OSPF动态路由协议笔记之(三) : 域内基本配置和抓包分析

OSPF动态路由协议笔记之(三) : 域内基本配置和抓包分析

　　通过前两节笔记，已经介绍了OSPF的基本工作原理。包括如何建立邻居关系和邻接关系，链路状态数据库（LSDB）的同步过程，OSPF报文类型，报文结构，以及链路状态信息通告（LSA）的头部结构等。

　　本节笔记主要介绍OSPF（区域内）的基本配置方法，补充OSPF区域的概念，以及对建立关系和同步LSDB的过程进行抓包分析，以此验证整个OSPF的工作过程。

 

　　OSPF区域

　　在继续介绍下面的内容之前，我们需要先补充一下OSPF区域的概念。OSPF支持将一组网段组合在一起，这样的一个组合称为一个区域。

　　划分OSPF区域可以缩小路由器的LSDB规模，减少网络流量。

　　

　　要点①：区域内的详细拓扑信息不向其他区域发送

　　区域内的详细拓扑信息不向其他区域发送，区域间传递的是抽象的路由信息，而不是详细的描述拓扑结构的链路状态信息。每个区域都有自己的LSDB，不同区域的LSDB是不同的。路由器会为每一个自己所连接到的区域维护一个单独的LSDB。由于详细链路状态信息不会被发布到区域以外，因此LSDB的规模大大缩小了。

 

　　要点②：Area 0为骨干区域，每个区域都必须连接到骨干区域

　　Area 0为骨干区域，为了避免区域间路由环路，非骨干区域之间不允许直接相互发布路由信息。因此，每个区域都必须连接到骨干区域。

 

　　要点③：ABR和ASBR的概念

　　运行在区域之间的路由器叫做区域边界路由器ABR（Area Boundary Router），它包含所有相连区域的LSDB。运行在自治系统（AS）之间的路由器叫自治系统边界路由器ASBR（Autonomous System Boundary Router），是指和其他AS中的路由器交换路由信息的路由器，这种路由器会向整个AS通告AS外部路由信息。

 

　　在规模较小的企业网络中，可以把所有的路由器划分到同一个区域中，同一个OSPF区域中的路由器中的LSDB是完全一致的。OSPF区域号可以手动配置，为了便于将来的网络扩展，推荐将该区域号设置为0，即骨干区域。

 

 

　　OSPF（区域内）的基本配置方法

　　打开华为模拟器eNSP，创建拓扑图：

　　网络中有三台路由器AR1，AR2以及AR3，分配环回（loopback）口地址以及端口IP地址分别如下图所示。AR1和AR2之间的网段为172.16.100.0/24，AR1和AR3之间的网段为172.16.200.0/24，三台路由器均处于同一个区域内(area 0)，即骨干区域。

 　　

　　Step 1：基本配置。为各路由器配置物理接口地址和loopback口地址，此处省略。

　　

　　Step 2：配置区域内OSPF路由协议。如下图所示，以AR1为例，首先配置OSPF使用的router-id号，进入OSPF进程。然后配置区域号为0的区域（即骨干区域），将需要OSPF协议学习的网段路由发布给其他路由器。（注：宣告网段时，网段后需填入反掩码）

 　　

　　同理，AR2和AR3均使用同等的配置，如下图所示：

 　　

 

 　　

　　此时稍待片刻，就能看到路由器界面提示OSPF的邻居关系已经为Full，表示已成功建立。

　　 

　　查看路由表，可以发现已经生成OSPF的路由，路由的优先级为10。

 　　

 

　　Step 3：配置OSPF认证。

　　华为系列路由器运行OSPF时，支持两种认证方式：区域认证和接口认证。

 　　

　　OSPF支持简单认证及加密认证功能，加密认证对潜在的攻击行为有更强的防范性。OSPF认证可以配置在接口或区域上，配置接口认证方式的优先级高于区域认证方式。

　　① 配置简单认证和加密认证功能

　　Ⅰ、配置简单认证，参数plain表示使用显示密码，参数cipher表示使用密文密码，参数null表示不认证。接口或区域上都可以运行。

　　命令： ospf authentication-mode { simple [ [ plain ] <plain-text> | cipher <cipher-text>] | null }  

 

　　Ⅱ、配置加密认证，MD5是一种保证链路认证安全的加密算法（具体配置已在举例中给出），参数key-id表示接口加密认证中的认证密钥ID，它必须与对端上的key-id一致。

　　命令： ospf authentication-mode { md5 | hmac-md5 } [ key-id { plain <plain-text >| [ cipher ] <cipher-text>} ] 

 　　

　　② 配置区域认证和接口认证示例

　　Ⅰ、区域配置示例：以AR1和AR2为例，使用加密认证（MD5算法），两路由器均需配置同样的认证方式，加密方式两边应该保持一致。

 　　

　　AR2和AR1配置方法一致，此处省略。

 　　

