Heute beginnen wir mit dem Erlernen des OSPF-Routings. Dieses Thema ist, wie das EIGRP-Protokoll, das wichtigste Thema im gesamten CCNA-Kurs. Wie Sie sehen können, trägt Abschnitt 2.4 den Titel „Konfigurieren, Testen und Fehlerbehebung von OSPFv2 Single-Zone und Multi-Zone für IPv4 (mit Ausnahme von Authentifizierung, Filterung, manueller Routenzusammenfassung, Neuverteilung, Stub-Bereich, VNet und LSA)“.
Das Thema OSPF ist ziemlich umfangreich, daher werden 2, vielleicht 3 Videolektionen benötigt. Die heutige Lektion ist der theoretischen Seite des Themas gewidmet; ich werde Ihnen erklären, was dieses Protokoll im Allgemeinen ist und wie es funktioniert. Im nächsten Video gehen wir mit Packet Tracer zum OSPF-Konfigurationsmodus über.
In dieser Lektion werden wir drei Dinge behandeln: Was OSPF ist, wie es funktioniert und was OSPF-Zonen sind. In der vorherigen Lektion haben wir gesagt, dass OSPF ein Link-State-Routing-Protokoll ist, das Kommunikationsverbindungen zwischen Routern untersucht und Entscheidungen auf der Grundlage der Geschwindigkeit dieser Verbindungen trifft. Ein langer Kanal mit höherer Geschwindigkeit, also mit mehr Durchsatz, erhält Vorrang vor einem kurzen Kanal mit geringerem Durchsatz.
Das RIP-Protokoll, ein Distanzvektorprotokoll, wählt einen Single-Hop-Pfad, selbst wenn diese Verbindung eine niedrige Geschwindigkeit hat, und das OSPF-Protokoll wählt eine lange Route mit mehreren Hops, wenn die Gesamtgeschwindigkeit auf dieser Route höher ist als die Verkehrsgeschwindigkeit auf der kurzen Strecke.
Wir werden uns den Entscheidungsalgorithmus später ansehen, aber zunächst sollten Sie bedenken, dass OSPF ein Link State Protocol ist. Dieser offene Standard wurde 1988 geschaffen, damit jeder Netzwerkgerätehersteller und jeder Netzwerkanbieter ihn nutzen kann. Daher ist OSPF viel beliebter als EIGRP.
OSPF Version 2 unterstützte nur IPv4 und ein Jahr später, 1989, kündigten die Entwickler Version 3 an, die IPv6 unterstützte. Allerdings erschien erst 6 eine voll funktionsfähige dritte Version von OSPF für IPv2008. Warum haben Sie sich für OSPF entschieden? In der letzten Lektion haben wir gelernt, dass dieses interne Gateway-Protokoll die Routenkonvergenz viel schneller durchführt als RIP. Dies ist ein klassenloses Protokoll.
Wie Sie sich erinnern, ist RIP ein klassisches Protokoll, das heißt, es sendet keine Subnetzmaskeninformationen, und wenn es auf eine IP-Adresse der Klasse A/24 trifft, akzeptiert es diese nicht. Wenn Sie ihm beispielsweise eine IP-Adresse wie 10.1.1.0/24 übergeben, wird es als Netzwerk 10.0.0.0 wahrgenommen, da es nicht erkennt, wenn ein Netzwerk in Subnetze mit mehr als einer Subnetzmaske unterteilt ist.
OSPF ist ein sicheres Protokoll. Wenn beispielsweise zwei Router OSPF-Informationen austauschen, können Sie die Authentifizierung so konfigurieren, dass Sie Informationen nur nach Eingabe eines Passworts mit einem benachbarten Router teilen können. Wie bereits erwähnt, handelt es sich um einen offenen Standard, weshalb OSPF von vielen Herstellern von Netzwerkgeräten verwendet wird.
