頁次：上海電子信息職業(yè)技術學院教案首頁課程名稱網(wǎng)絡設備配置與管理教師姓名班級節(jié)數(shù)4課次1執(zhí)行日期教學主題/任務利用OSPF協(xié)議實現(xiàn)網(wǎng)絡互連/OSPF簡介教學組織形式￡集中授課□理實一體□分組討論□實訓□實習□習題課□課堂測試□集體參觀□企業(yè)講座□翻轉課堂?□現(xiàn)場教學□項目導向□其他________________知識、能力、素養(yǎng)教學目標知識目標熟知OSPF協(xié)議原理、網(wǎng)絡類型能力目標能闡述OSPF協(xié)議基本概念及原理素養(yǎng)目標培養(yǎng)學生勤學好問的職業(yè)素養(yǎng)教學重點OSPF協(xié)議原理OSPF網(wǎng)絡類型教學難點OSPF協(xié)議原理教學載體￡子項目?□任務?□案例□教學軟件?□教材□工作頁□手冊□憑證/票據(jù)?□設計方案/圖表?￡文獻資料網(wǎng)?￡課程平臺￡新媒體￡其他：___教學媒介與資源□工具□儀器□教學掛圖□技術手冊□文獻資料□影像資料□計算機□工單□多媒體設備□設計方案/圖表□教具/模型□標本/圖片□實物□課件□手機□習題庫□專業(yè)教學設備□黑板（白板）、粉筆￡?其他：________________布置作業(yè)復習OSPF基本概念和原理教學實施課程思政培養(yǎng)學生勤學好問的職業(yè)素養(yǎng)教學實施過程設計與教學內容組織見副頁教學后記對于OSPF的基本工作原理，大多數(shù)同學都能較好地理解和掌握。

教學實施方案（副頁）利用OSPF協(xié)議實現(xiàn)網(wǎng)絡互聯(lián)開放式最短路徑優(yōu)先OSPF（OpenShortestPathFirst）協(xié)議是IETF定義的一種基于鏈路狀態(tài)的內部網(wǎng)關路由協(xié)議。RIP是一種基于距離矢量算法的路由協(xié)議，存在著收斂慢、易產(chǎn)生路由環(huán)路、可擴展性差等問題，目前已逐漸被OSPF取代。一、動態(tài)路由簡介1、動態(tài)路由的分類有類路由協(xié)議路由信息更新過程中不發(fā)送子網(wǎng)掩碼信息不支持不連續(xù)網(wǎng)絡不支持VLSM無類路由協(xié)議路由信息更新中包括網(wǎng)絡地址和子網(wǎng)掩碼支持不連續(xù)網(wǎng)絡支持VLSM連續(xù)網(wǎng)絡：在這種有類網(wǎng)絡的每對子網(wǎng)間傳送的數(shù)據(jù)包，只經(jīng)過同類別網(wǎng)絡的子網(wǎng)，不經(jīng)過其他類別網(wǎng)絡的子網(wǎng)。不連續(xù)網(wǎng)絡：在有類網(wǎng)絡中的一對子網(wǎng)間傳送的數(shù)據(jù)包，必須經(jīng)過不同類別網(wǎng)絡的子網(wǎng)。2、收斂收斂是指所有路由器的路由表達到一致的過程。當所有路由器都獲取到完整而準確的網(wǎng)絡信息時，網(wǎng)絡即完成收斂。收斂時間是指路由器共享網(wǎng)絡信息、計算最佳路徑并更新路由表所花費的時間。網(wǎng)絡在完成收斂后才可以正常運行，因此，大部分網(wǎng)絡都需要在很短的時間內完成收斂。達到收斂的速度包含兩個方面：兒路由器在路由更新中向其鄰居傳播拓撲結構變化的速度。使用收集到的新路由信息計算最佳路徑路由的速度。收斂過程既具協(xié)作性，又具獨立性。路由器之間既需要共享路由信息，各個路由器也必須獨立計算拓撲結構變化對各自路由過程所產(chǎn)生的影響。由于路由器獨立更新網(wǎng)絡信息以與拓撲結構保持一致，所以，也可以說路由器通過收斂來達成一致。收斂的有關屬性包括路由信息的傳播速度以及最佳路徑的計算方法。