Heute beginnen wir mit dem Lernen der Routing-Protokolle OSPF. Dieses Thema, ebenso wie das EIGRP-Protokoll, ist von zentraler Bedeutung für den gesamten CCNA-Kurs. Wie Sie sehen können, heißt Abschnitt 2.4 „Konfiguration, Überprüfung und Fehlerbehebung von Single-Zone und Multi-Zone OSPFv2 für das IPv4-Protokoll (außer Authentifizierung, Filterung, manuellem Summarizing von Routen, Redistribution, Stub Area, Virtual Network und LSA)“.
Das Thema OSPF ist ausreichend umfangreich, weshalb es 2, möglicherweise 3 Video-Lektionen in Anspruch nehmen wird. Die heutige Lektion wird sich mit der theoretischen Seite befassen. Ich werde Ihnen einen allgemeinen Überblick über dieses Protokoll und seine Funktionsweise geben. Im nächsten Video werden wir zur OSPF-Konfiguration im Packet Tracer übergehen.
In dieser Lektion werden wir drei Dinge besprechen: Was ist OSPF, wie funktioniert es und was sind OSPF-Zonen. In der vorherigen Lektion haben wir erwähnt, dass OSPF ein Link-State-Routing-Protokoll ist, das die Verbindungskanäle zwischen Routern untersucht und Entscheidungen basierend auf der Geschwindigkeit dieser Kanäle trifft. Ein längerer Kanal mit höherer Geschwindigkeit, also einer größeren Bandbreite, hat Vorrang vor einem kurzen Kanal mit niedrigerer Bandbreite.
Das RIP-Protokoll, das ein Distance-Vector-Protokoll ist, wählt einen Pfad mit nur einem Hop, selbst wenn dieser Kanal eine niedrige Geschwindigkeit hat, während OSPF einen längeren Pfad mit mehreren Hops wählt, wenn die Gesamtgeschwindigkeit auf diesem Pfad höher ist als die Geschwindigkeit des Verkehrs auf dem kurzen Pfad.
Später werden wir den Entscheidungsalgorithmus näher betrachten. Bis dahin sollten Sie sich merken, dass OSPF ein Link-State-Protokoll ist. Dieser offene Standard wurde 1988 entwickelt, sodass ihn jeder Hersteller von Netzwerkgeräten und jeder Internetanbieter nutzen konnte. Daher ist OSPF deutlich beliebter als EIGRP.
Das OSPF-Protokoll Version 2 unterstützt nur das IPv4-Protokoll, und ein Jahr später, 1989, gaben die Entwickler die Veröffentlichung der Version 3 bekannt, die IPv6 unterstützt. Die voll funktionsfähige dritte Version von OSPF für IPv6 wurde jedoch erst 2008 veröffentlicht. Warum wurde ausgerechnet OSPF gewählt? Im letzten Unterricht haben wir erfahren, dass dieses interne Gateway-Protokoll die Konvergenz von Routen viel schneller durchführt als RIP. Es handelt sich um ein klassenloses Protokoll.
Wenn Sie sich erinnern, ist RIP ein klassenbasiertes Protokoll, das heißt, es sendet keine Informationen über die Subnetzmaske. Wenn es zum Beispiel auf eine IP-Adresse der Klasse A /24 trifft, wird es diese nicht akzeptieren. Wenn sie ihm eine IP-Adresse wie 10.1.1.0 /24 präsentieren, wird es diese als Netzwerk 10.0.0.0 interpretieren, da es nicht versteht, dass das Netzwerk in Subnetze mit mehr als einer Subnetzmaske unterteilt wird.
OSPF ist ein sicheres Protokoll. Wenn zwei Router OSPF-Informationen austauschen, können Sie die Authentifizierung so einrichten, dass Informationen mit dem benachbarten Router nur nach Eingabe eines Passworts geteilt werden können. Wie bereits erwähnt, handelt es sich um einen offenen Standard, weshalb OSPF von vielen Herstellern von Netzwerkgeräten verwendet wird.