Im globalen Sinne ist OSPF ein Mechanismus zum Austausch von Link State Advertisements (LSAs). LSA-Nachrichten werden vom Router generiert und enthalten viele Informationen: die eindeutige Router-ID des Routers, Daten über dem Router bekannte Netzwerke, Daten über deren Kosten usw. Der Router benötigt all diese Informationen, um Routing-Entscheidungen zu treffen.
Router R3 sendet seine LSA-Informationen an Router R5 und Router R5 teilt seine LSA-Informationen mit R3. Diese LSAs stellen die Datenstruktur dar, die die Link State Data Base (LSDB) bildet. Der Router sammelt alle empfangenen LSAs und legt sie in seiner LSDB ab. Nachdem beide Router ihre Datenbanken erstellt haben, tauschen sie Hello-Nachrichten aus, die zur Erkennung von Nachbarn dienen, und beginnen mit dem Vergleich ihrer LSDBs.
Router R3 sendet Router R5 eine DBD- oder „Datenbankbeschreibungs“-Nachricht, und R5 sendet seine DBD an Router R3. Diese Nachrichten enthalten LSA-Indizes, die in den Datenbanken jedes Routers verfügbar sind. Nach Erhalt des DBD sendet R3 eine LSR-Netzwerkstatusanfrage an R5 mit der Meldung „Ich habe bereits die Nachrichten 3,4 und 9, also senden Sie mir nur 5 und 7.“
R5 macht dasselbe und teilt dem dritten Router mit: „Ich habe die Informationen 3,4 und 9, also sende mir 1 und 2.“ Nachdem die Router LSR-Anfragen erhalten haben, senden sie LSU-Netzwerkstatus-Aktualisierungspakete zurück, d. h. als Reaktion auf sein LSR empfängt der dritte Router ein LSU vom Router R5. Nachdem die Router ihre Datenbanken aktualisiert haben, verfügen alle, auch wenn Sie 100 Router haben, über die gleichen LSDBs. Sobald die LSDB-Datenbanken in den Routern erstellt sind, kennt jeder von ihnen das gesamte Netzwerk als Ganzes. Das OSPF-Protokoll verwendet den Shortest Path First-Algorithmus zur Erstellung der Routing-Tabelle. Daher ist die wichtigste Voraussetzung für den korrekten Betrieb, dass die LSDBs aller Geräte im Netzwerk synchronisiert sind.
Im obigen Diagramm gibt es 9 Router, von denen jeder LSR-, LSU- usw. Nachrichten mit seinen Nachbarn austauscht. Sie alle sind über P2P- oder „Punkt-zu-Punkt“-Schnittstellen miteinander verbunden, die den Betrieb über das OSPF-Protokoll unterstützen, und interagieren miteinander, um dieselbe LSDB zu erstellen.
Sobald die Basen synchronisiert sind, erstellt jeder Router mithilfe des Kürzestpfad-Algorithmus eine eigene Routing-Tabelle. Diese Tabellen sind für verschiedene Router unterschiedlich. Das heißt, alle Router verwenden die gleiche LSDB, erstellen jedoch Routing-Tabellen basierend auf ihren eigenen Überlegungen zu den kürzesten Routen. Um diesen Algorithmus verwenden zu können, muss OSPF die LSDB regelmäßig aktualisieren.
Damit OSPF selbst funktioniert, muss es zunächst drei Bedingungen erfüllen: Nachbarn finden, die LSDB erstellen und aktualisieren und eine Routing-Tabelle erstellen. Um die erste Bedingung zu erfüllen, muss der Netzwerkadministrator möglicherweise die Router-ID, Timings oder Wildcard-Maske manuell konfigurieren. Im nächsten Video schauen wir uns die Einrichtung eines Geräts für die Arbeit mit OSPF an. Zunächst sollten Sie wissen, dass dieses Protokoll eine umgekehrte Maske verwendet, und wenn diese nicht übereinstimmt, wenn Ihre Subnetze nicht übereinstimmen oder die Authentifizierung nicht übereinstimmt , kann sich keine Nachbarschaft von Routern bilden. Daher müssen Sie bei der Fehlerbehebung bei OSPF herausfinden, warum genau diese Nachbarschaft nicht gebildet wird, d. h. überprüfen, ob die oben genannten Parameter übereinstimmen.
