Open Shortest Path First (OSPF)

Open Shortest Path First (OSPF) è il primo protocollo di stato del collegamento che imparerai. Oltre ad essere un protocollo link-state, è anche un protocollo standard aperto. Ciò significa che è possibile eseguire OSPF in una rete composta da dispositivi multivendor. Potresti aver capito che non è possibile eseguire EIGRP in una rete composta da dispositivi non Cisco. Questo rende OSPF un protocollo molto importante da imparare.

Rispetto a EIGRP, OSPF è un protocollo più complesso e supporta tutte le funzionalità come VLSM / CIDR e altro. Di seguito viene fornito un breve riepilogo delle funzionalità OSPF:

1. Lavora sul concetto di aree e sistemi autonomi
2. Altamente scalabile
3. Supporta VLSM / CIDR e reti non contigue
4. Non ha un limite di conteggio hop
5. Funziona in ambiente multivendor
6. Riduce al minimo gli aggiornamenti tra vicini.

Sebbene l’elenco precedente sia una panoramica di base delle funzionalità di OSPF e verrà ampliato nelle prossime sezioni, è un buon momento per fare un passo indietro e confrontare i quattro protocolli descritti in dettaglio in questo capitolo. La Tabella 5-2 mostra un confronto dei quattro protocolli.

Tabella 5-2 Confronto dei protocolli di instradamento.

Va notato qui che OSPF ha molte più funzionalità di quelle elencate nella Tabella 5-2 e di quelle trattate in questo libro. Una caratteristica che realmente separa OSPF da altri protocolli è il suo supporto di un design gerarchico. Ciò significa che puoi dividere una grande internetwork in internetwork più piccole chiamate aree. Va notato che queste aree, sebbene separate, si trovano ancora all’interno di un unico sistema autonomo OSPF. Questo è nettamente diverso dal modo in cui EIGRP può essere suddiviso in più sistemi autonomi. Mentre in EIGRP ogni sistema autonomo funziona indipendentemente dagli altri ed è necessaria una ridistribuzione per condividere i percorsi, in OSPF le aree dipendono l’una dall’altra e le rotte sono condivise tra loro senza ridistribuzione.

Dovresti anche sapere che come EIGRP, OSPF potrebbe essere suddiviso in più sistemi autonomi. Ogni sistema autonomo sarà diverso dal resto e richiederà la ridistribuzione dei percorsi.

Il design gerarchico di OSPF offre i seguenti vantaggi:

• Riduci le spese generali di instradamento e il flusso di aggiornamenti
• Limitare i problemi di rete come l’instabilità a un’area
• Accelera la convergenza.

Uno svantaggio di questo è che la pianificazione e la configurazione di OSPF è più difficile di altri protocolli. La Figura 5-5 mostra una semplice configurazione gerarchica OSPF. Nella figura si noti che l’Area 0 è l’area centrale e le altre due aree si collegano ad essa.

Figura 5-5 Struttura gerarchica OSPF

Questo è sempre vero in un progetto OSPF. Tutte le aree devono connettersi all’area 0. Le aree che non possono connettersi all’area 0 necessitano fisicamente di una connessione logica utilizzando qualcosa noto come collegamenti virtuali. I collegamenti virtuali non rientrano nell’ambito dell’esame CCNA.

Un’altra cosa importante da notare nella figura è che per ogni area è presente un router che si connette anche all’area 0. Questi router sono chiamati Area Border Router (ABR). Nella Figura 5-5, RouterC e RouterD sono ABR perché si connettono all’area 0 e a un’altra area. Nel modo in cui gli ABR collegano aree diverse, i router che collegano diversi sistemi autonomi sono chiamati ASBR (Autonomous System Boundary Routers). Nella Figura 5-5, se RouterE si connette a un altro AS OSPF o a un AS di un altro protocollo come EIGRP, sarebbe chiamato ASBR.

Dalla Figura 5-5, hai appreso tre termini OSPF: Area, ABR e ASBR. Allo stesso modo ci sono molti altri termini associati a OSPF di cui devi essere a conoscenza prima di entrare nel modo in cui OSPF funziona effettivamente. La sezione successiva esamina alcuni di questi termini.

