实验七：动态路由配置-OSPF

实验七 动态路由协议配置—OSPF

实验目的

1、熟悉模拟器Packet tracer的使用环境；

2、理解OSPF的基本原理；

3、掌握OSPF协议的配置步骤；

4、掌握动态路由协议OSPF中COST值的意义；

实验环境

Packet tracer 5.0

实验相关理论知识

1. OSPF作为一种内部网关协议（Interior Gateway Protocol，IGP），用于在同一个自治域（AS）中的路由器之间发布路由信息。区别于距离矢量协议(RIP)，OSPF具有支持大型网络、路由收敛快、占用网络资源少等优点，在目前应用的路由协议中占有相当重要的地位。

2. OSPF协议引入“分层路由”的概念，将网络分割成一个“主干”连接的一组相互独立的部分，这些相互独立的部分被称为“区域”(Area)，“主干”的部分称为“主干区

域”。每个区域就如同一个独立的网络，该区域的OSPF路由器只保存该区域的链路状态。每个路由器的链路状态数据库都可以保持合理的大小，路由计算的时间、报文数量都不会过大

3. 作为一种链路状态的路由协议，OSPF将链路状态广播数据包LSA(Link State Advertisement)传送给在某一区域内的所有路由器，这一点与距离矢量路由协议不同。运行距离矢量路由协议的路由器是将部分或全部的路由表传递给与其相邻的路由器.

4. SPF算法是OSPF路由协议的基础。SPF算法有时也被称为Dijkstra算法，这是因为最短路径优先算法SPF是Dijkstra发明的。SPF算法将每一个路由器作为根(ROOT)来计算其到每一个目的地路由器的距离，每一个路由器根据一个统一的数据库会计算出路由域的拓扑结构图，该结构图类似于一棵树，在SPF算法中，被称为最短路径树。在OSPF路由协议中，最短路径树的树干长度，即OSPF路由器至每一个目的地路由器的距离，称为OSPF的Cost，其算法为:Cost = 100×106/链路带宽.在这里，链路带宽以bps来表示。也就是说，OSPF的Cost 与链路的带宽成反比，带宽越高，Cost越小，表示OSPF到目的地的距离越近。举例来说，FDDI或快速以太网的Cost为1，2M串行链路的Cost为50，10M以太网的Cost为10等。

 使用模拟器Packet tracer构建如下的网络拓扑：

注意：路由器和路由器之间，路由器和计算机之间应该采用哪种电缆

2、PC机的IP配置

进入PC机配置环境，按照图中的要求配置IP地址、子网掩码和网关。

3、路由器基本配置

OSPF的基本配置(重点语句提示)：

R1(config)#router ospf 1

//启用进程号（自治系统号）为1的OSPF路由协议

R1(config-router)#network 192.168.0.0 0.0.0.255 area 0

//宣告192.168.0.0这个网络运行OSPF路由协议，并且为骨干区域

R1(config-router)#network 192.168.12.0 0.0.0.255 area 0

R1(config-router)#network 192.168.31.0 0.0.0.255 area 0

R1(config-router)#passive-interface f0/0

//设置F0/0为被动借口，只学习不发送路由更新

4、查看路由器

在特权模式下查看路由器的路由信息：

router# show ip protocols 验证 RIP 的配置

router# show ip route 显示路由表的信息

router# clear ip route 清除 IP 路由表的信息

router# debug ip OSPF 调试OSPF路由协议

router# undebug all 中断调试OSPF路由协议

5、验证网络连通情况

用PING命令查看网络连通情况。

PC可以通过浏览器成功访问服务器的WWW服务

背景知识：

1、动态路由

动态路由协议被分为两类：

（1）外部网关协议（EGP）：

在自治系统之间交换路由选择信息的互联网络协议，如BGP。

（2）内部网关协议（IGP）：

在自治系统内交换路由选择信息的路由协议， 常用的因特网内部网关协议有OSPF、RIP、IGRP EIGRP。

其中，RIP协议是应用较早、使用较普遍的内部网关协议（Interior Gateway Protocol,简称 IGP）， 适用于小型同类网络，是典型的距离矢量（distance -vector）协议。

OSPF协议工作过程

OSPF路由协议针对每一个区域分别运行一套独立的计算法则，对于ABR来说，由于一个区域边界路由器同时与几个区域相联，因此一个区域边界路由器上会同时运行几套OSPF计算方法，每一个方法针对一个OSPF区域。下面对OSPF协议运算的全过程作一概括性的描述。

区域内部路由

--当一个OSPF路由器初始化时，首先初始化路由器自身的协议数据库，然后等待低层次协议(数据链路层)提示端口是否处于工作状态。

--如果低层协议得知一个端口处于工作状态时，OSPF会通过其Hello协议数据包与其余的OSPF路由器建立交互关系。一个OSPF路由器向其相邻路由器发送Hello数据包，如果接收到某一路由器返回的Hello数据包，则在这两个OSPF路由器之间建立起OSPF交互关系，这个过程在OSPF中被称为adjacency。在广播性网络或是在点对点的网络环境中，OSPF协议通过Hello数据包自动地发现其相邻路由器，在这时，OSPF路由器将Hello数据包发送至一特殊的多点广播地址，该多点广播地址为ALLSPFRouters。在一些非广播性的网络环境中，我们需要经过某些设置来发现OSPF相邻路由器。在多接入的环境中，例如以太网的环境，Hello协议数据包还可以用于选择该网络中的指定路由器DR。

