OSPF (англ. Open Shortest Path First) - протокол динамической маршрутизации, основанный на технологии отслеживания состояния канала (link-state technology) и использующий для нахождения кратчайшего пути Алгоритм Дейкстры (Dijkstras algorithm).
Протокол OSPF был разработан IETF в 1988 году. Последняя версия протокола представлена в RFC 2328. Протокол OSPF представляет собой протокол внутреннего шлюза (Interior Gateway Protocol — IGP). Протокол OSPF распространяет информацию о доступных маршрутах между маршрутизаторами одной автономной системы.
OSPF предлагает решение следующих задач:
* Увеличение скорости сходимости;
* Поддержка сетевых масок переменной длины (VLSM);
* Достижимость сети;
* Использование пропускной способности;
* Метод выбора пути.
Терминология протокола OSPF
* Интерфейс (interface) — соединение маршрутизатора и одной из подключенных к нему сетей. При обсуждении OSPF термины интерфейс и канал (link) часто употребляются как синонимы.
* Объявление о состоянии канала (link-state advertisement, LSA) — объявление описывает все каналы маршрутизатора, все интерфейсы и состояние каналов.
* Состояние канала (link state) — состояние канала между двумя маршрутизаторами; обновления происходят при помощи пакетов LSA.
* Метрика (metric) — условный показатель стоимости пересылки данных по каналу;
* Автономная система (autonomous system) — группа маршрутизаторов, обменивающаяся маршрутизирующей информацией с помощью одного протокола маршрутизации.
* Зона (area) — совокупность сетей и маршрутизаторов, имеющих один и тот же идентификатор зоны.
* Соседи (neigbours) — два маршрутизатора, имеющие интерфейсы в общей сети.
* Состояние соседства (adjacency) — взаимосвязь между определенными соседними маршрутизаторами установленная с целью обмена информацией маршрутизации.
* Hello-протокол (hello protocol) — используется для поддержания соседских отношений.
* База данных соседей (neigbours database) — список всех соседей.
* База данных состояния каналов (link state database, LSDB) — список всех записей о состоянии каналов.
Описание работы протокола
1. Маршрутизаторы обмениваются hello-пакетами через все интерфейсы на которых активирован OSPF. Маршрутизаторы разделяющие общий канал передачи данных становятся соседями, когда они приходят к договоренности об определенных параметрах указанных в их hello-пакетах.
2. На следующем этапе работы протокола маршрутизаторы будут пытаться перейти в состояние соседства со своими соседями. Переход в состояние соседства определяется типом маршрутизаторов обменивающихся hello-пакетами и типом сети по которой передаются hello-пакеты. OSPF определяет несколько типов сетей и несколько типов маршрутизаторов. Пара маршрутизаторов, находящихся в состоянии соседства синхронизирует между собой базу данных состояния каналов.
3. Каждый маршрутизатор посылает объявление о состоянии канала маршрутизаторам с которыми он находится в состоянии соседства.
4. Каждый маршрутизатор получивших объявление от соседа записывает информацию передаваемую в нем в базу данных состояния каналов маршрутизатора и рассылает копию объявления всем другим своим соседям.
5. Рассылая объявления через зону, все маршрутизаторы строят идентичную базу данных состояния каналов маршрутизатора.
6. Когда база данных построена, каждый маршрутизатор использует алгоритм кратчайший путь первым для вычисления графа без петель, который будет описывать кратчайший путь к каждому известному пункту назначения с собой в качестве корня. Этот граф это дерево кратчайшего пути.
7. Каждый маршрутизатор строит таблицу маршрутизации из своего дерева кратчайшего пути.
Типы сетей, поддерживаемые протоколом OSPF
* Широковещательные сети (Ethernet, Token Ring)
* Точка-точка (T1, E1, коммутируемый доступ)
* Нешироковещательные сети со множественным доступом (NBMA) (frame-relay)
Установка двустороннего обмена данными под управлением протокола OSPF базируется на принципе приветствий маршрутизаторов, при помощи специальных hello пакетов.
