Operação OSPF
Operação OSPF

Operação OSPF

Vídeo – Operação OSPF

Clique em Reproduzir na figura para ver um vídeo sobre a operação OSPF.

Estados operacionais OSPF

Agora que você sabe sobre os pacotes de estado de link OSPF, este tópico explica como eles funcionam com roteadores habilitados para OSPF. Quando um roteador OSPF é inicialmente conectado a uma rede, ele tenta:

  • Crie adjacências com vizinhos
  • Informações de roteamento do Exchange
  • Calcule as melhores rotas
  • Alcance a convergência

A tabela detalha os estados de progresso do OSPF ao tentar alcançar a convergência:

EstadoDescrição
Down StateNenhum pacote de saudação recebido = Down.Router envia pacotes de saudação.
Transição para o estado inicial.
Init StateOs pacotes de saudação são recebidos do vizinho.
Eles contêm a ID do roteador do roteador de envio.
Transição para o estado bidirecional.
Two-Way StateNesse estado, a comunicação entre os dois roteadores é bidirecional.
Em links de multiacesso, os roteadores elegem um DR e um BDR.
Transição para o estado ExStart.
ExStart StateEm redes ponto a ponto, os dois roteadores decidem qual roteador iniciará a troca de pacotes DBD e decidem sobre o número de sequência do pacote DBD inicial.
Exchange StateOs roteadores trocam pacotes DBD.
Se informações adicionais do roteador forem necessárias, faça a transição para o carregamento; caso contrário, a transição para o estado Full.
Loading StateLSRs e LSUs são usados para obter informações de rota adicionais.
As rotas são processadas usando o algoritmo SPF.
Transição para o estado Completo.
Full StateO banco de dados link-state do roteador está totalmente sincronizado.

Estabelecer adjacências vizinhas

Quando o OSPF está habilitado em uma interface, o roteador deve determinar se há outro vizinho OSPF no link. Para fazer isso, o roteador envia um pacote Hello que contém sua ID de roteador por todas as interfaces habilitadas para OSPF. O pacote Hello é enviado para o endereço multicast 224.0.0.5 IPv4 de todos os roteadores OSPF. Apenas os roteadores OSPFv2 processarão esses pacotes. O ID do roteador OSPF é usado pelo processo OSPF para identificar exclusivamente cada roteador na área OSPF. A ID do roteador é um número de 32 bits formatado como um endereço IPv4 e atribuído para identificar exclusivamente um roteador entre os pares OSPF.

Quando um roteador habilitado para OSPF vizinho recebe um pacote Hello com uma ID de roteador que não está em sua lista de vizinhos, o roteador receptor tenta estabelecer uma adjacência com o roteador inicial.

Clique em cada botão abaixo para percorrer o processo que os roteadores usam para estabelecer a adjacência em uma rede multiacesso.

Quando o OSPFv2 está habilitado, a interface Gigabit Ethernet 0/0 habilitada passa do estado Down para o estado Init. R1 começa a enviar pacotes Hello por todas as interfaces habilitadas para OSPF para descobrir vizinhos OSPF com os quais desenvolver adjacências.

Estado de descida para estado de inicialização

R2 recebe o pacote Hello de R1 e adiciona o ID do roteador R1 à sua lista de vizinhos. R2 então envia um pacote Hello para R1. O pacote contém o ID do roteador R2 e o ID do roteador R1 em sua lista de vizinhos na mesma interface.

R1 recebe o Hello e adiciona o ID do roteador R2 à sua lista de vizinhos OSPF. Ele também observa sua própria ID de roteador na lista de vizinhos do pacote Hello. Quando um roteador recebe um pacote Hello com sua ID de roteador listada na lista de vizinhos, o roteador faz a transição do estado Init para o estado Two-Way.

A ação realizada no estado Two-Way depende do tipo de interconexão entre os roteadores adjacentes, da seguinte forma:

  • Se os dois vizinhos adjacentes estiverem interconectados em um link ponto a ponto, eles passarão imediatamente do estado Bidirecional para o estado ExStart.
  • Se os roteadores estiverem interconectados em uma rede Ethernet comum, um DR e um BDR de roteador designados deverão ser escolhidos.
Estado bidirecional

Como R1 e R2 estão interconectados em uma rede Ethernet, ocorre uma escolha de DR e BDR. Conforme mostrado na figura, R2 se torna o DR e R1 é o BDR. Este processo ocorre apenas em redes multiacesso, como LANs Ethernet.

Os pacotes Hello são trocados continuamente para manter as informações do roteador.

Eleger o DR e o BDR

Sincronizando bancos de dados OSPF

Após o estado Two-Way, os roteadores passam para os estados de sincronização do banco de dados. Enquanto o pacote Hello foi usado para estabelecer adjacências vizinhas, os outros quatro tipos de pacotes OSPF são usados durante o processo de troca e sincronização de LSDBs. Este é um processo de três etapas, como segue:

  1. Decida primeiro roteador
  2. DBDs de troca
  3. Envie um LSR

Clique em cada botão abaixo para percorrer o processo que os roteadores usam para sincronizar seus LSDBs.