一个OSPF路由器会与其新发现的相邻路由器建立OSPF的adjacency，并且在一对OSPF路由器之间作链路状态数据库的同步。在多接入的网络环增中，非DR的OSPF路由器只会与指定路由器DR建立adjacency，并且作数据库的同步。OSPF协议数据包的接收及发送正是在一对OSPF的adjacency间进行的。

OSPF路由器周期性地产生与其相联的所有链路的状态信息，有时这些信息也被称为链路状态广播LSA(Link State Advertisement)。当路由器相联接的链路状态发生改变时，路由器也会产生链路状态广播信息，所有这些广播数据是通过Flood的方式在某一个OSPF区域内进行的。Flooding算法是一个非常可靠的计算过程，它保证在同一个OSPF区域内的所有路由器都具有一个相同的OSPF数据库。根据这个数据库，OSPF路由器会将自身作为根，计算出一个最短路径树，然后，该路由器会根据最短路径树产生自己的OSPF路由表。

建立OSPF交互关系

OSPF路由协议通过建立交互关系来交换路由信息，但是并不是所有相邻的路由器会建立OSPF交互关系。下面将OSPF建立adjacency的过程简要介绍一下。

OSPF协议是通过Hello协议数据包来建立及维护相邻关系的，同时也用其来保证相邻路由器之间的双向通信。OSPF路由器会周期性地发送Hello数据包，当这个路由器看到自身被列于其它路由器的Hello数据包里时，这两个路由器之间会建立起双向通信。在多接入的环境中，Hello数据包还用于发现指定路由器DR，通过DR来控制与哪些路由器建立交互关系。

两个OSPF路由器建立双向通信这后的第二个步骤是进行数据库的同步，数据库同步是所有链路状态路由协议的最大的共性。在OSPF路由协议中，数据库同步关系仅仅在建立交互关系的路由器之间保持。

OSPF的数据库同步是通过OSPF数据库描述数据包(Database Description Packets)来进行的。OSPF路由器周期性地产生数据库描述数据包，该数据包是有序的，即附带有

序列号，并将这些数据包对相邻路由器广播。相邻路由器可以根据数据库描述数据包的序列号与自身数据库的数据作比较，若发现接收到的数据比数据库内的数据序列号大，则相邻路由器会针对序列号较大的数据发出请求，并用请求得到的数据来更新其链路状态数据库。

我们可以将OSPF相邻路由器从发送Hello数据包，建立数据库同步至建立完全的OSPF交互关系的过程分成几个不同的状态，分别为:

Down:这是OSPF建立交互关系的初始化状态，表示在一定时间之内没有接收到从某一相邻路由器发送来的信息。在非广播性的网络环境内，OSPF路由器还可能对处于Down状态的路由器发送Hello数据包。

Attempt:该状态仅在NBMA环境，例如帧中继、X.25或ATM环境中有效，表示在一定时间内没有接收到某一相邻路由器的信息，但是OSPF路由器仍必须通过以一个较低的频率向该相邻路由器发送Hello数据包来保持联系。

Init:在该状态时，OSPF路由器已经接收到相邻路由器发送来的Hello数据包，但自身的IP地址并没有出现在该Hello数据包内，也就是说，双方的双向通信还没有建立起来。

2-Way:这个状态可以说是建立交互方式真正的开始步骤。在这个状态，路由器看到自身已经处于相邻路由器的Hello数据包内，双向通信已经建立。指定路由器及备份指定路由器的选择正是在这个状态完成的。在这个状态，OSPF路由器还可以根据其中的一个路由器是否指定路由器或是根据链路是否点对点或虚拟链路来决定是否建立交互关系。

Exstart:这个状态是建立交互状态的第一个步骤。在这个状态，路由器要决定用于数据

交换的初始的数据库描述数据包的序列号，以保证路由器得到的永远是最新的链路状态信息。同时，在这个状态路由器还必须决定路由器之间的主备关系，处于主控地位的路由器会向处于备份地位的路由器请求链路状态信息。

Exchange:在这个状态，路由器向相邻的OSPF路由器发送数据库描述数据包来交换链路状态信息，每一个数据包都有一个数据包序列号。在这个状态，路由器还有可能向相邻路由器发送链路状态请求数据包来请求其相应数据。从这个状态开始，我们说OSPF处于Flood状态。

Loading:在loading状态，OSPF路由器会就其发现的相邻路由器的新的链路状态数据及自身的已经过期的数据向相邻路由器提出请求，并等待相邻路由器的回答。

Full:这是两个OSPF路由器建立交互关系的最后一个状态，在这时，建立起交互关系的路由器之间已经完成了数据库同步的工作，它们的链路状态数据库已经一致。