Introdução ao OSPF

Este tópico é uma breve visão geral do Open Shortest Path First (OSPF), que inclui área única e área múltipla. OSPFv2 é usado para redes IPv4. OSPFv3 é usado para redes IPv6. O foco principal de todo este módulo é o OSPFv2 de área única.

OSPF é um protocolo de roteamento link-state que foi desenvolvido como uma alternativa para o Routing Information Protocol (RIP) do vetor de distância. O RIP era um protocolo de roteamento aceitável nos primeiros dias da rede e da Internet. No entanto, a confiança do RIP na contagem de saltos como a única métrica para determinar a melhor rota rapidamente se tornou problemática. O uso da contagem de saltos não se adapta bem em redes maiores, com vários caminhos de velocidades variáveis. O OSPF tem vantagens significativas sobre o RIP, pois oferece convergência mais rápida e escala para implementações de rede muito maiores.

OSPF é um protocolo de roteamento link-state que usa o conceito de áreas. Um administrador de rede pode dividir o domínio de roteamento em áreas distintas que ajudam a controlar o tráfego de atualização de roteamento. Um link é uma interface em um roteador. Um link também é um segmento de rede que conecta dois roteadores ou uma rede stub, como uma LAN Ethernet conectada a um único roteador. As informações sobre o estado de um link são conhecidas como link-state. Todas as informações de link state incluem o prefixo da rede, o comprimento do prefixo e o custo.

Este módulo cobre implementações e configurações básicas de OSPF de área única.

Componentes do OSPF

Todos os protocolos de roteamento compartilham componentes semelhantes. Todos eles usam mensagens de protocolo de roteamento para trocar informações de rota. As mensagens ajudam a construir estruturas de dados, que são então processadas usando um algoritmo de roteamento.

Clique em cada componente OSPF abaixo para obter mais informações.

• Mensagens de protocolo de roteamento
• Algoritmo

Os roteadores que executam OSPF trocam mensagens para transmitir informações de roteamento usando cinco tipos de pacotes. Esses pacotes, conforme mostrado na figura, são os seguintes:

• Olá pacote
• Pacote de descrição do banco de dados
• Pacote de solicitação de link-state
• Pacote de atualização de link-state
• Pacote de confirmação de link-state

Esses pacotes são usados para descobrir roteadores vizinhos e também para trocar informações de roteamento para manter informações precisas sobre a rede.

O roteador constrói a tabela de topologia usando resultados de cálculos baseados no algoritmo Dijkstra shortest-path first (SPF). O algoritmo SPF é baseado no custo cumulativo para chegar a um destino.

O algoritmo SPF cria uma árvore SPF colocando cada roteador na raiz da árvore e calculando o caminho mais curto para cada nó. A árvore SPF é então usada para calcular as melhores rotas. O OSPF coloca as melhores rotas no banco de dados de encaminhamento, que é usado para fazer a tabela de roteamento.

Operação Link-State

Para manter as informações de roteamento, os roteadores OSPF concluem um processo de roteamento link-state genérico para atingir um estado de convergência. A figura mostra uma topologia de cinco roteadores. Cada link entre roteadores é rotulado com um valor de custo. No OSPF, o custo é usado para determinar o melhor caminho para o destino. A seguir estão as etapas de roteamento link-state que são concluídas por um roteador:

1. Estabelecer adjacências vizinhas
2. Anúncios Exchange Link-State
3. Construir o banco de dados de estado do link
4. Execute o algoritmo SPF
5. Escolha a melhor rota

Clique em cada botão para obter uma ilustração das etapas do processo de roteamento link-state que R1 usa para alcançar a convergência.

• Estabelecer adjacências vizinhas
• Anúncios Exchange Link-State
• Construir o banco de dados de estado do link
• Escolha a melhor rota

Os roteadores habilitados para OSPF devem se reconhecer na rede antes que possam compartilhar informações. Um roteador habilitado para OSPF envia pacotes Hello por todas as interfaces habilitadas para OSPF para determinar se os vizinhos estão presentes nesses links. Se um vizinho estiver presente, o roteador habilitado para OSPF tenta estabelecer uma adjacência de vizinho com esse vizinho.

Depois que as adjacências são estabelecidas, os roteadores trocam anúncios link-state (LSAs). Os LSAs contêm o estado e o custo de cada link conectado diretamente. Os roteadores inundam seus LSAs para os vizinhos adjacentes. Os vizinhos adjacentes que recebem o LSA imediatamente inundam o LSA para outros vizinhos conectados diretamente, até que todos os roteadores na área tenham todos os LSAs.

Depois que os LSAs são recebidos, os roteadores habilitados para OSPF criam a tabela de topologia (LSDB) com base nos LSAs recebidos. Esse banco de dados eventualmente contém todas as informações sobre a topologia da área.

Depois que a árvore SPF é construída, os melhores caminhos para cada rede são oferecidos para a tabela de roteamento IP. A rota será inserida na tabela de roteamento, a menos que haja uma origem de rota para a mesma rede com uma distância administrativa menor, como uma rota estática. As decisões de roteamento são feitas com base nas entradas na tabela de roteamento.

