Najpierw otwórz najkrótszą ścieżkę — Open Shortest Path First

Open Shortest Path First ( OSPF ) to protokół routingu dla sieci IP. Wykorzystuje algorytm routingu stanu łącza (LSR) i należy do grupy protokołów wewnętrznych bram (IGP), działających w ramach jednego systemu autonomicznego (AS). Jest on zdefiniowany jako OSPF w wersji 2 w RFC 2328 (1998) dla IPv4 . Aktualizacje dla IPv6 są określone jako OSPF w wersji 3 w RFC 5340 (2008). OSPF obsługuje model adresowania bezklasowego routingu międzydomenowego (CIDR).

OSPF jest szeroko stosowanym protokołem IGP w dużych sieciach korporacyjnych . IS-IS , inny protokół oparty na LSR, jest bardziej powszechny w dużych sieciach dostawców usług .

Operacja

Format pakietu OSPF

OSPF został zaprojektowany jako wewnętrzny protokół bramy (IGP), do użytku w autonomicznym systemie, takim jak sieć lokalna (LAN). Implementuje algorytm Dijkstry , znany również jako algorytm najkrótszej ścieżki (SPF). Jako protokół routingu według stanu łącza został oparty na algorytmie stanu łącza opracowanym dla ARPANET w 1980 roku i protokole routingu IS-IS . OSPF został po raz pierwszy ustandaryzowany w 1989 roku jako RFC 1131, który jest obecnie znany jako OSPF w wersji 1. Prace rozwojowe nad OSPF przed jego kodyfikacją jako standardem otwartym zostały podjęte głównie przez firmę Digital Equipment Corporation , która opracowała własne, zastrzeżone protokoły DECnet .

Protokoły routingu, takie jak OSPF, obliczają najkrótszą trasę do miejsca docelowego przez sieć na podstawie algorytmu. Pierwszy szeroko zaimplementowany protokół routingu, RIP ( Routing Information Protocol ), obliczał najkrótszą trasę na podstawie przeskoków, czyli liczby routerów , przez które pakiet IP musiał przejść, aby dotrzeć do hosta docelowego. Protokół RIP z powodzeniem wdrożył routing dynamiczny , w którym tabele routingu zmieniają się wraz ze zmianą topologii sieci . Jednak protokół RIP nie dostosował swojego routingu do zmieniających się warunków sieciowych, takich jak szybkość przesyłania danych . Wzrosło zapotrzebowanie na dynamiczny protokół routingu, który mógłby obliczyć najszybszą trasę do miejsca docelowego. OSPF został opracowany tak, aby najkrótsza ścieżka przez sieć była obliczana na podstawie kosztu trasy, z uwzględnieniem przepustowości , opóźnienia i obciążenia. Dlatego OSPF dokonuje kalkulacji kosztów tras na podstawie parametrów kosztu łącza, które administrator może ważyć. Protokół OSPF został szybko przyjęty, ponieważ stał się znany z niezawodnego obliczania tras przez duże i złożone sieci lokalne.

Jako protokół routingu według stanu łącza, OSPF utrzymuje bazy danych stanu łącza, które w rzeczywistości są mapami topologii sieci, na każdym routerze, na którym jest zaimplementowany. Stan danej trasie w sieci jest koszt i OSPF algorytm pozwala każdemu routerowi obliczyć koszt trasy do danej osiągalnego celu. O ile administrator nie dokonał konfiguracji, koszt łącza ścieżki podłączonej do routera jest określany przez przepływność (1 Gbit/s, 10 Gbit/s, itd.) interfejsu. Interfejs routera z protokołem OSPF ogłasza następnie koszt łącza do sąsiednich routerów za pomocą multiemisji, znanej jako procedura hello . Wszystkie routery z implementacją OSPF wysyłają pakiety hello, dzięki czemu zmiany w kosztach ich łączy stają się znane sąsiednim routerom. Informacje o koszcie łącza, czyli szybkości połączenia punkt-punkt między dwoma routerami, są następnie przesyłane kaskadowo przez sieć, ponieważ routery OSPF rozgłaszają informacje, które otrzymują z jednego sąsiedniego routera, do wszystkich innych sąsiednich routerów. Ten proces zalewania informacji o stanie łącza przez sieć jest znany jako synchronizacja . Na podstawie tych informacji wszystkie routery z implementacją protokołu OSPF stale aktualizują swoje bazy danych stanów łączy o informacje o topologii sieci i dostosowują swoje tablice routingu.

