シスコ トレーニング 200-125 CCNA v3.0。 44 日目: OSPF の概要

今日は、OSPF ルーティングについて学び始めます。 このトピックは、EIGRP プロトコルと同様、CCNA コース全体の中で最も重要なトピックです。 ご覧のとおり、セクション 2.4 のタイトルは「IPv2 の OSPFv4 シングルゾーンおよびマルチゾーンの構成、テスト、およびトラブルシューティング (認証、フィルタリング、手動ルート要約、再配布、スタブ エリア、VNet、および LSA を除く)」です。

OSPF のトピックは非常に広範囲にわたるため、2 つ、おそらく 3 つのビデオ レッスンが必要になります。 今日のレッスンはこの問題の理論的側面に専念し、このプロトコルが一般的にどのようなもので、どのように機能するかを説明します。 次のビデオでは、パケット トレーサを使用した OSPF 構成モードに進みます。

したがって、このレッスンでは、OSPF とは何か、OSPF がどのように機能するか、OSPF ゾーンとは何かという XNUMX つのことについて説明します。 前のレッスンでは、OSPF はルーター間の通信リンクを検査し、それらのリンクの速度に基づいて決定を行うリンクステート ルーティング プロトコルであると述べました。 より高速な、つまりより多くのスループットを持つ長いチャネルが、より低いスループットを持つ短いチャネルよりも優先されます。

RIP プロトコルはディスタンス ベクタ プロトコルであるため、このリンクの速度が遅い場合でもシングルホップ パスを選択します。また、このルートの合計速度が速度よりも高い場合、OSPF プロトコルは数ホップの長いルートを選択します。短距離ルートの交通速度。

決定アルゴリズムについては後ほど説明しますが、ここでは OSPF がリンク ステート プロトコルであることを覚えておいてください。 このオープン スタンダードは、すべてのネットワーク機器メーカーとネットワーク プロバイダーが使用できるように 1988 年に作成されました。 したがって、OSPF は EIGRP よりもはるかに人気があります。

OSPF バージョン 2 は IPv4 のみをサポートしていましたが、1989 年後の 3 年に、開発者は IPv6 をサポートするバージョン 6 を発表しました。 ただし、完全に機能する IPv2008 用 OSPF の XNUMX 番目のバージョンは XNUMX 年にのみ登場しました。 OSPFを選んだ理由は何ですか? 前回のレッスンでは、この内部ゲートウェイ プロトコルが RIP よりもはるかに高速にルート コンバージェンスを実行することを学びました。 これはクラスレスプロトコルです。

覚えていると思いますが、RIP はクラスフル プロトコルです。つまり、サブネット マスク情報は送信されず、クラス A/24 IP アドレスに遭遇してもそれを受け入れません。 たとえば、10.1.1.0/24 のような IP アドレスを指定すると、ネットワークが複数のサブネット マスクを使用してサブネット化されている場合を理解できないため、ネットワーク 10.0.0.0 として認識されます。
OSPF は安全なプロトコルです。 たとえば、XNUMX つのルータが OSPF 情報を交換している場合、パスワードを入力した後でのみ隣接するルータと情報を共有できるように認証を設定できます。 すでに述べたように、OSPF はオープン標準であるため、多くのネットワーク機器メーカーによって使用されています。

グローバルな意味では、OSPF はリンク ステート アドバタイズメント (LSA) を交換するためのメカニズムです。 LSA メッセージはルーターによって生成され、ルーターの一意の識別子ルーター ID、ルーターが認識しているネットワークに関するデータ、コストに関するデータなど、多くの情報が含まれています。 ルーターはルーティングを決定するためにこれらすべての情報を必要とします。

ルーター R3 はその LSA 情報をルーター R5 に送信し、ルーター R5 はその LSA 情報を R3 と共有します。 これらの LSA は、リンク ステート データベース (LSDB) を形成するデータ構造を表します。 ルーターは受信したすべての LSA を収集し、LSDB に配置します。 両方のルータがデータベースを作成した後、近隣ルータを検出するために使用される Hello メッセージを交換し、LSDB を比較する手順を開始します。

