1. 北航计 算机网络实验
实验三 OSPF 协议实验
2013 年 3 月

2. 北航计 算机网络实验
实验内容
路由协议概述
OSPF 协议报文交互过程分析
LSA 及 LSDB 结构分析
SPF 的具体计算过程分析
组网设计实验
2

3. 北航计 算机网络实验
IP 路由
管理
路由器
路由器管理
管理
路由协议处理
路 路
更新
由 由
协 路由表 协
议 --------- 议
包 --------- 包
查询
接收缓存 转发缓存
端口 IP 由
路 端口
转发包 转发包
入境包 出境包
3

4. 北航计 算机网络实验
路由表
[Quidway]dis ip routing-table
Routing Tables:
Destination/Mask proto pref Metric Nexthop Interface
0.0.0.0/0 Static 60 0 120.0.0.2 Serial0
8.0.0.0/8 RIP 100 3 120.0.0.2 Serial0
9.0.0.0/8 OSPF 10 50 20.0.0.2 Ethernet0
9.1.0.0/16 RIP 100 4 120.0.0.2 Serial0
11.0.0.0/8 Static 60 0 120.0.0.2 Serial0
20.0.0.0/8 Direct 0 0 20.0.0.1 Ethernet0
20.0.0.1/32 Direct 0 0 127.0.0.1 LoopBack0
......
4

5. 北航计 算机网络实验
路由表
路由表示例 数据包的目的 IP 地址：
9.1.1.2
[Router]display ip routing-table
Destination/Mask proto pref Metric Nexthop Interface
0.0.0.0/0 Static 60 0 120.0.0.2 Serial0
8.0.0.0/8 RIP 100 3 120.0.0.2 Serial0
9.0.0.0/8 OSPF 10 50 20.0.0.2 Ethernet0
9.1.0.0/16 RIP 100 4 120.0.0.2 Serial0
11.0.0.0/8 Static 60 0 120.0.0.2 Serial0
20.0.0.0/8 Direct 0 0 20.0.0.1 Ethernet0
20.0.0.1/32 Direct 0 0 127.0.0.1 LoopBack0
路由表查询 : 最长匹配原则
目的 IP 和子网掩码 作“与”运 算获 得网络 地址
5

6. 北航计 算机网络实验
路由
静态路由（ static route ）
路由表项 是通过 人工手动 配置生成
需指定目的网络 和下一跳地址
网络变 化，路由器间 不会动态 交换 数据来
更新路由表，需人工修改。
动态路由（ dynamic route ）
路由表项 是路由协议动态 生成
根据网络结构 或流量的变 化，路由协议 会
自动调 整路由信息以实现 路由。
6

7. 北航计 算机网络实验
静态路由
静态路由配置命令：
[Quidway] ip route-static IP-address mask nexthop-address
[A] ip route-static 202.112.130.0 255.255.255.0 10.0.1.2
E0 E1
10.0.1.1/8 10.0.1.2/8
A B
子网： 子网：
202.112.138.0/24 202.112.130.0/24
目的地址 下一跳
202.112.130.0 10.0.1.2
路由器 A 的路由信
息 7

8. 北航计 算机网络实验
静态路由配置
129.1.0.0/1
6
Quidway
Quidway B
A 129.0.0.1 E0
129.0.0.2
在路由器 Quidway A 上配置：
[QuidwayA]ip route-static 129.1.0.0 255.255.0.0 129.0.0.2
8

9. 北航计 算机网络实验
默认路由（ default route ）
0.0.0.0/0
[Quidway] ip route-static IP-address mask nexthop-address
[Quidway] ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 nexthop-address
[Quidway] ip route-static 0.0.0.0 0 nexthop-address
9

10. 北航计 算机网络实验
缺省路由配置
129.1.0.0/1
6
Quidway
Quidway
B E
Internet A 129.0.0.1
0
129.0.0.2
在路由器 Quidway B 上配置：
[QuidwayB]ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 129.0.0.1
计 算机的网关
10

11. 北航计 算机网络实验
路由协议
按寻径算法划分
矢量距离协议－RIP ， BGP
链路状态协议－ OSPF ， IS-IS
按网络范围划分
内部网关协议－ RIP ， OSPF ， IS-IS
外部网关协议－ EGP ， BGP
11

12. 北航计 算机网络实验
距离矢量路由协议原理
路由器 A 路由器 B
S1 S0 S0 S1
路由器 A 路由器 B
整个 整个
路由表 路由表
12

13. 北航计 算机网络实验
直连路由
13

14. 北航计 算机网络实验
路由表更新过程（一）
14

15. 北航计 算机网络实验
路由表更新过程（二）
15

16. 北航计 算机网络实验
存在问题－路由环路
16

17. 北航计 算机网络实验
距离矢量环路现象
17

18. 北航计 算机网络实验
方法一：定义最大路由权值
18

19. 北航计 算机网络实验
RIP 协议的特点
周期性广播发送本路由器的所有 RIP 路
由信息，有一定的盲目性，占用带宽；
每条路由的生成者不明确，易形成环路
；
协议在设计原理上存在缺陷，其优先级
为 100 ，较低；
范围有限（ 15 跳），只适用于小型网络
；
不需要维护邻居关系，协议实现简单；
距离矢量算法的典型应用，开销小，效 19

20. 北航计 算机网络实验
OSPF 协议的基本思路
每个路由器生成自己周边的链路状态信
息（明确指出其生成者）
相邻路由器转发获得的链路状态信息，
但不改变其生成者
每个路由器关于整个网络都有一个完整
而准确的链路状态数据库，用最短路径优
先算法计算路由
20

21. 北航计 算机网络实验
链路状态路由协议算法 1
1
LSDB A B
RTA RTB
LSA 的 RTA 2 5
2 5
C
LSA 的 RTB
RTC
3
3 LSA 的 RTC
D
LSA 的 RTD
RTD
( 一）网络的拓朴结构 （二）每台路由器的链（三）由链路状态数据库得
路状态数据库 到的带权有向图
1 1 1 1
A B A B A B A B
2 2 2 2
C C C C
3 3 3 3
D D D D
（四）每台路由器分别以自己为根节点计算最小生成树
21

