OSPF - routing w oparciu o stan łącza

Wszystko co musisz wiedziec o ospf do egzaminu CCNA

OSPF Dynamiczny routing link-state

Ospf (ang. Open Shortest Path First) w wolnym tłumaczeniu oznacza „pierwszeństwo ma najkrótsza ścieżka”. Obecnie stosujemy ospf w wersji 2 dla ipv4 oraz w wersji 3 dla ipv6. OSPF stosujemy w celu trasowania pakietów wewnątrz jednego systemu automicznego, to znaczy obszaru w którym całością ruchu sieciowego zarządza jedna jednostka. Tak więc OSPF należy do grupy protokołów IGP (Interior Gateway Protocol). Protół routingu w oparciu o stan łącza. W celu ograniczenia liczny rozsyłanych pakietów routery są dzielone hierarchicznie na obszary z centralnie umieszczonym obszarem 0 (ang. area 0, backbone), który pośredniczy w wymianie informacji. Każdy router w danym obszarze posiada identyczną bazę linków pomiędzy urządzeniami na podstawie której jest tworzone drzewo najkorzystniejszych z punktu widzenia kosztowego ścieżek. OSPF jest protokołem link state jedynie wewnątrz obszaru, informacje o podsieciach są rozsyłane przez  routery brzegowe w formie zsumaryzowanej informacji (gotowych ścieżek). Oznacza to, że między obszarami OSPF zachowuje się jak protokół distance-vector.

Podstawowymi cechami odróżniającymi go od protokołów typu distance-vector są:

– metryki/koszty przejścia pakietu przez dany link
– oszczędność pasma – uaktualnienia wysyłane są na skutek zmiany stanu danego linku, a nie w formie okresowych rozgłoszeń
– szybka konwergencja – zdolność do uzyskania stanu stabilnego po wykryciu zmiany w drzewie połączeń sieciowych;
– struktura hierarchiczna
– wsparcie dla VLSM (Variable Length Subnet Mask) – cecha niektórych protokołów trasowania umożliwiająca podzielenie i rozróżnianie podsieci z już istniejących podsieci
– możliwość uwierzytelniania sąsiadów (przyległych węzłów w rozumieniu konkretnej sesji OSPF)

Koszt i metryka OSPF

Koszt danego linku obliczany poprzez podzielenie referencyjnej przepustowości (wartość referyncyjna może być dowolnie skonfigurowana) poprzez przepustowość interfesju. Wysoce zalecane jest aby na wszystkich routerach w ramach obszaru wartość referencyjna była jednakowa i miała wartość co najmniej najszybszego interfejsu.

Koszt = Referencyjna przepustowość / przepustowość interfejsu
Koszt = 100Mbps/ 100Mbps = 1

Jako alternatywę do akceptowania kosztów, na każdym interfejsie administrator może ręcznie ustawić dodatkowo metrykę w celu zapanowania nad tym jak ruch przechodzi przez sieć.

Gdy router zakończy obliczanie kosztów dla każdej z tras do dodanej podsieci (zsumaryzowana wartość kosztów, wszystkich linków do celu) umieszcza trasę z najniższym kosztem. Jednak gdy do danej podsieci prowadzi więcej niż jedna ścieżka o takim samym koszcie możliwe jest zastosowanie load-balancigu.

 

 

Topologie sieci w OSPF

W celu ciągłego podtrzymania relacji sąsiedztwa routery OSPF wysyłają pakiety Hello. To w jaki sposób te pakiety są rozsyłane pomiędzy sąsiadami jest zależne od fizycznej metody dostępu do medium w danym obszarze. Wyróżniamy 5 rodzajów topologii: point-to-point, point-to-multipoint, Broadcast Multiaccess, Nonbroadcast Multiaccess, Virtual Links.

Point to Point Network

O sieciach punkt punkt mówimy, gdy dwa routery są połączone ze sobą bezpośrednio. Medium transmisyjne jest używane tylko do komunikacji między nimi. Ponieważ relacja przylegania jest jednoznacznie określone i nie ma potrzeby przeprowadzania elekcji DR i BDR.

Point to Multipoint Network

Sieci point to multipoint realizowane są gdy jeden interfejs łączy się w wieloma routerami. W takim wypadku taka grupa połączeń jest traktowana jako sieć point to point zawarta w jednym interfejsie. Nie występuje konieczność elekcji DR i BDR.