Sieć OSPF może być ustrukturyzowana lub podzielona na obszary routingu w celu uproszczenia administracji oraz optymalizacji ruchu i wykorzystania zasobów. Obszary są identyfikowane za pomocą liczb 32-bitowych, wyrażonych albo po prostu w postaci dziesiętnej, albo często w tym samym zapisie dziesiętnym, który jest używany w adresach IPv4. Zgodnie z konwencją obszar 0 (zero) lub 0.0.0.0 reprezentuje obszar rdzenia lub szkieletu sieci OSPF. Podczas gdy identyfikacje innych obszarów mogą być wybrane do woli; administratorzy często wybierają adres IP głównego routera w danym obszarze jako identyfikator obszaru. Każdy dodatkowy obszar musi mieć połączenie z obszarem szkieletu OSPF. Takie połączenia są utrzymywane przez router łączący, znany jako router graniczny obszaru (ABR). ABR utrzymuje oddzielne bazy danych stanów łączy dla każdego obsługiwanego obszaru i utrzymuje zsumowane trasy dla wszystkich obszarów w sieci.

OSPF wykrywa zmiany w topologii, takie jak awarie łącza, iw ciągu kilku sekund tworzy konwergencję w nowej, pozbawionej pętli strukturze routingu.

OSPF stał się popularnym protokołem routingu dynamicznego. Inne powszechnie używane protokoły routingu dynamicznego to RIPv2 i Border Gateway Protocol (BGP). Obecnie routery obsługują co najmniej jeden protokół bramy wewnętrznej, który anonsuje swoje tablice routingu w sieci lokalnej. Często implementowanymi protokołami bram wewnętrznych poza OSPF są RIPv2, IS-IS i EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol).

Relacje routera

OSPF obsługuje złożone sieci z wieloma routerami, w tym routerami zapasowymi, aby zrównoważyć obciążenie ruchem na wielu łączach do innych podsieci. Sąsiednie routery w tej samej domenie rozgłoszeniowej lub na każdym końcu łącza punkt-punkt komunikują się ze sobą za pomocą protokołu OSPF. Routery tworzą sąsiedztwo po wykryciu siebie nawzajem. To wykrycie jest inicjowane, gdy router identyfikuje się w pakiecie protokołu Hello . Po potwierdzeniu ustanawia to stan dwukierunkowy i najbardziej podstawowy związek. Routery w sieci Ethernet lub Frame Relay wybierają router wyznaczony (DR) i zapasowy router wyznaczony (BDR), które działają jako koncentrator w celu zmniejszenia ruchu między routerami. OSPF używa zarówno trybu transmisji pojedynczej, jak i multiemisji do wysyłania pakietów „Hello” i aktualizacji stanu łącza.

Jako protokół routingu według stanu łącza, OSPF ustanawia i utrzymuje relacje z sąsiadami w celu wymiany aktualizacji routingu z innymi routerami. Tabela relacji sąsiadów nazywana jest bazą danych sąsiedztwa . Dwa routery OSPF są sąsiadami, jeśli należą do tej samej podsieci i mają ten sam identyfikator obszaru, maskę podsieci, liczniki czasu i uwierzytelnianie. Zasadniczo sąsiedztwo OSPF to relacja między dwoma routerami, która pozwala im widzieć i rozumieć się nawzajem, ale nic więcej. Sąsiedzi OSPF nie wymieniają żadnych informacji o routingu – jedyne pakiety, które wymieniają, to pakiety Hello. Przyległości OSPF są tworzone między wybranymi sąsiadami i umożliwiają im wymianę informacji o routingu. Dwa routery muszą najpierw być sąsiadami i dopiero wtedy mogą stać się sąsiadami. Dwa routery stają się sąsiadujące, jeśli co najmniej jeden z nich jest routerem wyznaczonym lub zapasowym routerem wyznaczonym (w sieciach typu wielodostępowego) lub są one połączone siecią typu punkt-punkt lub punkt-wielopunkt. Aby utworzyć relację sąsiada, interfejsy użyte do utworzenia relacji muszą znajdować się w tym samym obszarze OSPF. Chociaż interfejs może być skonfigurowany tak, aby należał do wielu obszarów, na ogół nie jest to praktykowane. W przypadku konfiguracji w drugim obszarze interfejs musi być skonfigurowany jako interfejs pomocniczy.

Maszyna stanu sąsiedztwa

Każdy router OSPF w sieci komunikuje się z innymi sąsiednimi routerami na każdym interfejsie łączącym, aby ustalić stany wszystkich sąsiedztwa. Każda taka sekwencja komunikacyjna jest oddzielną konwersacją identyfikowaną przez parę identyfikatorów routerów komunikujących się sąsiadów. RFC 2328 określa protokół inicjowania tych konwersacji ( Hello Protocol ) i ustanawiania pełnych sąsiedztw ( Database Description Packets , Link State Request Packets ). Podczas swojego przebiegu każda konwersacja routera przechodzi przez maksymalnie osiem warunków zdefiniowanych przez maszynę stanów:

  1. Down: Stan wyłączony reprezentuje początkowy stan konwersacji, gdy żadne informacje nie zostały wymienione i zachowane między routerami z protokołem Hello.
  2. Próba: Stan próby jest podobny do stanu Down , z tą różnicą, że router próbuje nawiązać konwersację z innym routerem, ale jest używany tylko w sieciach NBMA .
  3. Init: Stan Init wskazuje, że pakiet HELLO został odebrany od sąsiada, ale router nie nawiązał konwersacji dwukierunkowej.
  4. 2-Way: Stan 2-Way wskazuje na ustanowienie dwukierunkowej konwersacji między dwoma routerami. Stan ten bezpośrednio poprzedza ustanowienie sąsiedztwa. Jest to najniższy stan routera, który można uznać za router wyznaczony.
  5. ExStart: Stan ExStart to pierwszy krok w sąsiedztwie dwóch routerów.
  6. Exchange: W stanie Exchange router wysyła informacje z bazy danych stanu łączy do sąsiedniego sąsiada. W tym stanie router może wymieniać wszystkie pakiety protokołu routingu OSPF.
  7. Ładowanie: W stanie ładowania router żąda najnowszych ogłoszeń o stanie łącza (LSA) od swojego sąsiada wykrytego w poprzednim stanie.
  8. Full: stan Full kończy konwersację, gdy routery są w pełni sąsiadujące, a stan pojawia się we wszystkich routerach i sieciach LSA. Bazy danych stanów łączy sąsiadów są w pełni zsynchronizowane.

Komunikaty OSPF

W przeciwieństwie do innych protokołów routingu, OSPF nie przenosi danych za pośrednictwem protokołu transportowego, takiego jak User Datagram Protocol (UDP) lub Transmission Control Protocol (TCP). Zamiast tego OSPF tworzy bezpośrednio datagramy IP, pakując je przy użyciu numeru protokołu 89 w polu Protokół IP . OSPF definiuje pięć różnych typów komunikatów dla różnych typów komunikacji:

dzień dobry
Witam wiadomości są wykorzystywane jako forma powitania, aby umożliwić router do odkrycia innych sąsiednich routerów na swoich lokalnych powiązań i sieci. Komunikaty ustanawiają relacje między sąsiednimi urządzeniami (tzw. przylegania) i przekazują kluczowe parametry dotyczące sposobu wykorzystania protokołu OSPF w autonomicznym systemie lub obszarze. Podczas normalnej pracy routery wysyłają wiadomości hello do swoich sąsiadów w regularnych odstępach czasu ( interwał hello ); jeśli router przestanie otrzymywać komunikaty hello od sąsiada, po upływie określonego czasu ( przedziału martwego ) router założy, że sąsiad nie działa.
Opis bazy danych ( DBD )
Komunikaty opisu bazy danych zawierają opisy topologii systemu autonomicznego lub obszaru. Przekazują one zawartość bazy danych stanu łączy (LSDB) dla danego obszaru z jednego routera do drugiego. Komunikacja dużej bazy LSDB może wymagać wysłania kilku wiadomości poprzez wyznaczenie urządzenia wysyłającego jako urządzenia nadrzędnego i wysyłanie wiadomości w sekwencji, przy czym urządzenie podrzędne (odbiorca informacji LSDB) odpowiada z potwierdzeniami.
Żądanie stanu łącza ( LSR )
Komunikaty żądania stanu łącza są używane przez jeden router do żądania zaktualizowanych informacji o części bazy danych LSDB od innego routera. Komunikat określa łącze (łącza), dla których żądające urządzenie chce uzyskać więcej aktualnych informacji.
Aktualizacja stanu łącza ( LSU )
Aktualizacja stanu łącza wiadomości zawierają aktualne informacje o stanie niektórych linków na LSDB. Są one wysyłane w odpowiedzi na komunikat żądania stanu łącza, a także regularnie emitowane lub multiemisji przez routery. Ich zawartość jest używana do aktualizacji informacji w bazach LSDB routerów, które je odbierają.
Potwierdzenie stanu łącza ( LSAck )
Komunikaty potwierdzenia stanu łącza zapewniają niezawodność procesu wymiany stanu łącza poprzez jawne potwierdzanie odbioru komunikatu aktualizacji stanu łącza.

Obszary OSPF

Sieć OSPF można podzielić na obszary, które są logicznymi grupami hostów i sieci. Obszar obejmuje router łączący z interfejsami podłączonymi do sieci. Każdy obszar utrzymuje oddzielną bazę danych stanu łącza, której informacje mogą być podsumowywane w pozostałej części sieci przez router łączący. Tak więc topologia obszaru jest nieznana poza obszarem. Zmniejsza to ruch routingu między częściami systemu autonomicznego.