22. 北航计 算机网络实验
OSPF 协议的特点
链路状态算法
无路由自环
可适应大规模网络
路由变化收敛速度快
支持区域划分
支持验证
支持路由分级管理
支持以组播地址发送协议报文
22

23. 北航计 算机网络实验
OSPF 协议报文交互过程分析
动态路由协议的几个要素
OSPF 报文结构
OSPF 链路状态描述
指定路由器（ DR ）和备份 DR 的选举
OSPF 邻居状态机
23

24. 北航计 算机网络实验
动态路由协议的几个要素
报文（或者叫消息） : 格式
链路状态描述
链路状态描述报文的格式
邻居的自动发现和维护机制
清楚周围邻居的状态－邻居状态机
有目的地发送邻居需要的链路状态信
息
一套算法，根据搜集的信息计算最终结
果
 24

25. 北航计 算机网络实验
OSPF 协议报文交互过程分析
路由协议概述
动态路由协议的几个要素
OSPF 报文结构
OSPF 链路状态描述
指定路由器（ DR ）和备份 DR 的选举
OSPF 邻居状态机
25

26. 北航计 算机网络实验
组网图
LOOP1:1.1.1.1/24
R ID:2.2.2.2
R1 R2
E0:168.1.1.1/24 E0:168.1.1.2/24
E0:168.1.
RID:1.1.1.1
HUB LOOP1:2.2.2.2/24
PCA PCB PCC PCD
26

27. 北航计 算机网络实验
截获的 OSPF 报文
27

28. 北航计 算机网络实验
OSPF 的五种协议报文
Hello 报文
发现及维持邻居关系，选举
DR ， BDR 。
DD 报文
本地 LSDB 的摘要
LSR 报文
向对端请求本端没有或对端的更新的
LSA
LSU 报文
向对方发送其需要的 LSA
LSAck 报文
28

29. 北航计 算机网络实验
OSPF 的报文格式
29

30. 北航计 算机网络实验
OSPF 的报文首部
OSPF 的报文格式
OSPF Packet Number of
IP Header LSA Header LSA Data
Header LSAs
OSPF 的报文头
0 7 15 31
Version Type Packet length
Router ID
Area ID
Checksum AuType
Authentication
30

31. 北航计 算机网络实验
OSPF 相关概念－协议号
 协议号
 OSPF 是基于 IP 的，其协议号是 89
 因为 IP 协议的无连接、不可靠，需要
OSPF 协议自身要保证信息的可靠传输
 OSPF 协议报文不转发
通常 OSPF 的协议报文是不被转发的
，只能传递一跳，即在 IP 报文头中
TTL 值被设为 1 ( 虚连接除外 ) 。
IP header: (89) ospf packet
31

32. 北航计 算机网络实验
OSPF 相关概念
Router ID
一个 32-bit 的无符号整数，它是一台路
由器的唯一标识，在整个自治系统内唯
一
通常要求人为指定，如果没有人为指定
，则先选择路由器回环接口
(Loopback) 中最高 IP 地址为路由器
ID ，然后再选择将接口中最高的 IP 地
址分配给路由器 ID 。
如果一台路由器的 Router ID 在运行中
改变，则必须重启 OSPF 协议或重启路
由器才能使新的 Router ID 生效。 32

33. 北航计 算机网络实验
Hello 报文（ Hello Packet ）
 报文头后面的 network mask 是指发送报文的
接口的网络掩码。如果和接收接口的掩码不匹
配，那么报文将被丢弃。 33

34. 北航计 算机网络实验
DD 报文（ Database Description
Packet ）
 数据库描述报文
34

35. 北航计 算机网络实验
LSR 报文（ Link State Request
Packet ）
 链路状态请求报文
35

36. 北航计 算机网络实验
LSU 报文（ Link State Update
Packet ）
 链路状态更新报文
36

37. 北航计 算机网络实验
LSAck 报文（ Link State Acknowledgment
Packet ）
 链路状态确认报文
37

38. 北航计 算机网络实验
LSA 头部
 所有 LSA 头部都有 20 个字节，它包含了足够的信息来唯一
标识一条 LSA 。
0 7 15 31
LS age Options LS type
Link State ID
Advertising Router
LS sequence number
LS checksum length
38

39. 北航计 算机网络实验
小结
 要求  思考
 5 种报文类型及其作用  RIP 协议只有两种报
 能够熟练截获报文 文
 并查找相应的信息  为什么 OSPF 需要 5
 不要求记报文具体格 种？
式  出发点
 信息的可靠传输
 减少带宽的占用
 。。。
39

40. 北航计 算机网络实验
OSPF 协议报文交互过程分析
动态路由协议的几个要素
OSPF 报文结构
OSPF 链路状态描述
指定路由器（ DR ）和备份 DR 的选举
OSPF 邻居状态机
40

41. 北航计 算机网络实验
网络类型
OSPF 协议根据链路层媒体不同分为以下
四种网络类型 :
Broadcast ； Stub: 只连接了一台路由
器
NBMA
FR/X.25
Point-to-Multipoint
Stub
Point-to-Point Ethernet
NBMA 和点到多点都是指非广播 Ethernet
PPP
多点可达的网络，但 NBMA 必须
满足全联通，即任意两点直连。
41

42. 北航计 算机网络实验
举例
网络服务商路由器
S0 ： 172.30.62.53/30
Point-to-Point S0 ： 172.30.62.54/30
路由器
E0 ： 218.249.220.65/24
Broadcast VLAN1 ： 218.249.220.66/24
三层交换机
VLAN 2 VLAN n
192.168.1.1/24
Stub …… Stub
192.168.n.1/24
二层交换机 Hub
1 ＃机房 n ＃机房
42

43. 北航计 算机网络实验
LSA 描述网络拓扑结构
rid:3.3.3.3 rid:4.4.4.4
RTF RTE
rid:6.6.6.6
40.0.0.2 40.0.0.3
Frame Relay
RTC
30.0.0.3 rid:1.1.1.1
RTA
10.0.0.1
X.25 10.0.0.0
rid:5.5.5.5 30.0.0.1
Ethernet
RTD 20.0.0.1
30.0.0.2 ppp
20.0.0.2
RTB
rid:2.2.2.2
43

