Dzisiaj zaczniemy naukę o routingu w protokole OSPF. Ten temat, podobnie jak omówienie protokołu EIGRP, jest kluczowy w całym kursie CCNA. Jak widzicie, rozdział 2.4 nazywa się „Konfiguracja, weryfikacja i rozwiązywanie problemów z jednostrefowym i wielostrefowym OSPFv2 dla protokołu IPv4 (z wyjątkiem autoryzacji, filtrowania, ręcznego sumowania tras, redystrybucji, obszaru martwego, sieci wirtualnej i LSA)”.
Temat OSPF jest dość obszerna, dlatego zajmie on 2, a może 3 lekcje wideo. Dzisiejsza lekcja będzie poświęcona stronie teoretycznej, opowiem wam, czym jest ten protokół w ogólnych zarysach i jak działa. W następnym wideo przejdziemy do trybu konfiguracji OSPF za pomocą Packet Tracer.
Na tej lekcji omówimy więc trzy zagadnienia: czym jest OSPF, jak działa i czym są strefy OSPF. Na poprzedniej lekcji mówiliśmy, że OSPF to protokół routingu typu Link State, badający łącza między routerami i podejmujący decyzje na podstawie szybkości tych łączy. Długie łącze o większej szybkości, czyli o większej przepustowości będzie miało priorytet w porównaniu do krótkiego łącza o mniejszej przepustowości.
Protokół RIP, będąc protokołem wektorowym, wybierze ścieżkę w jednym hopie, nawet jeśli to łącze ma niską prędkość, podczas gdy protokół OSPF wybierze długą trasę z kilku hopów, jeśli łączna prędkość na tej trasie będzie wyższa niż prędkość ruchu na krótkiej trasie.
Później przyjrzymy się algorytmowi podejmowania decyzji, na razie musisz zapamiętać, że OSPF jest protokołem stanu łączy Link State. Ten otwarty standard został stworzony w 1988 roku, dzięki czemu każdy producent sprzętu sieciowego i dostawca usług internetowych mógł z niego skorzystać. Dlatego OSPF jest znacznie bardziej popularny niż EIGRP.
Protokół OSPF wersji 2 obsługuje tylko protokół IPv4, a rok później, w 1989 roku, twórcy ogłosili wydanie wersji 3, która obsługuje IPv6. Jednak pełnoprawna trzecia wersja OSPF dla IPv6 pojawiła się dopiero w 2008 roku. Dlaczego wybrano OSPF? Na ostatniej lekcji dowiedzieliśmy się, że ten protokół wewnętrznego bramy wykonuje konwergencję tras znacznie szybciej niż RIP. Jest to protokół bezklasowy.
Jeśli pamiętasz, RIP jest protokołem klasowym, co oznacza, że nie wysyła informacji o masce podsieci, a jeśli natrafi na adres IP klasy A/24, to go nie zaakceptuje. Na przykład, jeśli przedstawisz mu adres IP w formacie 10.1.1.0/24, uzna go za sieć 10.0.0.0, ponieważ nie rozumie, kiedy sieć dzieli się na podsieci z użyciem więcej niż jednej maski podsieci.
OSPF jest protokołem bezpiecznym. Na przykład, jeśli dwa routery wymieniają się informacjami OSPF, możesz skonfigurować uwierzytelnianie w taki sposób, że dzielenie się informacjami z sąsiednim routerem będzie możliwe tylko po wprowadzeniu hasła. Jak już wspomniano, jest to otwarty standard, dlatego OSPF jest wykorzystywany przez wielu producentów sprzętu sieciowego.
W globalnym sensie OSPF stanowi mechanizm wymiany ogłoszeń o stanie łącza Link State Advertisement, lub LSA. Wiadomości LSA są generowane przez router i zawierają wiele informacji: unikalny identyfikator routera router-id, dane o sieciach znanych routerowi, dane o ich kosztach i tak dalej. Cała ta informacja jest potrzebna routerowi do podjęcia decyzji o routingu.
Router R3 wysyła swoje informacje LSA do routera R5, a router R5 dzieli się swoją informacją LSA z R3. Te LSA stanowią strukturę danych, tworzącą bazę danych stanu łącza Link State Data Base, lub LSDB. Router gromadzi wszystkie otrzymane LSA i umieszcza je w swojej LSDB. Po tym, jak oba routery utworzyły swoje bazy danych, wymieniają wiadomości Hello, które służą do wykrywania sąsiadów, i przystępują do procedury porównywania swoich LSDB.
