Einführung in OSPF

OSPF Standard-Routenpräferenzwerte

Der Junos OS-Routingprotokollprozess weist jeder Route, die die Routingtabelle empfängt, einen Standardeinstellungswert zu. Der Standardwert hängt von der Quelle der Route ab. Der Präferenzwert liegt zwischen 0 und 4.294.967.295 (232 – 1), wobei ein niedrigerer Wert für eine bevorzugtere Route angibt. Tabelle 1 listet die Standardpräferenzwerte für OSPF auf.

OSPF-Routing-Algorithmus

OSPF verwendet den Shortest Path-First (SPF)-Algorithmus, der auch als Dijkstra-Algorithmus bezeichnet wird, um die Route zu jedem Ziel zu bestimmen. Alle Routing-Geräte in einem Bereich führen diesen Algorithmus parallel aus und speichern die Ergebnisse in ihren individuellen topologischen Datenbanken. Routing-Geräte mit Schnittstellen zu mehreren Bereichen führen mehrere Kopien des Algorithmus aus. Dieser Abschnitt bietet eine kurze Zusammenfassung der Funktionsweise des SPF-Algorithmus.

Wenn ein Routinggerät beginnt, initialisiert es OSPF und wartet auf Hinweise von Protokollen auf niedrigerer Ebene, dass die Routerschnittstellen funktionsfähig sind. Das Routing-Gerät verwendet dann das OSPF hello-Protokoll, um Nachbarn zu erwerben, indem es Hello-Pakete an seine Nachbarn sendet und ihre Hello-Pakete empfängt.

Bei Broadcast- oder Nonbroadcast-Multiaccess-Netzwerken (physische Netzwerke, die das Anbringen von mehr als zwei Routing-Geräten unterstützen) wählt das OSPF Hello Protocol einen speziellen Router für das Netzwerk. Dieses Routing-Gerät ist verantwortlich für das Senden von Link State Advertisements (LSAs), die das Netzwerk beschreiben, wodurch die Menge des Netzwerkdatenverkehrs und die Größe der topologischen Datenbanken der Routinggeräte reduziert werden.

Das Routinggerät versucht dann, Nachbarschaften mit einigen seiner neu erworbenen Nachbarn zu bilden. (In Multiaccess-Netzwerken bilden nur der designierte Router und der backup-designated Router Nachbarschaften zu anderen Routing-Geräten.) Nachbarschaften bestimmen die Verteilung von Routingprotokollpaketen. Routingprotokollpakete werden nur in Nachbarschaften gesendet und empfangen, und topologische Datenbankaktualisierungen werden nur in Nachbarschaften gesendet. Wenn Nachbarschaften eingerichtet wurden, synchronisieren Paare benachbarter Router ihre topologischen Datenbanken.

Ein Routinggerät sendet LSA-Pakete, um den Status regelmäßig und bei Statusänderungen zu werben. Diese Pakete enthalten Informationen über die Nachbarschaften des Routinggeräts, die die Erkennung von nicht operativen Routinggeräten ermöglichen.

Mithilfe eines zuverlässigen Algorithmus überflutet das Routinggerät LSAs im gesamten Bereich, was sicherstellt, dass alle Routing-Geräte in einem Bereich genau die gleiche topologische Datenbank haben. Jedes Routinggerät verwendet die Informationen in seiner topologischen Datenbank, um einen Baum mit dem kürzesten Pfad zu berechnen, der sich selbst als Stammverzeichnis befindet. Das Routinggerät verwendet dann diesen Baum, um den Netzwerkdatenverkehr zu routen.

Die Beschreibung des SPF-Algorithmus bis zu diesem Punkt hat erklärt, wie der Algorithmus innerhalb eines einzigen Bereichs (Intra-Area Routing) funktioniert. Damit interne Router zu Zielen außerhalb des Bereichs routen können (Interarea-Routing), müssen die Area Border-Router zusätzliche Routing-Informationen in den Bereich einspeisen. Da die Area Border Router mit dem Backbone verbunden sind, haben sie Zugriff auf vollständige topologische Daten über das Backbone. Die Area Border-Router verwenden diese Informationen, um die Pfade zu allen Zielen außerhalb des Bereichs zu berechnen und diese Pfade dann für die internen Router des Bereichs zu werben.

Grenzrouter für autonome Systeme (AS) überfluten Informationen zu externen autonomen Systemen im gesamten AS, mit Ausnahme von Stubbereichen. Area Border Router sind für die Werbung für die Pfade zu allen AS-Grenzroutern verantwortlich.