Als Netzwerkadministrator sind Sie nicht am LSDB-Erstellungsprozess beteiligt. Datenbanken werden nach dem Erstellen einer Router-Nachbarschaft automatisch aktualisiert, ebenso wie die Erstellung von Routing-Tabellen. All dies wird vom Gerät selbst durchgeführt, das für die Arbeit mit dem OSPF-Protokoll konfiguriert ist.
Schauen wir uns ein Beispiel an. Wir haben zwei Router, denen ich der Einfachheit halber die RIDs 2 und 1.1.1.1 zugewiesen habe. Sobald wir sie verbinden, wechselt der Verbindungskanal sofort in den Up-Zustand, da ich diese Router zunächst für die Arbeit mit OSPF konfiguriert habe. Sobald ein Kommunikationskanal gebildet ist, sendet Router A sofort ein Hello-Paket an Router A. Dieses Paket enthält Informationen darüber, dass dieser Router noch niemanden auf diesem Kanal „gesehen“ hat, da er zum ersten Mal „Hallo“ sendet, sowie seine eigene Kennung, Daten über das mit ihm verbundene Netzwerk und andere Informationen, die ihm zur Verfügung stehen mit einem Nachbarn teilen.
Nach Erhalt dieses Pakets sagt Router B: „Ich sehe, dass es auf diesem Kommunikationskanal einen potenziellen Kandidaten für einen OSPF-Nachbarn gibt“ und wechselt in den Init-Status. Das Hello-Paket ist keine Unicast- oder Broadcast-Nachricht, sondern ein Multicast-Paket, das an die Multicast-OSPF-IP-Adresse 224.0.0.5 gesendet wird. Manche Leute fragen, was die Subnetzmaske für Multicast ist. Tatsache ist, dass Multicast keine Subnetzmaske hat; es breitet sich als Funksignal aus, das von allen Geräten gehört wird, die auf seine Frequenz abgestimmt sind. Wenn Sie beispielsweise ein UKW-Radio auf der Frequenz 91,0 hören möchten, stellen Sie Ihr Radio auf diese Frequenz ein.
Auf die gleiche Weise ist Router B so konfiguriert, dass er Nachrichten für die Multicast-Adresse 224.0.0.5 empfängt. Während er diesen Kanal abhört, empfängt er das von Router A gesendete Hello-Paket und antwortet mit einer eigenen Nachricht.
In diesem Fall kann eine Nachbarschaft nur dann etabliert werden, wenn Antwort B eine Reihe von Kriterien erfüllt. Das erste Kriterium besteht darin, dass die Häufigkeit des Sendens von Hello-Nachrichten und das Warteintervall für eine Antwort auf diese Nachricht Dead Interval für beide Router gleich sein müssen. Normalerweise entspricht das Dead-Intervall mehreren Hello-Timer-Werten. Wenn also der Hello-Timer von Router A 10 s beträgt und Router B ihm nach 30 s eine Nachricht sendet, während das Dead Interval 20 s beträgt, findet die Adjacency nicht statt.
Das zweite Kriterium besteht darin, dass beide Router die gleiche Art der Authentifizierung verwenden müssen. Dementsprechend müssen auch die Authentifizierungspasswörter übereinstimmen.
Das dritte Kriterium ist die Übereinstimmung der Arial-ID-Zonenkennungen, das vierte die Übereinstimmung der Länge des Netzwerkpräfixes. Wenn Router A ein /24-Präfix meldet, muss Router B auch ein /24-Netzwerkpräfix haben. Im nächsten Video werden wir uns das genauer ansehen, vorerst möchte ich anmerken, dass es sich hierbei nicht um eine Subnetzmaske handelt, hier verwenden Router eine umgekehrte Wildcard-Maske. Und natürlich müssen auch die Stub-Area-Flags übereinstimmen, wenn sich die Router in dieser Zone befinden.