Router R3 wysyła routerowi R5 wiadomość DBD, czyli „opis bazy danych”, a R5 odsyła swoje DBD do routera R3. Te wiadomości zawierają indeksy LSA, które znajdują się w bazach każdego routera. Po otrzymaniu DBD, router R3 wysyła zapytanie o stan sieci LSR do routera R5, w którym mówi: „mam już wiadomości 3, 4 i 9, więc przysyłaj mi tylko 5 i 7”.
R5 postępuje w ten sam sposób, informując trzeci router: „mam informacje 3, 4 i 9, więc wyślijcie mi 1 i 2”. Po otrzymaniu zapytań LSR, routery wysyłają z powrotem pakiety aktualizacji stanu sieci LSU, czyli w odpowiedzi na swój LSR trzeci router otrzymuje LSU od routera R5. Po zaktualizowaniu baz danych przez routery, wszystkie one, nawet jeśli masz 100 routerów, będą miały identyczne bazy LSDB. Kiedy routery utworzą bazy danych LSDB, każdy z nich będzie znał całą sieć jako całość. Protokół OSPF wykorzystuje algorytm Shortest Path First do tworzenia tabeli routingu, dlatego kluczowym warunkiem jego prawidłowego działania jest synchronizacja LSDB wszystkich urządzeń w sieci.
Na schemacie znajduje się 9 routerów, z których każdy wymienia się z sąsiadami wiadomościami LSR, LSU itd. Wszystkie są połączone ze sobą w konfiguracji p2p, czyli „punkt-punkt”, z interfejsami, które obsługują protokół OSPF, i współdziałają ze sobą w celu stworzenia identycznych LSDB.
Gdy tylko bazy danych będą zsynchronizowane, każdy router, korzystając z algorytmu najkrótszej ścieżki, tworzy swoją tabelę routingu. Tabele te będą różne w różnych routerach. Oznacza to, że wszystkie routery korzystają z identycznych LSDB, ale tworzą tabele routingu na podstawie własnych przemyśleń o najkrótszych trasach. Aby wykorzystać ten algorytm, OSPF potrzebuje regularnych aktualizacji bazy LSDB.
Zatem, aby OSPF mogło funkcjonować, musi najpierw spełnić 3 warunki: znaleźć sąsiadów, stworzyć i zaktualizować LSDB oraz utworzyć tabelę routingu. Aby zrealizować pierwszy warunek, administrator sieci może potrzebować ręcznie skonfigurować router-id, czasy lub maskę wildcard. W następnym filmie omówimy konfigurację urządzenia do pracy z OSPF, na razie musisz wiedzieć, że ten protokół używa maski odwrotnej, i jeśli nie pasuje, jeśli nie pasują twoje podsieci ani autoryzacja, sąsiedztwo routerów nie może zostać utworzone. Dlatego podczas rozwiązywania problemów z OSPF musisz ustalić, dlaczego to sąsiedztwo się nie tworzy, czyli sprawdzić zgodność wyżej wymienionych parametrów.
Jako administrator sieci nie bierzesz udziału w procesie tworzenia bazy LSDB. Aktualizacja baz danych odbywa się automatycznie po utworzeniu sąsiedztwa routerów, tak jak budowanie tabel routingu. Wszystko to wykonuje samo urządzenie, które zostało skonfigurowane do pracy z protokołem OSPF.
Rozważmy przykład. Mamy dwa routery, którym dla uproszczenia nadałem identyfikatory RID 1.1.1.1 i 2.2.2.2. Gdy tylko je połączymy, kanał link od razu przejdzie w stan up, ponieważ najpierw skonfigurowałem te routery do pracy z OSPF. Gdy utworzy się połączenie, router A natychmiast wyśle do drugiego pakiet Hello. W tym pakiecie znajdą się informacje, że ten router jeszcze nikogo nie „widział” na tym kanale, ponieważ wysyła Hello po raz pierwszy, a także jego własny identyfikator, dane o podłączonej do niego sieci oraz inne informacje, którymi może podzielić się z sąsiadem.
Otrzymując ten pakiet, router B powie: „widzę, że na tym kanale transmisji jest potencjalny kandydat do sąsiedztwa według protokołu OSPF” i przejdzie w stan inicjalizacji Init state. Pakiet Hello nie jest wiadomością unicastową ani broadcastową, to pakiet multicastowy, wysyłany na multicastowy adres IP OSPF 224.0.0.5. Niektórzy pytają, jaka jest maska podsieci dla multicastu. Otóż multicast nie ma maski podsieci, rozprzestrzenia się jak sygnał radiowy, który słyszą wszystkie urządzenia skonfigurowane na jego częstotliwość. Na przykład, jeśli chcesz usłyszeć radio FM nadające na częstotliwości 91,0, musisz ustawić swój odbiornik radiowy na tę częstotliwość.