ルーター R3 はルーター R5 に DBD、つまり「データベース記述」メッセージを送信し、R5 はその DBD をルーター R3 に送信します。 これらのメッセージには、各ルーターのデータベースで使用できる LSA インデックスが含まれています。 DBD を受信した後、R3 は R5 に「メッセージ 3,4、9、5 がすでにあるので、7 と XNUMX だけを送ってください」という LSR ネットワーク ステータス要求を送信します。

R5 も同様に、3,4 番目のルータに「情報 9、1、2 があるので、5 と 100 を送ってください」と伝えます。 LSR 要求を受信したルーターは、LSU ネットワーク状態更新パケットを送り返します。つまり、LSR に応答して、XNUMX 番目のルーターはルーター RXNUMX から LSU を受信します。 ルーターがデータベースを更新すると、ルーターが XNUMX 台あったとしても、すべてのルーターが同じ LSDB を持つようになります。 ルータ内に LSDB データベースが作成されると、各ルータはネットワーク全体を全体として把握できるようになります。 OSPF プロトコルは、最短パス優先アルゴリズムを使用してルーティング テーブルを作成するため、正しく動作するための最も重要な条件は、ネットワーク上のすべてのデバイスの LSDB が同期していることです。

上の図には 9 つのルーターがあり、それぞれが近隣ルーターと LSR、LSU などのメッセージを交換します。 これらはすべて、OSPF プロトコルを介した操作をサポートする p2p、つまり「ポイントツーポイント」インターフェイスを介して相互に接続され、相互に対話して同じ LSDB を作成します。

ベースが同期されるとすぐに、各ルーターは最短パス アルゴリズムを使用して独自のルーティング テーブルを形成します。 これらのテーブルはルーターごとに異なります。 つまり、すべてのルーターは同じ LSDB を使用しますが、最短ルートに関する独自の考慮事項に基づいてルーティング テーブルを作成します。 このアルゴリズムを使用するには、OSPF が LSDB を定期的に更新する必要があります。

したがって、OSPF 自体が機能するには、まず、近隣ノードの検索、LSDB の作成と更新、ルーティング テーブルの形成という 3 つの条件を提供する必要があります。 最初の条件を満たすには、ネットワーク管理者がルーター ID、タイミング、またはワイルドカード マスクを手動で構成する必要がある場合があります。 次のビデオでは、OSPF で動作するデバイスの設定について説明します。現時点では、このプロトコルではリバース マスクが使用されること、およびそれが一致しない場合、サブネットが一致しない場合、または認証が一致しない場合について知っておく必要があります。 、ルーターの近隣を形成できなくなります。 したがって、OSPF のトラブルシューティングを行う場合は、この近傍が形成されない理由を突き止める必要があります。つまり、上記のパラメータが一致することを確認する必要があります。

ネットワーク管理者は、LSDB の作成プロセスには関与しません。 データベースは、ルーティング テーブルの構築と同様に、近隣ルーターの作成後に自動的に更新されます。 これらはすべて、OSPF プロトコルで動作するように設定されたデバイス自体によって実行されます。
例を見てみましょう。 2 台のルーターがあり、簡単にするために RID 1.1.1.1 と 2.2.2.2 を割り当てました。 最初にこれらのルーターを OSPF で動作するように設定したため、接続するとすぐにリンク チャネルがアップ状態になります。 通信チャネルが形成されるとすぐに、ルーター A はルーター A に Hello パケットを送信します。 このパケットには、このルータが初めて Hello を送信しているため、このチャネル上の誰もまだ「見ていない」という情報のほか、自身の識別子、ルータに接続されているネットワークに関するデータ、およびルータが認識できるその他の情報が含まれます。隣人と共有します。