可以根據(jù)收斂速度來評估路由協(xié)議。收斂速度越快，路由協(xié)議的性能就越好。通常，RIP收斂較慢，而OSPF收斂較快。二、OSPF簡介常用術語1)Router-ID每一個OSPF路由器都需定義一個身份，就相當于人的名字，這就是Router-ID，并且Router-ID在網(wǎng)絡中絕對不可以有重名，否則路由器收到的鏈路狀態(tài)，就無法確定發(fā)起者的身份，也就無法通過鏈路狀態(tài)信息確定網(wǎng)絡位置，OSPF路由器發(fā)出的鏈路狀態(tài)都會寫上自己的Router-ID，可以理解為該鏈路狀態(tài)的簽名，不同路由器產(chǎn)生的鏈路狀態(tài)，簽名絕不會相同。2)CostOSPF路由協(xié)議是通過Cost值來判斷在多條路由中選擇一條合適路由的，OSPF使用端口的帶寬來計算Cost值，如果路由器要經(jīng)過兩個端口才能到達目標網(wǎng)絡，那么這兩個端口的Cost值要累加起來，所以OSPF路由器計算到達目標網(wǎng)絡的Cost值，必須將沿途中所有端口的Cost值累加起來，在累加時，只計算出端口，不計算進端口。帶寬越高，Cost值越小，則相應的路徑越優(yōu)先選擇。OSPF會自動計算端口上的Cost值，但也可以通過手工指定該端口的Cost值，手工指定的優(yōu)先于自動計算的值。通過Cost值，可以執(zhí)行負載均衡，最多6條鏈路同時執(zhí)行負載均衡。3)鏈路狀態(tài)（Link-State）鏈路狀態(tài)（LSA）就是OSPF端口上的描述信息，例如端口上的IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)絡類型、Cost值等，OSPF路由器之間交換的并不是路由表，而是鏈路狀態(tài)（LSA），OSPF通過獲得網(wǎng)絡中所有的鏈路狀態(tài)信息，從而計算出到達每個目標精確的網(wǎng)絡路徑。OSPF路由器會將自己所有的鏈路狀態(tài)毫不保留地全部發(fā)給鄰居，鄰居將收到的鏈路狀態(tài)全部放入鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫（Link-StateDatabase，LSDB），鄰居再發(fā)給自己的所有鄰居。通過這樣的過程，最終，網(wǎng)絡中所有的OSPF路由器都擁有網(wǎng)絡的鏈路狀態(tài)，路由器通過鏈路狀態(tài)應該能描繪出相同的網(wǎng)絡拓樸。4)OSPF區(qū)域因為OSPF路由器之間會將所有的鏈路狀態(tài)（LSA）相互交換，當網(wǎng)絡規(guī)模達到一定程度時，LSA將形成一個龐大的數(shù)據(jù)庫，勢必會給OSPF計算帶來巨大的壓力；為了能夠降低OSPF計算的復雜程度，OSPF采用分區(qū)域計算，將網(wǎng)絡中所有OSPF路由器劃分成不同的區(qū)域，每個區(qū)域負責各自區(qū)域精確的LSA傳遞與路由計算，然后再將一個區(qū)域的LSA簡化和匯總之后轉發(fā)到另外一個區(qū)域。因此在區(qū)域內部，擁有網(wǎng)絡精確的LSA，而在不同區(qū)域，則傳遞簡化的LSA。注意：一般在劃分區(qū)域時，0區(qū)域做為骨干區(qū)域必須創(chuàng)建。5)OSPF網(wǎng)絡類型根據(jù)路由器所連接的物理網(wǎng)絡不同，OSPF將網(wǎng)絡劃分為四種類型：廣播多路訪問型（BroadcastMulti-Access）、非廣播多路訪問型（None-BroadcastMulti-Access，NBMA）、點到點型（Point-to-Point）、點到多點型（Point-to-MultiPoint）。