In einem globalen Sinne stellt OSPF einen Mechanismus zum Austausch von Link State Advertisements (LSA) dar. LSA-Nachrichten werden von einem Router generiert und enthalten eine Vielzahl von Informationen: die eindeutige Router-ID, Daten über die dem Router bekannten Netzwerke, Informationen über deren Kosten und vieles mehr. All diese Informationen sind für den Router notwendig, um Entscheidungen über die Datenweiterleitung zu treffen.
Router R3 sendet seine LSA-Informationen an Router R5, während Router R5 seine LSA-Informationen mit R3 teilt. Diese LSAs bilden eine Datenstruktur, die die Link State Database (LSDB) bildet. Der Router sammelt alle empfangenen LSAs und speichert sie in seiner LSDB. Nachdem beide Router ihre Datenbanken erstellt haben, tauschen sie Hello-Nachrichten aus, die zur Erkennung von Nachbarn dienen, und beginnen mit dem Verfahren zum Vergleich ihrer LSDBs.
Der Router R3 sendet eine DBD-Nachricht, oder "Datenbankbeschreibung", an den Router R5, der seinerseits seine DBD-Nachricht an den Router R3 zurücksendet. Diese Nachrichten enthalten die LSA-Indizes, die in den Datenbanken jedes Routers vorhanden sind. Nachdem R3 die DBD empfangen hat, sendet er eine LSR-Netzwerkanforderungsnachricht an R5 mit dem Hinweis: "Ich habe bereits die Nachrichten 3, 4 und 9, also sendet mir bitte nur 5 und 7."
Ebenso verfährt R5 und informiert den dritten Router: "Ich habe Informationen über 3, 4 und 9, also sendet mir 1 und 2." Nach Erhalt der LSR-Anfragen senden die Router als Antwort Aktualisierungspakete (LSU) zurück. Der dritte Router erhält LSU von R5 als Antwort auf seine LSR. Nachdem die Router ihre Datenbanken aktualisiert haben, werden alle, selbst wenn Sie 100 Router haben, Identische LSDB-Datenbanken aufweisen. Sobald die LSDB-Datenbanken in den Routern erstellt wurden, kennt jeder Router das gesamte Netzwerk. Das OSPF-Protokoll nutzt den Shortest Path First-Algorithmus zur Erstellung der Routingtabelle, weshalb die Synchronisierung der LSDB aller Geräte im Netzwerk eine entscheidende Voraussetzung für sein ordnungsgemäßes Funktionieren darstellt.
In dem dargestellten Schema sind 9 Router abgebildet, die jeweils Nachrichten wie LSR, LSU usw. mit ihren Nachbarn austauschen. Alle sind durch p2p- oder "Point-to-Point"-Schnittstellen verbunden, die den OSPF-Protokollbetrieb unterstützen und miteinander interagieren, um identische LSDBs zu erstellen.
Sobald die Datenbanken synchronisiert sind, erstellt jeder Router mithilfe des kürzesten Pfad-Algorithmus seine eigene Routingtabelle. Diese Tabellen sind zwischen den Routern unterschiedlich. Das bedeutet, alle Router verwenden die gleichen LSDBs, aber erstellen ihre Routingtabellen basierend auf eigenen Überlegungen zu den kürzesten Routen. Um diesen Algorithmus zu nutzen, benötigt OSPF regelmäßige Aktualisierungen der LSDB.
Um OSPF ordnungsgemäß zu betreiben, muss es zunächst drei Bedingungen erfüllen: Nachbarn finden, die LSDB erstellen und aktualisieren sowie eine Routing-Tabelle bilden. Für die erste Bedingung muss der Netzwerkadministrator möglicherweise den Router-ID, die Timings oder die Wildcard-Maske manuell konfigurieren. Im nächsten Video werden wir die Einrichtung eines Geräts für die Arbeit mit OSPF betrachten. Vorab sollten Sie wissen, dass dieses Protokoll die Reverse-Maske verwendet. Wenn diese nicht übereinstimmt, Ihre Subnetze nicht übereinstimmen oder die Authentifizierung nicht korrekt ist, kann die Nachbarschaft der Router nicht hergestellt werden. Daher müssen Sie beim Troubleshooting von OSPF herausfinden, warum diese Nachbarschaft nicht gebildet wird, also überprüfen, ob die oben genannten Parameter übereinstimmen.