Podobnie router B jest skonfigurowany do odbierania wiadomości dla multicastowego adresu 224.0.0.5. Słuchając tego kanału, odbiera pakiet Hello, który wysłał router A, i odpowiada mu swoją wiadomością.
Sąsiedztwo może być ustanowione tylko wtedy, gdy odpowiedź B spełnia zestaw kryteriów. Pierwszym kryterium jest to, że częstotliwość wysyłania wiadomości Hello i czas oczekiwania na odpowiedź na tę wiadomość (Dead Interval) muszą być zgodne w obu routerach. Zazwyczaj Dead Interval odpowiada kilku wartościom timera Hello. W ten sposób, jeśli Timer Hello routera A wynosi 10 s, a router B wyśle mu wiadomość po 30 s, przy założeniu, że Dead Interval wynosi 20 s, sąsiedztwo nie zostanie nawiązane.
Drugim kryterium jest to, że oba routery muszą korzystać z tego samego typu uwierzytelniania. Odpowiednio, hasła uwierzytelniania również muszą się zgadzać.
Trzecim kryterium jest zgodność identyfikatorów strefy Arial ID, czwartym – zgodność długości prefiksu sieci. Jeśli router A zgłasza prefiks /24, to router B również musi mieć prefiks sieci /24. W następnym wideo omówimy to dokładniej, ale na razie zauważę, że to nie jest maska podsieci, tutaj routery korzystają z odwrotnej maski Wildcard mask. Oczywiście, flagi strefy stub także muszą się zgadzać, jeśli routery znajdują się w tej strefie.
Po sprawdzeniu tych kryteriów, w przypadku ich zgodności, router B wysyła do routera A swój pakiet Hello. W przeciwieństwie do wiadomości A, router B informuje, że zauważył router A i przedstawia się sam.
W odpowiedzi na tę wiadomość router A ponownie wysyła Hello do routera B, w którym potwierdza, że również zauważył router B, a kanał komunikacyjny między nimi składa się z urządzeń 1.1.1.1 i 2.2.2.2, a sam jest urządzeniem 1.1.1.1. To bardzo ważny etap ustanawiania sąsiedztwa. W tym przypadku używane jest dwustronne połączenie 2-WAY, ale co się stanie, gdy mamy switch z rozproszoną siecią czterech routerów? W takiej „rozproszonej” sieci jeden z routerów musi pełnić rolę wyznaczonego routera Designated router D.R., a drugi – zapasowego wyznaczonego routera Backup designated router, B.D.R.
Każde z tych urządzeń utworzy pełne połączenie (Full connection) lub stan pełnej sąsiedztwa. Później omówimy, co to oznacza, ale połączenie tego typu zostanie nawiązane tylko z D.R. i B.D.R., podczas gdy dwa dolne routery D i B będą komunikować się z sobą za pomocą dwustronnego połączenia typu «point-to-point».
To znaczy, że z D.R. i B.D.R. wszystkie routery nawiązują pełne sąsiedztwo, a między sobą – połączenie typu point-to-point. To bardzo istotne, ponieważ w przypadku dwustronnego połączenia sąsiednich urządzeń wszystkie parametry pakietu Hello muszą się zgadzać. W naszym przypadku wszystko się zgadza, więc urządzenia bez problemu tworzą sąsiedztwo.
Gdy dwukierunkowe połączenie zostanie nawiązane, router A wysyła do routera B pakiet Database Description, czyli „opis bazy danych”, i przechodzi w stan ExStart — początek wymiany lub oczekiwanie na załadunek. Database Descriptor to informacje podobne do spisu treści książki – jest to lista wszystkiego, co znajduje się w bazie danych trasowania. W odpowiedzi router B wysyła swoje opis bazy danych do routera A i przechodzi w stan Exchange – wymiana danych o kanałach. Jeśli w stanie Exchange router odkryje, że brakuje mu jakiejś informacji w jego bazie danych, przechodzi w stan LOADING i zaczyna wymieniać się z sąsiadem wiadomościami LSR, LSU i LSA.
Router A wyśle sąsiadowi LSR, który odpowie mu pakietem LSU, na co router A odpowie routerowi B wiadomością LSA. Wymiana ta będzie miała miejsce tyle razy, ile urządzenia będą chciały wymieniać się wiadomościami LSA. Stan LOADING oznacza, że pełne zaktualizowanie bazy danych LSA jeszcze nie nastąpiło. Po załadowaniu wszystkich danych oba urządzenia przejdą w stan pełnej sąsiedztwa FULL.