Elementi costitutivi di OSPF

Ciascun protocollo di instradamento ha la propria lingua e terminologie. In OSPF ci sono vari termini di cui dovresti essere a conoscenza. Questa sezione esamina alcune delle terminologie importanti associate a OSPF. Nel tentativo di renderlo più facile da capire e ricordare, qui le terminologie sono suddivise in tre parti: livello router, livello area e livello internetwork.

A livello di Router, quando OSPF è abilitato, viene prima a conoscenza di quanto segue:

• ID router: l’ID router è l’indirizzo IP che rappresenterà il router in tutto l’AS OSPF. Poiché un router può avere più indirizzi IP (per le sue più interfacce), i router Cisco scelgono l’indirizzo IP dell’interfaccia loopback più alto. (Non preoccuparti se non sai cosa sono le interfacce di loopback. Saranno trattati più avanti nel capitolo). Se le interfacce di loopback non sono presenti, OSPF sceglie l’indirizzo IP fisico più alto configurato all’interno delle interfacce attive. Qui il più alto significa letteralmente più alto in numero (la classe C sarà maggiore della classe A perché 192 è maggiore di 10).
• Collegamenti – In parole semplici, un collegamento è una rete a cui appartiene un’interfaccia router. Quando si definiscono le reti che OSPF pubblicizzerà, corrisponderà agli indirizzi di interfaccia che appartengono a tali reti. Ogni interfaccia che corrisponde è chiamata collegamento. Ogni collegamento ha uno stato (su o giù) e un indirizzo IP ad esso associato.

Facciamo un semplice test qui. Guardate la Figura 5-6 e provate a trovare l’ID del router e i collegamenti su ciascuno dei router.

Figura 5-6 RouterID e collegamenti

Per RouterA, il RouterID sarà 192.168.1.1 perché è l’indirizzo IP fisico più alto presente. I tre link presenti sul RouterA sono le reti 192.168.1.0/24, 10.0.0.0/8 e 172.16.0.0/16. Allo stesso modo, l’ID router del RouterB è 172.30.1.1 poiché si tratta dell’indirizzo IP fisico più alto del router. I tre link presenti sul RouterB sono 10.0.0.0/8, 172.20.0.0/16 e 172.30.0.0/16.

Una volta che un router è a conoscenza delle due cose precedenti, proverà a trovare di più sulla sua rete cercando altri router parlanti OSPF. A quel punto entrano in uso i seguenti termini:

• Pacchetti Hello – Simile ai pacchetti Hello EIGRP, OSPF utilizza i pacchetti Hello per scoprire i vicini e mantenere le relazioni. Il pacchetto Hello contiene informazioni come il numero di area che dovrebbe corrispondere per stabilire una relazione con il vicino. I pacchetti Hello vengono inviati all’indirizzo multicast 224.0.0.5.
• Vicini – Vicini è il termine usato per definire due o più router parlanti OSPF connessi alla stessa rete e configurati per trovarsi nella stessa area OSPF. I router usano i pacchetti hello per scoprire i vicini.
• Neighbor Table – OSPF manterrà un elenco di tutti i vicini da cui sono stati ricevuti i pacchetti hello. Per ogni vicino vengono memorizzati vari dettagli come RouterID e stato di adiacenza.
• Area: un’area OSPF è un raggruppamento di reti e router. Ogni router nell’area condivide lo stesso ID area. I router possono appartenere a più aree; pertanto, l’ID area è collegato a ogni interfaccia. I router non scambieranno gli aggiornamenti di routing con router appartenenti ad aree diverse. L’area 0 è chiamata area backbone e tutte le altre aree devono connettersi ad essa avendo almeno un router che appartiene a entrambe le aree.

