数据通信网络之OSPFv3基础

一、目的

1. 掌握路由器的IPv6 基础配置。
2. 掌握OSPFv3（单区域）的基础配置。

二、拓扑

如图1 所示，三台路由器R1、R2 和R3 分别通过相应物理接口进行连接，其中，R1 及 R3 各自下联一个网段，简单起见，此处只体现了这些网段中的两台计算机PC1 和PC2，PC1 与PC2 分别使用R1 及R3 作为自己的默认网关。其中，路由器R1、R2 和R3 推荐使用 AR2220 及以上设备。

在这里插入图片描述

图1 OSPFv3 基础实验拓扑图

三、需求

在R1、R2 及R3 上完成OSPFv3 配置（三台路由器都属于Area 0），使得PC1 与PC2 所在网段能够相互通信。

四、步骤

（1）完成R1、R2 及R3 的基础配置 ①在R1 上完成如下配置：

<Huawei> system-view
[Huawei] sysname R1
[R1] ipv6
[R1] interface GigabitEthernet 0/0/0
[R1-GigabitEthernet0/0/0] ipv6 enable
[R1-GigabitEthernet0/0/0] ipv6 address fc00:12::1 64
[R1-GigabitEthernet0/0/0] quit
[R1] interface GigabitEthernet 0/0/1
[R1-GigabitEthernet0/0/1] ipv6 enable
[R1-GigabitEthernet0/0/1] ipv6 address FC00:1::FFFF 64
[R1-GigabitEthernet0/0/1] quit

在这里插入图片描述

图2 R1配置过程

② 在R2 上完成如下配置：

<Huawei> system-view
[Huawei] sysname R2
[R2] ipv6
[R2] interface GigabitEthernet 0/0/0
[R2-GigabitEthernet0/0/0] ipv6 enable
[R2-GigabitEthernet0/0/0] ipv6 address fc00:12::2 64
[R2-GigabitEthernet0/0/0] quit
[R2] interface GigabitEthernet 0/0/1
[R2-GigabitEthernet0/0/1] ipv6 enable
[R2-GigabitEthernet0/0/1] ipv6 address fc00:23::2 64
[R2-GigabitEthernet0/0/1] quit

在这里插入图片描述

图3 R2配置过程

③ 在 R3 上完成如下配置：

<Huawei> system-view
[Huawei] sysname R3
[R3] ipv6
[R3] interface GigabitEthernet 0/0/0
[R3-GigabitEthernet0/0/0] ipv6 enable
[R3-GigabitEthernet0/0/0] ipv6 address fc00:23::3 64
[R3-GigabitEthernet0/0/0] quit
[R3] interface GigabitEthernet 0/0/1
[R3-GigabitEthernet0/0/1] ipv6 enable
[R3-GigabitEthernet0/0/1] ipv6 address FC00:2::FFFF 64
[R3-GigabitEthernet0/0/1] quit

在这里插入图片描述

图4 R3配置过程

（2）在R1、R2 及R3 上完成OSPFv3 配置 ①启动抓包：在R1 的GE0/0/0 接口上单击鼠标右键，按图2 所示开始抓包，以试图捕获R1 的GE0/0/0 接口上的入向与出向数据包。

②在R1 上完成如下配置： [R1] ospfv3 1 #系统视图下使用的命令，其作用是创建OSPFv3进程，并进入 OSPFv3视图，其中，1是进程标识符，进程标识符仅具有本地意义。 [R1-ospfv3-1] router-id 1.1.1.1 #OSPFv3视图下使用的命令，其作用是为 运行的OSPFv3协议配置一个唯一的、以IPv4地址格式表示的路由器标识符，这里，1.1.1.1 是IPv4地址格式表示的路由器标识符。 [R1-ospfv3-1] quit [R1] interface GigabitEthernet 0/0/0 [R1-GigabitEthernet0/0/0] ospfv3 1 area 0 #接口视图下使用的命令，其 作用是在指定接口（这里是接口GigabitEthernet 0/0/0）启动OSPFv3路由协议，并指定接 口所属的区域，这里，1是进程标识符，在创建OSPFv3进程时指定，0是区域标识符， 表示指定接口属于区域0。注意，接口只有在启动IPv6功能后，才能使用该命令。 [R1-GigabitEthernet0/0/0] quit [R1] interface GigabitEthernet 0/0/1 [R1-GigabitEthernet0/0/1] ospfv3 1 area 0

在这里插入图片描述

图5 R1配置过程

③在R2 上完成如下配置：

[R2] ospfv3 1
[R2-ospfv3-1] router-id 2.2.2.2
[R2-ospfv3-1] quit
[R2] interface GigabitEthernet 0/0/0
[R2-GigabitEthernet0/0/0] ospfv3 1 area 0
[R2-GigabitEthernet0/0/0] quit
[R2] interface GigabitEthernet 0/0/1
[R2-GigabitEthernet0/0/1] ospfv3 1 area 0