44. 北航计 算机网络实验
LSA 的头结构
Is age: 4 /* 本条 LSA 的老化时间 */
Type : Router /*LSA 的类型 */
Is id: 1.1.1.1 /*LSA 的标识 */
adv rtr: 1.1.1.1 /* 生成该 LSA 的路由器 */
seq#: 80000001 /*LSA 的序列号 */
len ： 108 /*LSA 的长度 */
cksum: 0x3543 /* 校验和 */
Link count ： 9 /* 本 LSA 中包含的连接个数 */
链路状态时间 选项 链路状态类型
链路状态 ID
宣告路由器 ID
链路状态序列号
和校验 长度
00000VEB 0 链路个数
44

45. 北航计 算机网络实验
STUB 网络的链路状态描述
link id: 10.0.0.0 /* 网段 */
data : 255.255.255.0 /* 掩码 */
type : StubNet (3) /* 类型 */
metric : 50 /* 花费 */
45

46. 北航计 算机网络实验
对 PPP 的链路状态描述
对本接口网段地址的描述
link id: 20.0.0.0 /* 网段 */
data : 255.0.0.0 /* 掩码 */
type : StubNet (3) /* 类型 */
metric : 5 /* 花费 */
对路由器 RTB 的描述
link id: 2.2.2.2 /*RTB 的 router id*/
data : 20.0.0.2 /*RTB 的接口地址 */
type : Router (1) /* 类型 */
metric : 5 /* 花费 */
46

47. 北航计 算机网络实验
对点到多点网络的链路状态描述－－ Frame －
Relay
对本接口网段地址的描述
link id: 40.0.0.1 /* 网段 */
data : 255.255.255.255 /* 掩码 */
type : StubNet (3) /* 类型 */
metric : 5 /* 花费 */
对相连路由器的描述
link id: 4.4.4.4 /* RTE 的 router id */ link id: 3.3.3.3 /* RTF 的 router id */
data : 40.0.0.1 /* 与 RTE 相连的接口地 data : 40.0.0.1 /* 与 RTF 相连的接口地
址 */ 址 */
type : Router (1) /* 类型 */ type : Router (1) /* 类型 */
metric : 5 /* 花费 */ metric : 5 /* 花费 */ 47

48. 北航计 算机网络实验
对广播 /NBMA 的链路状态描述
对本接口网段地址的描述
link id: 30.0.0.0 /* 本网段的地址 */
data : 255.255.255.0 /* 本接口的地址 */
type : TransNet (2) /* 类型 */
metric : 50 /* 花费 */
对相连路由器的描述
link id: 5.5.5.5 /* RTE 的 router id */ link id: 6.6.6.6 /* RTF 的 router id */
data : 30.0.0.1 /* 与 RTE 相连的接口地址data : 30.0.0.1 /* 与 RTF 相连的接口地
*/ 址 */
type : Router (1) /* 类型 */ type : Router (1) /* 类型 */
metric : 5 /* 花费 */ metric : 5 /* 花费 */
48

49. 北航计 算机网络实验
OSPF 链路状态描述
OSPF 协议已初步完成
 链路状态描述
 SPF 算法
存在的问题，需要进行优化
 链路状态描述过细，占用资源较多；
 邻居间周期性更新路由信息占用带宽较大
报文维持邻居关系－－节省带宽
 hello
 链路状态数据库摘要（ DD ）报文
– 可靠交互，减少带宽占用
 链路状态的请求和应答－－可靠交互
 链路状态变化主动更新机制－－快速收敛 49

50. 北航计 算机网络实验
OSPF 链路状态描述
存在的问题，需要进行优化（续）
广播 /NBMA 网络描述数据量大，存在大
量冗余
 选举指定路由器（DR ）
 考虑可靠性，选举备份指定路由器
（ BDR ）
 选举算法
大中型网络存在路由震荡和路由器负担
过重
 划分区域
 避免区域间路由自环－骨干区域
与其它类型路由的交互－路由引入
 50

51. 北航计 算机网络实验
OSPF 协议报文交互过程分析
动态路由协议的几个要素
OSPF 报文结构
OSPF 链路状态描述
指定路由器（ DR ）和备份 DR 的选举
OSPF 邻居状态机
51

52. 北航计 算机网络实验
网络类型描述
FR/X.25
X.25 Ethernet
PPP
52

53. 北航计 算机网络实验
NBMA 和点到多点网络
NBMA: 全连接
点到多点 : 部分连接
全连通非广播多点可达网络 非全连通
选举 DR ，减少路由信息传递次数。 不选举 DR
Frame-Relay 、 X.25 网络缺省是全连通 Frame-Relay 、 X.25 网络缺省不是全连
通
单播发送协议报文，手工配置邻居。
可以选择单播或组播发送协议报文。53

54. 北航计 算机网络实验
对广播 /NBMA 的链路状态描述
对本接口网段地址的描述
link id: 30.0.0.0 /* 本网段的地址 */
data : 255.255.255.0 /* 本接口的地址 */
type : TransNet (2) /* 类型 */
metric : 50 /* 花费 */
对相连路由器的描述
link id: 5.5.5.5 /* RTE 的 router id */ link id: 6.6.6.6 /* RTF 的 router id */
data : 30.0.0.1 /* 与 RTE 相连的接口地 data : 30.0.0.1 /* 与 RTF 相连的接口地
址 */ 址 */
type : Router (1) /* 类型 */ type : Router (1) /* 类型 */
metric : 5 /* 花费 */ metric : 5 /* 花费 */
54

55. 北航计 算机网络实验
接口分类
接口分类
接口状态根据接口的不同类型可 划分为 :(DR 、
BDR 、 DROther 、 point-to-point)
DR
BDR
M= n(n-1)/2 M= (n-2)×2+1
= 28 = 13
55

56. 北航计 算机网络实验
选举 DR
DR
BDR
M= n(n-1)/2 M= (n-2)×2+1
= 28 = 13
1 登记选民（所有 OSPF 路由
器） 原则：
2 登记候选人（ Priority>0 ） 1 稳定压倒一切
3 竞选（声称自己是 DR ） 2 快速响应
4 投票 56