Типы маршрутизаторов
Внутренний маршрутизатор (internal router)
Внутренний маршрутизатор — маршрутизатор все интерфейсы которого принадлежат одной зоне. У таких маршрутизаторов только одна база данных состояния каналов.
Пограничный маршрутизатор (area border router, ABR)
Пограничный маршрутизатор — соединяет одну или больше зон с магистральной зоной и выполняет функции шлюза для межзонального трафика. У пограничного маршрутизатора всегда хотя бы один интерфейс принадлежит магистральной зоне. Для каждой присоединенной зоны маршрутизатор поддерживает отдельную базу данных состояния каналов.
Магистральный маршрутизатор (backbone router)
Магистральный маршрутизатор — маршрутизатора у которого всегда хотя бы один интерфейс принадлежит магистральной зоне. Определение похоже на пограничный маршрутизатор, однако магистральный маршрутизатор не всегда является пограничным. Внутренний маршрутизатор интерфейсы которого принадлежат нулевой зоне, также является магистральным.
Пограничный маршрутизатор автономной системы (AS boundary router, ASBR)
Пограничный маршрутизатор автономной системы — обменивается информацией с маршрутизаторами принадлежащими другим автономным системам. Пограничный маршрутизатор автономной системы может находиться в любом месте автономной системы и быть внутренним, пограничным или магистральным маршрутизатором.
Типы объявлений о состоянии канала (LSA)
Type 1 LSA
Router LSA — объявление о состоянии каналов маршрутизатора. Эти LSA распространяются всеми маршрутизаторами. В LSA содержится описание всех каналов маршрутизатора и стоимость (cost) каждого канала. Распространяются только в пределах одной зоны.
Type 2 LSA
Network LSA — объявление о состоянии каналов сети. Распространяется DR в сетях со множественным доступом. В LSA содержится описание всех маршрутизаторов присоединенных к сети, включая DR. Распространяются только в пределах одной зоны.
Type 3 LSA
Network Summary LSA — суммарное объявление о состоянии каналов сети. Объявление распространяется пограничными маршрутизаторами. Объявление описывает маршруты к сетям вне зоны, но внутри автономной системы. Пограничный маршрутизатор отправляет отдельное объявление для каждой известной ему сети.
Когда маршрутизатор получает Network Summary LSA от пограничного маршрутизатора он не запускает алгоритм вычисления кратчайшего пути. Маршрутизатор просто добавляет к стоимости маршрута указанного в LSA стоимость маршрута к пограничному маршрутизатору. Затем маршрут к сети через пограничный маршрутизатор помещается в таблицу маршрутизации.
Type 4 LSA
ASBR Summary LSA — суммарное объявление о состоянии каналов пограничного маршрутизатора автономной системы. Объявление распространяется пограничными маршрутизаторами. ASBR Summary LSA отличается от Network Summary LSA тем, что распространяется информация не о сети, а о пограничном маршрутизаторе автономной системы.
Type 5 LSA
AS External LSA — объявления о состоянии внешних каналов автономной системы. Объявление распространяется пограничным маршрутизатором автономной системы в пределах всей автономной системы. Объявление описывает маршруты внешние для автономной системы OSPF или маршруты по умолчанию (default route) внешние для автономной системы OSPF.
Типы зон
При разделении автономной системы на зоны, маршрутизаторам принадлежащим к одной зоне не известна информация о детальной топологии других зон.
Разделение на зоны позволяет:
* Снизить нагрузку на ЦПУ маршрутизаторов за счет уменьшения количества перерасчетов по алгоритму SPF
* Уменьшить размер таблиц маршрутизации
* Уменьшить количество пакетов обновлений состояния канала
Каждой зоне присваивается идентификатор зоны (area ID). Идентификатор может быть указан в десятичном формате или в формате записи IP-адреса. Однако идентификаторы зон не являются IP-адресами и могут совпадать с любым назначенным IP-адресом.