Una volta che OSPF ha rilevato i vicini, esaminerà il tipo di rete su cui sta lavorando. OSPF classifica le reti nei seguenti tipi:

• Broadcast (multi-accesso) – Le reti di trasmissione (multi-accesso) sono quelle che consentono a più dispositivi di accedere (o connettersi alla) stessa rete e forniscono anche la capacità di trasmettere. Ricorderai che quando un pacchetto è destinato a tutti i dispositivi in ​​una rete, viene definito trasmissione. Ethernet è un esempio di una rete multiaccesso di trasmissione.
• Non-Broadcast multi-access (NBMA) – Le reti che consentono l’accesso multiplo ma non hanno capacità di trasmissione sono chiamate reti NBMA. Le reti Frame Relay sono generalmente NBMA.
• Punto a punto – Le reti punto a punto consistono in una connessione diretta tra due router e forniscono un unico percorso di comunicazione. Quando i router sono collegati back-to-back utilizzando interfacce seriali, viene creata una rete point-to-point. Le reti punto a punto possono anche esistere logicamente in posizioni geografiche utilizzando varie tecnologie WAN come Frame Relay e PPP.
• Point-to-Multipoint – Le reti Point-to-Multipoint sono costituite da più connessioni tra una singola interfaccia di un router e più router remoti. Tutti i router appartengono alla stessa rete ma devono comunicare tramite il router centrale, la cui interfaccia collega i router remoti.

A seconda del tipo di rete che OSPF rileva sulle interfacce del router, dovrà formare le adiacenze. Un adiacenza è il rapporto tra vicini che consente lo scambio diretto di percorsi. A differenza di EIGRP, OSPF non formerà sempre adiacenza con tutti i vicini. Un router formerà adiacenze con pochi o tutti i vicini a seconda del tipo di rete che viene scoperto. Le adiacenze in ogni tipo di rete sono discusse di seguito:

• Broadcast (accesso multiplo): poiché più router possono connettersi a tali reti, OSPF sceglie un router designato (DR) e un router designato di backup (BDR). Tutti i router in queste reti formano adiacenze solo con DR e BDR. Ciò significa anche che gli aggiornamenti del percorso sono condivisi solo tra i router e il DR e BDR. È compito del DR condividere gli aggiornamenti di routing con il resto dei router nella rete. Se un DR perde la connettività alla rete, il BDR prenderà il suo posto. Il processo elettorale è discusso più avanti nel capitolo.
• NBMA – Poiché NBMA è anche una rete ad accesso multiplo, viene scelto un DR e un BDR ei router formano adiacenze solo con essi. Il problema con le reti NBMA è che, poiché la capacità di trasmissione e a sua volta la capacità multicast non è presente, i router non possono rilevare i vicini. Quindi le reti NBMA richiedono di comunicare manualmente a OSPF i vicini presenti nella rete. Oltre a questo, OSPF funziona come in una rete ad accesso multiplo di trasmissione.
• Point-to-Point: poiché in una rete point-to-point sono presenti solo due router, non è necessario selezionare DR e BDR. Entrambi i router formano adiacenze tra loro e si scambiano gli aggiornamenti di routing. I vicini vengono rilevati automaticamente in queste reti.
• Punto-multipunto – Le interfacce punto-multipunto sono trattate come speciali interfacce punto-punto da OSPF e fa un po ‘di lavoro extra qui che è fuori dalla portata di CCNA. Non esiste un’elezione DR / BDR in tali reti e i vicini vengono rilevati automaticamente.

Avviso esame : può creare confusione ricordare i tipi di rete, le elezioni e i requisiti di adiacenza. Un modo semplice per ricordarlo è associare “multi-accesso” a DR / BDR e “Point-to” senza elezioni. Associa anche NBMA alla specifica manuale dei vicini.

Una volta che OSPF ha formato le adiacenze, inizierà a scambiare gli aggiornamenti di instradamento. I seguenti due termini vengono utilizzati qui:

• Link State Advertising – Link State Advertising (LSA) sono pacchetti OSPF contenenti informazioni sullo stato del collegamento e sul routing. Questi vengono scambiati tra router che hanno formato adiacenze. I pacchetti essenzialmente informano i router nelle reti sulle diverse reti (collegamenti) presenti e su come raggiungerle. Diversi tipi di LSA sono discussi più avanti nel capitolo.
• Tabella della topologia: la tabella della topologia contiene informazioni su ogni collegamento che il router apprende (tramite LSA). Le informazioni sono che la tabella della topologia viene utilizzata per calcolare il percorso migliore per le reti remote.