6)指定路由器（DesignatedRouter，DR）和備份指定路由器（BackupDesignatedRouter，BDR）在多路訪問網(wǎng)絡上可能存在多個路由器，為了避免路由器之間建立完全相鄰關系而引起的大量開銷，OSPF要求在區(qū)域中選舉一個DR，每個路由器都與之建立完全相鄰關系。DR負責收集所有的鏈路狀態(tài)信息，并發(fā)布給其他路由器。選舉DR的同時也選舉出一個BDR，在DR失效的時候，BDR擔負起DR的職責。OSPF原理介紹OSPF要求每臺運行OSPF的路由器都了解整個網(wǎng)絡的鏈路狀態(tài)信息，這樣才能計算出到達目的地的最優(yōu)路徑。OSPF的收斂過程由鏈路狀態(tài)公告LSA（LinkStateAdvertisement）泛洪開始，LSA中包含了路由器已知的接口IP地址、掩碼、開銷和網(wǎng)絡類型等信息。收到LSA的路由器都可以根據(jù)LSA提供的信息建立自己的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫LSDB（LinkStateDatabase），并在LSDB的基礎上使用SPF算法進行運算，建立起到達每個網(wǎng)絡的最短路徑樹。最后，通過最短路徑樹得出到達目的網(wǎng)絡的最優(yōu)路由，并將其加入到IP路由表中。OSPF報文OSPF直接運行在IP協(xié)議之上，使用IP協(xié)議號89。OSPF有五種報文類型，每種報文都使用相同的OSPF報文頭。Hello報文：最常用的一種報文，用于發(fā)現(xiàn)、維護鄰居關系。并在廣播和NBMA（None-BroadcastMulti-Access）類型的網(wǎng)絡中選舉指定路由器DR（DesignatedRouter）和備份指定路由器BDR（BackupDesignatedRouter）。DD報文：兩臺路由器進行LSDB數(shù)據(jù)庫同步時，用DD報文來描述自己的LSDB。DD報文的內容包括LSDB中每一條LSA的頭部（LSA的頭部可以唯一標識一條LSA）。LSA頭部只占一條LSA的整個數(shù)據(jù)量的一小部分，所以，這樣就可以減少路由器之間的協(xié)議報文流量。LSR報文：兩臺路由器互相交換過DD報文之后，知道對端的路由器有哪些LSA是本地LSDB所缺少的，這時需要發(fā)送LSR報文向對方請求缺少的LSA，LSR只包含了所需要的LSA的摘要信息。LSU報文：用來向對端路由器發(fā)送所需要的LSA。LSACK報文：用來對接收到的LSU報文進行確認。鄰居狀態(tài)機鄰居和鄰接關系建立的過程如下：Down：這是鄰居的初始狀態(tài)，表示沒有從鄰居收到任何信息。Attempt：此狀態(tài)只在NBMA網(wǎng)絡上存在，表示沒有收到鄰居的任何信息，但是已經(jīng)周期性的向鄰居發(fā)送報文，發(fā)送間隔為HelloInterval。如果RouterDeadInterval間隔內未收到鄰居的Hello報文，則轉為Down狀態(tài)。Init：在此狀態(tài)下，路由器已經(jīng)從鄰居收到了Hello報文，但是自己不在所收到的Hello報文的鄰居列表中，尚未與鄰居建立雙向通信關系。2-Way：在此狀態(tài)下，雙向通信已經(jīng)建立，但是沒有與鄰居建立鄰接關系。這是建立鄰接關系以前的最高級狀態(tài)。ExStart：這是形成鄰接關系的第一個步驟，鄰居狀態(tài)變成此狀態(tài)以后，路由器開始向鄰居發(fā)送DD報文。主從關系是在此狀態(tài)下形成的，初始DD序列號也是在此狀態(tài)下決定的。在此狀態(tài)下發(fā)送的DD報文不包含鏈路狀態(tài)描述。Exchange：此狀態(tài)下路由器相互發(fā)送包含鏈路狀態(tài)信息摘要的DD報文，描述本地LSDB的內容。