57. 北航计 算机网络实验
57

58. 北航计 算机网络实验
DR 的选举过程
DR 是从整个网段所有运行 OSPF 的路由器中选
举出来的，选举过程如下：
 登记本网段内运行 OSPF 的路由器；
 登记具有 DR 候选资格的路由器，即本网段内的
Priority>0 的 OSPF 路由器（ Priority 可以手工配置
，缺省值是 1 ）；
 所有的 Priority>0 的 OSPF 路由器都认为自己是
DR ；
 Priority 值最大，若 Priority 值相等则 Router ID 最
大的路由器将成为 DR 。
 每台路由器通过互相发送 Hello 报文，同时将自己
选出的 DR 写入 Hello 报文中，本网段中所有路由器
共同选举出 DR 。
58

59. 北航计 算机网络实验
DR 选举中的指导思想
选举制
 DR 是各路由器选出来的，而非人工指定的，虽然管理员可以
通过配置 Priority 干预选举过程。
终身制
 DR 一旦当选，除非路由器故障，否则不会更换，即使后来的
路由器 Priority 更高。
世袭制
 DR 选出的同时也选出 BDR 来， DR 故障后，由 BDR 接替 DR
成为新的 DR 。
稳定压倒一切
 如果 DR 频繁的更迭，则每次都要重新引起本网段内的所有路
由器与新的 DR 建立邻接关系。
BDR 快速响应
 BDR 与 DR 同时被选举出来。 BDR 也与本网段内的所有路由器
建立邻接关系并交换路由信息。 DR 失效后， BDR 立即成为
DR 。 59

60. 北航计 算机网络实验
对广播 /NBMA 的链路状态描述
对本接口网段地址的描述
link id: 30.0.0.3 /* 本网段中 DR 的接口地址 */
data : 30.0.0.1 /* 本接口的地址 */
type : TransNet (2) /* 类型 */
第一类
metric : 50 /* 花费 */
LSA(Router)
/*DR(6.6.6.6) 生成的 LSA ： */ 对相连路由器的描
述
第二类 LSA(Network)
Netmask: 255.255.255.0
Attached ： 30.0.0.1 router
Attached: 30.0.0.2 router /* 相连路由器的 router id*/ 60

61. 北航计 算机网络实验
LSA 及 LSDB 结构分析
DR 选举
Loop1: 6.6.6.6/24
Loop1: 5.5.5.5/24
S2
S1
Loop1: 1.1.1.1/24 RID:6.6.6.6 Loop1: 2.2.2.2/24
RID:5.5.5.5
E0/1
R1 R2
Vlan2:168.1.1.4/24 RID:2.2.2.2
RID:3.3.3.3 E0/1
Vlan2:168.1.1.3/24
E0:168.1.1.1/24 E0:168.1.1.2/24
HUB
PCA PCB PCC PCD
61

62. 北航计 算机网络实验
OSPF 协议报文交互过程分析
动态路由协议的几个要素
OSPF 报文结构
OSPF 链路状态描述
指定路由器（ DR ）和备份 DR 的选举
OSPF 邻居状态机
62

63. 北航计 算机网络实验
OSPF 的邻居状态机 Attempt
2-Way
Down
Init
本状态 表示已经 收到了 ，是指在
邻 居状态 机的初始状态邻 居的 端
本状 用于 NBMA 类 型的接口，
只适态 表示双方互相收到了对
Down HELLO 报态时 ，定期向那些手
过 去的 Dead-Interval 时间 内没
发 送的 HELLO 报 文，建立了邻
处 于本状 文，但是该报 文中列
出的邻 居中没有包含本文 报 文
有收到对 方的 发 送 NBMA 类 型
居关 系。在广播和 报 Router
工配置的邻 居HelloHELLO
ID （络 中，两 个接口状发 的
的网 对 方并没有收到我态 是
HELLO 报的路由器之间 将停留
DROther 文）
Attempt Init 在此状态 。其他情况状态 机将
继续转 入高级 状态 。 Loading
2-way ExStart Exchange
ExStart
在此状态 下，路由器和它的邻 居之间 通过 互相交换 DD 报
Loading
Exchange
Full Full
文（该报发 送 LSR 报实际 的内容，只包含一些发给邻 居
路由器 下，邻 LSDB 用 DD 报 文来描述，并 标 本路由器
在此状态文并不包含 文向邻 LSDB 对 方的 LSU 报
路由器将本地的 居路由器的 居请 求中所有的 LSA志位）来
决定发 送时 的主 / 从关 系。建立主 邻 接状态
全都有了。本路由器和邻 居建立了/ 从关 系主要是为 了保
文
证 在后续 的 DD 报 文交换 中能够 有序的发 送。 63

64. 北航计 算机网络实验
OSPF 的邻居状态机
Down
 邻居状态机的初始状态，是指在过去的
Dead-Interval 时间内没有收到对方的 Hello
报文
Attempt
 只适用于 NBMA 类型的接口，处于本状态时
，定期向那些手工配置的邻居发送 HELLO
报文
Init
 本状态表示已经收到了邻居的 HELLO 报文
，但是该报文中列出的邻居中没有包含本
Router ID （对方并没有收到我发的 HELLO
报文）
2-Way
 本状态表示双方互相收到了对端发送的
HELLO 报文，建立了邻居关系。在广播和
64

65. 北航计 算机网络实验
OSPF 的邻居状态机
ExStart
 在此状态下，路由器和它的邻居之间通过互相交换
DD 报文（该报文并不包含实际的内容，只包含一
些标志位）来决定发送时的主 / 从关系。建立主 / 从
关系主要是为了保证在后续的 DD 报文交换中能够
有序的发送。
Exchange
 路由器将本地的 LSDB 用 DD 报文来描述，并发给
邻居
Loading
 路由器发送 LSR 报文向邻居请求对方的 LSU 报文
Full
65

66. 北航计 算机网络实验
建立邻接关系的过程
RT1 RT
2
DownHello( DR = 0.0.0.0,Neighbors Seen = 0)Down
Hello( DR = RT2,Neighbors Seen = RT1) Init
ExStart DD (Seq = x,I = 1, M = 1, MS = 1)
DD (Seq = y,I = 1, M = 1, MS = 1) ExStart
Exchange DD (Seq = y,I = 0, M = 1, MS = 0)
DD (Seq = y+1,I = 0, M = 1, MS = 1) Exchange
DD (Seq = y+1,I = 0, M = 1, MS = 0)
DD (Seq = y+n,I = 0, M = 0, MS = 1)
Loading DD (Seq = y+n,I = 0, M = 0, MS = 0)
LS Request Full
LS Update
Full LS Ack
66