OSPF Drei-Wege-Handshake

OSPF erstellt eine Topologiekarte, indem LSAs über OSPF-fähige Verbindungen überflutet werden. LSAs kündigen das Vorhandensein von OSPF-fähigen Schnittstellen zu benachbarten OSPF-Schnittstellen an. Der Austausch von LSAs schafft bidirektionale Konnektivität zwischen allen benachbarten OSPF-Schnittstellen (Nachbarn) mithilfe eines Drei-Wege-Handshakes, wie in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1: OSPF Drei-Wege-Handshake

In Abbildung 1 sendet Router A hello-Pakete an alle OSPF-fähigen Schnittstellen, wenn sie online verfügbar sind. Router B empfängt das Paket, wodurch festgestellt wird, dass Router B Datenverkehr von Router A empfangen kann. Router B generiert eine Antwort auf Router A, um den Empfang des Hello-Pakets zu bestätigen. Wenn Router A die Antwort empfängt, stellt er fest, dass Router B Datenverkehr von Router A empfangen kann. Router A generiert dann ein endgültiges Antwortpaket, um Router B darüber zu informieren, dass Router A Datenverkehr von Router B empfangen kann. Dieser Drei-Wege-Handshake sorgt für bidirektionale Konnektivität.

Wenn dem Netzwerk neue Nachbarn hinzugefügt werden oder vorhandene Nachbarn die Konnektivität verlieren, werden die Nachbarschaften in der Topologiekarte entsprechend durch den Austausch (oder das Fehlen) von LSAs geändert. Diese LSAs werben nur für inkrementelle Änderungen im Netzwerk, was dazu beiträgt, die Menge des OSPF-Datenverkehrs im Netzwerk zu minimieren. Die Nachbarschaften werden gemeinsam genutzt und zur Erstellung der Netzwerktopologie in der topologischen Datenbank verwendet.

OSPF Version 3

OSPFv3 ist eine modifizierte Version von OSPF, die IP-Version 6 (IPv6)-Adressierung unterstützt. OSPFv3 unterscheidet sich von OSPFv2 auf folgende Weise:

• Alle Nachbar-ID-Informationen basieren auf einer 32-Bit-Router-ID.

• Das Protokoll wird pro Link und nicht pro Subnetz ausgeführt.

• Router- und Network Link State Advertisements (LSAs) enthalten keine Prefix-Informationen.

• Es sind zwei neue LSA-Typen enthalten: link-LSA und intra-area-prefix-LSA.

• Überflutungsgebiete sind wie folgt:

  • Link-lokal

  • Bereich

  • ALS

• Link-lokale Adressen werden für alle Neighbor Exchanges außer virtuellen Links verwendet.

• Authentifizierung wird entfernt. Der IPv6-Authentifizierungs-Header basiert auf der IP-Ebene.

• Das Paketformat hat sich wie folgt geändert:

  • Versionsnummer 2 ist jetzt Versionsnummer 3.

  • Das DB-Optionsfeld wurde auf 24 Bits erweitert.

  • Authentifizierungsinformationen wurden entfernt.

  • Hallo Nachrichten haben keine Adressinformationen.

  • Es sind zwei neue Optionsbits enthalten: R und V6.

• Zusammenfassung Typ 3 LSAs wurden in inter-area-prefix-LSAs umbenannt.

• Zusammenfassung typ 4 LSAs wurden in Inter-Area-Router-LSAs umbenannt.

OSPF-Paket-Header

Alle OSPFv2-Pakete haben einen gemeinsamen 24-Byte-Header, und OSPFv3-Pakete haben einen gemeinsamen 16-Byte-Header, der alle informationen enthält, die erforderlich sind, um zu bestimmen, ob OSPF das Paket akzeptieren soll. Der Header besteht aus den folgenden Feldern:

• Versionsnummer – Die aktuelle OSPF-Versionsnummer. Dies kann entweder 2 oder 3 sein.

• Typ – Typ des OSPF-Pakets.

• Paketlänge – Länge des Pakets in Bytes, einschließlich des Headers.

• Router-ID– IP-Adresse des Routers, von dem das Paket stammt.

• Bereichs-ID– Kennung des Bereichs, in dem das Paket unterwegs ist. Jedes OSPF-Paket ist mit einem einzigen Bereich verknüpft. Pakete, die über eine virtuelle Verbindung übertragen werden, werden mit der Backbone Area ID 0.0.0.0 gekennzeichnet. .

• Prüfsumme – Fletcher Prüfsumme.

• Authentifizierung – (nur OSPFv2) Authentifizierungsschema und Authentifizierungsinformationen.

• Instanz-ID– (nur OSPFv3) Kennung verwendet, wenn mehrere OSPFv3-Bereiche auf einer Verbindung konfiguriert sind.

Hallo Pakete

Router senden regelmäßig Hello-Pakete an allen Schnittstellen, einschließlich virtueller Verbindungen, um Nachbarbeziehungen aufzubauen und zu pflegen. Hallo Pakete sind Multicast in physischen Netzwerken, die über eine Multicast- oder Broadcast-Funktion verfügen, wodurch die dynamische Erkennung benachbarter Router ermöglicht wird. (In Nonbroadcast-Netzwerken ist eine dynamische Neighbor Discovery nicht möglich, daher müssen Sie alle Nachbarn statisch konfigurieren, wie in Beispiel beschrieben: Konfigurieren einer OSPFv2-Schnittstelle in einem Nonbroadcast Multiaccess Network.)

Hello-Pakete bestehen aus dem OSPF-Header und den folgenden Feldern:

• Netzwerkmaske – (nur OSPFv2) Netzwerkmaske, die der Schnittstelle zugeordnet ist.