このパケットを受信したルーター B は、「この通信チャネル上に OSPF ネイバーの潜在的な候補があることが分かりました」と判断し、Init 状態に入ります。 Hello パケットはユニキャスト メッセージやブロードキャスト メッセージではなく、マルチキャスト OSPF IP アドレス 224.0.0.5 に送信されるマルチキャスト パケットです。 マルチキャストのサブネットマスクとは何なのかと尋ねる人もいます。 実際のところ、マルチキャストにはサブネット マスクがなく、無線信号として伝播し、その周波数に同調しているすべてのデバイスがこの信号を受信します。 たとえば、周波数 91,0 で放送されている FM ラジオを聞きたい場合は、ラジオをその周波数に合わせます。

同様に、ルーター B はマルチキャスト アドレス 224.0.0.5 のメッセージを受信するように設定されています。 このチャネルをリッスンしている間、ルーター A によって送信された Hello パケットを受信し、独自のメッセージで応答します。

この場合、回答 B が一連の基準を満たす場合にのみ近傍を確立できます。 最初の基準は、Hello メッセージの送信頻度と、このメッセージに対する応答の待機間隔である Dead Interval が両方のルーターで同じである必要があることです。 通常、Dead Interval は、いくつかの Hello タイマー値と同じです。 したがって、ルーター A の Hello タイマーが 10 秒で、ルーター B が 30 秒後にメッセージを送信し、デッド インターバルが 20 秒の場合、隣接関係は発生しません。

XNUMX 番目の基準は、両方のルーターが同じタイプの認証を使用する必要があるということです。 したがって、認証パスワードも一致する必要があります。

24 番目の基準は Arial ID ゾーン識別子の一致であり、24 番目の基準はネットワーク プレフィックスの長さの一致です。 ルーター A が /XNUMX プレフィックスを報告する場合、ルーター B にも /XNUMX ネットワーク プレフィックスが必要です。 次のビデオでは、これについてさらに詳しく説明します。今のところ、これはサブネット マスクではないことに注意してください。ここでは、ルーターは逆ワイルドカード マスクを使用しています。 そしてもちろん、ルータがこのゾーンにある場合は、スタブ エリア フラグも一致する必要があります。

これらの基準を確認した後、一致する場合、ルーター B は Hello パケットをルーター A に送信します。 A のメッセージとは対照的に、ルーター B はルーター A を見た旨を報告し、自己紹介します。

このメッセージに応答して、ルータ A はルータ B に Hello を再度送信します。ルータ A は、ルータ B も認識していること、それらの間の通信チャネルがデバイス 1.1.1.1 と 2.2.2.2 で構成されており、それ自体がデバイス 1.1.1.1 であることを確認します。 。 これは近隣地域を確立するための非常に重要な段階です。 この場合、双方向 2-WAY 接続が使用されますが、4 つのルーターからなる分散ネットワークを備えたスイッチがある場合はどうなるでしょうか? このような「共有」環境では、ルーターの XNUMX つが指定ルーター DR の役割を果たし、XNUMX 番目のルーターがバックアップ指定ルーター BDR の役割を果たす必要があります。

これらの各デバイスは完全な接続、つまり完全な連続状態を形成します。これが何であるかについては後ほど説明しますが、このタイプの接続は DR と BDR でのみ確立され、XNUMX つの下位ルータ D と B は確立されます。双方向接続スキーム「ポイントツーポイント」を使用して相互に通信します。

つまり、DR と BDR を使用すると、すべてのルーターが完全な近隣関係を確立し、相互にポイントツーポイント接続を確立します。 隣接するデバイス間の双方向接続中に、すべての Hello パケット パラメータが一致する必要があるため、これは非常に重要です。 私たちの場合、すべてが一致しているため、デバイスは問題なく近隣を形成します。

双方向通信が確立されるとすぐに、ルータ A はルータ B にデータベース記述パケット、つまり「データベース記述」を送信し、ExStart 状態、つまり交換の開始、つまりロードの待機に入ります。 データベース記述子は、本の目次に似た情報であり、ルーティング データベースにあるすべての内容のリストです。 これに応答して、ルーター B はデータベースの説明をルーター A に送信し、Exchange チャネル通信状態に入ります。 Exchange 状態のルータは、データベースに一部の情報が欠落していることを検出すると、LOADING ロード状態になり、近隣との LSR、LSU、および LSA メッセージの交換を開始します。