OSPF może obsłużyć tysiące routerów, bardziej martwiąc się o osiągnięcie pojemności tabeli bazy informacji przekazywania (FIB), gdy sieć zawiera wiele tras i urządzeń niższej klasy. Nowoczesne routery low-end mają pełny gigabajt pamięci RAM, co pozwala im obsłużyć wiele routerów w obszarze 0. Wiele zasobów odnosi się do przewodników OSPF sprzed ponad 20 lat, gdzie imponujące było posiadanie 64 MB pamięci RAM.

Obszary są jednoznacznie identyfikowane za pomocą liczb 32-bitowych. Identyfikatory obszarów są zwykle zapisywane w notacji kropkowo-dziesiętnej, znanej z adresowania IPv4. Nie są to jednak adresy IP i mogą bezkonfliktowo powielać dowolny adres IPv4. Identyfikatory obszaru dla implementacji IPv6 (OSPFv3) również używają identyfikatorów 32-bitowych zapisanych w tej samej notacji. Gdy formatowanie kropkowane zostanie pominięte, większość implementacji rozszerza obszar 1 do identyfikatora obszaru 0.0.0.1 , ale niektóre są znane z rozszerzania go jako 1.0.0.0 .

OSPF definiuje kilka specjalnych typów obszarów:

Obszar kręgosłupa

Obszar szkieletowy (znany również jako obszar 0 lub obszar 0.0.0.0 ) stanowi rdzeń sieci OSPF. Wszystkie inne obszary są z nim połączone, bezpośrednio lub przez inne routery. Routing między obszarami odbywa się za pośrednictwem routerów podłączonych do obszaru szkieletowego i do ich własnych obszarów skojarzonych. Jest to logiczna i fizyczna struktura „domeny OSPF” i jest dołączona do wszystkich niezerowych obszarów w domenie OSPF. Należy zauważyć, że w OSPF termin Autonomous System Boundary Router (ASBR) jest historyczny, w tym sensie, że wiele domen OSPF może współistnieć w tym samym widocznym w Internecie systemie autonomicznym, RFC 1996.

Obszar szkieletowy jest odpowiedzialny za dystrybucję informacji o routingu między obszarami niebędącymi obszarami szkieletowymi. Szkielet musi być ciągły, ale nie musi być fizycznie ciągły; Łączność szkieletowa może być ustanawiana i utrzymywana poprzez konfigurację łączy wirtualnych.

Wszystkie obszary OSPF muszą łączyć się z obszarem szkieletu. To połączenie może jednak odbywać się za pośrednictwem łącza wirtualnego. Na przykład załóżmy, że obszar 0.0.0.1 ma fizyczne połączenie z obszarem 0.0.0.0. Dalej załóżmy, że obszar 0.0.0.2 nie ma bezpośredniego połączenia ze szkieletem, ale ten obszar ma połączenie z obszarem 0.0.0.1. Obszar 0.0.0.2 może używać wirtualnego łącza przez obszar tranzytowy 0.0.0.1, aby dotrzeć do sieci szkieletowej. Aby być obszarem tranzytowym, obszar musi mieć atrybut tranzytowy, więc nie może być w żaden sposób przycięty.

Regularny obszar

Zwykły obszar to po prostu obszar bez szkieletu (niezerowy) bez określonej funkcji, generujący i odbierający podsumowania i zewnętrzne LSA. Obszar kręgosłupa jest szczególnym rodzajem takiego obszaru.

Obszar tranzytowy

Obszar tranzytowy to obszar z co najmniej dwoma routerami granicznymi OSPF, używany do przekazywania ruchu sieciowego z jednego sąsiedniego obszaru do drugiego. Obszar tranzytowy nie jest źródłem tego ruchu i nie jest jego celem. Obszar kręgosłupa to szczególny rodzaj obszaru tranzytowego.

Odgałęzienie

Obszar skrótowy to obszar, który nie odbiera anonsów tras na zewnątrz AS, a trasowanie z tego obszaru jest całkowicie oparte na trasie domyślnej. ABR usuwa LSA typu 4, 5 z routerów wewnętrznych, wysyła im domyślną trasę 0.0.0.0 i zmienia się w domyślną bramę. Zmniejsza to rozmiar LSDB i tablicy routingu dla routerów wewnętrznych.

Dostawcy systemów wprowadzili modyfikacje do podstawowej koncepcji obszaru skrótowego , takie jak obszar całkowicie przycięty (TSA) i obszar nie-tak-stubby (NSSA), oba rozszerzenia w sprzęcie do routingu Cisco Systems .

Niezbyt przysadzisty obszar?

