designated Router: 10.10.23.2
 Backup Designated Router: 10.10.23.3
 Timers: Hello 10 , Dead 40 , Poll  120 , Retransmit 5 , Transmit Delay 1 

 Interface: 10.10.0.3 (LoopBack0)
 Cost: 0       State: P-2-P     Type: P2P       MTU: 1500  
 Timers: Hello 10 , Dead 40 , Poll  120 , Retransmit 5 , Transmit Delay 1
  1. 在AR3上查看OSPF邻居详情
display ospf peer

结果

<AR3>display ospf peer

	 OSPF Process 3 with Router ID 10.10.0.3
		 Neighbors 

 Area 0.0.0.0 interface 10.10.23.3(GigabitEthernet0/0/2)'s neighbors
 Router ID: 10.10.0.2        Address: 10.10.23.2    
   State: Full  Mode:Nbr is  Slave  Priority: 1
   DR: 10.10.23.2  BDR: 10.10.23.3  MTU: 0  
   Dead timer due in 31  sec 
   Retrans timer interval: 5 
   Neighbor is up for 00:01:04   
   Authentication Sequence: [ 0 ]
  1. 在AR2上查看OSPF路由
display ip routing-table protocol ospf

结果

Route Flags: R - relay, D - download to fib
------------------------------------------------------------------------------
Public routing table : OSPF
         Destinations : 6        Routes : 6      

OSPF routing table status : <Active>
         Destinations : 6        Routes : 6

Destination/Mask    Proto   Pre  Cost      Flags NextHop         Interface

      10.10.0.1/32  OSPF    10   1           D   10.10.12.1      GigabitEthernet0/0/1
      10.10.0.3/32  OSPF    10   1           D   10.10.23.3      GigabitEthernet0/0/2
     10.10.14.0/24  OSPF    10   2           D   10.10.12.1      GigabitEthernet0/0/1
     10.10.34.0/24  OSPF    10   2           D   10.10.23.3      GigabitEthernet0/0/2
    172.16.10.0/24  OSPF    10   2           D   10.10.12.1      GigabitEthernet0/0/1
    172.16.30.0/24  OSPF    10   2           D   10.10.23.3      GigabitEthernet0/0/2

OSPF routing table status : <Inactive>
         Destinations : 0        Routes : 0
  1. PC1向PC2发起ping测试
PC1>ping 172.16.30.10

Ping 172.16.30.10: 32 data bytes, Press Ctrl_C to break
From 172.16.30.10: bytes=32 seq=1 ttl=125 time=46 ms
From 172.16.30.10: bytes=32 seq=2 ttl=125 time=62 ms
From 172.16.30.10: bytes=32 seq=3 ttl=125 time=31 ms
From 172.16.30.10: bytes=32 seq=4 ttl=125 time=31 ms
From 172.16.30.10: bytes=32 seq=5 ttl=125 time=47 ms

--- 172.16.30.10 ping statistics ---
  5 packet(s) transmitted
  5 packet(s) received
  0.00% packet loss
  round-trip min/avg/max = 31/43/62 ms
  1. AR4加入OSPF域
  • AR4上的OSPF配置
ospf 4 router-id 10.10.0.4
area 0
network 10.10.14.0 0.0.0.255
network 10.10.34.0 0.0.0.255
network 10.10.0.4 0.0.0.0
  1. AR4上的OSPF邻居关系
display ospf peer brief

结果

	 OSPF Process 4 with Router ID 10.10.0.4
		  Peer Statistic Information
 ----------------------------------------------------------------------------
 Area Id          Interface                        Neighbor id      State  
 0.0.0.0          GigabitEthernet0/0/1             10.10.0.1        Full      
 0.0.0.0          GigabitEthernet0/0/2             10.10.0.3        Full      
 ----------------------------------------------------------------------------
  1. 在AR3上查看OSPF路由
display ip routing-table protocol ospf

结果

Route Flags: R - relay, D - download to fib
------------------------------------------------------------------------------
Public routing table : OSPF
         Destinations : 6        Routes : 8      

OSPF routing table status : <Active>
         Destinations : 6        Routes : 8

Destination/Mask    Proto   Pre  Cost      Flags NextHop         Interface

      10.10.0.1/32  OSPF    10   2           D   10.10.34.4      GigabitEthernet0/0/1
                    OSPF    10   2           D   10.10.23.2      GigabitEthernet0/0/2
      10.10.0.2/32  OSPF    10   1           D   10.10.23.2      GigabitEthernet0/0/2
      10.10.0.4/32  OSPF    10   1           D   10.10.34.4      GigabitEthernet0/0/1
     10.10.12.0/24  OSPF    10   2           D   10.10.23.2      GigabitEthernet0/0/2
     10.10.14.0/24  OSPF    10   2           D   10.10.34.4      GigabitEthernet0/0/1
    172.16.10.0/24  OSPF    10   3           D   10.10.23.2      GigabitEthernet0/0/2
                    OSPF    10   3           D   10.10.34.4      GigabitEthernet0/0/1