したがって、ルータ A はその隣接ルータに LSR を送信し、ルータ A は LSU パケットで応答し、ルータ A はルータ B に LSA メッセージで応答します。 この交換は、デバイスが LSA メッセージを交換したい回数だけ行われます。 LOADING 状態は、LSA データベースの完全な更新がまだ行われていないことを意味します。 すべてのデータがダウンロードされると、両方のデバイスが完全な隣接状態に入ります。

双方向接続では、デバイスは単に隣接状態にあり、完全な隣接状態はルータ、DR、BDR の間でのみ可能であることに注意してください。これは、各ルータがネットワークおよびすべてのルータの変更について DR に通知することを意味します。 DR からこれらの変更について学ぶ

DR と BDR の選択は重要な問題です。 一般的な環境でDRがどのように選択されるかを見てみましょう。 このスキームには XNUMX つのルーターと XNUMX つのスイッチがあると仮定しましょう。 OSPF デバイスは、まず Hello メッセージの優先順位を比較し、次にルーター ID を比較します。

最も優先度の高い装置が DR になります。 XNUMX つの装置の優先順位が一致する場合、XNUMX 台の中から最も高い Router ID を持つ装置が選択され、DR になります。

XNUMX 番目に高い優先順位または XNUMX 番目に高いルータ ID を持つデバイスがバックアップ専用ルータ BDR になります。DR に障害が発生した場合は、直ちに BDR に置き換えられます。それが DR の役割を果たし始め、システムは別のルータを選択します。 BDR

DR と BDR の選択について理解していただければ幸いです。理解できていない場合は、次のビデオのいずれかでこの問題に戻り、このプロセスについて説明します。

ここまで、Hello とは何か、データベース記述子、LSR、LSU、LSA メッセージについて見てきました。 次のトピックに進む前に、OSPF のコストについて少し説明しましょう。

シスコでは、ルートのコストは、チャネルのコストに対する基準帯域幅（デフォルトでは 100 Mbit/s に設定されています）の比率の式を使用して計算されます。 たとえば、シリアル ポート経由でデバイスを接続する場合、速度は 1.544 Mbps で、コストは 64 になります。速度 10 Mbps のイーサネット接続を使用する場合、コストは 10 になり、FastEthernet 接続のコストは 100 になります。 1 Mbps の速度は XNUMX になります。

ギガビット イーサネットを使用する場合、速度は 1000 Mbps になりますが、この場合、速度は常に 1 であると想定されます。したがって、ネットワーク上にギガビット イーサネットがある場合は、Ref のデフォルト値を変更する必要があります。 BW by 1000。この場合、コストは 1 になり、テーブル全体がコスト値を 10 倍にして再計算されます。 隣接関係を形成し、LSDB を構築したら、ルーティング テーブルの構築に進みます。

LSDB を受信した後、各ルーターは SPF アルゴリズムを使用してルートのリストを個別に生成し始めます。 私たちのスキームでは、ルーター A がそのようなテーブルを自分自身で作成します。 たとえば、ルート A-R1 のコストを計算し、10 と決定します。図をわかりやすくするために、ルータ A がルータ B への最適なルートを決定するとします。リンク A-R1 のコストは 10 です。 、リンク A-R2 は 100、ルート A-R3 のコストは 11、つまりルート A-R1(10) と R1-R3(1) の合計に等しくなります。

ルータ A がルータ R4 に到達したい場合、ルート A-R1-R4 に沿って、またはルート A-R2-R4 に沿ってこれを行うことができ、どちらの場合もルートのコストは同じになります: 10+100 =100+10=110。 ルート A-R6 のコストは 100+1= 101 となり、すでに良くなります。 次に、ルート A-R5-R1-R3 に沿ったルーター R5 へのパスを検討します。そのコストは 10+1+100 = 111 になります。

ルーター R7 へのパスは、A-R1-R4-R7 または A-R2-R6-R7 の 210 つのルートに沿って敷設できます。 最初のコストは 201、201 番目のコストは 4 になります。つまり、XNUMX を選択する必要があります。したがって、ルーター B に到達するために、ルーター A は XNUMX つのルートを使用できます。