Nie tak przysadzisty obszar (NSSA) jest rodzajem obszarze wejściowym, które można importować autonomiczny system tras zewnętrznych i wysyłać je do innych obszarów, ale nadal nie może odbierać połączeń AS-zewnętrznych z innych obszarów. NSSA jest rozszerzeniem funkcji „stub area”, która umożliwia wstrzykiwanie tras zewnętrznych w ograniczony sposób do tego obszaru. Studium przypadku symuluje NSSA obejście problemu Stub Area związanego z brakiem możliwości importowania adresów zewnętrznych. Wizualizuje następujące działania: ASBR importuje adresy zewnętrzne z LSA typu 7, ABR konwertuje LSA typu 7 na typ 5 i rozlewa go do innych obszarów, ABR działa jako "ASBR" dla innych obszarów. ASBR nie biorą LSA typu 5, a następnie przekształcają się w LSA typu 7 dla danego obszaru.

Zastrzeżone rozszerzenia

Kilku dostawców (Cisco, Allied Telesis, Juniper, Alcatel-Lucent, Huawei, Quagga) implementuje dwa poniższe rozszerzenia dla obszarów skrótowych i mniej krótkich. Chociaż nie są objęte standardami RFC, przez wielu uważane są za standardowe funkcje w implementacjach OSPF.

Całkowicie przysadzisty obszar
Całkowicie przysadzisty powierzchnia jest podobna do strefy skrótowej. Jednak obszar ten nie zezwala na trasy sumaryczne , oprócz tego, że nie mają tras zewnętrznych , to znaczy trasy między obszarami (IA) nie są sumowane w obszarach całkowicie przyciętych. Jedynym sposobem na skierowanie ruchu poza obszar jest trasa domyślna, która jest jedynym LSA typu 3 ogłaszanym na tym obszarze. Gdy istnieje tylko jedna trasa poza obszarem, procesor trasy musi podejmować mniej decyzji dotyczących routingu, co zmniejsza wykorzystanie zasobów systemowych.
Czasami mówi się, że TSA może mieć tylko jeden ABR.
NSSA całkowicie przysadzisty obszar
Jako dodatek do standardowej funkcjonalności NSSA, całkowicie przysadzista NSSA jest NSSA, która przyjmuje atrybuty TSA, co oznacza, że ​​trasy sumaryczne typu 3 i 4 nie są zalewane w tego typu obszarach. Możliwe jest również zadeklarowanie obszaru zarówno całkowicie przysadzistego, jak i niezbyt przysadzistego, co oznacza, że ​​obszar otrzyma tylko domyślną trasę z obszaru 0.0.0.0, ale może również zawierać router graniczny systemu autonomicznego (ASBR), który akceptuje zewnętrzne informacje o routingu i wstrzykuje je do obszaru lokalnego, az obszaru lokalnego do obszaru 0.0.0.0.
Redystrybucja do obszaru NSSA tworzy specjalny typ LSA znany jako typ 7, który może istnieć tylko w obszarze NSSA. NSSA ASBR generuje ten LSA, a router NSSA ABR tłumaczy go na typ 5 LSA, który jest propagowany do domeny OSPF.

Nowo nabyta spółka zależna jest jednym z przykładów, w których obszar może być odpowiedni, aby jednocześnie nie był tak przysadzisty i całkowicie przysadzisty, jeśli praktyczne miejsce do umieszczenia ASBR znajduje się na skraju całkowicie przysadzistego obszaru. W takim przypadku ASBR wysyła zewnętrzne elementy do całkowicie upartego obszaru i są one dostępne dla głośników OSPF w tym obszarze. W implementacji Cisco, trasy zewnętrzne mogą być podsumowane przed wprowadzeniem ich do całkowicie wąskiego obszaru. Ogólnie rzecz biorąc, ASBR nie powinien ogłaszać domyślnie w TSA-NSSA, chociaż może to działać przy wyjątkowo ostrożnym projekcie i działaniu, w ograniczonych przypadkach specjalnych, w których taka reklama ma sens.

Deklarując całkowicie krótki obszar jako NSSA, do omawianego obszaru nie wchodzą żadne zewnętrzne trasy ze szkieletu, z wyjątkiem trasy domyślnej. Zewnętrzne docierają do obszaru 0.0.0.0 przez TSA-NSSA, ale żadne trasy inne niż trasa domyślna nie wchodzą do TSA-NSSA. Routery w TSA-NSSA wysyłają cały ruch do ABR, z wyjątkiem tras rozgłaszanych przez ASBR.