Nachdem diese Kriterien überprüft wurden und sie übereinstimmen, sendet Router B sein Hello-Paket an Router A. Im Gegensatz zur Nachricht von A meldet Router B, dass er Router A gesehen hat und stellt sich vor.
Als Antwort auf diese Nachricht sendet Router A erneut „Hallo“ an Router B, in dem er bestätigt, dass er auch Router B gesehen hat, der Kommunikationskanal zwischen ihnen aus den Geräten 1.1.1.1 und 2.2.2.2 besteht und er selbst Gerät 1.1.1.1 ist . Dies ist eine sehr wichtige Phase bei der Gründung einer Nachbarschaft. In diesem Fall wird eine bidirektionale 2-Wege-Verbindung verwendet, aber was passiert, wenn wir einen Switch mit einem verteilten Netzwerk von 4 Routern haben? In einer solchen „gemeinsamen“ Umgebung sollte einer der Router die Rolle eines Designated Router DR und der zweite die Rolle eines Backup Designated Routers (BDR) spielen
Jedes dieser Geräte bildet eine vollständige Verbindung bzw. einen Zustand vollständiger Kontiguität. Später werden wir uns ansehen, was das ist. Allerdings wird eine Verbindung dieser Art nur mit DR und BDR hergestellt; die beiden unteren Router D und B werden dies tun kommunizieren weiterhin miteinander über ein bidirektionales Verbindungsschema „Punkt-zu-Punkt“.
Das heißt, mit DR und BDR stellen alle Router eine vollständige Nachbarschaftsbeziehung und untereinander eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung her. Dies ist sehr wichtig, da bei einer bidirektionalen Verbindung zwischen benachbarten Geräten alle Hello-Paketparameter übereinstimmen müssen. In unserem Fall stimmt alles überein, die Geräte bilden also problemlos eine Nachbarschaft.
Sobald die bidirektionale Kommunikation hergestellt ist, sendet Router A Router B ein Datenbankbeschreibungspaket oder „Datenbankbeschreibung“ und geht in den ExStart-Status über – der Beginn des Austauschs oder das Warten auf das Laden. Beim Datenbankdeskriptor handelt es sich um Informationen, die dem Inhaltsverzeichnis eines Buches ähneln – es handelt sich um eine Auflistung von allem, was sich in der Routing-Datenbank befindet. Als Antwort sendet Router B seine Datenbankbeschreibung an Router A und wechselt in den Kommunikationsstatus des Exchange-Kanals. Wenn der Router im Exchange-Status feststellt, dass einige Informationen in seiner Datenbank fehlen, wechselt er in den Ladestatus LOADING und beginnt mit dem Austausch von LSR-, LSU- und LSA-Nachrichten mit seinem Nachbarn.
Router A sendet also ein LSR an seinen Nachbarn, der mit einem LSU-Paket antwortet, woraufhin Router A mit einer LSA-Nachricht an Router B antwortet. Dieser Austausch findet so oft statt, wie die Geräte LSA-Nachrichten austauschen möchten. Der Status LOADING bedeutet, dass noch keine vollständige Aktualisierung der LSA-Datenbank stattgefunden hat. Sobald alle Daten heruntergeladen wurden, wechseln beide Geräte in den VOLLSTÄNDIGEN Adjazenzstatus.
Beachten Sie, dass sich die Geräte bei einer bidirektionalen Verbindung einfach im Adjazenzstatus befinden und der vollständige Adjazenzstatus nur zwischen den Routern DR und BDR möglich ist. Dies bedeutet, dass jeder Router DR über Änderungen im Netzwerk und allen Routern informiert Erfahren Sie mehr über diese Änderungen von DR
Die Wahl von DR und BDR ist ein wichtiges Thema. Schauen wir uns an, wie DR in einer allgemeinen Umgebung ausgewählt wird. Nehmen wir an, dass unser Schema über drei Router und einen Switch verfügt. OSPF-Geräte vergleichen zunächst die Priorität in Hello-Nachrichten und dann die Router-ID.
