Einführung in OSPF

OSPF-Standardroutenpräferenzwerte

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 von 0 bis 4.294.967.295 (232 – 1), wobei ein niedrigerer Wert eine bevorzugte Route anzeigt. Tabelle 1 listet die Standardwerte für OSPF auf.

OSPF-Routing-Algorithmus

OSPF verwendet den SPF-Algorithmus (Shortest Path First), auch als Dijkstra-Algorithmus bezeichnet, 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 gestartet wird, initialisiert es OSPF und wartet auf Hinweise von niedrigeren Protokollen, dass die Routerschnittstellen funktionsfähig sind. Das Routinggerät verwendet dann das OSPF hello-Protokoll, um Nachbarn zu erfassen, indem es Hallo-Pakete an seine Nachbarn sendet und deren Hallo-Pakete empfängt.

In Broadcast- oder Non-Broadcast-Multiaccess-Netzwerken (physische Netzwerke, die die Anbindung von mehr als zwei Routing-Geräten unterstützen) wählt das OSPF hello-Protokoll einen speziellen Router für das Netzwerk. Dieses Routing-Gerät ist für das Senden von Link-State-Ankündigungen (LSAs) verantwortlich, die das Netzwerk beschreiben, wodurch der Netzwerkverkehr und die Größe der topologischen Datenbanken der Routing-Geräte reduziert werden.

Das Routinggerät versucht dann, Mit einigen seiner neu erworbenen Nachbarn Nachbarschaften zu bilden. (In Multiaccess-Netzwerken bilden nur der designierte Router und der Backup-Router Zusammenführungen mit anderen Routing-Geräten.) Adjacencies bestimmen die Verteilung von Routing-Protokollpaketen. Routing-Protokollpakete werden nur bei Adjacencies gesendet und empfangen, und topologische Datenbankaktualisierungen werden nur über Adjacencies gesendet. Wenn Adjacencies eingerichtet sind, synchronisieren Paare benachbarter Router ihre topologischen Datenbanken.

Ein Routinggerät sendet LSA-Pakete, um seinen Status in regelmäßigen Abständen ankündigen zu können und wenn sich sein Zustand ändert. Diese Pakete enthalten Informationen über die Adjacencies des Routing-Geräts, die die Erkennung von nichtbetrieblichen Routing-Geräten ermöglichen.

Mit einem zuverlässigen Algorithmus überflutet das Routing-Gerät LSAs im gesamten Bereich, wodurch sichergestellt wird, dass alle Routing-Geräte in einem Bereich genau die gleiche topologische Datenbank haben. Jedes Routing-Gerät verwendet die Informationen in seiner topologischen Datenbank, um einen Baum für den kürzesten Pfad zu berechnen, der sich selbst als Wurzel dient. Das Routing-Gerät verwendet diese Struktur dann, um den Netzwerkverkehr zu routen.

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

Autonome System-Router (AS) überfluten Informationen über externe autonome Systeme im gesamten AS, mit Ausnahme von Stubbereichen. Area Border Router sind für die Werbung der Pfade zu allen AS-Boundary-Routern 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 angrenzenden OSPF-Schnittstellen an. Der Austausch von LSAs stellt die bidirektionale Konnektivität zwischen allen benachbarten OSPF-Schnittstellen (Nachbarn) mithilfe eines Drei-Wege-Handshake her, wie in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1: OSPF-Drei-Wege-Handshake

In Abbildung 1 sendet Router A pakete aller OSPF-fähigen Schnittstellen, wenn er online ist. Router B empfängt das Paket, das feststellt, dass Router B Datenverkehr von Router A empfangen kann. Router B generiert eine Antwort auf Router A, um den Erhalt des Hallo-Pakets zu bestätigen. Wenn Router A die Antwort erhält, 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 bestehende Nachbarn die Konnektivität verlieren, werden die Nachbarschaften in der Topologiekarte durch den Austausch (oder das Fehlen) von LSAs entsprechend geändert. Diese LSAs veröffentlichen nur die inkrementellen Änderungen im Netzwerk, wodurch die Menge des OSPF-Datenverkehrs im Netzwerk minimiert wird. Die Adjacencies werden gemeinsam genutzt und zum Erstellen der Netzwerktopologie in der topologischen Datenbank verwendet.

OSPF-Version 3

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

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

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

• Router- und Network Link-State-Ankündigungen (LSAs) übertragen keine Präfixinformationen.

• Zwei neue LSA-Typen sind enthalten: Link-LSA und Intra-Area-Prefix-LSA.

• Die Flooding-Bereiche sind wie folgt:

  • Link-lokal

  • Bereich

  • ALS

• Link-lokale Adressen werden für alle Nachbarn mit Ausnahme virtueller Verbindungen verwendet.

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

• Das Paketformat hat sich wie folgt geändert:

  • VersionSnummer 2 ist jetzt Version Nummer 3.

  • Das Db-Optionsfeld wurde auf 24 Bits erweitert.

  • Authentifizierungsinformationen wurden entfernt.

  • Hallo Nachrichten haben keine Adressinformationen.

  • Zwei neue Optionsbits sind enthalten: R und V6.

• Zusammenfassungs-LSAs des Typs 3 wurden in Inter-Area-Prefix-LSAs umbenannt.