　　Ⅱ、接口配置示例：以AR1和AR3为例，需分别进入端口进行配置。使用加密认证（MD5算法），两路由器均需配置同样的认证方式，加密方式两边应该保持一致。

 　　

　　AR3和AR1配置方法一致，此处省略。

 　　

　　Step 4：查看OSPF邻居建立情况

　　命令： display ospf peer 

　　查看ospf邻居关系建立的情况。

 　　

　　注释：State（状态）为Full，为OSPF成功建立关系后的最终状态。OSPF规定Hello报文每10秒发送一次，若40秒过去后仍没收到对端的Hello报文，则自动结束OSPF邻居关系。

　　上述回显信息表明，由于默认OSPF路由器优先级（数值为1）相同，但R2的Router ID 10.1.0.2大于R1的Router ID 10.1.0.1，所以R2为DR，R1为BDR。

　　命令： ospf dr-priority 

　　修改R1的DR优先级。

 　　

　　默认情况下，DR/BDR的选举采用的是非抢占模式。路由器优先级修改后，不会自动重新选举DR。因此，需要重置R1和R2间的OSPF邻居关系。

　　先关闭然后再打开R1上的Gigabit Ethernet 0/0/1接口，重置R1和R2间的OSPF邻居关系。

 　　

　　重置后，可以看到DR已由172.16.100.2转变为172.16.100.1。

 

　　命令： display ospf routing 

　　查看OSPF路由表。

 　　

　　关于如何通过OSPF路由表计算区域内的路由，将会放到下一节笔记进行说明。

 　　

 　　

　　OSPF报文抓包分析

　　OSPF报文拥有共五种报文类型，主要根据OSPF Header的Message Type进行区分，以下就按照不同的报文类型，对OSPF的报文字段进行分析。

　　① Hello Packet（Hello报文）

　　OSPF协议使用Hello报文来建立和维护相邻邻居路由器之间的邻居关系。仅用来向邻居路由器证明自己的存在。

 　　

　　Hello报文被周期性（Hello Interval，默认为10秒）地发向邻居路由器接口发送，如果在设定的死亡时间（Router Dead Interval，默认为40秒，通常至少是Hello包发送时间间隔的4倍）内没有收到对方OSPF路由器发送来的Hello报文，则本地路由器会认为该对方路由器无效。

　　报文内容包括一些定时器设置、DR、BDR以及本路由器已知的邻居路由器。整个Hello报文格式如下表所示。

字段	长度	功能
Network Mask	4字节	发送Hello报文接口所在的子网掩码。
HelloInterval	2字节	指定发送Hello报文的时间间隔，默认为10秒。
Options	1字节	可选项，包括： E：允许泛洪AS-external-LAS； MC：允许转发IP组播报文； N/P：允许处理Type 7 LSA; DC：允许处理按需链路。
Router Priority	1字节	指定DR优先级，默认为1。数值越大越优先。如果设为0，则表示本路由器不参与DR/BDR选举。
Router Dead Interval	4字节	指定路由器失效时间，默认为40秒。如果在此时间内没有收到邻居路由器发来的Hello报文，则认为该邻居路由器已失效。
Designated Router	4字节	指定DR的接口IP地址
Backup Designated Router	4字节	指定BDR的接口IP地址
Active Neighbor	4字节	指定邻居路由器的RID。可以指定多个邻居路由器RID

 

　　② Data Description（数据库描述报文）

　　DD报文是用来描述本地路由器的链路状态数据库（LSDB），在两个OSPF路由器初始化连接时要交换DD报文，进行LSDB数据库同步。

 　　

　　DD报文内容部分包括：DD报文序列号和LSDB中每一条LSA的头部等。对端路由器根据所收到的DD报文中的LSA头部，判断出自己的LSDB中是否已有这条LSA。

　　由于数据库的内容可能相当长，所以可能需要多个数据库描述报文来描述整个数据库。所以有三个专门用于标识数据库描述报文序列的比特位，即DD报文格式中的I、M和M/S这三位。接收方对报文的重新排序使其能够真实地复制数据库描述报文。

　　DD交换过程按询问/应答方式进行，在DD报文交换中，一台为Master（主）角色，另一台为Slave（从）角色。Master路由器向从路由器发送它的路由表内容，并规定起始序列号，每发送一个DD报文，序列号加1，Slave则使用Master的序列号进行确定应答。但是显然，主从之间的关系会因每个DD交换的不同而不同。网络中的所有路由器会在不同时刻作用，在这个过程中既可能是主路由器又可能是从路由器。

