HCIA-Day_04-链路状态协议OSPF & PPP

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【实验源码参考GitHub】
【实验拓扑参考GitHub】

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：

1. 路由器发送LSA（链路状态通告）
2. 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
3. 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邻居关系，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

以上内容均属原创，如有不详或错误，敬请指出。

本文作者： 坏坏

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