【计算机网络】OSPF单区域实验

一：实验目的

1：掌握在路由器上配置OSPF单区域。

2：学习OSPF协议的原理，及其网络拓扑结构改变后的变化。

二：实验仪器设备及软件

硬件：RCMS交换机、网线、内网网卡接口、Windows 2019操作系统的计算机等。具体为：三层交换机1台、路由器2台。

软件：wireshark软件、记事本、Chrome浏览器等。

三：实验方案

【实验网络结构拓扑图】

通过配置动态路由协议OSPF，自动学习网段的路由信息，在区域内实现网络的互连互通。

四：实验步骤

1：按照拓扑图配置PC1和PC2 的IP地址、子网掩码、网关，测试连通性。同时，在路由器上执行show ip route命令，记录路由表信息。

PC1和PC2的配置参数，如下表所示。

	PC1	PC2
IP地址	10.206.5.11	10.206.3.22
子网掩码	255.255.255.0	255.255.255.0
网关	10.206.5.1	10.206.3.1

以PC2的配置为例，如下图所示。

路由器R1初始时的路由表，如下图所示。

路由器R2初始时的路由表，如下图所示。

2：三层交换机的基本配置。

三层交换机的VLAN配置（VLAN 10和VLAN 50），如下图所示。

3：路由器R1的基本配置。

路由器R1的配置命令，如下表所示。

Configure terminal Interface gigabitethernet 0/1 Ip address 10.206.1.1 255.255.255.0 No shutdown Exit Interface serial 5/1 Ip address 10.206.2.1 255.255.255.0 No shutdown Exit

由配置命令可知，左侧通过0/1的端口接入10.206.1.1网段，右侧通过Serial的5/1端口接入10.206.2.1网段。

4：路由器R2的基本配置。

路由器R2的直连端口配置，如下图所示。

5：在交换机上配置OSPF路由协议。

交换机上的OSPF配置，如下图所示。

首先需要启动OSPF路由协议的进程（此处为1号），然后申明直连网段信息并分配区域号。

6：在路由器R1上配置OSPF路由协议。

配置路由器R1的环回IP地址的命令，如下表所示。

Configure terminal Interface loopback 1 Ip address 10.206.100.1 255.255.255.0

路由器R1上的OSPF配置的命令，如下表所示。

Configure terminal Router ospf 1 Network 10.206.1.0 0.0.0.255 area 0 Network 10.206.2.0 0.0.0.255 area 0 End

7：在路由器R2上配置OSPF路由协议。

配置路由器R2的环回IP地址的命令，如下表所示。

Configure terminal Interface loopback 1 Ip address 10.206.100.1 255.255.255.0

路由器R2上的OSPF配置的命令，如下表所示。

Configure terminal Router ospf 1 Network 10.206.2.0 0.0.0.255 area 0 Network 10.206.3.0 0.0.0.255 area 0 End

8：查看验证3台路由设备的路由表是否自动学习了其他网段的路由信息。

交换机配置后的路由表，如下图所示。可以看到有2条O项路由条目。

第1条是通过10.206.1.1能跳转到10.206.2.0/24网段。第2条是通过10.206.1.1能跳转到10.206.3.0/24网段。

路由器R1配置后的路由表，如下图所示。可以看到有2条O项路由条目。

第1条是通过10.206.2.2能跳转到10.206.3.0/24网段。第2条是通过10.206.1.2能跳转到10.206.5.0/24网段。

路由器R2配置后的路由表，如下图所示。可以看到有2条O项路由条目。

第1条是通过10.206.2.1能跳转到10.206.1.0/24网段。第2条是通过10.206.2.1能跳转到10.206.5.0/24网段。

上述路由表中的O条目，都是由路由器通过Flood方法，把自己邻接的路由信息传播给全网后更新的。

9：测试网络的连通性。

初始时，10.206.3.22向10.206.5.11进行ping操作的结果，如下图所示。可以发现两台主机并不能连通。

配置后，10.206.3.22向10.206.5.11进行ping操作的结果，如下图所示。可以发现两台主机能连通。

五：实验结果及分析

1：步骤9的问题和结果分析。

【1】将此时的路由表与初始时的路由表进行比较，有什么结论？

    每台路由设备（交换机、路由器）的路由表均自动学习了其他网段的路由信息，并将其以OSPF路由表项添加到了各自的路由表中。

【2】分析traceroute PC的执行结果。

10.206.3.22（PC2）向10.206.5.11（PC1）进行tracert操作的结果，如下图所示。

可以发现，PC2首先通过10.206.3.1进行第1跳，此时经过了路由器R2；然后通过10.206.2.1进行第2跳，此时经过了路由器R1；接着通过10.206.1.2进行了第3跳，此时经过了三层交换机；最后在三层交换机的另一侧连接到10.206.5.11。

【3】捕获数据报，分析OSPF头部结构。OSPF包在PC上能捕获到吗？如果希望2台主机都能捕获到，请描述方法。

在PC1和PC2上均能捕获到OSPF包，捕获报文如下图所示。

2台主机可以用WireShark进行OSPF包的捕获。

OSPF的头部结构，如下图所示。

OSPF报文的头部结构由Version、Message Type、Packet Length、Source OSPF Router、Area ID、Checksum、Auth Type和Auth Data字段组成。各字段的含义如下。