OSPF routing table status : <Inactive>
         Destinations : 0        Routes : 0

五、通过开销进行选路

  • 实验目的：通过AR1上的配置，使AR1优先使用AR1-AR2-AR3这条路径转发去往PC2的数据包，将AR1-AR4-AR3路径作为去往PC2的备用路径。

  1. 更改AR1 G0/0/1接口的OSPF开销
interface GigabitEthernet 0/0/1
ospf cost 5
  1. 在AR1上查看变更后的OSPF路由
display ip routing-table protocol ospf

结果

Route Flags: R - relay, D - download to fib
------------------------------------------------------------------------------
Public routing table : OSPF
         Destinations : 6        Routes : 6      

OSPF routing table status : <Active>
         Destinations : 6        Routes : 6

Destination/Mask    Proto   Pre  Cost      Flags NextHop         Interface

      10.10.0.2/32  OSPF    10   1           D   10.10.12.2      GigabitEthernet0/0/2
      10.10.0.3/32  OSPF    10   2           D   10.10.12.2      GigabitEthernet0/0/2
      10.10.0.4/32  OSPF    10   3           D   10.10.12.2      GigabitEthernet0/0/2
     10.10.23.0/24  OSPF    10   2           D   10.10.12.2      GigabitEthernet0/0/2
     10.10.34.0/24  OSPF    10   3           D   10.10.12.2      GigabitEthernet0/0/2
    172.16.30.0/24  OSPF    10   3           D   10.10.12.2      GigabitEthernet0/0/2

OSPF routing table status : <Inactive>
         Destinations : 0        Routes : 0
  1. 对比AR3的OSPF路由
display ip routing-table protocol ospf

结果

Route Flags: R - relay, D - download to fib
------------------------------------------------------------------------------
Public routing table : OSPF
         Destinations : 6        Routes : 8      

OSPF routing table status : <Active>
         Destinations : 6        Routes : 8

Destination/Mask    Proto   Pre  Cost      Flags NextHop         Interface

      10.10.0.1/32  OSPF    10   2           D   10.10.34.4      GigabitEthernet0/0/1
                    OSPF    10   2           D   10.10.23.2      GigabitEthernet0/0/2
      10.10.0.2/32  OSPF    10   1           D   10.10.23.2      GigabitEthernet0/0/2
      10.10.0.4/32  OSPF    10   1           D   10.10.34.4      GigabitEthernet0/0/1
     10.10.12.0/24  OSPF    10   2           D   10.10.23.2      GigabitEthernet0/0/2
     10.10.14.0/24  OSPF    10   2           D   10.10.34.4      GigabitEthernet0/0/1
    172.16.10.0/24  OSPF    10   3           D   10.10.23.2      GigabitEthernet0/0/2
                    OSPF    10   3           D   10.10.34.4      GigabitEthernet0/0/1

OSPF routing table status : <Inactive>
         Destinations : 0        Routes : 0
  1. 验证备用路由效果
  • 关闭AR1 G0/0/2接口后，查看OSPF路由
display ip routing-table protocol ospf

结果

Route Flags: R - relay, D - download to fib
------------------------------------------------------------------------------
Public routing table : OSPF
         Destinations : 5        Routes : 5      

OSPF routing table status : <Active>
         Destinations : 5        Routes : 5

Destination/Mask    Proto   Pre  Cost      Flags NextHop         Interface

      10.10.0.2/32  OSPF    10   7           D   10.10.14.4      GigabitEthernet0/0/1
      10.10.0.3/32  OSPF    10   6           D   10.10.14.4      GigabitEthernet0/0/1
     10.10.23.0/24  OSPF    10   7           D   10.10.14.4      GigabitEthernet0/0/1
     10.10.34.0/24  OSPF    10   6           D   10.10.14.4      GigabitEthernet0/0/1
    172.16.30.0/24  OSPF    10   7           D   10.10.14.4      GigabitEthernet0/0/1

OSPF routing table status : <Inactive>
         Destinations : 0        Routes : 0
0
计算机网络 OSPF eNSP
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