67. 北航计 算机网络实验
LSA 及 LSDB 结构分析
邻居状态机
Loop1: 6.6.6.6/24
Loop1: 5.5.5.5/24
S2
S1
Loop1: 1.1.1.1/24 RID:6.6.6.6 Loop1: 2.2.2.2/24
RID:5.5.5.5
E0/1
R1 R2
Vlan2:168.1.1.4/24 RID:2.2.2.2
RID:3.3.3.3 E0/1
Vlan2:168.1.1.3/24
E0:168.1.1.1/24 E0:168.1.1.2/24
HUB
PCA PCB PCC PCD
67

68. 北航计 算机网络实验
思考题
结合截获报文，分析各种类型报文结构
。
执行 debug 命令，根据 debug 信息，
画出邻居状态转移图。
<R1>debugging ospf event
<R1>terminal debugging
<R1>reset ospf all 或者重新启动 HUB
68

69. 北航计 算机网络实验
实验内容
路由协议概述
OSPF 协议报文交互过程分析
LSA 及 LSDB 结构分析
SPF 的具体计算过程分析
组网设计实验
69

70. 北航计 算机网络实验
LSA 及 LSDB 结构分析
 区域的划分
 路由器的分类
 LSA 的分类
70

71. 北航计 算机网络实验
LSA 及 LSDB 结构分析
组网图 P52
每 个实验开 始前，一定要确认 清空前面实验 的配置
，以免相互影响 。建议每 次重启 路由器和交换 机。
Loop1:5.5.5.5/24
R1 S0:10.1.1.2/24 Area1
R2
S0:10.1.1.1/24
E0:192.168.1.2/24 E0:20.1.1.1/24
RID:1.1.1.1 RID:2.2.2.2
Loop1:6.6.6.6/24
Vlan2:192.168.1.1/24 Area0
E0/1
Vlan5:20.1.1.2/24
E0/1
Loop1:4.4.4.4/24
S1 S2 RID:3.3.3.3
图 18
71

72. 北航计 算机网络实验
划分区域
Area0
Area1 Area3
72

73. 北航计 算机网络实验
划分区域
原因
1 网络规模扩大，导致单一区域的 LSDB 过于庞大。
2 LSDB 过于庞大， SPF 算法运行的复杂度增加， CPU
负担重
3 LSDB 同步需要时间变长，网络动荡加剧，占用网络带
宽
解决问题
1 减少 LSA 数量。 划分区域
2 减少网络变换波及的范围。
每个运行 OSPF 的接口 / 网段必须属于某个特定区域，并用区
域号标识。
区域号为一个从 0 开始 32 位整数。
不同的区域通过 ABR 来传递路由信息 (Type3LSA) 。
73

74. 北航计 算机网络实验
路由器分类
路由器根据在自治系统中的不同角色划分为 :
IAR(Interal Area Router) 区域内路由器
所有接口属于一个区域
只生成一条 LSA ，只有一个 LSDB
ABR(Area Border Router) 区域边界路由器
接口属于两个以上区域
为所属的每个区域生成一条 LSA 和保存一个 LSDB
根据需要能够生成第三、第四类 LSA
ASBR(AS Boundery Router) 自治系统边界路由器
引入其它路由协议的路由器
不一定在 AS 的边界，生成第五类 LSA 。
BBR(BackBone Router) 骨干路由器
74

75. 北航计 算机网络实验
路由器分类
ABR area0
ABR
E1:100.0.3.1 E1:100.0.4.1
E0:100.0.2.2
E0:100.0.3.2
RB:2.2.2.2 RC:3.3.3.3
E0:100.0.4.2
IAR E0:100.0.2.1 Loop0:100.0.5.1
ASBR
E1:100.0.6.1
RA:1.1.1.1 RD:4.4.4.4
Loop0:100.0.1.1
area2
area1 E0:100.0.6.2
RE
75

76. 北航计 算机网络实验
LSA 及 LSDB 结构分析
 区域的划分
 路由器的分类
 LSA 的分类
76

77. 北航计 算机网络实验
LSA 分类
 Router-LSA （第 1 类） 由每个路由器生成，描
述了路由器的链路状态和花费，传递到整个区
域
 Network-LSA （第 2 类） ，由 DR 生成，描述
了本网段的链路状态，传递到整个区域
 Net-Summary-LSA （第 3 类） ，由 ABR 生成
，描述了到区域内某一网段的路由，传递到相
关区域
 Asbr-Summary-LSA （第 4 类） ，由 ABR 生
成，描述了到 ASBR 的路由，传递到相关区域
 AS-External-LSA （第 5 类） ，由 ASBR 生成
，描述了到 AS 外部的路由，传递到整个 AS 77

78. 北航计 算机网络实验
3 类 LSA 的传播
Summary LSA: Summary LSA:
AdvRID:2.2.2.2 AdvRID:3.3.3.3
LinkID:100.0.5.0 LinkID:100.0.5.0
area0
E1:100.0.3.1 E1:100.0.4.1
E0:100.0.2.2 Router LSA:
E0:100.0.3.2
AdvRID:4.4.4.4
RB:2.2.2.2 RC:3.3.3.3
LinkID:100.0.5.0
E0:100.0.4.2
E0:100.0.2.1 Loop0:100.0.5.1
E1:100.0.6.1
RA:1.1.1.1 RD:4.4.4.4
Loop0:100.0.1.1
area2
area1 E0:100.0.6.2
RE
78