Als Netzwerkadministrator sind Sie nicht am Prozess der Erstellung der LSDB beteiligt. Die Aktualisierung der Datenbanken erfolgt automatisch, nachdem die Nachbarschaft der Router hergestellt wurde, ebenso wie der Aufbau der Routing-Tabellen. All dies wird von dem Gerät selbst erledigt, das für die Arbeit mit dem OSPF-Protokoll konfiguriert ist.
Lassen Sie uns ein Beispiel betrachten. Wir haben zwei Router, die ich der Einfachheit halber mit den Identifikatoren RID 1.1.1.1 und 2.2.2.2 versehen habe. Sobald wir sie verbinden, wechselt der Link sofort in den Zustand "up", da ich diese Router zuvor für die Arbeit mit OSPF konfiguriert habe. Sobald die Verbindung hergestellt ist, sendet Router A sofort ein Hello-Paket an den zweiten Router. In diesem Paket wird die Information enthalten sein, dass dieser Router noch niemanden über diesen Kanal "gesehen" hat, da er das Hello-Paket erstmals versendet, sowie seine eigene Identifikationsnummer, Daten über das angeschlossene Netzwerk und weitere Informationen, die er mit seinem Nachbarn teilen kann.
Sobald Router B dieses Paket erhält, sagt er: „Ich sehe, dass es auf diesem Kommunikationskanal einen potenziellen Nachbarn für das OSPF-Protokoll gibt“ und wechselt in den Initialisierungszustand. Das Hello-Paket ist keine Unicast- oder Broadcast-Nachricht, es handelt sich um ein Multicast-Paket, das an die Multicast-OSPF-IP-Adresse 224.0.0.5 gesendet wird. Einige Leute fragen sich, wie die Subnetzmaske für Multicast aussieht. Tatsächlich hat Multicast keine Subnetzmaske; es wird wie ein Radiosignal ausgestrahlt, das von allen Geräten empfangen wird, die auf diese Frequenz eingestellt sind. Wenn Sie beispielsweise FM-Radio hören möchten, das auf 91,0 sendet, stellen Sie Ihr Radio auf diese Frequenz ein.
Ebenso ist Router B so konfiguriert, dass er Nachrichten für die Multicast-Adresse 224.0.0.5 empfängt. Indem er diesen Kanal abhört, erhält er das Hello-Paket, das von Router A gesendet wurde, und antwortet ihm mit seiner eigenen Nachricht.
Eine Nachbarschaft kann nur dann hergestellt werden, wenn die Antwort B einem Set von Kriterien entspricht. Das erste Kriterium ist, dass die Frequenz der Hello-Nachrichten und das Dead Interval für die Antwort auf diese Nachricht bei beiden Routern übereinstimmen müssen. Normalerweise entspricht das Dead Interval mehreren Werten des Hello-Timers. Wenn also der Hello-Timer von Router A 10 Sekunden beträgt und Router B ihm eine Nachricht nach 30 Sekunden sendet, während das Dead Interval 20 Sekunden beträgt, wird die Nachbarschaft nicht zustande kommen.
Das zweite Kriterium ist, dass beide Router denselben Authentifizierungstyp verwenden müssen. Dementsprechend müssen auch die Authentifizierungspasswörter übereinstimmen.
Das dritte Kriterium ist die Übereinstimmung der Bereichsidentifikatoren (Area ID), und das vierte ist die Übereinstimmung der Netzwerkpräfixlängen. Wenn Router A das Präfix /24 meldet, muss Router B ebenfalls ein Netzwerkpräfix /24 haben. Im nächsten Video werden wir dies näher betrachten. Ich möchte jedoch anmerken, dass dies keine Subnetzmaske ist; hier verwenden die Router eine Wildcard-Maske. Und natürlich müssen auch die Flags der Stub Area übereinstimmen, sofern die Router sich in diesem Bereich befinden.