• Hallo Intervall– Wie oft sendet der Router Hello-Pakete. Alle Router in einem gemeinsam genutzten Netzwerk müssen dasselbe Hello-Intervall verwenden.

• Optionen – Optionale Funktionen des Routers.

• Routerpriorität– Die Routerpriorität, der bestimmte Router zu werden.

• Router-Dead-Intervall: Wie lange der Router wartet, ohne OSPF-Pakete von einem Router zu empfangen, bevor er den Ausfall des Routers deklariert. Alle Router in einem gemeinsamen Netzwerk müssen dasselbe Totintervall des Routers verwenden.

• Designated Router – IP-Adresse des designierten Routers.

• Backup Designated Router – IP-Adresse des backup designated Routers.

• Neighbor – IP-Adressen der Router, von denen innerhalb des vom Router festgelegten Dead Intervals gültige Hello-Pakete empfangen wurden.

Datenbankbeschreibung Pakete

Bei der Initialisierung einer Nachbarschaft tauscht OSPF Datenbankbeschreibungspakete aus, die den Inhalt der topologischen Datenbank beschreiben. Diese Pakete bestehen aus dem OSPF-Header, der Paketsequenznummer und dem Header der Link-State-Anzeige.

Verbindungsstatus-Anforderungspakete

Wenn ein Router erkennt, dass Teile seiner topologischen Datenbank veraltet sind, sendet er ein Verbindungsstatusanforderungspaket an einen Nachbarn, der eine präzise Instanz der Datenbank anfordert. Diese Pakete bestehen aus dem OSPF-Header plus Feldern, die eindeutig die Datenbankinformationen identifizieren, die der Router anstrebt.

Link-State-Aktualisierungspakete

Link-State-Update-Pakete tragen einen oder mehrere Link-State-Anzeigen einen Hop weiter vom Ursprung entfernt. Der Router-Multicast überflutet diese Pakete in physischen Netzwerken, die den Multicast- oder Broadcast-Modus unterstützen. Der Router erkennt alle Aktualisierungspakete für den Verbindungsstatus und sendet, falls eine erneute Übertragung erforderlich ist, den erneut übertragenen Unicast.

Update-Pakete für den Linkstatus bestehen aus dem OSPF-Header und den folgenden Feldern:

• Anzahl der Anzeigen – Anzahl der in diesem Paket enthaltenen Link-Status-Anzeigen.

• Link-State-Werbung – Die Link-Status-Werbung selbst.

Verbindungsstatus-Bestätigungspakete

Der Router sendet Verbindungsstatus-Bestätigungspakete in Reaktion auf Link-State-Update-Pakete, um zu überprüfen, ob die Aktualisierungspakete erfolgreich empfangen wurden. Ein einzelnes Bestätigungspaket kann Antworten auf mehrere Aktualisierungspakete enthalten.

Verbindungsstatus-Bestätigungspakete bestehen aus dem OSPF-Header und dem Link-State-Advertisement-Header.

Link-State Advertisement-Pakettypen

Link-State-Anforderung, Link-Status-Update und Link-State-Bestätigungspakete werden verwendet, um Link-State-Advertisement-Pakete zuverlässig zu überfluten. OSPF sendet die folgenden Arten von Link-Status-Ankündigungen:

• Ankündigungen zu Router-Verbindungen: Werden von allen Routern gesendet, um den Status und die Kosten der Verbindungen des Routers zum Bereich zu beschreiben. Diese Link-State-Anzeigen werden nur in einem einzigen Bereich überschwemmt.

• Ankündigungen zu Netzwerklinks: Werden von bestimmten Routern gesendet, um alle mit dem Netzwerk verbundenen Router zu beschreiben. Diese Link-State-Anzeigen werden nur in einem einzigen Bereich überschwemmt.

• Zusammenfassung der Linkanzeigen: Werden von Area-Border-Routern gesendet, um die Routen zu beschreiben, die sie in anderen Bereichen kennen. Es gibt zwei Arten von zusammenfassenden Link-Ankündigungen: diejenigen, die verwendet werden, wenn das Ziel ein IP-Netzwerk ist, und diejenigen, die verwendet werden, wenn das Ziel ein AS-Grenzrouter ist. Zusammenfassende Linkanzeigen beschreiben Interarea-Routen, d. h. Routen zu Zielen außerhalb des Bereichs, aber innerhalb des AS. Diese Link-State-Anzeigen werden in den zugehörigen Bereichen der Werbeanzeige überschwemmt.

• Werbung für externe Verbindungen: Werden von AS-Grenzroutern gesendet, um externe Routen zu beschreiben, von denen sie wissen. Diese Link-State-Anzeigen werden im gesamten AS überschwemmt (mit Ausnahme von Stub-Bereichen).

Jeder Link-Status-Werbetyp beschreibt einen Teil der OSPF-Routingdomäne. Alle Link-State-Anzeigen werden im gesamten AS überschwemmt.

Jedes Werbepaket mit Verbindungsstatus beginnt mit einem gemeinsamen 20-Byte-Header.