40. Пояснить принцип работы протокола ospf.

Протокол OSPF - открытый протокол предпочтительного выбора кратчайшего пути является альтернативой RIP в качестве внутреннего протокола маршрутизации. Это протокол состояния маршрута ( используется коэффициент качества обслуживания). Каждый маршрутизатор обладает полной информацией о состоянии всех интерфейсов всех маршрутизаторов. Протокол OSPF реализован в демоне маршрутизации gated, который поддерживает также RIP и внешний протокол маршрутизации BGP.

OSPF имеет две основные черты:

1. Это открытый протокол, т.е. его спецификация общедоступна.

2. В его основе лежит алгоритм SPF или Дейкстра . OSPF является протоколом маршрутизации по состоянию канала. Это означает, что он требует отправки объявлений о состоянии канала всем остальным маршрутизаторам данной иерархической области. По мере того как маршрутизаторы OSPF накапливают сведения о состоянии канала, они используют алгоритм SPF для расчета кратчайшего маршрута к каждому узлу.

Протокол OSPF может работать по иерархическому принципу. Самым крупным объектом в этой иерархии является автономная система ( AS). AS – это набор сетей с общим администрированием и единой стратегией маршрутизации. OSPF является протоколом маршрутизации внутри AS, хотя и может принимать маршруты из других AS и отправлять маршруты в другие AS.

AS можно разделить на несколько зон. Зона – это группа смежных сетей и подключенных к ним хостов. Маршрутизаторы с несколькими интерфейсами могут принадлежать нескольким зонам. На таких маршрутизаторах, называемых граничными), хранятся отдельные базы данных топологий каждой зоны.

Разделение на зоны приводит к образованию двух различных типов маршрутизации OSPF, в зависимости от того, находятся ли источник и приемник в одной или в разных зонах. В первом случае имеет место внутризоновая, во втором – межзоновая.

Распространение маршрутной информации между зонами происходит по магистрали OSPF. В ее состав входят все граничные маршрутизаторы, сети, которые не принадлежат полностью одной из зон.

Опишем алгоритм Дикстры по выбору оптимального пути, изображенного ниже на рисунках 1 и 2.

На иллюстрированном рисунке приведена схема узлов (A-J) со значениями метрики для каждого из отрезков пути. Анализ графа начинается с узла А (Старт). Пути с наименьшим суммарным значением метрики считаются наилучшими. Именно они оказываются выбранными в результате рассмотрения графа («кратчайшие пути»).

Рисунок 1. Топология маршрутов для узла А.

Рисунок 2. Работа алгоритма Дикстры протокола OSPF.

Работа протокола OSPF.

OSPF–маршрутизаторы распространяют информацию о состоянии соединенных с ними напрямую каналов всем остальным маршрутизаторам сети посредством так называемого лавинообразного распространения информации о состоянии каналов. И хотя OSPF использует периодическое распространение обновлений информации о состоянии канала по всей сети, интервалы между обновлениями достаточно велики для того, чтобы свести объем административного трафика к минимуму. Получив сообщение о состоянии канала (LSA ) от соседнего устройства, OSPF – маршрутизатор отправит его на все свои интерфейсы, обеспечивая тем самым получение данного LSA оставшимися OSPF–маршрутизаторами сети.

Как только маршрутизаторы OSPF–сети получили все обновления информации о состоянии каналов, они просчитывают кратчайший путь к каждому пункту назначения сети с помощью алгоритма предпочтительного выбора кратчайшего пути. Для обеспечения гарантированной доставки объявлений о состоянии каналов и создания иерархии областей в протоколе OSPF используется механизм взаимоотношения соседних маршрутизаторов.

Качество сервиса (QOS) может характеризоваться различными параметрами , но определяющими является три характеристики: задержка, пропускная способность и надежность.

Для транспортных целей OSPF использует IP непосредственно, т.е. не привлекает протоколы UDP или TCP. Код TOS в IP –пакетах, содержащих OSPF–сообщения, равен нулю, значение TOS здесь задается в самих пакетах OSPF. Маршрутизация в этом протоколе определяется IP–адресом и типом сервиса. Т.к. протокол не требует инкапсуляции пакетов, сильно облегчается управление сетями со сложной топологией. Автономная система может быть поделена на отдельные области, каждая из которых становится объектом маршрутизации, а внутренняя структура снаружи не видна. Этот прием позволяет значительно сократить необходимый объем маршрутной базы данных. В OSPF используется термин опорной сети для коммуникаций между выделенными областями. В пределах выделенной области может работать свой протокол маршрутизации.

При передаче OSPF–пакетов фрагментация не желательна, но не запрещается. Для передачи статусной информации OSPF использует широковещательные сообщения HELLO. Для повышения безопасности предусмотрена авторизация процедур. OSPF – протокол требует резервирования двух мультикастинг–адресов:

224.0.0.5 – предназначен для обращения ко всем маршрутизаторам, поддерживающим этот протокол.

224.0.0.6 – служит для обращения к специально выделенному маршрутизатору.

Любое сообщение OSPF начинается с 24–октета.

Версия - определяет версию протокола (=2).

Тип - идентифицирует функцию сообщения ( Hello, описание базы данных, запрос состояния канала и т.д. )

Длина пакета - определяет длину блока в октетах, включая заголовок.

Идентификатор области – 32-битный код, идентифицирующий область, которой данный пакет принадлежит. Все OSPF – пакеты ассоциируются с той или иной областью. Большинство из них не преодолевает более одного шага. Пакеты, путешествующие по виртуальным каналам, помечаются идентификатором опорной области 0.0.0.0.