Loading：相互發(fā)送LSR報文請求LSA，發(fā)送LSU報文通告LSA。Full：路由器的LSDB已經(jīng)同步。RouterID、鄰居和鄰接RouterID是一個32位的值，它唯一標識了一個自治系統(tǒng)內的路由器，可以為每臺運行OSPF的路由器上可以手動配置一個RouterID，或者指定一個IP地址作為RouterID。如果設備存在多個邏輯接口地址，則路由器使用邏輯接口中最大的IP地址作為RouterID；如果沒有配置邏輯接口，則路由器使用物理接口的最大IP地址作為RouterID。在為一臺運行OSPF的路由器配置新的RouterID后，可以在路由器上通過重置OSPF進程來更新RouterID。通常建議手動配置RouterID，以防止RouterID因為接口地址的變化而改變。運行OSPF的路由器之間需要交換鏈路狀態(tài)信息和路由信息，在交換這些信息之前路由器之間首先需要建立鄰接關系。鄰居（Neighbor）：OSPF路由器啟動后，便會通過OSPF接口向外發(fā)送Hello報文用于發(fā)現(xiàn)鄰居。收到Hello報文的OSPF路由器會檢查報文中所定義的一些參數(shù)，如果雙方的參數(shù)一致，就會彼此形成鄰居關系。鄰接（Adjacency）：形成鄰居關系的雙方不一定都能形成鄰接關系，這要根據(jù)網(wǎng)絡類型而定。只有當雙方成功交換DD報文，并能交換LSA之后，才形成真正意義上的鄰接關系。路由器在發(fā)送LSA之前必須先發(fā)現(xiàn)鄰居并建立鄰居關系。鄰居發(fā)現(xiàn)OSPF的鄰居發(fā)現(xiàn)過程是基于Hello報文來實現(xiàn)的。數(shù)據(jù)庫同步如圖所示，路由器在建立完成鄰居關系之后，便開始進行數(shù)據(jù)庫同步，具體過程如下：鄰居狀態(tài)變?yōu)镋xStart以后，RTA向RTB發(fā)送第一個DD報文，在這個報文中，DD序列號被設置為X（假設），RTA宣告自己為主路由器。RTB也向RTA發(fā)送第一個DD報文，在這個報文中，DD序列號被設置為Y（假設）。RTB也宣告自己為主路由器。由于RTB的RouterID比RTA的大，所以RTB應當為真正的主路由器。RTA發(fā)送一個新的DD報文，在這個新的報文中包含LSDB的摘要信息，序列號設置為RTB在步驟2里使用的序列號，因此RTB將鄰居狀態(tài)改變?yōu)镋xchange。鄰居狀態(tài)變?yōu)镋xchange以后，RTB發(fā)送一個新的DD報文，該報文中包含LSDB的描述信息，DD序列號設為Y+1（上次使用的序列號加1）。即使RTA不需要新的DD報文描述自己的LSDB，但是作為從路由器，RTA需要對主路由器RTB發(fā)送的每一個DD報文進行確認。所以，RTA向RTB發(fā)送一個內容為空的DD報文，序列號為Y+1。發(fā)送完最后一個DD報文之后，RTA將鄰居狀態(tài)改變?yōu)長oading；RTB收到最后一個DD報文之后，改變狀態(tài)為Full（假設RTB的LSDB是最新最全的，不需要向RTA請求更新）。鄰居狀態(tài)變?yōu)長oading之后，RTA開始向RTB發(fā)送LSR報文，請求那些在Exchange狀態(tài)下通過DD報文發(fā)現(xiàn)的，而且在本地LSDB中沒有的鏈路狀態(tài)信息。RTB收到LSR報文之后，向RTA發(fā)送LSU報文，在LSU報文中，包含了那些被請求的鏈路狀態(tài)的詳細信息。RTA收到LSU報文之后，將鄰居狀態(tài)從Loading改變成Full。RTA向RTB發(fā)送LSACK報文，用于對已接收LSA的確認。此時，RTA和RTB之間的鄰居狀態(tài)變成Full，表示達到完全鄰接狀態(tài)。