A livello di area, l’unico termine che viene introdotto è:

• Router di confine dell’area (ABR): i router che collegano un’area all’area 0 sono chiamati ABR. Hanno un’interfaccia appartenente all’area 0 e altre interfacce appartenenti a una o più aree. Sono responsabili della propagazione degli aggiornamenti di instradamento tra l’area 0 e altre aree.

A livello di internetwork un altro termine che viene introdotto è:

• Autonomous System Boundary Router (ASBR) – Un router che collega un OSPF AS a un altro OSPF AS o AS appartenente ad altri protocolli di routing è chiamato Autonomous System Boundary Router o ASBR. La ridistribuzione del percorso viene impostata tra i due AS su questi router e quindi diventano il gateway tra i due AS.

Ora che hai familiarità con la terminologia OSPF, il resto delle sezioni discuterà in dettaglio il funzionamento di OSPF e ti aiuterà a comprendere meglio i termini discussi qui.

Interfacce di loopback

Le interfacce di loopback sono interfacce logiche virtuali che esistono solo nel software. Vengono utilizzati per scopi amministrativi come fornire un’interfaccia OSPF stabile o diagnostica. L’utilizzo di interfacce di loopback con OSPF offre i seguenti vantaggi:

• Fornisce un’interfaccia sempre attiva.
• Fornisce un ID router OSPF prevedibile e sempre lo stesso. Fare è più facile risolvere i problemi di OSPF.
• L’ID router è un elemento di differenziazione nell’elezione DR / BDR. Avere un’interfaccia di loopback con un indirizzo IP di ordine superiore può influenzare l’elezione.

La configurazione di un’interfaccia di loopback è semplice: è necessario selezionare un numero di interfaccia e accedere alla modalità di configurazione dell’interfaccia utilizzando il comando dell’interfaccia in modalità di configurazione globale come mostrato di seguito:RouterA (config) #interface loopback 0
RouterA (config-if) # 

Il numero dell’interfaccia può essere qualsiasi numero a partire da 0. Una volta nella modalità di configurazione dell’interfaccia, utilizzare il comando indirizzo ip per configurare un indirizzo IP come si farebbe su un’interfaccia fisica. Di seguito è riportato un esempio:RouterA (config-if) #ip address 192.168.10.1 255.255.255.0 

Questo è tutto! L’interfaccia di loopback è configurata e verrà elencata come interfaccia attiva nel comando show ip interface .

L’interfaccia di loopback può essere importante per OSPF perché prenderà l’indirizzo IP di loopback più alto come ID router. Se non è presente un’interfaccia di loopback, verrà utilizzato l’indirizzo IP fisico più alto.

Un’interfaccia di loopback è logicamente equivalente a un indirizzo fisico. Il router aggiungerà una voce nella sua tabella di instradamento per la rete a cui appartiene l’indirizzo dell’interfaccia di loopback. Quindi puoi persino configurare un protocollo di routing per annunciare la rete di loopback. Se si sceglie di farlo o meno dipende dal fatto che si desideri o meno che l’indirizzo di loopback sia raggiungibile dalla rete. Ricorda che utilizzerai una sottorete se decidi di pubblicizzare la rete di loopback.

Elezione DR / BDR e influenza su di essa

Come discusso in precedenza, nei tipi di rete ad accesso multiplo, vengono scelti DR e BDR e i router nell’area formano solo adiacenze con essi. Quindi DR e BDR sono una parte importante di OSPF e di solito determinano quanto bene funzionerà OSPF. In questa sezione imparerai a conoscere il processo con cui vengono eletti i DR / BDR. Prima di conoscere il processo, è importante comprendere appieno i termini vicini e adiacenze poiché sono centrali per il funzionamento dell’OSPF e del processo elettorale.