Zauważam, że w przypadku dwukierunkowego połączenia urządzenia znajdują się po prostu w stanie sąsiedztwa, podczas gdy stan pełnej sąsiedztwa jest możliwy tylko między routerami D.R. i B.D.R. Oznacza to, że każdy router informuje D.R. o zmianach w sieci, a wszystkie routery dowiadują się o tych zmianach od D.R.
Wybór D.R. i B.D.R. jest ważną kwestią. Rozważmy, jak dokonuje się wyboru D.R. w ogólnej sieci. Załóżmy, że w naszej schemacie znajdują się trzy routery i switch. Na początku urządzenia OSPF porównują priorytety w wiadomościach Hello, a następnie porównują Router ID.
Urządzenie z najwyższym priorytetem staje się D.R. Jeśli priorytety dwóch urządzeń są takie same, to z nich wybierane jest urządzenie z najwyższym Router ID, które staje się D.R.
Rezerwacyjnym routerem B.D.R. staje się urządzenie z drugim co do ważności priorytetem lub z drugim co do ważności Router ID. Jeśli D.R. ulegnie awarii, natychmiast zostanie zastąpiony przez B.D.R. Rozpocznie on pełnienie roli D.R., a system wybierze innego B.D.R.
Mam nadzieję, że zrozumiałeś selekcję D.R. i B.D.R. Jeśli nie, to jeszcze powrócę do tego tematu w jednym z kolejnych wideo i wyjaśnię ten proces.
Zatem omówiliśmy, czym są Hello, opis bazy danych Database Descriptor oraz komunikaty LSR, LSU i LSA. Zanim przejdziemy do następnego tematu, porozmawiajmy chwilę o kosztach OSPF.
W Cisco koszt trasy oblicza się według wzoru, w którym stosunek przepustowości Reference bandwidth, który domyślnie wynosi 100 Mb/s, do kosztu łącza. Na przykład, w przypadku połączenia urządzeń przez port szeregowy prędkość wynosi 1,544 Mb/s, a koszt wyniesie 64. Przy połączeniu Ethernet o prędkości 10 Mb/s koszt wynosi 10, a koszt połączenia Fast Ethernet o prędkości 100 Mb/s wynosi 1.
Przy użyciu Gigabit Ethernet mamy prędkość 1000 Mb/s, jednak w tym przypadku prędkość zawsze przyjmuje się jako 1. W związku z tym, jeśli w twojej sieci znajduje się Gigabit Ethernet, musisz zmienić domyślną wartość Ref. BW na 1000. W takim przypadku koszt wyniesie 1, a cała tabela zostanie przeliczona z podniesieniem wartości kosztu dziesięciokrotnie. Po utworzeniu sąsiedztwa i zbudowaniu bazy danych LSDB przechodzimy do budowy tabeli routingu.
Po otrzymaniu LSDB każdy z routerów samodzielnie przystępuje do formowania listy tras za pomocą algorytmu SPF. W naszym schemacie router A stworzy taką tabelę dla siebie. Na przykład oblicza koszt trasy A-R1 i określa go na 10. Aby uprościć zrozumienie schematu, załóżmy, że router A określa optymalną trasę do routera B. Koszt połączenia A-R1 wynosi 10, połączenia A-R2 wynosi 100, a koszt trasy A-R3 wynosi 11, co jest sumą trasy A-R1(10) i R1-R3(1).
Jeśli router A będzie chciał dotrzeć do routera R4, może to zrobić albo trasą A-R1-R4, albo trasą A-R2-R4, przy czym w obu przypadkach koszt tras będzie taki sam: 10+100 = 100+10=110. Trasa A-R6 będzie kosztować 100+1=101, co jest lepszą opcją. Następnie rozważamy drogę do routera R5 trasą A-R1-R3-R5, której koszt wyniesie 10+1+100=111.
Drogę do routera R7 można wytyczyć na dwa sposoby: A-R1-R4-R7 lub A-R2-R6-R7. Koszt pierwszej wyniesie 210, a drugiej – 201, co oznacza, że należy wybrać 201. Tak więc, aby dotrzeć do routera B, router A może skorzystać z 4 tras.