• Typ 4 Summary 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 einen virtuellen Link übertragen werden, werden mit der Backbone-Bereichs-ID 0.0.0 gekennzeichnet. .

• Prüfsumme – Fletcher-Prüfsumme.

• Authentifizierung – (nur OSPFv2) Authentifizierungsschema und Authentifizierungsinformationen.

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

Hallo Pakete

Router senden regelmäßig Hallo-Pakete auf allen Schnittstellen, einschließlich virtueller Verbindungen, um Nachbarschaftsbeziehungen aufzubauen und aufrechtzuerhalten. Hallo Pakete sind Multicast in physischen Netzwerken, die eine Multicast- oder Broadcast-Funktion haben, die eine dynamische Erkennung benachbarter Router ermöglicht. (In Nicht-Broadcast-Netzwerken ist die dynamische Nachbarnerkennung nicht möglich. Sie müssen also alle Nachbarn statisch konfigurieren, wie in Beispiel beschrieben: Konfigurieren einer OSPFv2-Schnittstelle in einem Nonbroadcast Multiaccess-Netzwerk.)

Hallo Pakete bestehen aus dem OSPF-Header plus den folgenden Feldern:

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

• Hallo Intervall: Wie oft sendet der Router Hallo-Pakete. Alle Router in einem gemeinsam genutzten Netzwerk müssen das gleiche Hallo-Intervall verwenden.

• Optionen: Optionale Funktionen des Routers.

• Routerpriorität: Die Priorität des Routers, die zum designierten Router wird.

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

• Designated Router – IP-Adresse des angegebenen Routers.

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

• Neighbor: IP-Adressen der Router, von denen gültige Hallo-Pakete innerhalb der vom Toten Intervall des Routers angegebenen Zeit empfangen wurden.

Datenbankbeschreibungspakete

Bei der Initialisierung einer Adjacency 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-Ankündigung.

Anfragepakete für Verbindungsstatus

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

Aktualisierungspakete für Verbindungsstatus

Link-State-Update-Pakete tragen einen oder mehrere Link-Status-Ankündigungen einen Hop weiter von ihrem Ursprung entfernt. Der Router multicasts (überflutet) diese Pakete in physischen Netzwerken, die Multicast- oder Broadcast-Modus unterstützen. Der Router erkennt alle Aktualisierungspakete des Verbindungszustands und sendet, wenn eine erneute Übertragung erforderlich ist, die erneut übertragenen Ankündigungen Unicast.

Aktualisierungspakete für den Verbindungsstatus bestehen aus dem OSPF-Header und den folgenden Feldern:

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

• Link-State-Ankündigungen: Die Link-State-Ankündigungen selbst.

Verbindungsstatusbestätigungspakete

Der Router sendet Verbindungsstatusbestätigungspakete als Antwort auf Link-State-Aktualisierungspakete, um zu überprüfen, ob die Update-Pakete erfolgreich empfangen wurden. Ein einzelnes Bestätigungspaket kann Antworten auf mehrere Update-Pakete enthalten.

Verbindungsstatusbestätigungspakete bestehen aus dem OSPF-Header und dem Link-State-Ankündigungs-Header.

Pakettypen für Link-State-Ankündigung

Verbindungsstatusanfrage, Link-Status-Aktualisierung und Link-Status-Bestätigungspakete werden verwendet, um Verbindungsstatus-Ankündigungspakete zuverlässig zu überfluten. OSPF sendet die folgenden Arten von Link-Status-Ankündigungen:

• Ankündigungen für Routerlinks: Werden von allen Routern gesendet, um den Zustand und die Kosten der Routerverbindungen zu diesem Bereich zu beschreiben. Diese Link-State-Ankündigungen werden nur in einem einzigen Bereich überflutet.

• Ankündigungen von Netzwerklinks: Werden von bestimmten Routern gesendet, um alle router zu beschreiben, die an das Netzwerk angeschlossen sind. Diese Link-State-Ankündigungen werden nur in einem einzigen Bereich überflutet.

• Ankündigungen von Zusammenfassungslinks: Werden von Routern an Bereichsgrenzen gesendet, um die Routen zu beschreiben, die sie in anderen Bereichen kennen. Es gibt zwei Arten von Ankündigungen für Zusammenfassungslinks: diejenigen, die verwendet werden, wenn das Ziel ein IP-Netzwerk ist, und diejenigen, die verwendet werden, wenn das Ziel ein AS-Boundary-Router ist. Zusammenfassende Link-Ankündigungen beschreiben interarea-Routen, das heißt Routen zu Zielen außerhalb des Bereichs, aber innerhalb des AS. Diese Link-State-Ankündigungen werden in den zugehörigen Bereichen der Werbung überflutet.

• Ankündigung externer Links: Werden von AS-Boundary-Routern gesendet, um externe Routen zu beschreiben, die ihnen bekannt sind. Diese Link-State-Ankündigungen werden im gesamten AS überflutet (mit Ausnahme von Stub-Bereichen).

Jeder Verbindungsstatus-Ankündigungstyp beschreibt einen Teil der OSPF-Routingdomäne. Alle Link-State-Ankündigungen werden im gesamten AS überflutet.

Jedes Link-State-Ankündigungspaket beginnt mit einem gemeinsamen 20-Byte-Header.