Broadcast Multiaccess Network

Do sieci wielodostępowych zaliczamy między innymi sieci Ethernet. W takim modelu dozwolone jest rozsłynanie informacji do wszystkich hostów w sieci a medium jest współdzielone. W związku z czym niezbędny jest wybór DR oraz BDR aby zapobiec tworzeniu się dużej ilości połączeń przylegania. 

Nonbroadcast Multiaccess Network

Sieci point-to-multipoint które z jakiegoś powodu nie pozwalają na rozsyłanie pakietów broadcastowych i multicastowych nazywamy właśnie sieciami typu nonbroadcast multiaccess. Fizycznie taka sieć jest realizowana w połączeniach point-to-point i konieczna jest elekcja DR i BDR. Pakiety LSA rozsyłane są na adresu unicastowe.

Virtual Links

Z założenia każdy obszar w danej sesji OSPF powinien przylegać bezpośrednio do obszaru 0 (obszaru backbone). Jednak zdarza się, że nie ma takiej możliwości i wtedy należy utworzyć wirtualne połączenie poprzez obszary pośredniczące, tak aby docelowo osiągnąć relacje przylegania z obszarem backbone.

 

Nawiązywanie relacji przylegania

Gdy nowy router jest dołaczany do obszaru nie wystarczy podłączyć go do sieci, aby otrzymał on wszelkie informacje i miał pełną widoczność na topologię sieci. Niezbedne jest rozpoczęcie procedury synchronizacji tablic topologii oraz wyliczania nowych tras o najmniejszym koszcie na routerach w danym obszarze. Pierwszym krokiem jest nawiązanie relacji przylegania. Router przyjmuje wtedy kolejno stany:

  1. Down state – Router wysyła na multicastowy adres 224.0.0.5 (AllSPFRouters) pakiety Hello oznajmiając swoją obecność w sieci. Pola adresów DR i BDR w danym obszarze zawierają wartość 0.0.0.0
  2. Init state – Router oczekuje na odpowiedź z innych routerów pracujących w tym samym obszarze. Okres ten obejmuje zazwyczaj czterokrotną wartość timera oczekiwania na odpowiedź na pakiet Hello ustawiona na routerze (defaultowo na routerach cisco jest to 10sekund). Z odbieranych pakietów router dowiaduje sie o adresach DR i BDR. Jeżeli informacja taka nie jest zawarta rozpoczynana jest elekcja (router z najwyższym ID traktowanym bitowo zostaje wybrany na DR). DR dodaje nowy router do swojej tablicy topologii oraz w odpowiedzi wysyła swoje ID oraz listę wszystkich znanych mu sasiadów.
  3. Two-way state – Nowodołączany router widzi swoje ID w uzyskanej liście sasiadów. Wynikiem tego jest nawiązanie poprawnego sąsiedztwa. Gdy sąsiedztwo pomiędzy nowym routerem a DR zostanie nawiązane przystępuje on do uzyskiwania informacji o topologii obszaru, w którym pracuje, oraz stanie łaczy aby stworzyc relacje przylegania. Zdarza się, że routery poprawnie nawiązują  relację sąsiedztwa, ale nie następuje wymiana baz danych, wtedy oba routery przechodzą w tryb DRother/2-way.
  4. Exstart state – Bazując na adresie IP router o wyższym adresie uzyskuje pierwszeństwo rozpoczęcia procedury wymiany informacji.
  5. Exchange state – Routery wymieniają sie pakietami DDP. Ponieważ nowy router nie ma żadnej wiedzy o topologi obszaru poza bezpośrednio sąsiadującymi urządzeniami uzyskuje ją od DR, który wysyła serię pakietów DDP zawierających informacje o topologi obszaru. Przyłączone sieci nazywane sa linkami (links).
  6. Loading state – Ponieważ pakiety DDR zawierają tylko zsummaryzowane informacje o połączeniach nowy router może
    potrzebować dodatkowych informacji o konkretnym łączu. Wysyła wtedy zadanie LSR (Link state request) do DR i oczekuje odpowiedzi w postaci pakietu LSU (Link state update).
  7. Full state – Gdy router otrzyma informacje o łaczach oraz zaaktualizuje i zsynchronizuje swoją bazę topologi uzyskuje stan pełnego przylegania.