79. 北航计 算机网络实验
3 类 LSA 的传播可能出现的问题
Summary LSA: Summary LSA:
AdvRID:2.2.2.2 AdvRID:3.3.3.3
LinkID:100.0.5.0 LinkID:100.0.5.0
area0
E1:100.0.3.1 E1:100.0.4.1
E0:100.0.2.2 Router LSA:
E0:100.0.3.2
AdvRID:4.4.4.4
RB:2.2.2.2 RC:3.3.3.3
LinkID:100.0.5.0
E0:100.0.4.2
E0:100.0.2.1 Loop0:100.0.5.1
E1:100.0.6.1
RA:1.1.1.1 RD:4.4.4.4
Loop0:100.0.1.1 area3
area2
area1 E0:100.0.6.2
RF ： RE:6.6.6.6
Summary LSA: 5.5.5.5
AdvRID:5.5.5.5 Summary LSA:
AdvRID:6.6.6.6
LinkID:100.0.5.0
LinkID:100.0.5.0
79

80. 北航计 算机网络实验
骨干区域和虚连接
RTA RTB
Virtual Link
Area 0 Area 12 Area 19
Type3 的 LSA 已不是链路状态信息，而是基于 D-V 算法的路由信息。
如何消除自环？ 骨干区域：区域号为 0.
解决办法：所有区域同骨干区域相连，所有 ABR 将本区域内的路由信
息封装成 LSA 后，统一发送给骨干区域，再由骨干区域将这些信息转
发给其它区域。 80

81. 北航计 算机网络实验
5 类 LSA 的传播
5 类 ASE LSA: 5 类 ASE LSA:
AdvRID:4.4.4.4 AdvRID:4.4.4.4
LinkID:100.0.6.0 LinkID:100.0.6.0
area0
E1:100.0.3.1 E1:100.0.4.1
E0:100.0.2.2 5 类 ASE LSA:
E0:100.0.3.2 AdvRID:4.4.4.4
RB:2.2.2.2
area2 LinkID:100.0.6.0
RC:3.3.3.3
area1 E0:100.0.4.2
E0:100.0.2.1
L0:100.0.6.1
RA:1.1.1.1 RD:4.4.4.4
Loop0:100.0.1.1
E0:100.0.6.2
RE
81

82. 北航计 算机网络实验
4 类 LSA 的传播
4 类 ASB LSA: 4 类 ASB LSA:
AdvRID:2.2.2.2 AdvRID:3.3.3.3
LinkID:4.4.4.4 LinkID:4.4.4.4
area0
E1:100.0.3.1 E1:100.0.4.1
E0:100.0.2.2
E0:100.0.3.2
RB:2.2.2.2 RC:3.3.3.3
E0:100.0.4.2
E0:100.0.2.1
L0:100.0.6.1
RA:1.1.1.1 RD:4.4.4.4
Loop0:100.0.1.1
area2
area1
E0:100.0.6.2
RE
82

83. 北航计 算机网络实验
AS 外部路由的传播
4 类 ASB LSA: 5 类 ASE LSA: 5 类 ASE LSA:
AdvRID:2.2.2.2 AdvRID:4.4.4.4 AdvRID:4.4.4.4 4 类 ASB LSA:
LinkID:4.4.4.4 LinkID:100.0.6.0 LinkID:100.0.6.0 AdvRID:3.3.3.3
LinkID:4.4.4.4
area0
E1:100.0.3.1 E1:100.0.4.1
E0:100.0.2.2 5 类 ASE LSA:
E0:100.0.3.2 AdvRID:4.4.4.4
RB:2.2.2.2 RC:3.3.3.3 LinkID:100.0.6.0
E0:100.0.4.2
E0:100.0.2.1
L0:100.0.6.1
RA:1.1.1.1 RD:4.4.4.4
Loop0:100.0.1.1
area2
area1 E0:100.0.6.2
RE
83

84. 北航计 算机网络实验
实验内容
路由协议概述
OSPF 协议报文交互过程分析
LSA 及 LSDB 结构分析
SPF 的具体计算过程分析
组网设计实验
84

85. 北航计 算机网络实验
路由计算过程
区域内路由计算过程
区域间路由计算过程
－－骨干区域和虚连接
区域外路由计算过程
－－与自治系统外部通信
85

86. 北航计 算机网络实验
区域内路由的计算
1 1
LSDB A B
RTA RTB
LSA 的 RTA 2 5
2 5
C
LSA 的 RTB
RTC
3
3 LSA 的 RTC
D
LSA 的 RTD
RTD
( 一）网络的拓朴结构 （二）每台路由器的链（三）由链路状态数据库得
路状态数据库 到的带权有向图
1 1 1 1
A B A B A B A B
2 2 2 2
C C C C
3 3 3 3
D D D D
（四）每台路由器分别以自己为根节点计算最小生成树
86

87. 北航计 算机网络实验
SPF 算法和 COST 值
SPF 算法也被称为 Dijkstra 算法， 是 OSPF 路由协议的
基础。
 SPF 算法将每一个路由器作为根（ Root ）来计算到
每一个目的地路由器之间的距离，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 值。
 Cost 值应用于每一个启动了 OSPF 的链路，它是一
个 16 bit 的整数，范围是 1 ～ 65535 。
87

88. 北航计 算机网络实验
Cost 值的计算方法
计算方法 108/bandwidth
56-kbps serial link = 1785
10M Ethernet = 10
64-kbps serial link = 1562
T1 (1.544-Mbps serial link) = 64
用户可以手动调节链路 Cost ，缺省情
况下，接口按照当前的波特率自动计算
开销
88

89. 北航计 算机网络实验
实验组网图 P60
AREA 0
Vlan3:40.1.1.1/24 E0:40.1.1.2/24
S1 R1
E0/1 100
E0/24 S0:20.1.1.2/24
Vlan2:30.1.1.2/24 500
200 R2
E1:30.1.1.1/24 S0:20.1.1.1/24
E0:10.1.1.1/24
300
E0/1 Vlan2:10.1.1.2/24
S2
89

90. 北航计 算机网络实验
带权有向图的计算
 显示链路状态数据库相关信息
 [R1]display ospf lsdb router
40.1.1.0
S1 40.1.1.2 R1
B
2.2.2.2
1.1.1.1 Metric:100
Metric:500
Metric:500
20.1.1.2
Stubnet：
R2 20.1.1.0/24
3.3.3.3
90