1. Version：8位的OSPF版本号，OSPFv2是2，OSPFv3是3。

2. Message Type：8位的OPSF报文类型，1是Hello、2是DD、3是LSR、4是LSU、5是LSAck。

3. Packet Length：16位，OSPF报文总长度包括OSPF头。

4. Router ID：32位，发送该报文的路由器标识ID。

5. Area ID： 32位，发送该报文路由器所属的区域。

6. Checksum：16位，包含除了认证字段的整个报文校验和。

7. Au Type：64位，0是不含验证信息、1是明文认证、2是MD5认证。

【4】使用#debug ip ospf命令显示上述OSPF协议的运行情况，观察并保存路由器R1发送和接收的Update分组（可以通过改变链路状态触发），注意其中LSA类型；观察有无224.0.0.5、224.0.0.6的IP地址，如有请说明这两个地址的作用。

通过debug ip ospf命令可以查看OSPF协议的动态情况，通过no debug all可以停止查看。

通过拔掉路由器R1和三层交换机间的网线，可以获得Update分组情况，如下图所示。可以发现此处的LSA类型为1，并且发送到了IP为224.0.0.5的目的地址处。

有224.0.0.5的IP地址，无224.0.0.6的IP地址。

224.0.0.5是用于OSPF路由器之间的邻居关系建立和维护的组播地址，224.0.0.6是用于OSPF的设计目的组播地址。

【5】本实验有没有DR/BDR（指派路由器/备份指派路由器）？如果有，请指出DR与BDR分别是哪个设备，讨论DR/BDR的选举规则和更新方法（通过拔线改变拓扑，观察DR/BDR的变化情况）；如没有，请说明原因。

    有。可以通过在路由器中执行命令show ip ospf interface进行查看。

通过【4】的指令可以发现，在路由器R1中，一开始DR和BDR均为0.0.0.0，如下图所示。

之后DR更新为10.206.1.2，BDR更新为10.206.1.1，如下图所示。

拔掉路由器R1和交换机之间的网线后，R1的DR和BDR均更新为0.0.0.0，而R2的DR和BDR均保持不变。

DR和BDR是由同一网段中所有的路由器根据路由优先级和Router ID通过Hello报文选举出来的，只有优先级大于0的路由器才具有选举资格。进行DR/BDR选举时每台路由器将自己选出的DR写入Hello报文中，发给网段上的每台运行OSPF协议的路由器。当处于同一网段的两台路由器同时宣布自己是DR时，优先级高者胜出；如果优先级相等，则Router ID大者胜出；如果一台路由器的优先级为0，则它不会被选举为DR或BDR。

如果DR或BDR失效，或者有新的路由器加入网络并希望成为DR或BDR，那么它们将参与新的选举过程。这个过程基于上述的选举规则进行，以确保网络中始终有一个DR和一个BDR来负责网络中的路由信息传播和LSA泛洪。

2：如何查看 OSPF 协议发布的网段？

通过命令show ip ospf database，可以查看OSPF发布的网段。

在路由器R1上执行该命令的结果，如下图所示。

3：关于 OSPF 反掩码。

反掩码可以简单地理解成掩码取反，而且不允许出现不连续的1和0。例如，可以是0.0.0.11111111，但不可以是0.0.0.11110011，也不可以是0.0.0.11111100。反掩码总是奇数或0，因为其最后一位总是1，除非全部是0。

4：255.255.255.255减去子网掩码就得出反掩码。请问：192.168.2.0/28 的反掩码是多少？

192.168.2.0/28的子网掩码为255.255.255.240，255.255.255.255减去该子网掩码，得到反掩码为0.0.0.15。

六：实验总结及体会

1：在申明直连网段时，要写该网段的反掩码，并指明所属的区域。

2：LSA的类型有Router LSA、Network LSA、Network Summary LSA、ASBR-Summary-LSA、AS-External-LSA和NSSA-LSA六种类型。

1. Router LSA：即LSA-1，其主要描述的是与该路由的直连接口的链路信息，每个路由器都会生成一条LSA-1条目，LSA-1下含p2p、stubnet、transnet、virtual四种类别。
2. Network LSA：即LSA-2，其主要在广播或者NBMA网络类型中，用于描述伪节点的信息。
3. Network Summary LSA：即LSA-3，其主要是将不同区域内的1类Lsa和2类Lsa进行转换，以便于其在不同区域中进行传递。只有ABR路由才能进行转换，并且LSA-3只能在本区域内泛洪。
4. ASBR-Summary-LSA：即LSA-4，其由LSA-1转换而来，主要的作用是告诉其他区域可以通过自身来找LSA-5所包含的链路状态信息。LSA-4由ABR产生，并在OSPF的本区域内进行泛洪。
5. AS-External-LSA：即LSA-5，当外部路由被引入到OSPF协议中时，连接外部路由的路由器会被置位为ASBR路由，并发送1条LSA-1信息，告诉邻居自己为ASBR，之后将外部路由信息以LSA-5的形式进行转发。LSA-5可以在OSPF全区域内进行转发。
6. NSSA-LSA：即LSA-7，其是NSSA区域用于引入外部路由时生成的LSA，其只能在本区域内泛洪，在往其他区域传递时，ABR会将LSA-7转换为LSA-5，在其他区域内泛洪。

3：OSPF的分组有Hello、Database Description、Link State Request、Link State Update和Link State Acknowledgment五种类型。

4：非DR路由器将自己的LSA发送给DR，然后DR将这些LSA泛洪到整个区域，使所有路由器获得一致的LSDB，从而确保区域内路由器都能计算出相同的最短路径树。

5：在路由器中执行debug ip ospf命令时，需要推到config环境之外，即Ruijie#的环境之中。否则会出现报错unknown command。