Rodzaje pakietów LSA

  • Router-link (LSA typ 1) – wszystkie linki, które posiada dany router wraz z listą wszystkich
    sąsiadów. Rozsyłany tylko wewnątrz obszaru.
  • Network-link (LSA typ 2) – rozsyłana przez DR lista wszystkich routerów w danym segmencie, dla
    których służy jako DR i z którymi utrzymuje sąsiedztwo. Rozsyłany tylko wewnątrz obszaru.
  • Summary link (LSA typ 3) – przesyłane między obszarami, sumaryzuje informacje o sieciach w danym
    obszarze. Tworzy je ABR.
  • Summary link (LSA typ 4) – przesyłana między obszarami, zsumaryzowana informacja o sieciach
    pojawiających się w OSPFie wskutek redystrybucji (z innych protokołów routingu). Tworzy je ASBR.
  • External link (LSA typ 5) – informacje o redystrybuowanych sieciach. Rozsyłają je ASBRy.
    Wyróżniamy 2 podtypy:

    • Typ 1 – metryka jest sumą kosztu dojścia po OSPF i metryki zewnętrznego protokołu;
    • Typ 2 – metryka jest tylko kosztem zewnętrznego protokołu;
  • NSSA External Link (LSA typ 7) – typ specjalnie stworzony dla obszarów NSSA, przeznaczony do przenoszenia informacji o redystrybuowanych sieciach. Analogicznie jak LSA 5 ma 2 typy. Tworzy je ASBR.

O czym należy pamiętać przy sumaryzacji?

Sumaryzacja tras w OSPF wykonywana jest poprzez routery ABR na granicy jednej oraz na granicy całego systemu autonomicznego przez routery ASBR. Sumaryzacji można dokonać tylko odnośnie podsieci, które przylegają do obszaru i są znane routerowi dokonującgo sumaryzacji.

  • sumaryzacji mogą dokonywać tylko ABRy i ASBRy.
  • można sumaryzować do dowolnego rozmiaru podsieci (podsieć ma oczywiście rozmiar potęgi cyfry 2).
  • sumaryzację należy skonfigurować ręcznie, uważnie rozplanowując sieć przy podziale na obszary.

Rodzaje obszarów w OSPF

    • Backbone Area – obszar ten nazywany jest też Area 0. Wszystkie obszary muszą przylegać do tego obszaru bezpośrednio lub poprzez Virtual Link. Rosyłane w nim są wszystkie rodzaje pakietów LSA, przy czym Type 7 LSA konwertowane jest do Type 5 LSA.
    • Standard Area – obszar przyłączony do obszaru 0. Każdy router posiada pełną wiedzę na temat topologii obszaru do którego należy oraz bazę topologiczną.
    • Stub Area – obszar w którym nie są akceptowalne informacje o innych podsieciach pochodzące z redystrybucji (z innych protokołów routingu) poprzez blokadę pakietów LSA typu 5. Dozwolona jest wymiana informacji z innymi obszarami w obrębie jednej instancji OSPF. Pakiety do innych podsieci (poza OSPF) przekazywane są za pomocą default route.
    • Totally Stub Area – obszar który nie akceptuje żadnych pakietów LSA zawierających zsumaryzowane informacje o innych podsieciach (pakiety LSA 3,4,5) pochodzących z poza obszaru TSA. Pakiety do innych podsieci wysyłane są poprzez default route.
    • Not So Stubby Area (NSSA) – Zewnętrzne ścieżki nie są ani przyjmowane ani rozpropagowywane poza obszar (blokada pakietów LSA typu 4 i 5), dozwolone są informacje summaryzacyjne. Informacja o trasach z innych obszarów rozpropagowywana jest wewnątrz obszaru NSSA za pomocą pakietów LSA 7. Informacje o trasach z obszaru NSSA do innych rozsyłane są tylko przez routery ASBR po konwersji na LSA typ 5

Ponieważ obszary typu stub oraz totally stubby nie pozwalają na redystrybucję ścieżek do podsieci wchodzących w skład innych obszarów nałożone są na nie pewne ograniczenia. Niedozwolone są następujące działania:

      • Przekazywanie informacji o scieżkach spoza danego obszaru
      • Tworzenie wirtualnych połączeń (virtual links)
      •  Redystrybucja tras z innych i do innych protokołów routingu
      • Brak routerów działajacych jako ASBR

Ponadto wszystkie routery działające w tym obszarze muszą być typu stub router oraz obszar ten nie może być typu backbone.

Obszary w OSPF
O mnie

O mnie

Cześć! Nazywam się Rafał i jestem sieciowcem pasjonatem. Na blogu chciałbym podzielić się z Tobą swoimi przemyśleniami na temat sieci komputerowych.

Więcej o mnie…