91. 北航计 算机网络实验
带权的有向图
Net：40.1.1.0/24
40.1.1.1 40.1.1.2
S1 R1
B
1.1.1.1 Metric:100 2.2.2.2
30.1.1.2 Metric:500 Metric:500
Metric:200
StubNet:
20.1.1.0/24
30.1.1.1 20.1.1.1
Net：30.1.1.0/24 R2
Metric:500
3.3.3.3
10.1.1.1
Metric:300 Net:10.1.1.0/24
10.1.1.2
S2
4.4.4.4
91

92. 北航计 算机网络实验
SPF
目的 下一跳（路径） OSPF Metric
40.1.1.1 （ 1.1.1.1 ） 100
交换机 S1
20.1.1.1 （ 3.3.3.3 ， 1.1.1.1 ） 500+200=700
直连 100
TransNet 40.1.1.0/24 500+200+100 ＝
20.1.1.1 （ 3.3.3.3 ， 1.1.1.1 ）
800
20.1.1.1 （ 3.3.3.3 ） 500
路由器 R2
40.1.1.1 （ 1.1.1.1 ， 3.3.3.3 ） 100+200=300
直连 500
Stubnet 20.1.1.0/24 100+200+500 ＝
40.1.1.1 （ 1.1.1.1 ， 3.3.3.3 ）
800
20.1.1.1 （ 3.3.3.3 ） 500+200=700
TransNet 30.1.1.0/24
40.1.1.1 （ 1.1.1.1 ） 100+200=300
20.1.1.1 （ 3.3.3.3 ， 4.4.4.4 ） 500+300=800
交换机 S2 40.1.1.1 （ 1.1.1.1 ， 3.3.3.3 ， 4.4.4. 100+200+300 ＝
4） 600
TransNet 20.1.1.1 （ 3.3.3.3 ） 500+300=800
100+200+300 ＝
10.1.1.0/24 40.1.1.1 （ 1.1.1.1 ， 3.3.3.3 ）
600
92

93. 北航计 算机网络实验
以 R1 为根的最短路径树
Net:40.1.1.0/24
S1 40.1.1.1 40.1.1.2 R1
B
1.1.1.1 Metric:100 2.2.2.2
30.1.1.2 20.1.1.2 Metric:500
Metric:200
Stubnet ：
Net:30.1.1.0/24 30.1.1.1 R2
20.1.1.0/24
3.3.3.3
10.1.1.1
Metric:300 Net:10.1.1.0/24
10.1.1.2
S2
4.4.4.4
93

94. 北航计 算机网络实验
区域间的路由计算
Type = 3 Type = 3
192.178.14.0 172.18.141.0
Mask = 255.255.255.240 Mask = 255.255.255.0
Metric = 120 Metric = 91
172.18.141.0/24 192.178.14.0/28
Area 0 Area 3
94

95. 北航计 算机网络实验
区域外路由计算过程
Type = 5
10.53.11.0/24 10.53.11.0
Type = 4
Mask=255.255.255.0
1.2.3.4
Metric = 10
Mask = 0.0.0.0
Metric = 89
BGP
ASBR
Router ID = 1.2.3.4
自治系统 Area 0 Area 2
自治系统外：不一定是 AS 边界
Type5LSA ， Type4LSA
路由分级：区域内路由，区域间路由，自治系统外一类路由，自治系统外二类路由
95

96. 北航计 算机网络实验
何时需要运行 OSPF 协议
网络的规模
 网络中的路由器在 10 台以上；中等或
大规模的网络
网络的拓扑结构
 网络的拓扑结构为网状，并且任意两
台路由器之间都互通的需求
其它特殊的需求
 要求路由变化时能够快速收敛，要求
路由协议自身的网络开销尽量降低
对路由器自身的要求
 运行 OSPF 协议时对路由器的 CPU 的
处理能力及内存的大小都有一定的要
求，性能很低的路由器不推荐使用
OSPF 协议 96

97. 北航计 算机网络实验
实验内容
路由协议概述
OSPF 协议报文交互过程分析
LSA 及 LSDB 结构分析
SPF 的具体计算过程分析
组网设计实验
97

98. 北航计 算机网络实验
注意事项
 每个实验开始前，一定要清空和重启路由
和交换设备。
 不要忘了配接口的 IP 地址，否则 OSPF
协议无法起作用。
 排查故障常用命令
Display ospf peer 查看邻居路由器状
态
Reset Ospf all 重启 OSPF 协议
98

99. 北航计 算机网络实验
设计实验 1
实验拓扑分析： 5 个网段
全网互通
 路由器、三层交换机的路由表应该有到所
有网段的正确路由
 PC 机上要配置正确的网关
当前设备的路由分析，设备所缺路由：
S1 ： 192.168.6.0
R1 S0: 192.168.0.2/24
S2 ： 192.168.5.0
R2
S0: 192.168.0.1/24
E0: 192.168.3.1/24 E0: 192.168.4.1/24
R1 ， R2 ：
Area 0
Area 1 Area 2
E0/1 E0/1
192.168.5.0
Vlan1: 192.168.3.2/24 Vlan1: 192.168.4.2/24
S1 S2
192.168.6.0 E0/24 Vlan2: 192.168.5.1/24 Vlan2: 192.168.6.1/24 E0/24
适当方法补齐路由 PC1 ： 192.168.5.2/24 PC2 ： 192.168.6.2/24
网关： 192.168.5.1 网关： 192.168.6.1
99

100. 北航计 算机网络实验
设计实验 1
多种方法使全网互通
 静态路由（必做）
 路由引入：
 [S1-ospf]import-route direct( 引入直连路由 )
 静态路由＋路由引入
 [R1]ip rou 192.168.5.0 255.255.255.0 192.168.3.2
 [R1-ospf]import-route static( 引入静态路由 )
R1 S0: 192.168.0.2/24 R2
预习报 告：写出 OSPF E0: 192.168.3.1/24
S0: 192.168.0.1/24
E0: 192.168.4.1/24
和静态 路由的配置
Area 0
Area 1 Area 2
实验报 告：写出静态 路 S1
E0/1 Vlan1: 192.168.3.2/24 Vlan1: 192.168.4.2/24
E0/1
S2
由的配置 E0/24 Vlan2: 192.168.5.1/24 Vlan2: 192.168.6.1/24 E0/24
VLAN 和 IP 地址配置不
用写 PC1 ： 192.168.5.2/24 PC2 ： 192.168.6.2/24
网关： 192.168.5.1 网关： 192.168.6.1
100

