Днес ще започнем изучаването на маршрутизацията чрез протокола OSPF. Тази тема, подобно на разглеждането на протокола EIGRP, е изключително важна в целия курс CCNA. Както виждате, раздел 2.4 е озаглавен „Конфигуриране, проверка и отстраняване на неизправности на единична зона и много зони OSPFv2 за протокол IPv4 (с изключение на автентикация, филтриране, ръчно обобщаване на маршрути, преразпределение, мъртва зона, виртуална мрежа и LSA)“.
Темата OSPF е достатъчно обширна, затова ще отнеме 2, а може би и 3 видеоурока. Днешният урок ще бъде посветен на теоретичната страна на въпроса, ще ви разкажа какво представлява този протокол в общи линии и как функционира. В следващото видео ще преминем към конфигурационния режим на OSPF с помощта на Packet Tracer.
И така, в този урок ще разгледаме три неща: какво е OSPF, как работи и какво представляват зоните OSPF. На предишния урок говорихме, че OSPF е протокол за маршрутизация от тип Link State, който изследва каналите за свързване между маршрутизаторите и взема решения въз основа на скоростта на тези канали. Дълъг канал с по-висока скорост, т.е. с по-голяма пропускателна способност, ще бъде с предимство пред кратък канал с по-малка пропускателна способност.
Протоколът RIP, който е дистанционно-векторен, ще избере път в един хоп, дори и ако този канал има ниска скорост, докато протоколът OSPF ще избере дълг маршрут с множество хопове, ако общата скорост на този маршрут е по-висока от скоростта на трафика на краткия маршрут.
По-късно ще разгледаме алгоритъма за вземане на решения, засега трябва да запомните, че OSPF е протокол за състоянието на каналите Link State. Този отворен стандарт е създаден през 1988 година, така че всеки производител на мрежово оборудване и всеки мрежов оператор може да се възползва от него. Затова OSPF е много по-популярен от EIGRP.
Протоколът OSPF версия 2 поддържа само протокола IPv4, а година по-късно, през 1989, разработчиците обявиха за издаването на версия 3, която поддържа IPv6. Въпреки това, функционалната трета версия на OSPF за IPv6 се появи едва през 2008 година. Защо избрахме именно OSPF? На последния урок научихме, че този протокол за вътрешни шлюзове извършва конвергенция на маршрутите значително по-бързо от RIP. Това е безкласов протокол.
Ако си спомняте, RIP е класов протокол, т.е. той не изпраща информация за маската на подсетите, и ако срещне IP адрес от клас А/24, той няма да го приеме. Например, ако му представите IP адрес от вида 10.1.1.0/24, той ще го възприеме като мрежа 10.0.0.0, защото не разбира, когато мрежата се разделя на подсети, използвайки повече от една маска на подсете.
OSPF е сигурен протокол. Например, ако два рутера обменят OSPF информация, можете да настроите аутентификация, така че да споделите информация с съседния рутер само след въвеждане на парола. Както вече споменахме, това е открит стандарт, затова OSPF се използва от много производители на мрежово оборудване.
В глобален смисъл OSPF представлява механизъм за обмяна на съобщения за състоянието на връзката Link State Advertisement, или LSA. Съобщенията LSA се генерират от рутера и съдържат много информация: уникален идентификатор на рутера router-id, данни за мрежите, известни на рутера, данни за тяхната стойност и така нататък. Цялата тази информация е необходима на рутера за вземане на решение за маршрутизация.
Рутер R3 изпраща своята информация LSA на рутер R5, а рутер R5 споделя своята LSA информация с R3. Тези LSA представляват структура от данни, които формират базата данни на състоянието на връзките Link State Data Base, или LSDB. Рутерът събира всички получени LSA и ги поставя в своята LSDB. След като и двата рутера създадат своите бази данни, те обменят съобщения Hello, които служат за откриване на съседи, и преминават към процедурата за сравняване на своите LSDB.
