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链路状态路由协议——OSPF
开放式最短路径优先OSPF（Open Shortest Path First）协议是IETF定义的一种基于链路状态的内部网关路由协议
OSPF与RIP比较
| 内容 | OSPF | RIPv2 | RIPv1 |
|---|---|---|---|
| 协议类型 | 链路状态 | 距离矢量 | 距离矢量 |
| CIDR | 支持 | 支持 | 不支持 |
| VLSM | 支持 | 支持 | 不支持 |
| 自动汇总 | 不支持 | 支持 | 支持 |
| 手动汇总 | 支持 | 支持 | 不支持 |
| 路由的泛洪 | 周期性的组播更新 | 周期性的组播更新 | 周期性的组播更新 |
| 路径的开销（度量值） | 带宽 | 跳数 | 跳数 |
| 路由的收敛速度 | 快 | 慢 | 慢 |
| 跳数的限制 | 没有限制 | 限制15跳 | 限制15跳 |
| 认证 | 支持 | 支持 | 不支持 |
| 层次化网络 | 支持（区域） | 不支持 | 不支持 |
| 路由更新 | 事件触发更新 | 路由表更新 | 路由表更新 |
| 路由的计算方法 | SPF | Bellman-ford | Bellman-ford |
- OSPF组播地址为224.0.0.5或224.0.0.6
- RIPv2组播地址为224.0.0.9
OSPF原理
- LSA泛洪（链路状态通告）包含：
- 接口信息
- IP地址
- 子网掩码
- 带宽
- 链路信息（类型）
OSPF工作原理：
- 路由器发送LSA（链路状态通告）
- 每台路由器收到LSA后，会把它放在自己的数据库中（LSDB），完成所有的LSA泛洪之后，每台路由器的LSDB是一样的
- 根据自己的数据库，以自己为根（定点，节点），使用SPF算法，计算到目标网络的最短路径，然后将此路径放入到路由表中
OSPF报文
- OSPF报文封装在IP报文中，协议号为89
- 五中报文类型：
Hello报文，用来建立并维护邻居关系DD(Database Description)报文（也叫DBD报文），数据库的目录信息LSR(LSA Request)报文（LSA请求报文）LSU(LSA Update)报文（LSA更新报文）LSACK(Link State Acknowledgment)报文（LSA确认报文）
Router-id
用来标识一台OSPF的路由器，使用点分十进制来表示，所有的OSPF报文中都会携带Router-id参数
实验一：如图配置IP，配置OSPF，要求R1、R2、R3互通。
[R1]ospf 1 //指定OSPF的进程号1
[R1-ospf-1]area 0 //进入骨干区域
[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]network 12.1.1.0 0.0.0.255 //宣告网段
[R1-ospf-1-area-0.0.0.0]net 1.1.1.1 0.0.0.0 //宣告精确地址
-
反掩码（通配符掩码）
- 作用：匹配的是IP地址的范围
- 二进制0，表示精确匹配
- 二进制1，表示一个范围
-
OSPF选举Router-id过程：
- 手动指定的Router-id为最优的
- 没有手动指定，会选择最大的已经激活的物理地址
- 如果开始启动了OSPF进程，没有配置Router-id，那么OSPF会自动选举Router-id
- 如果此手动指定Router-id需要重新启动OSPF进程（用户视图下执行
reset ospf pro），新的Router-id才能生效
- 邻居状态机
Init交换Hello报文2Way交换Hello报文Exstart交换DD报文Exchange交换DD报文Loading交换LSR和LSU报文Full交换LSACK报文
- 邻居:两台路由器的状态到达2Way，建立邻居关系。不能交换信息
- 邻接:两台路由器的状态到达Full，建立邻接关系。可以交换信息
- 邻居发现：通过Hello报文来发现和维持OSPF邻居关系
OSPF支持的网络类型
- 广播类型(以太网)
- 点到点类型（P2P）
- 非广播多路访问（NBMA）
- 点到多点（P2NP）
DR&BDR
- DR：指定路由器
- BDR：备份指定路由器
- DR-Other：其他指定路由器
DR和BDR可以减少OSPF网络中的LSA，可以减少OSPF网络的流量泛洪
DR&BDR选举