Das Gerät mit der höchsten Priorität wird DR. Wenn die Prioritäten zweier Geräte übereinstimmen, wird das Gerät mit der höchsten Router-ID aus den beiden ausgewählt und wird DR
Das Gerät mit der zweithöchsten Priorität oder der zweithöchsten Router-ID wird zum dedizierten Backup-Router-BDR. Wenn der DR ausfällt, wird er sofort durch den BDR ersetzt. Er beginnt die Rolle des DR zu spielen und das System wählt einen anderen aus BDR
Ich hoffe, dass Sie die Wahl zwischen DR und BDR herausgefunden haben. Wenn nicht, werde ich in einem der folgenden Videos auf dieses Problem zurückkommen und diesen Vorgang erläutern.
Bisher haben wir uns angeschaut, was Hello ist, den Datenbankdeskriptor und LSR-, LSU- und LSA-Nachrichten. Bevor wir zum nächsten Thema übergehen, lassen Sie uns ein wenig über die Kosten von OSPF sprechen.
Bei Cisco werden die Kosten einer Route anhand der Formel des Verhältnisses der Referenzbandbreite, die standardmäßig auf 100 Mbit/s eingestellt ist, zu den Kosten des Kanals berechnet. Wenn Sie beispielsweise Geräte über einen seriellen Anschluss anschließen, beträgt die Geschwindigkeit 1.544 Mbit/s und die Kosten betragen 64. Bei Verwendung einer Ethernet-Verbindung mit einer Geschwindigkeit von 10 Mbit/s betragen die Kosten 10 und die Kosten einer FastEthernet-Verbindung mit Eine Geschwindigkeit von 100 Mbit/s beträgt 1.
Bei Verwendung von Gigabit-Ethernet haben wir eine Geschwindigkeit von 1000 Mbit/s, aber in diesem Fall wird die Geschwindigkeit immer mit 1 angenommen. Wenn Sie also Gigabit-Ethernet in Ihrem Netzwerk haben, müssen Sie den Standardwert von Ref ändern. BW um 1000. In diesem Fall betragen die Kosten 1 und die gesamte Tabelle wird neu berechnet, wobei sich die Kostenwerte um das Zehnfache erhöhen. Sobald wir die Nachbarschaft gebildet und die LSDB erstellt haben, fahren wir mit der Erstellung der Routing-Tabelle fort.
Nach Erhalt der LSDB beginnt jeder Router selbstständig mit der Generierung einer Routenliste mithilfe des SPF-Algorithmus. In unserem Schema erstellt Router A eine solche Tabelle für sich. Es berechnet beispielsweise die Kosten der Route A-R1 und legt fest, dass sie 10 betragen. Um das Diagramm leichter verständlich zu machen, nehmen Sie an, dass Router A die optimale Route zu Router B ermittelt. Die Kosten der Verbindung A-R1 betragen 10 Die Verbindung A-R2 beträgt 100 und die Kosten der Route A-R3 betragen 11, dh die Summe der Routen A-R1 (10) und R1-R3 (1).
Wenn Router A zum Router R4 gelangen möchte, kann er dies entweder über die Route A-R1-R4 oder über die Route A-R2-R4 tun, und in beiden Fällen sind die Kosten für die Routen gleich: 10+100 =100+10=110. Die Route A-R6 kostet 100+1=101, was bereits besser ist. Als nächstes betrachten wir den Pfad zum Router R5 entlang der Route A-R1-R3-R5, dessen Kosten 10+1+100 = 111 betragen.
Der Pfad zum Router R7 kann auf zwei Routen verlegt werden: A-R1-R4-R7 oder A-R2-R6-R7. Die Kosten für die erste betragen 210, für die zweite 201, was bedeutet, dass Sie 201 wählen sollten. Um Router B zu erreichen, kann Router A also 4 Routen nutzen.
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 und die Route A-R2- R6-R7-B hat Kosten von 211. Auf dieser Grundlage wählt Router A die Route mit den niedrigsten Kosten, gleich 121, und fügt sie in die Routing-Tabelle ein. Dies ist ein sehr vereinfachtes Diagramm der Funktionsweise des SPF-Algorithmus. Tatsächlich enthält die Tabelle nicht nur die Bezeichnungen der Router, über die die optimale Route verläuft, sondern auch die Bezeichnungen der sie verbindenden Ports und alle anderen notwendigen Informationen.