Существует несколько типов зон:
Магистральная зона (backbone area)
Магистральная зона (известная также как нулевая зона или зона 0.0.0.0) формирует ядро сети OSPF. Все остальные зоны соединены с ней, и межзональная маршрутизация происходит через маршрутизатор соединенный с магистральной зоной. Магистральная зона ответственна за распространение маршрутизирующей информации между немагистральными зонами. Магистральная зона должна быть смежной с другими зонами, но она не обязательно должна быть физически смежной; соединение с магистральной зоной может быть установлено и с помощью виртуальных каналов.
Формат заголовка OSPF-пакета
OSPF-пакет инкапсулируется непосредственно в поле данных IP-пакета. Значение поля «протокол верхнего уровня» в заголовке IP-дейтаграммы для OSPF равно 89.
0 1 2 3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| version | type | packet length |
+---------------+---------------+-------------------------------+
| router ID |
+---------------------------------------------------------------+
| area ID |
+-------------------------------+-------------------------------+
| checksum | authentication type |
+-------------------------------+-------------------------------+
| authentication |
+---------------------------------------------------------------+
| authentication |
+---------------------------------------------------------------+
* version — номер версии протокола OSPF. Текущая версия OSPF для сетей IPv4 — 2.
* type — тип OSPF-пакета. В RFC 2328 описано 5 типов пакетов.
* packet length — длина пакета, включая заголовок.
* router ID — идентификатор маршрутизатора — уникальное 32-хбитное число, идентифицирующее маршрутизатор в пределах автономной системы.
* area ID — 32-хбитный идентификатор зоны.
* checksum — поле контрольной суммы. Подсчитывается для всего пакета, включая заголовок.
* authentication type — тип используемой схемы аутентификации. Возможные значения:
o 0 — аутентификация не используется
o 1 — аутентификация открытым текстом
o 2 — MD5-аутентификация
* authentication — поле данных аутентификации.
Формат Hello-пакета
Hello-пакет представляет собой первый (Type 1) из пяти типов OSPF-пакетов.
0 1 2 3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| version | type | packet length |
+---------------+---------------+-------------------------------+
| router ID |
+---------------------------------------------------------------+
| area ID |
+-------------------------------+-------------------------------+
| checksum | authentication type |
+-------------------------------+-------------------------------+
| authentication |
+---------------------------------------------------------------+
| authentication |
+---------------------------------------------------------------+
| network mask |
+-------------------------------+---------------+---------------+
| hello interval | options |router priority|
+-------------------------------+---------------+---------------+
| router dead interval |
+---------------------------------------------------------------+
| designated router |
+---------------------------------------------------------------+
| backup designated router |
+---------------------------------------------------------------+
| neighbor ID |
+---------------------------------------------------------------+
| neighbor ID |
+---------------------------------------------------------------+
| ... |
Ниже приведено краткое описание полей hello-пакета.
* network mask — сетевая маска интерфейса, через который отправляется hello-пакет.
* hello interval — hello-интервал задает частоту рассылки приветственных сообщений для обнаружения соседей в автономной системе. Для LAN значение по умолчанию равно 10 секундам.
* options — 8-битное поле опций. Описывает возможности маршрутизатора.
* router priority — приоритет маршрутизатора — 8-битное число, символизирующее приоритет маршрутизатора при выборе DR (англ. Designated router) и BDR (англ. Backup designated router).
* router dead interval — период времени, в течение которого маршрутизатор ожидает ответа соседей.
* designated router (DR) — IP-адрес DR.
* backup designated router (BDR) — IP-адрес BDR.
* neighbor ID — идентификатор соседа. Список составляется из идентификаторов соседей, от которых маршрутизатор получил hello-пакеты в течение времени, заданного в поле router dead interval.

Литература
* Том М. Томас II Структура и реализация сетей на основе протокола OSPF. Руководство Cisco = OSPF Network Design Solutions. — 2-е изд. — М.: «Вильямс», 2004. — С. 816. ISBN 1-5870-5032-3
* Википедия

Энциклопедия CISCO

Copyright © от 1С:Предприятие (Консалтинг, Разработка ПО, Обслуживание). Настройка оборудования Cisco Systems. - (2655 Прочтено)