Nachdem diese Kriterien überprüft wurden und übereinstimmen, sendet Router B sein Hello-Paket an Router A. Im Gegensatz zur Nachricht von A teilt Router B mit, dass er Router A gesehen hat und stellt sich selbst vor.
Als Antwort auf diese Nachricht sendet Router A erneut ein Hello an Router B, in dem er bestätigt, dass auch er Router B gesehen hat, die Verbindung zwischen ihnen besteht aus den Geräten 1.1.1.1 und 2.2.2.2, und er selbst ist das Gerät 1.1.1.1. Dies ist eine sehr wichtige Phase zur Etablierung der Nachbarschaft. In diesem Fall wird eine bidirektionale Verbindung 2-WAY verwendet, aber was passiert, wenn wir einen Switch mit einem verteilten Netzwerk aus 4 Routern haben? In einer solchen "geteilten" Umgebung muss einer der Router die Rolle des Designated Router (D.R.) übernehmen, während der andere als Backup Designated Router (B.D.R.) fungiert.
Jedes dieser Geräte wird eine Full Connection oder den Zustand voller Nachbarschaft herstellen. Später werden wir betrachten, was das bedeutet; jedoch wird diese Art der Verbindung nur mit D.R. und B.D.R. hergestellt, während die beiden unteren Router D und B weiterhin nach dem Schema einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung kommunizieren.
Das bedeutet, dass sowohl D.R. als auch B.D.R. eine vollwertige Nachbarschaftsbeziehung zwischen allen Routern herstellen, während sie untereinander eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung haben. Das ist sehr wichtig, denn bei einer bidirektionalen Verbindung benachbarter Geräte müssen alle Parameter des Hello-Pakets übereinstimmen. In unserem Fall stimmen alle Parameter überein, daher bilden die Geräte problemlos eine Nachbarschaft.
Sobald die bidirektionale Verbindung hergestellt ist, sendet Router A an Router B ein Database Description-Paket oder "Datenbankbeschreibung" und wechselt in den Zustand ExStart – den Beginn des Austauschs oder das Warten auf den Ladevorgang. Der Database Descriptor enthält Informationen, die ähnlich wie das Inhaltsverzeichnis eines Buches sind – eine Auflistung aller Elemente in der Routing-Datenbank. In Antwort darauf sendet Router B seine Datenbankbeschreibung an Router A und wechselt in den Zustand des Austauschens von Kanalinformationen Exchange. Falls Router B im Zustand Exchange feststellt, dass in seiner Datenbank bestimmte Informationen fehlen, wechselt er in den Zustand LOADING und beginnt, mit seinem Nachbarn Nachrichten vom Typ LSR, LSU und LSA auszutauschen.
Router A sendet eine LSR an seinen Nachbarn, der mit einem LSU-Paket antwortet. Daraufhin antwortet Router A Router B mit einer LSA-Nachricht. Diese Kommunikation erfolgt so oft, wie die Geräte Nachrichten vom Typ LSA austauschen möchten. Der Status LOADING zeigt an, dass die vollständige Aktualisierung der LSA-Datenbank noch nicht erfolgt ist. Nach dem Laden aller Daten wechseln beide Geräte in den Status vollständiger Nachbarschaft FULL.
Es ist wichtig zu beachten, dass bei einer bidirektionen Verbindung die Geräte sich einfach im Nachbarschaftszustand befinden, während der Zustand vollständiger Nachbarschaft nur zwischen Routern, D.R. und B.D.R., möglich ist. Das bedeutet, dass jeder Router Änderungen im Netzwerk an D.R. meldet und alle Router diese Änderungen von D.R. erfahren.
Die Wahl von D.R. und B.D.R. ist ein wichtiger Punkt. Lassen Sie uns betrachten, wie die Wahl von D.R. in einer gemeinsamen Umgebung erfolgt. Angenommen, in unserem Diagramm befinden sich drei Router und ein Switch. Zuerst vergleichen die OSPF-Geräte die Priorität in den Hello-Nachrichten, dann vergleichen sie die Router-ID.
Das Gerät mit der höchsten Priorität wird D.R. Wenn die Prioritäten von zwei Geräten übereinstimmen, wird das Gerät mit der höchsten Router-ID aus diesen beiden Geräten als D.R. ausgewählt.