Koszt trasy A-R1-R3-R5-B wyniesie 121. Trasa A-R1-R4-R7-B będzie kosztować 220. Trasa A-R2-R4-R7-B kosztuje 210, a A-R2-R6-R7-B ma koszt 211. W związku z tym router A wybierze trasę o najniższym koszcie, wynoszącym 121, i umieści ją w tabeli routingu. To bardzo uproszczony schemat działania algorytmu SPF. W rzeczywistości do tabeli trafiają nie tylko oznaczenia routerów, przez które przebiega optymalna trasa, ale także oznaczenia łączących je portów oraz wszystkie inne potrzebne informacje.
Rozważmy jeszcze jeden temat, który dotyczy stref routingu. Zwykle, przy konfigurowaniu urządzeń OSPF w firmie, wszystkie one znajdują się w jednej wspólnej strefie.
Co się stanie, jeśli urządzenie połączone z routerem R3 nagle ulegnie awarii? Router R3 natychmiast zacznie wysyłać do routerów R5 i R1 wiadomość, że kanał z tym urządzeniem nie działa, a wszystkie routery rozpoczną wymianę aktualizacji dotyczących tego wydarzenia.
Jeśli masz 100 routerów, wszystkie zaktualizują informacje o stanie kanałów, ponieważ znajdują się w jednej wspólnej strefie. To samo stanie się, gdy awarii ulegnie jeden z sąsiednich routerów – wszystkie urządzenia w strefie wymienią aktualizacje LSA. Po wymianie takich wiadomości zmieni się sama topologia sieci. Gdy tylko to nastąpi, SPF przeliczy tabele routingu zgodnie ze zmienionymi warunkami. To bardzo obszerny proces, a jeśli w jednej strefie znajduje się tysiąc urządzeń, musisz kontrolować rozmiar pamięci routerów, aby była wystarczająca do przechowywania wszystkich LSA i ogromnej bazy danych stanu kanałów LSDB. Gdy w jakiejś części strefy nastąpią zmiany, algorytm SPF natychmiast przeliczy trasy. Domyślnie LSA jest aktualizowane co 30 minut. Proces ten odbywa się na wszystkich urządzeniach niejednocześnie, jednak każdy router wykonuje aktualizacje co 30 minut. Im więcej urządzeń sieciowych, tym więcej pamięci i czasu potrzebne do aktualizacji LSDB.
Problemę tę można rozwiązać, dzieląc jedną wspólną strefę na kilka oddzielnych stref, czyli stosując wielostrefowość. W tym celu musisz mieć plan lub schemat całej sieci, którą zarządzasz. Strefa zerowa AREA 0 jest twoją główną strefą. To miejsce, gdzie odbywa się połączenie z siecią zewnętrzną, na przykład dostęp do Internetu. Tworząc nowe strefy, należy kierować się zasadą: w każdej strefie musi znajdować się jeden router brzegowy ABR (Area Border Router). Router brzegowy ma jedno złącze w jednej strefie i drugie złącze w innej strefie. Na przykład, router R5 ma złącza w strefie 1 i strefie 0. Jak już wspomniałem, każda ze stref musi być połączona ze strefą zerową, czyli mieć router brzegowy, z jednym z złącz połączonym z AREA 0.
Załóżmy, że połączenie R6-R7 uległo awarii. W takim przypadku aktualizacja LSA rozprzestrzeni się tylko po strefie AREA 1 i będzie dotyczyć tylko tej strefy. Urządzenia w strefie 2 i w strefie 0 nawet nie będą o tym wiedziały. Router brzegowy R5 zbiera informacje o tym, co się dzieje w jego strefie, i wysyła do głównej strefy AREA 0 zebrane informacje o stanie sieci. Urządzenia w jednej strefie nie muszą znać wszystkich zmian LSA wewnątrz innych stref, ponieważ router ABR będzie przekazywał zebrane informacje o trasach z jednej strefy do drugiej.
Jeśli nie do końca rozumiesz koncepcję stref, możesz dowiedzieć się więcej na kolejnych lekcjach, kiedy zajmiemy się konfiguracją routingu OSPF i omówimy kilka przykładów.
Dziękujemy, że z nami jesteś. Czy podobają Ci się nasze artykuły? Chcesz widzieć więcej interesujących materiałów? Wspieraj nas składając zamówienie lub polecając znajomym, 30% zniżki dla użytkowników Habr na unikalny odpowiednik serwerów entry-level, który został stworzony przez nas dla Ciebie: (dostępne opcje z RAID1 i RAID10, do 24 rdzeni i do 40GB DDR4).
Dell R730xd dwa razy tańszy? Tylko u nas w Holandii! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — od 99 dolarów! Czytaj o tym
Źródło: habr.com