Рутер R3 изпраща на рутер R5 съобщение DBD, или "описание на базата данни", а R5 изпраща своето DBD на рутер R3. Тези съобщения съдържат индекси на LSA, които се намират в базите на всеки рутер. След получаване на DBD, рутер R3 изпраща запитване за състоянието на мрежата LSR на рутер R5, в което се казва: "имам вече съобщения 3, 4 и 9, така че ми изпратете само 5 и 7".
По същия начин R5 уведомява третия рутер: „имам информация 3, 4 и 9, така че ми изпратете 1 и 2“. Получавайки LSR запитвания, рутерите изпращат обратно пакети с актуализации на състоянието на мрежата LSU, тоест в отговор на своя LSR, третият рутер получава LSU от рутера R5. След като рутерите актуализират своите бази данни, всички те, дори ако имате 100 рутера, ще имат идентични бази LSDB. Веднъж създадени базите данни LSDB в рутерите, всеки от тях ще знае за цялата мрежа. Протоколът OSPF използва алгоритъма Shortest Path First за изграждане на таблица за маршрутизиране, затова най-важното условие за неговата коректна работа е синхронизацията на LSDB на всичките устройства в мрежата.
На показаната схема са разположени 9 рутера, всеки от които обменя със съседите си съобщения LSR, LSU и така нататък. Всички те са свързани помежду си чрез p2p (точка-точка) интерфейси, които поддържат работа с протокол OSPF, и взаимодействат помежду си с цел създаване на идентични LSDB.
След като базите бъдат синхронизирани, всеки рутер, използвайки алгоритъма на най-краткия път, формира своята таблица за маршрутизиране. Различните рутери ще имат различни таблици. Тоест, всички рутери използват идентични LSDB, но формират таблици за маршрутизиране, основавайки се на собствените си убеждения за най-кратките маршрути. За да използва този алгоритъм, OSPF се нуждае от редовно обновление на базата LSDB.
Ето как, за своето функциониране OSPF трябва първо да осигури 3 условия: да намери съседите, да създаде и обнови LSDB и да формира таблица за маршрутизиране. За изпълнението на първото условие на мрежовия администратор, вероятно, ще се наложи ръчно да настрои router-id, тайминги или wildcard mask. В следващото видео ще разгледаме настройката на устройството за работа с OSPF, а засега трябва да знаете, че този протокол използва обратна маска, и ако тя не съвпада, ако вашите подмрежи не съвпадат или не съвпада аутентификацията, съседството на рутерите няма да може да се образува. Затова, при отстраняване на проблеми с OSPF, трябва да разберете защо това съседство не се образува, тоест да проверите съвпадението на гореспоменатите параметри.
Като администратор на мрежа, вие не участвате в процеса на създаване на LSDB. Актуализирането на базите данни става автоматично след създаването на съседство между рутерите, така както изграждането на таблиците за маршрутизация. Всичко това се извършва от самото устройство, настроено да работи с протокола OSPF.
Нека да разгледаме пример. Имаме 2 рутера, на които за опростяване присвоих идентификатори RID 1.1.1.1 и 2.2.2.2. След като ги свържем, каналът link веднага ще премине в състояние up, защото преди това настроих тези рутери да работят с OSPF. След като бъде образуван канал за връзка, рутер А незабавно ще изпрати на втория пакет Hello. В този пакет ще има информация, че този рутер все още не е „видял“ никого на този канал, защото изпраща Hello за първи път, и също така неговия собствен идентификатор, данни за свързаната с него мрежа и друга информация, която може да сподели със съседа.
Получавайки този пакет, рутер В ще каже: „виждам, че на този канал за свързване има потенциален кандидат за съседство по протока OSPF“ и ще премине в състояние на инициализация Init state. Пакетът Hello не е юникастово или бродкастово съобщение, а мултикастов пакет, изпратен на мултикастовия OSPF IP адрес 224.0.0.5. Някои хора питат каква е маската на подсетата за мултикаст. Истината е, че мултикастът няма маска на подсетата, той се разпространява като радио сигнал, който чуват всички устройства, настроени на неговата честота. Например, ако искате да чуете FM радио, излъчващо на честота 91,0, настройвате радиоприемника си на тази честота.