在这里插入图片描述

图6 R2配置过程

④ 在R3 上完成如下配置：

[R3] ospfv3 1
[R3-ospfv3-1] router-id 3.3.3.3
[R3-ospfv3-1] quit
[R3] interface GigabitEthernet 0/0/0
[R3-GigabitEthernet0/0/0] ospfv3 1 area 0
[R3-GigabitEthernet0/0/0] quit
[R3] interface GigabitEthernet 0/0/1
[R3-GigabitEthernet0/0/1] ospfv3 1 area 0

完成上述配置后，三台路由器即开始启动OSPFv3 协议报文交互，并进行路由计算。

在这里插入图片描述

图6 R3配置过程

阶段性验证： ⑴在R1 上查看OSPFv3 邻居关系，具体命令格式为display ospfv3 peer，验证R1 是否已与 R2 建立邻接关系。 备注：运行结果示例如下： display ospfv3 peer OSPFv3 Process (1) OSPFv3 Area (0.0.0.0) Neighbor ID Pri State Dead Time Interface Instance ID 2.2.2.2 1 Full/Backup 00:00:38 GE0/0/0 0 以上输出的内容是R1 的OSPFv3 邻居表，从表中可以看出R1 发现了邻居R2，并且当前该 邻居的状态为“Full”，这意味着两者以建立全毗邻的邻接关系。

在这里插入图片描述

图7 R1 OSPFv3 邻居关系 验证可知, R1 已与R2 建立邻接关系。 ⑶ 在R2 上查看OSPFv3 邻居关系，具体命令格式为display ospfv3 peer，验证R2 是否已与R1 和R3 建立邻接关系。

在这里插入图片描述

图8 R2 已与R1 和R3 建立邻接关系

⑷ 在R3 上查看OSPFv3 邻居关系，具体命令格式为display ospfv3 peer，验证R3 是否已与R2 建立邻接关系。

在这里插入图片描述

图9 R2 已与R3 建立邻接关系

(4)在R1 上查看路由表，具体命令格式为display ipv6 routing-table，验证R1 是否已通过 OSPFv3 学习到了去往远端网络的路由。

在这里插入图片描述

图10 R1 已通过OSPFv3 学习到了去往远端网络的路由 由上图可知, R1 通过 OSPFv3 学习到了去往 FC00:23::/64 及 FC00:2::/64 的路由， 这两条路由的“Protocol”字段都为“OSPFv3”，这表示路由是通过 OSPFv3 获知。

⑸在 R2 上查看路由表，具体命令格式为 display ipv6 routing-table，验证 R2 是否已通过 OSPFv3 学习到了去往远端网络的路由并标明相应的表项， R2已通过 OSPFv3 学习到了去往远端网络的路由。

在这里插入图片描述

图11 R2路由表 ⑹在 R3 上查看路由表，具体命令格式为 display ipv6 routing-table，验证 R3 是否已通过 OSPFv3 学习到了去往远端网络的路由并标明相应的表项，如图12所示，R2已通过 OSPFv3 学习到了去往远端网络的路由。

在这里插入图片描述

图12 R3路由表

（3）观察OSPF 报文交互过程 ①捕获数据包，查看协议栈。 在Wireshark 界面中，查看前面开启抓包后所捕获的信息，如图3 所示，R1、R2 和R3 配置完成后网络中产生了多个OSPF 报文交互。

在这里插入图片描述

图13 R1、R2 和R3 接口OSPFv3 配置完成后，R1 GE 0/0/0 所捕获的数据包 以实际捕获数据为准，回答下列问题： 结合捕获信息，说明OSPF 数据包自下而上的协议栈及封装结构。

OSPF（Open Shortest Path First）是一种内部网关协议（IGP），用于在单一自治系统（AS）中的路由器之间交换路由信息。OSPF 数据包在传输过程中会经过自下而上的协议栈，并在每一层添加特定的头部和尾部，以实现数据的封装和解封装。OSPF 数据包自下而上的协议栈及封装结构如下： 数据链路层（Data Link Layer）：OSPF 数据包在数据链路层使用的协议通常是以太网（Ethernet）。在这一层，OSPF 数据包会添加以太网帧头和帧尾。以太网帧头包括源地址和目标地址等信息，帧尾包括校验和等信息。 网络层（Network Layer）：OSPF 数据包在网络层使用的协议为 IP（Internet Protocol）。在这一层，OSPF 数据包会添加 IP 数据包头和尾。IP 数据包头包括源 IP 地址和目标 IP 地址等信息，IP数据包尾包括校验和等信息。 OSPF 层：OSPF 数据包在 OSPF 层使用 OSPF 协议。在这一层，OSPF 数据包会添加 OSPF 报文头和尾。OSPF 报文头包括版本号、报文类型、区域 ID 等信息，报文尾包括校验和等信息。OSPF 报文类型包括：Hello 报文、数据库描述报文、链路状态请求报文和链路状态更新报文。 应用层（Application Layer）：OSPF 数据包在应用层没有特定的协议。但是，OSPF 数据包中包含 OSPF 路由信息，这些信息可以被路由器的路由表使用，以决定最佳的路由路径。

综上所述，OSPF 数据包自下而上的协议栈及封装结构包括以太网帧头和帧尾、IP 数据包头和尾、OSPF 报文头和尾等。在每一层，都会添加相应的协议头和尾，以实现数据的封装和解封装。

