华为HCIA认证R&S路由与交换 —— 链路状态协议OSPF & PPP原理与配置方法详解

本文讲述了华为HCIA认证R&S路由与交换 —— 链路状态协议OSPF & PPP原理与配置方法。分享给大家供大家参考，具体如下：

文章目录

• 链路状态路由协议——OSPF
  • OSPF原理
  • OSPF报文
  • Router-id
  • OSPF支持的网络类型
  • DR&BDR
  • DR&BDR选举
  • OSPF区域
  • OSPF开销
  • OSPF认证
• 广域网基本原理
  • HDLC&PPP原理与配置
•  

【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

• 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领句关系，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：

• 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：

LCP协商参数：

• 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

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