ルート A-R1-R3-R5-B のコストは 121 になります。ルート A-R1-R4-R7-B のコストは 220 になります。ルート A-R2-R4-R7-B のコストは 210 になり、A-R2- R6-R7-B のコストは 211 です。これに基づいて、ルーター A はコストが最も低いルート (121 に等しい) を選択し、それをルーティング テーブルに配置します。 これは、SPF アルゴリズムがどのように機能するかを非常に簡略化した図です。 実際、このテーブルには、最適なルートが通過するルーターの指定だけでなく、それらを接続するポートの指定やその他の必要な情報もすべて含まれています。

ルーティング ゾーンに関する別のトピックを見てみましょう。 通常、企業の OSPF デバイスを設定する場合、それらはすべて XNUMX つの共通ゾーンに配置されます。

R3ルーターに接続されている機器が突然故障した場合はどうなりますか? ルーター R3 は、このデバイスとのチャネルが機能しなくなったことを示すメッセージをルーター R5 と R1 に送信し始め、すべてのルーターがこのイベントに関する更新の交換を開始します。

100 台のルーターがある場合、それらは同じ共通ゾーン内にあるため、すべてのルーターがリンク状態情報を更新します。 隣接ルータの 30 つが故障した場合にも同じことが起こり、ゾーン内のすべてのデバイスが LSA アップデートを交換します。 このようなメッセージの交換後、ネットワーク トポロジ自体が変化します。 これが発生すると、SPF は変更された条件に従ってルーティング テーブルを再計算します。 これは非常に大規模なプロセスであり、30 つのゾーンに XNUMX 台のデバイスがある場合は、すべての LSA と巨大な LSDB リンク状態データベースを格納するのに十分な量になるようにルーターのメモリ サイズを制御する必要があります。 ゾーンの一部で変更が発生すると、SPF アルゴリズムはただちにルートを再計算します。 デフォルトでは、LSA は XNUMX 分ごとに更新されます。 このプロセスはすべてのデバイスで同時に実行されるわけではありませんが、いずれの場合も、更新は各ルーターによって XNUMX 分ごとに実行されます。 ネットワークデバイスが増えるほど。 LSDB の更新にはより多くのメモリと時間がかかります。

この問題は、0 つの共通ゾーンを複数の個別のゾーンに分割する、つまりマルチゾーニングを使用することで解決できます。 これを行うには、管理するネットワーク全体の計画または図が必要です。 AREA 5 はメインエリアです。 これは、インターネットへのアクセスなど、外部ネットワークへの接続が行われる場所です。 新しいゾーンを作成するときは、各ゾーンに 1 つの ABR (Area Border Router) が必要というルールに従う必要があります。 エッジ ルータには、あるゾーンに 0 つのインターフェイスがあり、別のゾーンに 0 番目のインターフェイスがあります。 たとえば、RXNUMX ルーターにはゾーン XNUMX とゾーン XNUMX にインターフェイスがあります。前述したように、各ゾーンはゾーン XNUMX に接続する必要があります。つまり、エッジ ルーターがあり、そのインターフェイスの XNUMX つが AREA XNUMX に接続されている必要があります。

R6-R7 接続が失敗したと仮定します。 この場合、LSA アップデートは AREA 1 を通じてのみ伝播し、このゾーンのみに影響します。 ゾーン 2 とゾーン 0 のデバイスはそれを知りません。 エッジ ルーター R5 は、そのゾーンで何が起こっているかに関する情報を要約し、ネットワークの状態に関する要約情報をメイン ゾーン AREA 0 に送信します。 ABR ルーターは要約ルート情報をあるゾーンから別のゾーンに転送するため、あるゾーン内のデバイスは他のゾーン内のすべての LSA 変更を認識する必要はありません。

ゾーンの概念が完全に理解できない場合は、次のレッスンで OSPF ルーティングの構成を開始し、いくつかの例を見てさらに詳しく学ぶことができます。

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出所： habr.com