Ein Backup Designated Router (B.D.R) wird zum Gerät mit der zweithöchsten Priorität oder der zweithöchsten Router-ID. Sollte der D.R. ausfallen, wird er sofort durch den B.D.R ersetzt. Dieser wird dann die Rolle des D.R ausüben, und das System wählt einen anderen B.D.R aus.
Ich hoffe, Sie haben die Auswahl von D.R. und B.D.R verstanden. Falls nicht, werde ich dieses Thema in einem der nächsten Videos noch einmal aufgreifen und den Prozess näher erläutern.
Wir haben nun besprochen, was Hello, der Database Descriptor und die Nachrichten LSR, LSU und LSA darstellen. Bevor wir zum nächsten Thema übergehen, lassen Sie uns kurz über die Kosten im OSPF sprechen.
Bei Cisco wird die Kosten für eine Route anhand der Formel berechnet, die das Verhältnis der Referenzbandbreite (standardmäßig auf 100 Mbit/s gesetzt) zur Kosten des Links angibt. Zum Beispiel beträgt die Geschwindigkeit bei einer Verbindung über einen seriellen Port 1,544 Mbit/s, was eine Kosten von 64 ergibt. Bei einer Ethernet-Verbindung mit 10 Mbit/s betragen die Kosten 10, während die Kosten für eine FastEthernet-Verbindung mit 100 Mbit/s 1 betragen.
Bei der Verwendung von Gigabit Ethernet erreichen wir eine Geschwindigkeit von 1000 Mbit/s. In diesem Fall wird die Geschwindigkeit jedoch immer mit 1 angenommen. Daher sollten Sie, wenn Sie Gigabit Ethernet in Ihrem Netzwerk haben, den Standardwert für Ref. BW auf 1000 ändern. In diesem Fall beträgt die Kosten 1, und die gesamte Tabelle wird mit einer Verzehnfachung der Kosten neu berechnet. Nachdem wir die Nachbarschaftsbeziehungen gebildet und die LSDB-Datenbank erstellt haben, gehen wir zur Erstellung der Routing-Tabelle über.
Nach dem Erhalt der LSDB beginnt jeder Router selbständig mit der Erstellung der Routenliste durch den SPF-Algorithmus. In unserem Schema wird Router A eine solche Tabelle für sich selbst erstellen. Zum Beispiel berechnet er die Kosten für die Route A-R1 und stellt sie auf 10 fest. Um das Verständnis des Schemas zu erleichtern, nehmen wir an, dass Router A den optimalen Pfad zu Router B ermittelt. Die Kosten für die Verbindung A-R1 betragen 10, die Verbindung A-R2 100, und die Kosten für die Route A-R3 betragen 11, das heißt, die Summe aus der Route A-R1(10) und R1-R3(1).
Wenn Router A Router R4 erreichen möchte, kann er dies entweder über den Weg A-R1-R4 oder über A-R2-R4 tun, in beiden Fällen beträgt die Kosten der Routen 10 + 100 = 100 + 10 = 110. Die Route A-R6 kostet 100 + 1 = 101, was schon besser ist. Anschließend betrachten wir den Weg zu Router R5 über die Route A-R1-R3-R5, dessen Kosten sich auf 10 + 1 + 100 = 111 belaufen.
Der Weg zu Router R7 kann über zwei Routen verlaufen: A-R1-R4-R7 oder A-R2-R6-R7. Die Kosten für die erste Route betragen 210, die zweite kostet 201, also sollten wir die 201 auswählen. Um Router B zu erreichen, kann Router A 4 Routen verwenden.
Die Kosten für die Route A-R1-R3-R5-B betragen 121. Die Route A-R1-R4-R7-B kostet 220. Die Route A-R2-R4-R7-B kostet 210, während A-R2-R6-R7-B 211 kostet. Daraus folgt, dass Router A die Route mit den geringsten Kosten, nämlich 121, wählen und diese in die Routing-Tabelle eintragen wird. Dies ist eine stark vereinfachte Darstellung, wie der SPF-Algorithmus funktioniert. Tatsächlich werden nicht nur die Bezeichnungen der Router, die den optimalen Weg bilden, in die Tabelle eingetragen, sondern auch die Bezeichnungen der miteinander verbundenen Ports und alle anderen notwendigen Informationen.