备注：OSPF 是IETF 组织开发的一个基于链路状态的内部网关协议。目前，针对IPv4 使用的是OSPF Version 2 (OSPFv2)，针对IPv6 协议使用OSPF Version 3 (OSPFv3)。OSPFv3 在OSPFv2 基础上进行了增强，是一个独立的路由协议。OSPFv3 具有如下特点：在区域划分、状态机、泛洪机制、支持的网络类型（Broadcast、NBMA、P2P 和P2MP）、报文类型（Hello报文、DD 报文、LSR 报文、LSU 报文和LSAck 报文）和路由计算等方面的工作原理与OSPFv2 保持一致；把自治系统划分成逻辑意义上的一个或多个区域，通过LSA（Link StateAdvertisement）的形式发布路由；依靠区域内各设备间交互OSPFv3 报文来达到路由信息的统一；OSPFv3 报文封装在IPv6 数据报内，可以采用单播和组播的形式发送；OSPFv3 基于链路运行，设备只要在同一链路，则可以建立邻居关系；链路支持多实例，具体的，一个OSPFv3 物理接口可以与多个实例绑定，并用不同的实例标识（Instance ID 区分），即OSPFv3的单个链路支持运行多个OSPFv3 实例，运行在同一条物理链路上的多个OSPFv3 实例，分别和链路对端设备建立邻居及发送报文，且互不干扰；OSPFv3 报文和LSA 报文中去掉了IP地址的意义，且重构了报文格式和LSA 格式；OSPFv3 通过Router ID 标识网络设备，Router ID 是一个OSPFv3 设备在自治系统中的唯一标识，其长度为32 位，作为本地标识符，与IPv6 地址无关，用点分十进制表示法表示；OSPFv3 使用链路本地地址（FE80::/10）作为发送报文的源地址和路由的下一跳。OSPFv3 主要包含五种报文类型，相应的名称和作用如表1 所示。

在这里插入图片描述

表1 OSPFv3 报文类型

②分析单一数据包格式。 以实际捕获数据为准，回答下列问题： a.在实际捕获结果中出现的OSPF 报文分别是什么，共有多少类型？与表1 所列的OSPF 报 文类型是否一致？ 答: 在实际捕获结果中出现的OSPF 报文分别是Hello报文、DD报文、LSR报文、LSU报文、LSA报文，共有5种类型，与表1所列的 OSPF 报文类型一致. b.查看各OSPF 报文，包含不同OSPF 报文的IPv6 数据报中，Next Header 取值是多少？不 同报文中该字段是否相同？ 答:如图14所示, 包含不同OSPF 报文的IPv6 数据报中，Next Header 取值OSPF IGP (89), 不同报文中该字段相同.

在这里插入图片描述

图14 OSPF 报文

c.选中一个Hello Packet 报文并查看，包含该报文的IPv6 数据报源地址和目的地址分别是 多少？包含该报文的以太网帧源地址和目的地址分别是多少？ 答: 如图15所示,选中一个Hello Packet 报文并查看，包含该报文的IPv6 数据报源地址fe80: :2e0:fcff:fec7 :6622 和目的地址ff02: :5, 包含该报文的以太网帧源地址HuaweiTe_ c7:66:22 (00:e0:fc:c7:66:22) 和目的地址IPv6mcast 05 (33:33: 00: 00:00:05).

在这里插入图片描述

图15 Hello Packet 报文

d. 选中一个LS Acknowledge 报文并查看，包含该报文的IPv6 数据报源地址和目的地址分 别是多少？包含该报文的以太网帧源地址和目的地址分别是多少？报文中是否包含发送者 的IPv6 地址？ 答: 如图16,选中一个LS Acknowledge 报文并查看，包含该报文的IPv6 数据报源地址fe80: :2e0: fcff:fec7:6622 和目的地址ff02::5, 包含该报文的以太网帧源地址 HuaweiTe_ c7:66:22 (00:e0:fc:c7:66:22) 和目的地址IPv6mcast_ 05 (33: 33:00: 00:00:05), 报文中包含发送者的IPv6 地址.

在这里插入图片描述

图16 LS Acknowledge 报文

（4）在PC1 及PC2 上完成配置 ①静态配置PC1 的IPv6 地址、前缀长度和网关信息，具体的参数如图17所示。

在这里插入图片描述

图16 LS Acknowledge 报文

（4）在PC1 及PC2 上完成配置 ①静态配置PC1 的IPv6 地址、前缀长度和网关信息，具体的参数如图17 所示。

在这里插入图片描述

图17 PC1 的IPv6 静态地址配置 ②静态配置PC2 的IPv6 地址、前缀长度和网关信息，具体的参数如图18所示。

在这里插入图片描述

图18 PC2 的IPv6 静态地址配置

（5）联通性测试 在PC1 上ping PC2，具体命令格式为ping PC2 的IPv6 地址 -6，验证PC1 是否可与 PC2 成功通信。

在这里插入图片描述

图19 PC1 可与 PC2 成功通信

如图19，PC1可与 PC2 成功通信.