101. 北航计 算机网络实验
设计实验 2
考虑如何使 PC1 和 PC2 与 LOOP1 互通
 配置静态路由
 配置引入路由
验证全网互通，路由备份。
Internet
Loop1: 211.100.2.1/24
VLAN2: 202.112.1.2/24
VLAN3: 202.112.2.2/24
S2
预习报 告：写出 OSPF E0: 202.112.1.1/24
S0: 192.168.0.1/24 200 S0: 192.168.0.2/24
E0: 202.112.2.1/24
和静态 路由的配置 R1
E1: 192.168.3.1/24 Area0
R2
E1: 192.168.4.1/24
实验报 告：写出静态 路
100 200
E0/1 S1 E0/2
Vlan1: 192.168.3.2/24
由和引入路由的配置
Vlan3: 192.168.4.2/24
Vlan2: 192.168.5.1/24
Vlan4: 192.168.6.1/24
VLAN 和 IP 地址配置不 E0/23 E0/24
用写 PC1: 192.168.5.2/24 PC2: 192.168.6.2/24
网关： 192.168.5.1 网关： 192.168.6.1
101

102. 北航计 算机网络实验
设计实验 2
实验拓扑分析： 8 个网段
全网互通
 路由器、三层交换机的路由表应该有到所有网段
的正确路由
 PC 机上要配置正确的网关
当前设备的路由分析，设备所缺路由： Internet Loop1: 211.100.2.1/24
R1 ： 192.168.5.0,192.168.6.0 VLAN2: 202.112.1.2/24
VLAN3: 202.112.2.2/24
 202.112.2.0,211.100.2.0
S2
R2:…… E0: 202.112.1.1/24 E0: 202.112.2.1/24
S1 引入直连路由， R1R2 静态路 R1
S0: 192.168.0.1/24 200 S0: 192.168.0.2/24
R2
由 E1: 192.168.3.1/24 Area0 E1: 192.168.4.1/24
200
S1 ： 202.112.1.0 ， 202.112.2.0
100
E0/1 S1 E0/2
Vlan1: 192.168.3.2/24
 211.100.2.0 Vlan2: 192.168.5.1/24
Vlan3: 192.168.4.2/24
R1 、 R2 引入直连路由和静态路 E0/23 E0/24
Vlan4: 192.168.6.1/24
由
S2 ： 192.168.0.0 － 192.168.6.0 PC1: 192.168.5.2/24 PC2: 192.168.6.2/24
 静态路由，路由聚合，路由备 网关： 192.168.5.1 网关： 192.168.6.1
102

103. 北航计 算机网络实验
设计实验 2
S2: 路由聚合，路由备份
[S2]ip rou 192.168.0.0 255.255.0.0 202.112.1.1 pre 50
[S2]ip rou 192.168.0.0 255.255.0.0 202.112.2.1 pre 60
[R1]ip rou 211.100.2.1 255.255.255.0 202.112.1.2
[R1-ospf]import-route static cost 100
Internet
[R1-ospf]import-route direct cost 100 Loop1: 211.100.2.1/24
[R2]……. cost 200 VLAN2: 202.112.1.2/24
VLAN3: 202.112.2.2/24
[S1-ospf]import-route direct S2
E0: 202.112.1.1/24 E0: 202.112.2.1/24
S0: 192.168.0.1/24 200 S0: 192.168.0.2/24
R1 R2
E1: 192.168.3.1/24 100 Area0 200 E1: 192.168.4.1/24
E0/1 S1 E0/2
Vlan1: 192.168.3.2/24 Vlan3: 192.168.4.2/24
Vlan2: 192.168.5.1/24
Vlan4: 192.168.6.1/24
E0/23 E0/24
PC1: 192.168.5.2/24 PC2: 192.168.6.2/24
网关： 192.168.5.1 网关： 192.168.6.1
103

104. 北航计 算机网络实验
检查点
 OSPF 基本配置
 OSPF 邻居建立及报文交换过程的分析
 LSDB 建立过 程：
 hello （邻 居建立、 DR 选举 ）
 DD （主从确 立，主发 从确认 ），
 Request ， update ， flooding ， ack 过 程
 邻 居状态 机（ debug ）
 LSA 及 LSDB 结构分析
 LSDB 结构
 LSA 结构
 SPF 的具体计算过程分析
 设计实验 1 ，设计实验 2
104

105. 北航计 算机网络实验
内容安排
普通层次
实验套件 1 实验套件 2 实验套件 3
序
（基础型） （应用型） （研究型）
号 实验名称 学时 实验名称 学时 实验名称 学时
1 Vlan 间 通 信 1.5 Ospf 协议基本 0.5 Ospf 协议基本 0.5
综合实验 配置 配置
2 子 网 划 分 实 1 OSPF 报文格式 1.5 OSPF 报文格式 1
验 和交互过程 和交互过程
3 静 态 路 由 实 1 LSA 和 LSDB 分 1 LSA 和 LSDB 分 1
验 析 析
4 独 臂 路 由 实 0.5 SPF 算法分析 1 SPF 算法分析 1
验
5 设计实验 1 0.5
6 每人上传配 每人上传配 每人上传配
105

106. 北航计 算机网络实验
预习报告
根据实验内容安排，写相应的实验预习报告
。
设计实验要求在预习报告中写出：
设计实验 1
 OSPF 协议的配置命令
 静态路由、路由引入的配置命令
设计实验 2
 OSPF 协议的配置命令
 静态路由、路由引入的配置命令
106

107. 北航计 算机网络实验
更正
 P40 ，第二段 AS500 改为 AS1000
 P41 ，最后 3 行替换为：
 在 OSPF 视图下，进入 OSPF 区域视图， area area-id
 删除指定的 OSPF 区域 undo area area-id
 P51 ，步骤 13 去掉“和 S2”
107

108. 北航计 算机网络实验
下周一晚上 (3 月 25 日 ) 实验前讲解
传输层实验
网络管理实验
108

109. 北航计 算机网络实验
讲解完毕
谢谢大家！
109