По същия начин рутер В е настроен да получава съобщения за мултикастов адрес 224.0.0.5. Слушайки този канал, той приема пакета Hello, който рутер А е изпратил, и отговаря с своето съобщение.
Същевременно съседството може да бъде установено само ако отговорът на В отговаря на набор критери. Първият критерий е, че честотата на изпращане на съобщения Hello и интервалът на изчакване на отговор на това съобщение Dead Interval трябва да съвпадат и при двата рутера. Обикновено Dead Interval е равен на няколко стойности на таймера Hello. Така че, ако таймерът Hello на рутер А е 10 сек, а рутер В му изпрати съобщение след 30 сек при условие, че Dead Interval е 20 сек, съседството няма да се състои.
Вторият критерий – и двете устройства трябва да използват един и същи тип автентикация. Съответно, паролите за автентикация също трябва да съвпадат.
Третият критерий е съвпадението на идентификаторите на зоната Arial ID, четвъртият – съвпадението на дължината на мрежовия префикс. Ако рутер А съобщава префикс /24, тогава рутер В също трябва да има мрежов префикс /24. В следващото видео ще разгледаме това по-подробно, а засега ще отбележа, че това не е маска на подсет, тук рутерите използват обратна маска Wildcard mask. И разбира се, флаговете на зоната с тъпи връзки Stub area също трябва да съвпадат, ако рутерите са в тази зона.
След проверка на тези критерии, в случай че те съвпадат, рутер В изпраща на рутер А своя Hello пакет. За разлика от съобщението А, рутер В съобщава, че е забелязал рутер А и представя себе си.
В отговор на това съобщение рутер А отново изпраща Hello на рутер В, в който потвърдява, че също е видял рутер В, каналът за връзка между тях е между устройства 1.1.1.1 и 2.2.2.2, а той самият е устройство 1.1.1.1. Това е много важен етап на установяване на съседство. В този случай се използва двустранна връзка 2-WAY, но какво ще се случи, ако имаме суич с разпределена мрежа от 4 рутера? В такава "разделена" среда един от рутерите трябва да играе ролята на избран рутер Designated router D.R, а другият – резервен избран рутер Backup designated router B.D.R.
Всяко от тези устройства ще създаде Full connection или състояние на пълна съседност, по-късно ще разгледаме какво е това, но връзката от този тип ще бъде установена само с D.R. и B.D.R, докато двете по-ниски устройства D и В все пак ще комуникират по схемата на двустранна връзка "point-to-point".
Така че с D.R. и B.D.R всички рутери установяват отношение на пълна съседност, а помежду си – връзка от тип point-to-point. Това е много важно, тъй като при двустранна връзка на съседни устройства всички параметри на пакета Hello трябва да съвпадат. В нашия случай всичко съвпада, затова устройствата без проблеми образуват съседство.
След като се установи двустранна връзка, рутер А изпраща на рутер В пакет с описание на базата данни, или „Database Description“, и преминава в състояние ExStart – начало на обмена или очакване за зареждане. Описанието на базата данни представлява информация, подобна на съдържанието на книга – това е изброяване на всичко, което се съдържа в базата данни за маршрутиране. В отговор рутер В изпраща своето описание на базата данни на рутер А и преминава в състояние на обмен на данни за каналите Exchange. Ако в състояние Exchange рутерът установи, че в неговата база данни липсва информация, той преминава в състояние на зареждане LOADING и започва да обменя съобщения LSR, LSU и LSA с партньора си.
Така рутер А ще изпрати съобщение LSR на съседа си, който ще му отговори с пакет LSU, на което рутер А ще отговори на рутер В с съобщение LSA. Този обмен ще се случи толкова пъти, колкото устройствата искат да обменят съобщения LSA. Състоянието LOADING означава, че пълното обновление на базата данни LSA все още не е завършено. След зареждането на всички данни и двете устройства ще преминат в състояние на пълна свързаност FULL.