Un router che esegue OSPF invierà periodicamente pacchetti Hello all’indirizzo multicast 224.0.0.5. Questi pacchetti hello servono come un modo per scoprire i vicini. Quando un router riceve questi pacchetti, controlla quanto segue per accertarsi che sia possibile stabilire un vicinato:

• ID area: l’ID area ricevuto in un pacchetto hello deve corrispondere all’ID area associato all’interfaccia su cui è stato ricevuto il pacchetto. Come accennato in precedenza, OSPF associa un ID area a ciascuna interfaccia su cui è abilitato. La logica alla base del confronto dell’ID area è che solo il router con interfaccia nella stessa area dovrebbe formare il vicino.
• Hello e Dead intervals – I pacchetti Hello scambiati dai router che eseguono OSPF contengono informazioni quali ID area, intervallo hello e intervallo dead. Hello interval specifica la durata di tempo tra i pacchetti hello e dead interval specifica la durata dopo la quale un router verrà dichiarato morto se i pacchetti hello non sono stati ricevuti da esso.

Affinché un vicinato si formi, gli intervalli hello e dead dovrebbero corrispondere tra i router.

• Autenticazione: OSPF consente di impostare una password per un’area. Affinché il vicinato si formi, la password deve essere la stessa sui router. L’impostazione di una password è facoltativa.

Se tutte e tre le condizioni di cui sopra corrispondono, il router aggiungerà il vicino alla tabella dei vicini e formerà un vicino. Anche se viene formato un quartiere, OSPF a differenza di EIGRP non condividerà gli aggiornamenti di instradamento, né collegherà annunci di stato in questo caso, con tutti i vicini.

Affinché OSPF condivida gli annunci dello stato dei collegamenti, è necessario creare un’adiacenza tra i router. Come discusso in precedenza, il modo in cui si formano le adiacenze dipende dal tipo di rete. In una rete ad accesso multiplo, verranno eletti un DR e un BDR e tutti i router nella rete formeranno adiacenze solo con loro. Ogni router scambierà LSA con DR e BDR. DR a sua volta trasmetterà le informazioni al resto dei router.

Quando i router si rendono conto di essere connessi a una rete ad accesso multiplo, esaminano ogni pacchetto Hello ricevuto per trovare la priorità e l’ ID router di ciascun router. Quindi la priorità viene confrontata e il router con la priorità più alta viene selezionato il DR. Il router con la seconda priorità più alta diventa il BDR. Per impostazione predefinita, la priorità di ogni router è 1 e può essere modificata in base all’interfaccia.

Se tutti i router hanno la priorità predefinita, il router con l’ID router più alto viene eletto DR mentre il router con il secondo ID router più alto viene eletto BDR. Se la priorità di un router è impostata su zero, non parteciperà al processo di elezione e non sarà mai un DR o BDR.

Come sapete, l’ID del router è l’indirizzo IP fisico più alto presente su un router. Questo può essere ignorato utilizzando un’interfaccia di loopback perché un router utilizzerà l’indirizzo di loopback più alto, se presente.

Se devi influenzare l’elezione DR / BDR in un segmento di rete, puoi eseguire una delle seguenti operazioni:

• Aumentare manualmente la priorità di un’interfaccia router per garantire che il router diventi DR / BDR.
• Configurare un’interfaccia di loopback in modo che l’ID del router diventi maggiore di quello degli altri router nel segmento di rete.

Calcolo dell’albero SPF

Una volta che OSPF scambia annunci di stato dei collegamenti e popola la tabella della topologia, ogni router esegue un calcolo sulle informazioni raccolte. Questi calcoli usano qualcosa noto come il percorso più breve primaAlgoritmo (SPF). Per fare ciò, ogni router crea un albero mettendosi alla radice dell’albero e gli altri router e reti formano il ramo e le foglie. In effetti il ​​router si pone all’inizio e da esso si dirama l’area. Le figure 5-7 e 5-8 mostrano un esempio di come l’albero SPF viene creato da un router. La Figura 5-7 mostra l’albero SPF con RouterA come origine mentre la Figura 5-8 mostra l’albero SPF con RouterG come origine. Notare quanto sia diversa la rete dal punto di vista di ciascun router. Il vantaggio di ogni router che crea questo albero è che il percorso più breve può essere trovato da ogni router a ciascuna destinazione e non vi è alcun instradamento per voce come si vede con i protocolli del vettore di distanza.