Typy routerów

OSPF definiuje następujące nakładające się kategorie routerów:

Router wewnętrzny (IR)
Wewnętrzny Router posiada wszystkie jego interfejsów należących do tego samego obszaru.
Router graniczny obszaru (ABR)
Router obszar graniczny jest router, który łączy jeden lub więcej obszarów do głównej sieci szkieletowej. Jest uważany za członka wszystkich obszarów, z którymi jest połączony. ABR przechowuje w pamięci wiele instancji bazy danych stanów łączy, po jednym dla każdego obszaru, z którym router jest połączony.
Router szkieletowy (BR)
Router kręgosłup posiada interfejs do obszaru szkieletowej. Routery szkieletowe mogą być również routerami obszarowymi, ale nie muszą nimi być.
Autonomiczny router graniczny systemu (ASBR)
Autonomiczny system Router granica jest routerem, który jest połączony za pomocą więcej niż jednego protokołu routingu i wymiany informacji z routerów autonomicznych routingu. ASBR zazwyczaj uruchamiają również zewnętrzny protokół routingu (np. BGP ), trasy statyczne lub jedno i drugie. ASBR jest używany do dystrybucji tras otrzymanych od innych, zewnętrznych AS w jego własnym systemie autonomicznym. ASBR tworzy zewnętrzne LSA dla adresów zewnętrznych i rozlewa je do wszystkich obszarów za pośrednictwem ABR. Routery w innych obszarach używają ABR jako następnych przeskoków w celu uzyskania dostępu do adresów zewnętrznych. Następnie ABRs przekazują pakiety do ASBR, który ogłasza adresy zewnętrzne.

Typ routera to atrybut procesu OSPF. Dany router fizyczny może mieć jeden lub więcej procesów OSPF. Na przykład router, który jest podłączony do więcej niż jednego obszaru i który odbiera trasy z procesu BGP połączonego z innym AS, jest zarówno routerem granicy obszaru, jak i routerem granicy systemu autonomicznego.

Każdy router ma identyfikator, zwykle zapisywany w formacie dziesiętnym z kropkami (np. 1.2.3.4) adresu IP. Ten identyfikator musi być ustanowiony w każdej instancji OSPF. Jeśli nie zostanie wyraźnie skonfigurowany, najwyższy logiczny adres IP zostanie zduplikowany jako identyfikator routera. Jednakże, ponieważ identyfikator routera nie jest adresem IP, nie musi być częścią żadnej rutowalnej podsieci w sieci i często nie pozwala to uniknąć nieporozumień.

Atrybuty routera

Oprócz czterech typów routerów OSPF używa terminów router wyznaczony (DR) i zapasowy router wyznaczony (BDR), które są atrybutami interfejsu routera.

Wyznaczony router
Wyznaczony Router (DR) jest interfejsem routera wybrany spośród wszystkich routerów w danym segmencie sieci multiaccess, na ogół zakłada się, że transmisja multiaccess. Mogą być potrzebne specjalne techniki, często zależne od dostawcy, do obsługi funkcji DR na nośnikach wielodostępu nierozgłoszeniowego (NBMA). Zwykle rozsądnie jest skonfigurować poszczególne obwody wirtualne podsieci NBMA jako indywidualne linie punkt-punkt; zastosowane techniki są zależne od implementacji.
Utwórz kopię zapasową wyznaczonego routera
Backup wyznaczone routera (BDR) jest routerem, który staje wyznaczony routera, jeżeli prąd wyznaczony router ma problemy lub nie. BDR jest routerem OSPF z drugim co do ważności priorytetem w czasie ostatnich wyborów.

Dany router może mieć niektóre interfejsy wyznaczone (DR), inne wyznaczone jako zapasowe (BDR), a inne niewyznaczone. Jeśli żaden router nie jest routerem DR ani BDR w danej podsieci, najpierw wybierany jest router BDR, a następnie przeprowadzany jest drugi wybór routera DR. DR jest wybierany na podstawie następujących kryteriów domyślnych:

  • Jeśli ustawienie priorytetu na routerze OSPF jest ustawione na 0, oznacza to, że NIGDY nie może stać się routerem DR lub BDR.
  • Kiedy DR ulegnie awarii i BDR przejmie kontrolę, są kolejne wybory, aby zobaczyć, kto zostanie zastępczym BDR.
  • Wybory wygrywa router wysyłający pakiety Hello o najwyższym priorytecie.
  • Jeśli co najmniej dwa routery są powiązane z ustawieniem o najwyższym priorytecie, wygrywa router wysyłający wiadomość Hello z najwyższym identyfikatorem RID (identyfikator routera). UWAGA: RID to najwyższy logiczny (zwrotny) adres IP skonfigurowany na routerze, jeśli nie ustawiono logicznego/zwrotnego adresu IP, router używa najwyższego adresu IP skonfigurowanego na jego aktywnych interfejsach (np. 192.168.0.1 będzie wyższy niż 10.1 .1.2 ).
  • Zwykle routerem o drugim najwyższym priorytecie staje się router BDR.
  • Wartości priorytetu mieszczą się w zakresie od 0 do 255, przy czym wyższa wartość zwiększa szanse na uzyskanie DR lub BDR.
  • Jeśli router OSPF o wyższym priorytecie zostanie włączony po dokonaniu wyboru, nie stanie się routerem DR lub BDR, dopóki (przynajmniej) routery DR i BDR nie ulegną awarii.
  • Jeśli obecny DR 'spadnie', obecny BDR staje się nowym DR i odbywają się nowe wybory w celu znalezienia innego BDR. Jeśli nowy DR następnie „upadnie” i oryginalny DR jest teraz dostępny, poprzednio wybrany BDR stanie się DR.