Контрольная сумма - содержит контрольную сумму IP–пакета, включая поле типа идентификации. Это поле проверяет содержимое всего пакета для выявления потенциальных повреждений при передаче. Контрольное суммирование производится по модулю 1.

Тип идентификации - может принимать значения 0 при отсутствии контроля доступа, и 1 при наличии контроля.

Рассмотрим протокол OSPF используемий сообщение типа Hello для взаимообмена данными между соседними маршрутизаторами.

Сетевая маска - соответствует маске субсети данного интерфейса.

Время между Hello - содержит значение времени в секундах, между сообщениями Hello.

Опции - характеризует возможности, которые предоставляет данный маршрутизатор. Особую роль в этом поле играют младшие биты Е и Т:

- Бит Е характеризует возможность внешней маршрутизации. Используется только в сообщениях HELLO, в остальных обнулен. Если Е=0, то данный маршрутизатор не будет посылать или принимать маршрутную информацию от внешних, автономных систем.

- Бит Т определяет сервисные возможности маршрутизатора (TOS). Если Т=0, это означает, что маршрутизатор поддерживает только один вид услуг (TOS=0) и он не пригоден для маршрутизации с учетом вида услуг. Такие маршрутизаторы, как правило, не используются для транзитного трафика.

Приоритет - определяет уровень приоритета маршрутизатора, используется при выборе резервного маршрутизатора. Если приоритет равен нулю, данный маршрутизатор никогда не будет не использован в качестве резервного.

Время отключения маршрутизатора - определяет временной интервал в секундах, по истечению которого «молчащий» маршрутизатор считается вышедшим из строя. IP-адреса маршрутизаторов, записанные в последующих полях, указывают место, куда следует послать данное сообщение.

IP-адрес соседа N - образуют список адресов соседних маршрутизаторов, откуда за последнее время были получены сообщения Hello.

Маршрутизаторы обмениваются сообщениями из баз данных OSPF, чтобы инициализировать, а в дальнейшем актуализировать свои базы данных, характеризующие топологии сети. Обмен происходит в режиме клиент–сервер. Клиент подтверждает получение каждого сообщения.

Поля, начиная с типа канала, повторяются для каждого описания канала. Так как размер базы данных может быть велик, ее содержимое может пересылаться по частям. Для реализации этого используются биты I и M. Бит I устанавливается в 1 в стартовом сообщении, а бит М принимает единичное состояние для сообщения, которое является продолжением. Бит S определяет то, кем послано сообщение (S=1 для сервера, S=0 для клиента, этот бит иногда имеет имя MS).

Номер сообщения по порядку - служит для контроля пропущенных блоков. Первое сообщение содержит в этом поле случайное целое число М, последующие М+1, М+2, … М+1.

Тип канала - может принимать следующие значения: описание каналов маршрутизатора или сетевых каналов или внешних связей автономной системы или сводное описание каналов.

Идентификатор канала - определяет его характер. Идентификатором может быть IP–адрес маршрутизатора или сети.

Порядковый номер канала - позволяет маршрутизатору контролировать порядок прихода сообщений и их потерю.

Возраст канала - определяет время в секундах с момента установления связи.

После обмена сообщениями с соседями маршрутизатор может выяснить, что часть данных в его базе устарела. Он может послать своим соседям запрос, с целью получения свежей маршрутной информации о каком–то конкретном канале связи. Сосед, получивший запрос, высылает необходимую информацию.

Заголовок OSPF типа 3 24 октета

Тип канала

Идентификатор канала

Маршрутизатор, объявляющий о канале

…

Формат OSPF–запроса маршрутной информации

Три поля этого запроса повторяются согласно числу каналов, информация о которых запрашивается. Если список достаточно длинен, может потребоваться несколько запросов.

Сообщения об изменениях маршрутов могут быть вызваны следующими причинами:

- Возраст маршрута достиг предельного значения).

- Изменилось состояние интерфейса.

- Произошли изменения в маршрутной сети.

- Произошло изменение состояния одного из соседних маршрутизаторов.

- Изменилось состояние одного из внутренних маршрутов (появление нового, исчезновение старого и т.д.).

- Изменение состояния межзонного маршрута.

- Появление нового маршрутизатора, подключенного к сети.

- Вариация виртуального маршрута одним из маршрутизаторов.

- Возникли изменения одного из внешних маршрутов.

- Маршрутизатор перестал быть пограничным для данной AS.

Маршрутизатор, получивший OSPF – пакет, посылает подтверждение приема.

Заголовок OSPF типа 5, 24 октета

Заголовок типа «объявление состояния канала» 20 октетов

Формат сообщения о получении OSPF–пакета

Маршрутная таблица OSPF содержит в себе:

- IP–адрес места назначения и маску;

- Тип места назначения (сеть, граничный маршрутизатор и т.д.);

- Тип функции (возможен набор маршрутизаторов для каждой из функций TOS);

- Область (описывает область, связь с которой ведет к цели, возможно несколько записей данного типа, если области действия граничных маршрутизаторов перекрываются);

- Тип пути (характеризует путь как внутренний, межобластной или внешний, ведущий к AS);

- Цена маршрута до цели;

- Очередной маршрутизатор, куда следует послать дейтограмму;

- Объявляющий маршрутизатор (используется для межобластных обменов и для связей автономных систем друг с другом).

Дополнительные функции OSPF:

1. Маршрутизация по принципу равных затрат.

2. Многотрактовая маршрутизация.

3. Маршрутизация на базе запросов типа обслуживания высшего уровня .

OSPF обладает многими преимуществами, такими как низкий объем административного трафика и быструю сходимость.