Забелязвам, че при двустранна връзка устройствата просто са в състояние на съседство, а състоянието на пълна свързаност е възможно само между рутери D.R. и B.D.R. Това означава, че всеки рутер информира D.R. за промените в мрежата и всички рутери узнават за тези промени от D.R.
Изборът на D.R. и B.D.R. е важен въпрос. Нека разгледаме как става изборът на D.R. в обща среда. Да предположим, че в нашата схема има три рутера и суич. Първо устройствата OSPF сравняват приоритета в Hello-съобщенията, след това сравняват Router ID.
Устройството с най-висок приоритет става D.R. Ако приоритетите на двете устройства съвпадат, от тях се избира устройството с най-висок Router ID, което става D.R.
Резервният рутер B.D.R. е устройството със втори по значимост приоритет или със втори по значимост Router ID. Ако D.R. напусне системата, B.D.R. незабавно го заменя. Той започва да играе ролята на D.R., а системата избира друг B.D.R.
Надявам се, че сте разбрали избора на D.R. и B.D.R., а ако не, ще се върна на този въпрос в едно от следващите видео и ще обясня този процес.
И така, разгледахме какво представлява Hello, описанието на базата данни Database Descriptor и съобщенията LSR, LSU и LSA. Преди да преминем към следващата тема, нека поговорим малко за цената на OSPF.
В Cisco цената на маршрута се изчислява по формулата на съотношението на пропусквателната способност на Reference bandwidth, което по подразбиране е зададено на 100 Mbps, и цената на канала. Например, когато устройствата са свързани чрез сериен порт със скорост 1.544 Mbps, цената ще бъде 64. При използване на Ethernet свързване с 10 Mbps цената е 10, а цената на FastEthernet с 100 Mbps ще бъде 1.
При използване на Gigabit Ethernet имаме скорост 1000 Mbps, но в този случай скоростта винаги се приема за равна на 1. Следователно, ако имате Gigabit Ethernet в мрежата си, трябва да промените стойността по подразбиране на Ref. BW на 1000. В този случай цената ще бъде 1, а цялата таблица ще бъде прекалкулирана с увеличаване на стойностите на цените 10 пъти. След като създадем съседства и изградим базата данни LSDB, преминаваме към изграждането на таблицата за маршрути.
След получаване на LSDB всеки рутер самостоятелно започва да оформя списък с маршрути чрез алгоритъма SPF. В нашата схема рутер A ще създаде такава таблица за себе си. Например, той изчислява цената на маршрута A-R1 и я определя за равна на 10. За да опростим разбирането на схемата, нека предположим, че рутер A определя оптимален маршрут към рутер B. Цената на свързването A-R1 е 10, цената на свързването A-R2 е 100, а цената на маршрута A-R3 е 11, тоест сумата на маршрута A-R1(10) и R1-R3(1).
Ако рутер A иска да достигне до рутер R4, той може да го направи или чрез маршрута A-R1-R4, или чрез маршрута A-R2-R4, като в двата случая цената на маршрутите ще бъде еднаква: 10+100 = 100+10=110. Маршрут A-R6 ще струва 100+1=101, което е по-добре. После разглеждаме пътя към рутер R5 по маршрута A-R1-R3-R5, цената на който ще бъде 10+1+100=111.
Пътят към рутер R7 може да бъде прокаран по два маршрута: A-R1-R4-R7 или A-R2-R6-R7. Цената на първия ще бъде 210, а на втория – 201, следователно трябва да изберем 201. И така, за да достигне рутер B, рутер A може да използва 4 маршрута.