- DR是基于端口的路由器优先级进行选举的，默认优先级为1
- 优先级高的将成为DR，次高的将成为BDR，优先级为0则不参与选举
- 如果优先级相同，选举Router-id大的为DR，次大的成为BDR
- DR和BDR具有抢先机制，谁先启动，谁就成为DR或BDR
- 更改优先级为0
[R2-GigabitEthernet0/0/1]ospf dr-priority 0- 更改优先级后需要重启OSPF进程
[R2]reset ospf pro
DR、BDR、DR-other的关系：
- 查看OSPF领句关系，系统视图下
dis ospf peer bri- 重启OSPF进程用户视图下
reset ospf process- 修改OSPF优先级，在接口视图下
ospf dr-priority 10
OSPF区域
划分规则：
- 划分骨干区域和非骨干区域，有且只有一个骨干区域
- 非骨干区域必须有一个接口跟骨干区域相连
划分区域的目的：
- 防止环路
- 减少网络中的LSA泛洪
- Area 0为骨干区域，其余为非骨干区域
ABR区域边界路由器，连接两个或两个以上区域的路由器IR非骨干区域内的路由器ASBR自制系统的边界路由器，同时运行两种路由协议的路由器，连接两个自治系统的路由器
- 每个区域都维护一个独立的LSDB
- Area 0是骨干区域，其他区域都必须与此区域相连
- 不规则链路可以通过Vlink解决
OSPF无法建立邻居关系：
- router-id重复
- 区域号不一致
OSPF开销
# 修改cost值
[R1]interface GigabitEthernet 0/0/0
[R1-GigabitEthernet0/0/0]ospf cost 20
# 修改带宽
[R1]ospf
[R1-ospf-1]bandwidth-reference 10000
OSPF认证
- 接口认证
- 区域认证
# 基于接口认证
[R1]interface GigabitEthernet0/0/0
[R1-GigabitEthernet0/0/0]ospf authentication-mode md5 1 cipher huawei
两种都配置了的话，接口认证优于区域认证
实验二：如图配置IP地址，需求使用OSPF配置，实现全网互通。
- 配置完成后，可以在R1到R2的上抓包，可以看到以下信息
OSPF Header :
Version: 2 //主版本号
Message Type: Hello Packet (1)
Packet Length: 48 //包长度
Source 0SPF Router: 2.2.2.2 //R2的Router-id
Area ID: 0.0.0. 0 (Backbone) //区域
Checksum: 0x8670 [ correct]
Auth Type: Null (0) //OSPF认证字段，没有配置为空
Auth Data ( none): 0000000000000000
0SPF Hello Packet //Hello报文
Network Mask: 255. 255.255.0
Hello Interval [sec]: 10 //Hello报文间隔时间为10s
> Options: 0x02， (E) External Routing
Router Priority: 1 //路由优先级
Router Dead Interval [sec]: 40 //死亡时间40s，是Hello报文存活时间的四倍
Designated Router: 172.16.12.1 //DR为R1
Backup Designated Router: 172.16.12.2 //BDR为R2
Active Neighbor: 1.1.1. 1
拓展：OSPF多区域配置，需求全网互通。
广域网基本原理
HDLC&PPP原理与配置
高级数据链路控制（HDLC）和点对点协议(PPP)是两种典型的串口封装协议
PPP是IE面试会考到的重点
HDLC
- HDLC(High-level Data Link Control)：高级数据链路控制，面向比特的链路层协议
- HDLC有三种类型的帧：信息帧、监控帧、无编号帧
- 串行接口可以借用Loopback接口的IP地址和对端建立连接
实验三：如图配置IP地址，使用HDLC接口调用配置接口。
需要添加接口卡，使用串行线连接串行接口
[R1]interface Serial 1/0/0 //进入串口
[R1-Serial1/0/0]link-protocol hdlc //接口默认是PPP，改为hdlc