　　对于的各字段说明如下表所示。

字段	长度	功能
Interface MTU	2字节	指出发送DD报文的接口在不分段的情况下，可以发出的最大IP报文长度。
Options	1字节	可选项，包括： E：允许泛洪AS-external-LAS； MC：允许转发IP组播报文； N/P：允许处理Type 7 LSA; DC：允许处理按需链路。
I	1比特	指定在连续发送多个DD报文，如果是第一个DD报文则置1，其它的均置0。
M	1比特	指定在连续发送多个DD报文，如果后续还有报文需传达则置1，如果是最后一个DD报文则置0。
M/S	1比特	设置进行DD报文双方的主从关系，如果本端是Master角色，则置1，否则置0。
DD Sequence Number	4字节	指定所发送的DD报文序列号。主从双方利用序列号来确保DD报文传输的可靠性和完整性。
LSA Header	4字节	指定DD报文中所包括的LSA头部。可以指定多个LSA头部。

　　因为DD报文仅在两台OSPF路由器初始化连接时才进行DD交换，所以它没有发送周期。之后的数据库存同步是通过LSR、LSU和LSAck报文进行同步的。

 

 

　　③ Link State Request（链路状态请求报文）

　　LSR报文用于请求相邻路由器链路状态数据库中的一部分数据。当两台路由器互相交换完DD报文后，知道对端路由器有哪些LSA是本LSDB所没有的，以及哪些LSA是已经失效的，则需要发送一个LSR报文，向对方请求所需的LSA。

　　LSR报文内容包括所需的LSA摘要，主要包含三个字段：Link State Type，Link State ID，Advertising Router；具体格式如下图所示：

 　　

 

　　LSR报文内容部分各字段说明如下表所示：

字段	长度	功能
LS type	4字节	OSPF指定所请求的LSA类型，总共11类，其中主要常用的共7类，其余均为特殊场景下应用，以下仅列出常见的LSA类型： 第一类：Router-LSA（路由器LSA）； 第二类：Network-LSA（网络LSA）； 第三类：Network-Summary-LSA（网络汇总LSA）； 第四类：ASBR-Summary-LSA（ASBR汇总LSA）； 第五类：AS-External-LSA（自治系统外部LSA）； 第七类：NSSA-External-LSA（NSSA外部LSA）。
Link State ID	4字节	用于指定ospf所描述的部分区域，该字段的使用方法根据不同的LSA类型而不同： 当为一类LSA时，该字段值是产生LSA 1的路由器的Router-ID； 当为二类LSA时，该字段值是DR的接口地址； 当为三类LSA时，该字段值是目的网络的网络地址； 当为四类LSA时，该字段值是ASBR的Router-ID； 当为五类LSA时，该字段值是目的网络的网络地址。
Advertising Router	4字节	指定产生此所要请求的LSA的路由器ID

 

 

　　④ Link State Update（链路状态更新报文）

　　LSU报文是回应LSR报文的请求，用来向对端路由器发送所需的LSA，内容是多条LSA完整内容的集合。

　　LSU报文内容部分包括此次共发送的LSA数量（Number of LSAs字段）和每条LSA（LSAs字段）的完整内容，如下图所示。

 　　

　　LSU报文在支持组播和多路访问的链路上是以组播方式将LSA泛洪出去的，并且对没有收到对方确认应答（就是下面将要介绍的LSAck报文）的LSA进行重传，但重传时的LSA是直接送到没有收到确认应答的邻居路由器上，而不再是泛洪。报文内容部分字段如下表所示。

字段	长度	功能
Number of LSA	4字节	指定此报文中共发送的LSA数量。
LSAs	4字节	是一条条具体的LSA完整信息，后面的省略号表示可多条LSA。

 

　　⑤ Link State Acknowledge（链路状态确认报文）

　　LSAck报文是路由器在收到对端发来的LSU报文后所发出的确认应答报文，内容是需要确认的LSA头部（LSA Headers）。

　　LSAck报文根据不同链路以单播或组播形式发送。整个LSAck报文的格式如下图所示。

 　　

 

　　Q：在OSPF路由协议中，组播地址224.0.0.5和224.0.0.6分别代表什么，在什么情况下使用？

　　组播地址224.0.0.5代表所有运行OSPF的路由器，DR，BDR向DRother发送DD，LS Request，LS Update报文时，其发送的目的地址是224.0.0.5。可以理解为：DRother侦听224.0.0.5。

　　组播地址224.0.0.6代表所有角色为DR的路由器，DRother向DR，BDR发送DD，LS Request，LS Update报文时，其发送的目的地址是224.0.0.6。可以理解为：DR侦听224.0.0.6。

 

　　通过本节笔记，补充了OSPF区域的概念，并介绍了OSPF（区域内）的基本配置方法，然后从建立邻居关系，到LSDB同步，最后建立邻接关系的各过程中，所使用的OSPF报文类型进行抓包分析。

 

　　下一节笔记，将会继续介绍OSPF域内路由的基本知识，内容涵盖一类LSA（Router-LSA）和二类LSA（Network-LSA），以及如何使用这两类LSA通过SPF算法计算域内路由。

 

 

　　参考链接:

　　https://zhidao.baidu.com/question/117619837.html

　　https://blog.51cto.com/u_13532838/2079671

　　https://blog.csdn.net/weixin_33971130/article/details/90074768