OSPF de área única e multiarreia

Para tornar o OSPF mais eficiente e escalonável, o OSPF oferece suporte ao roteamento hierárquico usando áreas. Uma área OSPF é um grupo de roteadores que compartilham as mesmas informações de link-state em seus LSDBs. O OSPF pode ser implementado de duas maneiras, da seguinte maneira:

• OSPF de área única - Todos os roteadores estão em uma área. A melhor prática é usar a área 0.
• Multiarea OSPF - OSPF é implementado em múltiplas áreas, de forma hierárquica. Todas as áreas devem se conectar à área de backbone (área 0). Os roteadores que interconectam as áreas são chamados de roteadores de fronteira de área (ABRs).

O foco deste módulo está no OSPFv2 de área única.

Clique em cada botão para comparar o OSPF de área única e de área múltipla.

• OSPF de área única

OSPF multiarea

Com o OSPF de várias áreas, um grande domínio de roteamento pode ser dividido em áreas menores, para oferecer suporte ao roteamento hierárquico. O roteamento ainda ocorre entre as áreas (roteamento entre áreas), enquanto muitas das operações de roteamento intensivas do processador, como recalcular o banco de dados, são mantidas dentro de uma área.

Por exemplo, sempre que um roteador recebe novas informações sobre uma mudança de topologia dentro da área (incluindo a adição, exclusão ou modificação de um link), o roteador deve executar novamente o algoritmo SPF, criar uma nova árvore SPF e atualizar a tabela de roteamento. O algoritmo SPF consome muita CPU e o tempo que leva para o cálculo depende do tamanho da área.

Nota: Os roteadores em outras áreas recebem atualizações com relação às alterações de topologia, mas esses roteadores apenas atualizam a tabela de roteamento, não executam novamente o algoritmo SPF.

Muitos roteadores em uma área tornariam os LSDBs muito grandes e aumentariam a carga na CPU. Portanto, organizar os roteadores em áreas particiona efetivamente um banco de dados potencialmente grande em bancos de dados menores e mais gerenciáveis.

As opções de design de topologia hierárquica com OSPF de área múltipla podem oferecer as seguintes vantagens.

• Tabelas de roteamento menores - As tabelas são menores porque há menos entradas na tabela de roteamento. Isso ocorre porque os endereços de rede podem ser resumidos entre as áreas. A sumarização de rota não é habilitada por padrão.
• Sobrecarga de atualização de link-state reduzida - Projetar OSPF de várias áreas com áreas menores minimiza os requisitos de processamento e memória.
• Freqüência reduzida de cálculos SPF - Multiarea OSPF localiza o impacto de uma mudança de topologia dentro de uma área. Por exemplo, ele minimiza o impacto da atualização de roteamento porque a inundação de LSA para no limite da área.

Por exemplo, na figura, R2 é um ABR para a área 51. Uma mudança de topologia na área 51 faria com que todos os roteadores da área 51 executassem novamente o algoritmo SPF, criassem uma nova árvore SPF e atualizassem suas tabelas de roteamento IP. O ABR, R2, enviaria um LSA para roteadores na área 0, que eventualmente seria inundado para todos os roteadores no domínio de roteamento OSPF. Este tipo de LSA não faz com que os roteadores em outras áreas executem novamente o algoritmo SPF. Eles só precisam atualizar seu LSDB e tabela de roteamento.

A mudança de link afeta apenas a área local

• A falha de link afeta apenas a área local (área 51).
• O ABR (R2) isola a inundação de um LSA específico para a área 51.
• Os roteadores nas áreas 0 e 1 não precisam executar o algoritmo SPF.

OSPFv3

OSPFv3 é o OSPFv2 equivalente para a troca de prefixos IPv6. Lembre-se de que no IPv6, o endereço de rede é conhecido como prefixo e a máscara de sub-rede é chamada de comprimento do prefixo.

Semelhante a sua contraparte IPv4, OSPFv3 troca informações de roteamento para preencher a tabela de roteamento IPv6 com prefixos remotos.

Nota: Com o recurso Famílias de endereços OSPFv3, OSPFv3 inclui suporte para IPv4 e IPv6. Famílias de endereços OSPF está além do escopo deste currículo.

OSPFv2 é executado na camada de rede IPv4, comunicando-se com outros peers IPv4 OSPF e anunciando apenas rotas IPv4.

OSPFv3 tem a mesma funcionalidade que OSPFv2, mas usa IPv6 como o transporte da camada de rede, comunicando-se com pares OSPFv3 e anunciando rotas IPv6. OSPFv3 também usa o algoritmo SPF como mecanismo de computação para determinar os melhores caminhos em todo o domínio de roteamento.

OSPFv3 tem processos separados de sua contraparte IPv4. Os processos e operações são basicamente os mesmos do protocolo de roteamento IPv4, mas executados de forma independente. OSPFv2 e OSPFv3 têm, cada um, tabelas de adjacência, tabelas de topologia OSPF e tabelas de roteamento IP separadas, conforme mostrado na figura.

Os comandos de configuração e verificação do OSPFv3 são semelhantes aos usados ​​no OSPFv2.

mostra dois roteadores executando simultaneamente vários processos OSPF. Um para OSPFv2 e outro para OSPFv3 e IPv6. Cada processo OSPF terá sua própria Tabela de Vizinhos, Tabela de Topologia e Tabela de Roteamento

Estruturas de dados OSPFv2 e OSPFv3

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