建立完全鄰接關系鄰居狀態(tài)變?yōu)長oading之后，RTA開始向RTB發(fā)送LSR報文，請求那些在Exchange狀態(tài)下通過DD報文發(fā)現(xiàn)的，而且在本地LSDB中沒有的鏈路狀態(tài)信息。RTB收到LSR報文之后，向RTA發(fā)送LSU報文，在LSU報文中，包含了那些被請求的鏈路狀態(tài)的詳細信息。RTA收到LSU報文之后，將鄰居狀態(tài)從Loading改變成Full。RTA向RTB發(fā)送LSACK報文，用于對已接收LSA的確認。此時，RTA和RTB之間的鄰居狀態(tài)變成Full，表示達到完全鄰接狀態(tài)。OSPF支持的網(wǎng)絡類型OSPF定義了四種網(wǎng)絡類型，分別是點到點網(wǎng)絡，廣播型網(wǎng)絡，NBMA網(wǎng)絡和點到多點網(wǎng)絡。點到點網(wǎng)絡是指只把兩臺路由器直接相連的網(wǎng)絡。一個運行PPP的64K串行線路就是一個點到點網(wǎng)絡的例子。廣播型網(wǎng)絡是指支持兩臺以上路由器，并且具有廣播能力的網(wǎng)絡。一個含有三臺路由器的以太網(wǎng)就是一個廣播型網(wǎng)絡的例子。OSPF可以在不支持廣播的多路訪問網(wǎng)絡上運行，此類網(wǎng)絡包括在hub-spoke拓撲上運行的幀中繼（FR）和異步傳輸模式（ATM）網(wǎng)絡，這些網(wǎng)絡的通信依賴于虛電路。OSPF定義了兩種支持多路訪問的網(wǎng)絡類型：非廣播多路訪問網(wǎng)絡（NBMA）和點到多點網(wǎng)絡（PointToMulti-Points）。NBMA：在NBMA網(wǎng)絡上，OSPF模擬在廣播型網(wǎng)絡上的操作，但是每個路由器的鄰居需要手動配置。NBMA方式要求網(wǎng)絡中的路由器組成全連接。P2MP：將整個網(wǎng)絡看成是一組點到點網(wǎng)絡。對于不能組成全連接的網(wǎng)絡應當使用點到多點方式，例如只使用PVC的不完全連接的幀中繼網(wǎng)絡。DR&BDR選舉在鄰居發(fā)現(xiàn)完成之后，路由器會根據(jù)網(wǎng)段類型進行DR選舉。在廣播和NBMA網(wǎng)絡上，路由器會根據(jù)參與選舉的每個接口的優(yōu)先級進行DR選舉。優(yōu)先級取值范圍為0-255，值越高越優(yōu)先。缺省情況下，接口優(yōu)先級為1。如果一個接口優(yōu)先級為0，那么該接口將不會參與DR或者BDR的選舉。如果優(yōu)先級相同時，則比較RouterID，值越大越優(yōu)先被選舉為DR。為了給DR做備份，每個廣播和NBMA網(wǎng)絡上還要選舉一個BDR。BDR也會與網(wǎng)絡上所有的路由器建立鄰接關系。為了維護網(wǎng)絡上鄰接關系的穩(wěn)定性，如果網(wǎng)絡中已經(jīng)存在DR和BDR，則新添加進該網(wǎng)絡的路由器不會成為DR和BDR，不管該路由器的RouterPriority是否最大。如果當前DR發(fā)生故障，則當前BDR自動成為新的DR，網(wǎng)絡中重新選舉BDR；如果當前BDR發(fā)生故障，則DR不變，重新選舉BDR。這種選舉機制的目的是為了保持鄰接關系的穩(wěn)定，使拓撲結構的改變對鄰接關系的影響盡量小。OSPF區(qū)域OSPF支持將一組網(wǎng)段組合在一起，這樣的一個組合稱為一個區(qū)域。劃分OSPF區(qū)域可以縮小路由器的LSDB規(guī)模，減少網(wǎng)絡流量。區(qū)域內的詳細拓撲信息不向其他區(qū)域發(fā)送，區(qū)域間傳遞的是抽象的路由信息，而不是詳細的描述拓撲結構的鏈路狀態(tài)信息。每個區(qū)域都有自己的LSDB，不同區(qū)域的LSDB是不同的。