Цената на маршрут А-R1-R3-R5-B ще бъде 121. Маршрут А-R1-R4-R7-B ще струва 220. Маршрут А-R2-R4-R7-B е на цена 210, а А-R2-R6-R7-B има цена 211. На базата на това, рутер А ще избере маршрута с най-ниската цена, равна на 121, и ще го постави в таблицата за маршрутизация. Това е много опростена схема на работата на алгоритъма SPF. Всъщност в таблицата се поставят не само означенията на рутерите, през които преминава оптималният маршрут, но и означенията на свързаните с тях портове и всяка друга необходима информация.
Нека разгледаме още една тема, която се отнася до зоните за маршрутизиране. Обикновено при настройка на устройствата OSPF на компанията, всички те се намират в една обща зона.
Какво ще се случи, ако устройство, свързано с рутер R3, внезапно спре да работи? Рутер R3 веднага ще започне да изпраща на рутерите R5 и R1 съобщение, че каналът с това устройство вече не функционира, и всички рутери ще започнат да обменят актуализации относно събитието.
Ако имате 100 рутера, всички те ще обновят информацията за състоянието на каналите, защото са в една обща зона. Същото ще се случи, ако един от съседните рутери спре да работи – всички устройства в зоната ще обменят актуализации LSA. След обмена на такова съобщение самата топология на мрежата ще се промени. В момента, в който това се случи, SPF ще преразчита таблиците за маршрутизация в съответствие с променените условия. Това е много обемист процес и ако имате хиляда устройства в една зона, трябва да следите размера на паметта на рутерите, за да е достатъчна за съхранение на всички LSA и обширната база данни за състоянието на каналите LSDB. В момента, в който в някоя част на зоната настъпят промени, алгоритъмът SPF веднага ще направи преразчитане на маршрутите. По подразбиране LSA се обновява на всеки 30 минути. Този процес не протича едновременно на всички устройства, но по всякакъв случай обновленията се извършват от всеки рутер с периодичност 30 минути. Колкото повече мрежови устройства, толкова повече е необходима памет и време за обновление на LSDB.
Тази проблема може да бъде решена, ако разделите една обща зона на няколко отделни зони, тоест да използвате мултизониране. За това ви трябва план или схема на цялата мрежа, която управлявате. Нулевата зона AREA 0 е главната ви зона Main area. Това е мястото, където се осъществява свързването с външната мрежа, например, изхода в Интернет. При създаването на нови зони трябва да се ръководите от правилото: във всяка зона трябва да има един граничен маршрутизатор ABR, Area Border Router. Граничният маршрутизатор има един интерфейс в една зона и втори интерфейс – в друга зона. Например, маршрутизатор R5 има интерфейси в зона 1 и зона 0. Както казах, всяка от зоните трябва да бъде свързана с нулевата зона, тоест да има граничен маршрутизатор, един от интерфейсите на който е свързан с AREA 0.
Представете си, че връзката R6-R7 е излязла от строя. При това, актуализацията на LSA ще се разпространи само в зоната AREA 1 и ще засяга само тази зона. Устройствата в зона 2 и в зона 0 дори няма да знаят за това. Граничният маршрутизатор R5 обобщава информацията за това, което се случва в неговата зона, и изпраща в главната зона AREA 0 обобщена информация за състоянието на мрежата. Устройствата в една зона не трябва да знаят за всички промени в LSA в другите зони, тъй като маршрутизаторът ABR ще предава обобщената информация за маршрутите от една зона в друга.
Ако не сте напълно разбрали концепцията за зоните, можете да научите повече на следващите уроци, когато се займем с настройването на маршрутизация OSPF и разгледаме няколко примера.
Благодарим ви, че останахте с нас. Харесват ли ви нашите статии? Искате ли да видите повече интересни материали? Подкрепете ни, като направите поръчка или ни препоръчате на познати. 30% отстъпка за потребителите на Хабра на уникален аналог на entry-level сървъри, който създадохме специално за вас: (с налични опции за RAID1 и RAID10, до 24 ядра и до 40GB DDR4).
Dell R730xd на половин цена? Всичко това само при нас в Нидерландия! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2GHz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — от 99 $! Чете се за това
Източник: habr.com