Figura 5-7 Albero SPF Esempio 1

Figura 5-8 Albero SPF Esempio 2

È importante capire che ogni router crea questo albero solo per l’area a cui appartiene. Se un router appartiene a più aree, creerà un albero separato per ciascuna area.

Una parte importante dell’albero è anche il costo associato a ciascun percorso. Il costo è la metrica utilizzata da OSPF è la somma del costo dell’intero percorso dal router alla rete remota. L’RFC OSPF definisce il costo come un valore arbitrario, quindi Cisco calcola il costo come 10 ⁸ / larghezza di banda. La larghezza di banda in questa equazione è la larghezza di banda configurata sull’interfaccia. Usando questa equazione, un’interfaccia Ethernet con una larghezza di banda di 10 Mbps ha un costo di 10 e un’interfaccia di 100 Mbps ha un costo di 1. Avrai notato che le interfacce con una larghezza di banda di oltre 100 Mbps avranno un costo in frazione ma Cisco non lo fa utilizzare frazioni e arrotondamenti del valore a 1 per tali interfacce.

Nella Figura 5-8, se tutte le interfacce sono FastEthernet con una larghezza di banda di 100 Mbps, ogni collegamento ha un costo di 1. Quindi per il percorso da RouterG a 192.168.7.0/24, il costo totale sarà 5 e alla rete 192.168.3.0/24, il costo totale sarà 2.

Il costo di ciascuna interfaccia può essere modificato utilizzando il comando ip ospf cost nella modalità di configurazione dell’interfaccia. Va notato che poiché l’OSPF RFC non definisce esattamente la metrica che costituisce il costo, ogni fornitore utilizza una metrica diversa. Quando si utilizza OSPF in un ambiente multivendor, sarà necessario regolare i costi per garantire la parità.

Link annunci di stato

Gli elementi costitutivi fondamentali di OSPF sono gli annunci sullo stato dei collegamenti inviati da ogni router per annunciare i collegamenti e il loro stato. Data la complessità e la scalabilità di OSPF, vengono utilizzati diversi tipi di LSA per mantenere aggiornato il database OSPF. Dei vari LSA, i primi cinque sono i più rilevanti per la discussione OSPF limitata trattata in questo capitolo e sono discussi di seguito:

• Tipo 1 – Router LSA: ogni router nell’area invia questo LSA per annunciare la sua presenza ed elencare i collegamenti ad altri router e reti insieme alle relative metriche. Questi LSA non attraversano il confine di un’area.
• Tipo 2 – LSA di rete: il DR in una rete ad accesso multiplo invia questo LSA. Contiene un elenco di router presenti nel segmento di rete. Questi LSA inoltre non attraversano il confine di un’area.
• Tipo 3 – Riepilogo LSA – L’ABR prende le informazioni apprese in un’area (e opzionalmente riassume queste informazioni) e le invia a un’altra area a cui è collegato. Questa informazione è contenuta in LSA tipo 3 ed è responsabile della propagazione delle rotte inter-area.
• Tipo 4 – Riepilogo ASBR LSA – Gli ASBR originano rotte esterne (rotte ridistribuite) e le inviano attraverso la rete. Mentre le rotte esterne sono elencate in LSA di tipo 5, i dettagli degli stessi ASBR sono elencati in LSA di tipo 4. Questa LSA è originata dall’ABR dell’area in cui risiede l’ASBR.
• Tipo 5 – LSA esterno – Questo LSA elenca le rotte ridistribuite in OSPF da un altro processo OSPF o da un altro protocollo di instradamento. Questo LSA è originato dall’ASBR e si propaga attraverso l’OSPF AS.

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crazynet

Da oltre 20 anni nel settore informatico.
Dopo anni come sistemista Microsoft negli ultimi dieci anni appassionato al mondo delle reti.

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