No estado ExStart, os dois roteadores decidem qual roteador enviará os pacotes DBD primeiro. O roteador com o ID de roteador mais alto será o primeiro roteador a enviar pacotes DBD durante o estado Exchange. Na figura, R2 tem a ID de roteador mais alta e envia seus pacotes DBD primeiro.

Decida sobre o primeiro roteador

No estado Exchange, os dois roteadores trocam um ou mais pacotes DBD. Um pacote DBD inclui informações sobre o cabeçalho de entrada LSA que aparece no LSDB do roteador. As entradas podem ser sobre um link ou sobre uma rede. Cada cabeçalho de entrada LSA inclui informações sobre o tipo de link-state, o endereço do roteador de anúncio, o custo do link e o número de sequência. O roteador usa o número de sequência para determinar a novidade das informações de link-state recebidas.

Na figura, R2 envia um pacote DBD para R1. Quando R1 recebe o DBD, ele executa as seguintes ações:

  1. Ele confirma o recebimento do DBD usando o pacote LSAck.
  2. R1 então envia pacotes DBD para R2.
  3. R2 reconhece R1.
Troca DBD

R1 compara as informações recebidas com as informações que possui em seu próprio LSDB. Se o pacote DBD tiver uma entrada de estado de link mais atual, o roteador entrará no estado Carregando.

Por exemplo, na figura, R1 envia um LSR referente à rede 172.16.6.0 para R2. R2 responde com as informações completas sobre 172.16.6.0 em um pacote LSU. Novamente, quando R1 recebe uma LSU, ele envia um LSAck. R1 então adiciona as novas entradas de link-state ao seu LSDB.

Depois de atender a todos os LSRs de um determinado roteador, os roteadores adjacentes são considerados sincronizados e em estado completo. As atualizações (LSU) são enviadas apenas para os vizinhos nas seguintes condições:

  • Quando uma mudança é observada (atualizações incrementais).
  • A cada 30 minutos.
Envie um LSR

A necessidade de um DR

Por que uma eleição de DR e BDR é necessária?

As redes multiacesso podem criar dois desafios para o OSPF em relação à inundação de LSAs, como segue:

  • Criação de múltiplas adjacências – As redes Ethernet podem potencialmente interconectar muitos roteadores OSPF em um link comum. Criar adjacências com cada roteador é desnecessário e indesejável. Isso levaria a um número excessivo de LSAs trocados entre roteadores na mesma rede.
  • Inundação extensiva de LSAs – Os roteadores link-state inundam seus LSAs sempre que o OSPF é inicializado ou quando há uma alteração na topologia. Essa inundação pode se tornar excessiva.

Para entender o problema com várias adjacências, devemos estudar uma fórmula:

Para qualquer número de roteadores (designados como n) em uma rede multiacesso, há n (n – 1) / 2 adjacências.

Por exemplo, a figura mostra uma topologia simples de cinco roteadores, todos conectados à mesma rede Ethernet multiacesso. Sem algum tipo de mecanismo para reduzir o número de adjacências, coletivamente esses roteadores formariam 10 adjacências:

5 (5 – 1) / 2 = 10

Isso pode não parecer muito, mas à medida que os roteadores são adicionados à rede, o número de adjacências aumenta drasticamente. Por exemplo, uma rede multiacesso com 20 roteadores criaria 190 adjacências.

Criando adjacências com todos os vizinhos

Criando adjacências com todos os vizinhos
  • Número de adjacências = n (n – 1) / 2
  • n = número de roteadores
  • Exemplo: 5 (5 – 1) / 2 = 10 adjacências

Inundação LSA com um DR

Um aumento dramático no número de roteadores também aumenta drasticamente o número de LSAs trocados entre os roteadores. Essa inundação de LSAs impacta significativamente a operação do OSPF.

Clique em cada botão para comparar a inundação de LSAs sem e com um DR.

Para entender o problema de inundação extensiva de LSAs, reproduza a animação na figura. Na animação, R2 envia um LSA. Este evento faz com que todos os outros roteadores também enviem um LSA. Não são mostradas na animação as confirmações necessárias enviadas para cada LSA recebido. Se cada roteador em uma rede multiacesso tivesse que inundar e reconhecer todos os LSAs recebidos para todos os outros roteadores na mesma rede multiacesso, o tráfego da rede se tornaria bastante caótico.

Demonstração de LSAs de inundação

A solução para gerenciar o número de adjacências e a inundação de LSAs em uma rede multiacesso é o DR. Em redes multiacesso, o OSPF elege um DR para ser o ponto de coleta e distribuição dos LSAs enviados e recebidos. Um BDR também é eleito caso o DR falhe. Todos os outros roteadores se tornam DROTHERs. Um DROTHER é um roteador que não é nem o DR nem o BDR.

Nota: O DR é usado apenas para a disseminação de LSAs. O roteador ainda usará o melhor roteador de próximo salto indicado na tabela de roteamento para o encaminhamento de todos os outros pacotes.

Reproduza a animação na figura para ver a função do DR.

Demo DR

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