Schauen wir uns ein anderes Thema an, das Routingzonen betrifft. Bei der Einrichtung der OSPF-Geräte eines Unternehmens befinden sich diese normalerweise alle in einer gemeinsamen Zone.
Was passiert, wenn das mit dem R3-Router verbundene Gerät plötzlich ausfällt? Router R3 sendet sofort eine Nachricht an die Router R5 und R1, dass der Kanal mit diesem Gerät nicht mehr funktioniert, und alle Router beginnen, Aktualisierungen über dieses Ereignis auszutauschen.
Wenn Sie über 100 Router verfügen, aktualisieren alle die Verbindungsstatusinformationen, da sie sich in derselben gemeinsamen Zone befinden. Das Gleiche passiert, wenn einer der benachbarten Router ausfällt – alle Geräte in der Zone tauschen LSA-Updates aus. Nach dem Austausch solcher Nachrichten ändert sich die Netzwerktopologie selbst. Sobald dies geschieht, berechnet SPF die Routing-Tabellen entsprechend den geänderten Bedingungen neu. Dies ist ein sehr umfangreicher Prozess, und wenn Sie tausend Geräte in einer Zone haben, müssen Sie die Speichergröße der Router so steuern, dass sie ausreicht, um alle LSAs und die riesige LSDB-Verbindungsstatusdatenbank zu speichern. Sobald sich in einem Teil der Zone Änderungen ergeben, berechnet der SPF-Algorithmus die Routen sofort neu. Standardmäßig wird die LSA alle 30 Minuten aktualisiert. Dieser Vorgang findet nicht auf allen Geräten gleichzeitig statt, aber in jedem Fall werden Updates von jedem Router alle 30 Minuten durchgeführt. Je mehr Netzwerkgeräte. Je mehr Speicher und Zeit zum Aktualisieren der LSDB benötigt werden.
Dieses Problem kann durch die Aufteilung einer gemeinsamen Zone in mehrere separate Zonen, also durch Multizoning, gelöst werden. Dazu benötigen Sie einen Plan oder ein Diagramm des gesamten von Ihnen verwalteten Netzwerks. BEREICH 0 ist Ihr Hauptbereich. Dies ist der Ort, an dem die Verbindung zum externen Netzwerk hergestellt wird, beispielsweise der Zugriff auf das Internet. Beim Erstellen neuer Zonen müssen Sie die Regel befolgen: Jede Zone muss über einen ABR (Area Border Router) verfügen. Ein Edge-Router verfügt über eine Schnittstelle in einer Zone und eine zweite Schnittstelle in einer anderen Zone. Beispielsweise verfügt der R5-Router über Schnittstellen in Zone 1 und Zone 0. Wie gesagt, jede der Zonen muss mit Zone Null verbunden sein, also über einen Edge-Router verfügen, dessen eine Schnittstelle mit AREA 0 verbunden ist.
Nehmen wir an, dass die R6-R7-Verbindung fehlgeschlagen ist. In diesem Fall wird das LSA-Update nur über AREA 1 verbreitet und betrifft nur diese Zone. Geräte in Zone 2 und Zone 0 wissen nicht einmal davon. Der Edge-Router R5 fasst Informationen darüber zusammen, was in seiner Zone passiert, und sendet zusammenfassende Informationen über den Zustand des Netzwerks an die Hauptzone AREA 0. Geräte in einer Zone müssen nicht über alle LSA-Änderungen in anderen Zonen informiert sein, da der ABR-Router zusammenfassende Routeninformationen von einer Zone an eine andere weiterleitet.
Wenn Ihnen das Konzept der Zonen nicht ganz klar ist, können Sie in den nächsten Lektionen mehr erfahren, wenn wir uns mit der Konfiguration des OSPF-Routings befassen und uns einige Beispiele ansehen.
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