DR istnieją w celu zmniejszenia ruchu w sieci poprzez zapewnienie źródła aktualizacji tras. DR utrzymuje kompletną tabelę topologii sieci i wysyła aktualizacje do innych routerów za pośrednictwem multiemisji. Wszystkie routery w segmencie sieci wielodostępowej utworzą relację slave/master z DR. Będą one tworzyć sąsiedztwo tylko z DR i BDR. Za każdym razem, gdy router wysyła aktualizację, wysyła ją do DR i BDR na adres multicast 224.0.0.6 . DR wyśle ​​następnie aktualizację do wszystkich pozostałych routerów w okolicy na adres multicast 224.0.0.5 . W ten sposób wszystkie routery nie muszą się stale aktualizować i mogą raczej pobierać wszystkie aktualizacje z jednego źródła. Zastosowanie multiemisji dodatkowo zmniejsza obciążenie sieci. DR i BDR są zawsze konfigurowane/wybierane w sieciach rozgłoszeniowych OSPF. DR można również wybrać w sieciach NBMA (Non-Broadcast Multi-Access), takich jak Frame Relay lub ATM. Routery DR lub BDR nie są wybierane w łączach typu punkt-punkt (takich jak połączenia WAN typu punkt-punkt), ponieważ dwa routery po obu stronach łącza muszą całkowicie przylegać do siebie, a przepustowość między nimi nie może być dalej optymalizowana. Routery DR i inne niż DR ewoluują od dwukierunkowych do pełnych relacji sąsiedztwa poprzez wymianę DD, żądania i aktualizacji.

Metryki routingu

OSPF używa kosztu ścieżki jako podstawowej metryki routingu, która została zdefiniowana przez normę, aby nie równać się żadnej wartości standardowej, takiej jak prędkość, więc projektant sieci mógł wybrać metrykę ważną dla projektu. W praktyce określa się ją przez porównanie szybkości interfejsu z referencyjną przepustowością dla procesu OSPF. Koszt jest określany przez podzielenie przepustowości referencyjnej przez szybkość interfejsu (chociaż koszt każdego interfejsu można nadpisać ręcznie). Jeśli przepustowość odniesienia jest ustawiona na „10000”, to łącze 10 Gbit/s będzie kosztować 1. Wszelkie prędkości mniejsze niż 1 są zaokrąglane w górę do 1. Oto przykładowa tabela, która pokazuje metrykę routingu lub „obliczanie kosztów ' na interfejsie.

Automatyczne obliczanie kosztów dla prędkości odniesienia 10000
Szybkość interfejsu Koszt łącza Zastosowania
25 Gb/s 1 SFP28 , nowoczesne przełączniki
10 Gb/s 1 10 GigE , powszechne w centrach danych
5 Gb/s 2 NBase-T , routery Wi-Fi
1 Gb/s 10 wspólny port gigabitowy
100 Mb/s 100 port low-end

OSPF to protokół warstwy 3: jeśli przełącznik warstwy 2 znajduje się między dwoma urządzeniami z protokołem OSPF, jedna strona może negocjować prędkość inną niż druga. Może to spowodować asymetryczny routing na łączu (router 1 do routera 2 może kosztować „1”, a ścieżka powrotna może kosztować „10”), co może prowadzić do niezamierzonych konsekwencji.

Metryki są jednak bezpośrednio porównywalne tylko wtedy, gdy są tego samego typu. Rozpoznawane są cztery rodzaje metryk. W malejącej preferencji te typy to (na przykład trasa wewnątrz obszaru jest zawsze preferowana od trasy zewnętrznej, niezależnie od metryki):

  1. Wewnątrz obszaru
  2. Międzyobszarowe
  3. Typ zewnętrzny 1, który obejmuje zarówno koszt ścieżki zewnętrznej, jak i sumę kosztów ścieżki wewnętrznej do ASBR ogłaszającego trasę,
  4. Typ zewnętrzny 2, którego wartość stanowi wyłącznie koszt ścieżki zewnętrznej,

OSPF v3

OSPF w wersji 3 wprowadza modyfikacje do implementacji protokołu IPv4. Z wyjątkiem łączy wirtualnych, wszystkie sąsiednie wymiany używają wyłącznie adresowania lokalnego IPv6. Protokół IPv6 działa na łącze, a nie na podsieci . Wszystkie informacje o prefiksach IP zostały usunięte z ogłoszeń o stanie łącza i pakietu hello Discovery, dzięki czemu OSPFv3 jest zasadniczo niezależny od protokołu. Pomimo rozszerzenia adresowania IP do 128-bitów w IPv6, identyfikacja obszaru i routera nadal opiera się na liczbach 32-bitowych.