[R1-Serial1/0/0]ip address unnumbered interface loopBack 0 //借用地址
[R1]ip route-static 12.1.1.0 30 s1/0/0 //配置静态路由
PPP
- PPP是点到点的链路层协议
- 主要用于在全双工的同异步链路上进行点到点的数据传输
- PPP组件：
| 名称 | 作用 |
|---|---|
| 链路控制协议（Link Control Protocol） | 用来建立、拆除和监控PPP数据链路 |
| 网络层控制协议（Network Control Protocol） | 用于对不同的网络层协议进行连接建立和参数协商 |
- PPP链路建立过程
- PPP链路中启动后会进入Establish阶段，LCP链路控制协议交互
- LCP（链路层控制协议）中交换内容：
- 魔术字（防环）
- MRU（最大接收单元，1500）
- 认证参数
- 链路信息
- PPP认证需要发送Request请求
- 认可，对端会回复ACK，会建立连接
- 不认可，对端会回复NAK，不会建立连接
- 无法识别，对端会回复reject，不会建立连接
- Request在Establish阶段不被认可或无法识别会进入FALL阶段，建立连接失败
- Request通过认可通过后会进入OPENED阶段，认证不通过会进入FALL，进入终结阶段，建立连接失败
- 认证通过，会进入Network阶段，也叫NCP（网络层控制协议）阶段，然后进入IPCP阶段，互推地址，建立连接成功
- 关闭连接，进入CLOSING，然后进入终结阶段，关闭连接
实验四-PAP认证：如图拓扑，配置IP地址，配置PPP的PAP认证。
需要添加接口卡，使用串行线连接串行接口
LCP报文：
| 报文类型 | 作用 |
|---|---|
| Configure-Request | 包含发送者试图与对端建立连接时使用的参数列表 |
| Configure-Ack | 表示完全接受对端发送的Configure-Request的餐宿取值 |
| Configure-Nak | 表示对端发送的Configure-Request中的某些参数取值在本端不被认可 |
| Configure-Reject | 表示对端发送的Configure-Request中的某些参数本端不能识别 |
LCP协商参数：
| 参数 | 作用 | 缺省值 |
|---|---|---|
| 最大接受单元——MRU | PPP数据帧中Information字段和Padding字段的总长度 | 1500字节 |
| 认证协议 | 认证对端使用的认证协议 | 不认证 |
| 魔术字 | 魔术字为一个随机产生的数字，用于检测链路环路，如果收到的LCP报文中的魔术字和本端产生的魔术字相同，则认为链路有环路 | 启用 |
- 认证的方式有两种：
- 明文认证——PAP
- 密文认证——Chap，需要MD5的计算
PPP认证模式-Chap
- 认证方发送Challenge报文，发起认证请求
- 被认证方收到报文后，会进行MD5计算，回复Response报文
- 认证方收到报文后，会进行加密的报文与收到的报文进行信息的对比
- 正确会回复Success报文，错误会回复Failure报文
实验四-Chap认证：如图配合IP地址，配置PPP的Chap认证。
IPCP静态地址协商
- R1发送Configure-Request报文，包含自己接口的IP地址
- R2收到报文后，会跟接口地址匹配，不冲突，会回复一个Configure-Ack的报文，同时会发送一个Configure-Request报文
- R1同样会与接口地址匹配，不冲突，会回复一个Configure-Ack报文
- 建立连接，可以互推地址
IPCP动态地址协商
- RTA的s1/0/0没有配置IP地址，RTB有IP地址池
- RTA会发送一个请求报文附带0.0.0.0这个IP地址给RTB
- RTB收到后，会回复一个Nak报文，并且附带从地址池中选出一个没有使用的IP地址
- RTA收到报文后，会请求使用附带的IP地址
- RTB收到报文后，会回复一个Ack报文，确认此IP地址可以使用
- RTB发送Configure-Request报文，附带本接口的IP地址
- RTA收到报文后，会与本地接口的IP地址匹配，在同一个网段，就会回复Ack报文
- 完成动态地址协商的过程
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