Lassen Sie uns ein weiteres Thema betrachten, das die Routing-Zonen betrifft. Bei der Konfiguration von OSPF-Geräten eines Unternehmens befinden sich diese normalerweise in einer gemeinsamen Zone.
Was passiert, wenn ein Gerät, das mit dem Router R3 verbunden ist, plötzlich ausfällt? Router R3 wird umgehend Nachrichten an die Router R5 und R1 senden, dass die Verbindung zu diesem Gerät nicht mehr funktioniert, und alle Router beginnen, Updates zu diesem Ereignis auszutauschen.
Wenn Sie 100 Router haben, aktualisieren alle Informationen über den Zustand der Links, da sie sich in einer gemeinsamen Zone befinden. Das Gleiche geschieht, wenn einer der benachbarten Router ausfällt – alle Geräte in der Zone werden LSA-Updates austauschen. Nach dem Austausch solcher Nachrichten wird sich die Topologie des Netzwerks ändern. Sobald dies geschieht, wird SPF die Routing-Tabellen gemäß den geänderten Bedingungen neu berechnen. Dieser Prozess ist sehr umfangreich; wenn in einer Zone tausend Geräte platziert sind, müssen Sie den Speicherplatz der Router im Auge behalten, damit er ausreichend ist, um alle LSA und die große Datenbank über den Zustand der Links (LSDB) zu speichern. Sobald in einem Bereich der Zone Änderungen auftreten, berechnet der SPF-Algorithmus sofort die Routen neu. Standardmäßig wird LSA alle 30 Minuten aktualisiert. Dieser Prozess erfolgt nicht gleichzeitig auf allen Geräten; dennoch führen die Router in jedem Fall alle 30 Minuten ihre Updates durch. Je mehr Netzwerkgeräte vorhanden sind, desto mehr Speicher und Zeit benötigt das Update der LSDB.
Das Problem kann gelöst werden, indem eine gemeinsame Zone in mehrere separate Zonen unterteilt wird, das heißt, durch die Nutzung von Multi-Zonierung. Dazu benötigen Sie einen Plan oder ein Schema des gesamten Netzwerks, das Sie verwalten. Die Nullzone AREA 0 ist Ihre Hauptzone. Hier erfolgt der Anschluss an das externe Netzwerk, wie zum Beispiel der Internetzugang. Bei der Erstellung neuer Zonen sollten Sie folgendes Prinzip beachten: In jeder Zone muss ein Border Router (ABR) vorhanden sein. Der Border Router hat eine Schnittstelle in einer Zone und eine weitere Schnittstelle in einer anderen Zone. Zum Beispiel besitzt der Router R5 Schnittstellen in Zone 1 und Zone 0. Wie bereits erwähnt, muss jede dieser Zonen mit der Nullzone verbunden sein, was bedeutet, dass sie einen Border Router hat, dessen eine Schnittstelle mit AREA 0 verbunden ist.
Angenommen, die Verbindung R6-R7 ist ausgefallen. In diesem Fall wird das LSA-Update nur innerhalb der AREA 1 verbreitet und betrifft nur diese Zone. Geräte in Zone 2 und in Zone 0 werden darüber nicht informiert. Der Grenzrouter R5 fasst die Informationen über die Vorgänge in seiner Zone zusammen und sendet die aggregierten Netzwerkstatistiken an die Hauptzone AREA 0. Geräte in einer Zone müssen nicht über alle LSA-Änderungen in anderen Zonen informiert sein, da der ABR-Router die aggregierten Routeninformationen von einer Zone in eine andere weiterleitet.
Wenn Sie sich mit dem Konzept der Zonen noch nicht ganz sicher sind, können Sie in den kommenden Lektionen mehr darüber erfahren, wenn wir die OSPF-Routing-Konfiguration durchführen und einige Beispiele betrachten.
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Quelle: habr.com