Rozszerzenia OSPF

Inżynieria ruchu

OSPF-TE jest rozszerzeniem OSPF rozszerzającym ekspresję, aby umożliwić inżynierię ruchu i wykorzystanie w sieciach innych niż IP. Korzystając z protokołu OSPF-TE, więcej informacji o topologii można wymieniać za pomocą nieprzezroczystych elementów LSA przenoszących typ-długość-wartość . Rozszerzenia te pozwalają OSPF-TE działać całkowicie poza pasmem sieci danych. Oznacza to, że może być również używany w sieciach innych niż IP, takich jak sieci optyczne.

OSPF-TE jest używany w sieciach GMPLS jako środek do opisania topologii, w której mogą być ustanowione ścieżki GMPLS. GMPLS używa własnej konfiguracji ścieżki i protokołów przekazywania, gdy ma już pełną mapę sieci.

W protokole rezerwacji zasobów (RSVP), OSPF-TE jest używany do rejestrowania i zalewania rezerwacji przepustowości sygnalizowanych przez RSVP dla ścieżek z komutacją etykiet w bazie danych stanu łącza.

Trasowanie optyczne

 Dokumenty RFC 3717 działają w routingu optycznym dla IP w oparciu o rozszerzenia OSPF i IS-IS.

Multicast otwórz najkrótszą ścieżkę najpierw

Protokół Multicast Open Shortest Path First (MOSPF) jest rozszerzeniem protokołu OSPF do obsługi routingu multiemisji. MOSPF umożliwia routerom udostępnianie informacji o członkostwie w grupach.

OSPF w sieciach rozgłoszeniowych i nierozgłoszeniowych

W rozgłoszeniowych sieciach wielodostępowych sąsiedztwo sąsiadów jest tworzone dynamicznie przy użyciu pakietów multicast hello do 224.0.0.5 . DR i BDR są wybierane normalnie i działają normalnie.

W przypadku nierozgłoszeniowych sieci wielodostępu (NBMA) zdefiniowano następujące dwa oficjalne tryby:

  • bez emisji
  • punkt-wielopunkt

Firma Cisco zdefiniowała następujące trzy dodatkowe tryby protokołu OSPF w topologiach NBMA:

  • punkt-wielopunkt bez emisji
  • audycja
  • punkt-punkt

Wybitne wdrożenia

Aplikacje

OSPF to szeroko stosowany protokół routingu, który umożliwia konwergencję sieci w ciągu kilku sekund i gwarantuje ścieżki bez pętli. Ma wiele funkcji, które umożliwiają nałożenie zasad dotyczących propagacji tras, które mogą być odpowiednie do zachowania lokalnego, do współdzielenia obciążenia i do selektywnego importowania tras. Z kolei IS-IS można dostroić pod kątem niższych kosztów w stabilnej sieci, co jest bardziej powszechne w przypadku dostawców usług internetowych niż w sieciach korporacyjnych. Istnieje kilka historycznych wypadków, które sprawiły, że IS-IS jest preferowanym IGP dla dostawców usług internetowych, ale obecnie dostawcy usług internetowych mogą zdecydować się na korzystanie z funkcji obecnie wydajnych implementacji OSPF, po uprzednim rozważeniu zalet i wad IS-IS w środowiskach dostawców usług .

OSPF może zapewnić lepszy podział obciążenia na łącza zewnętrzne niż inne protokoły IGP. Gdy domyślna trasa do dostawcy usług internetowych zostanie wstrzyknięta do protokołu OSPF z wielu ASBR jako trasa zewnętrzna typu I i określony ten sam koszt zewnętrzny, inne routery przejdą do ASBR z najniższym kosztem ścieżki z ich lokalizacji. Można to jeszcze bardziej dostroić, dostosowując koszt zewnętrzny. Jeśli trasa domyślna od różnych dostawców usług internetowych ma różne koszty zewnętrzne, jako trasa zewnętrzna typu II, tańsza trasa domyślna staje się wyjściem podstawowym, a trasa o wyższym koszcie staje się tylko kopią zapasową.

Jedynym rzeczywistym czynnikiem ograniczającym, który może zmusić głównych dostawców usług internetowych do wyboru IS-IS zamiast OSPF, jest posiadanie sieci z więcej niż 850 routerami.

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

Zewnętrzne linki