PROTOKÓŁ TRASOWANIA OSPF

PROTOKÓŁ TRASOWANIA OSPF
1
Rafał Pakulski
Zespół Szkół im. ks. S. Staszica w Tarnobrzegu
PROTOKÓŁ TRASOWANIA OSPF
Streszczenie
Protokół OSPF (Open Shortest Path First) jest udoskonaleniem protokołu RIP, ponieważ pozwala na wybór ścieżki na podstawie
wieloparametrowego kryterium kosztu określanego jako routing najniższego kosztu. Trasowanie drogi jaką ma zostać przesłany pakiet zachodzi
na podstawie wielu parametrów decydujących o szybkości transmisji, kosztach, efektywności wykorzystania łączy, rodzaju użytych mediów
transmisyjnych, itp.
1. WSTĘP
OSPF (ang. Open Shortest Path First), w wolnym tłumaczeniu: "pierwszeństwo ma najkrótsza ścieżka" – protokół
trasowania typu stanu łącza (ang. Link State). Zdefiniowany został jako OSPF wersji 2 w RFC 2328 (1998) dla IPv4 [1], a
aktualizacja dla IPv6 jako OSPF wersji 3 w RFC 5340 (2008)[2].
2. FUNKCJE OSPF
•
•
•
OSPF jest protokołem wewnątrz domenowym – Interior Gateway Protocol (IGP). Zbiera informacje o stanie łącza z
dostępnych ruterów i tworzy mapę topologii sieci. Topologia ta jest przedstawiona jako tabela routingu.
OSPF wykrywa zmiany w topologii sieci, takie jak awarie łączy.
Zasady routingu OSPF do budowy tabeli trasy są regulowane przez czynniki kosztowe. Może to być odległość od rutera
(czas w obie strony), przepustowość danych łącza lub dostępność i niezawodność łącza, wyrażony jako numery wyrażane
w jednostkach. Daje to dynamiczny proces równoważenia obciążenia ruchem między trasami o jednakowym koszcie.
3. RÓŻNICE PROTOKOŁÓW OSPF ORAZ RIP
Szybki wzrost i rozwój dzisiejszych sieci popchnął RIP do granic możliwości. Protokół RIP ma pewne ograniczenia, które mogą
powodować problemy w dużych sieciach:
Protokół RIP działa na podstawie wektora odległości(ilości skoków, ruterów), natomiast protokół OSPF to protokół
routingu według stanu łącza.
• RIP ma limit 15 skoków (15 routerów) ostatni uważany jest za nieosiągalny.
• RIP nie obsługuje zmiennych długości masek podsieci (VLSM, ang. Variable Length Subnet Mask). Brak adresów IP i
VLSM, jest uważane za istotną wadę.
• Okresowe transmisje pełnej tablicy routingu protokołu RIP wymagają zarezerwowania dużej przepustowości. Jest to
poważny problem, zwłaszcza w dużych sieciach z powolnymi łączami WAN.
• RIP zbiera informacje wolniej niż OSPF. W dużych sieciach może trwać nawet do kilku minut. Routery RIP mogą nie
nadążyć zebrać pełnej tablicy routingu. Jest to nieodpowiednie w dużych środowiskach i może powodować niespójność
routingu.
• W trasowaniu RIP decyzje trasy opierają się na liczbie skoków (routerów). Zawsze jest wybierana ścieżka z najmniejszą
liczbą przeskoków do celu, nawet jeśli istnieje lepsza ścieżka, która ma większą przepustowość łącza i mniej opóźnień.
• OSPF wykorzystuje multicast IP do wysyłania aktualizacji stanu łącza. Ponadto, aktualizacje są wysyłane tylko w
przypadku zmian routingu zamiast występowania okresowo (np. w przypadku awarii łącza). Zapewnia to lepsze
wykorzystanie szerokości pasma oraz mniejsze przetwarzanie informacji na routerach.
• OSPF umożliwia logiczne definicje sieci, w których routery mogą zostać podzielone na obszary. Ogranicza to nagłą,
rozległą aktualizację stanu łącza na całej sieci (np. w przypadku awarii łącza). Zapewnia to również ograniczenie
nadawania i odbierania nadmiarowych informacji.
• Routing OSPF pozwala na uwierzytelnianie za pomocą różnych metod autoryzacji hasłem.
• OSPF pozwala na transfer i znakowanie szlaków zewnętrznych wchodzących do autonomicznego systemu. Pozwala to
śledzić trasy zewnętrzne stworzone przez protokoły zewnętrzne, takie jak BGP (ang. Border Gateway Protocol).
Niektóre akcesoria zostały wprowadzone w nowej wersji RIP o nazwie RIPv2. Dotyczy on głównie kwestii VLSM,
uwierzytelniania i usprawnienia aktualizacji routingu (multicast). RIPv2 nie jest dużym udoskonaleniem w stosunku do RIP
(obecnie RIPv1), ponieważ nadal ma ograniczenia liczby skoków i powolnego zbierania informacji.[3]
•
2
Rafał Pakulski 2015
4. KOMUNIKACJA URZĄDZEŃ KORZYSTAJĄCYCH Z PROTOKOŁU OSPF
4.1 Komunikaty OSPF
Routery korzystające z tego protokołu porozumiewają się ze sobą za pomocą pięciu komunikatów:
• Hello – nawiązywanie i utrzymywanie relacji sąsiedzkich
• database descriptions – opis przechowywanych baz danych
• requests link-state – żądanie informacji na temat stanów połączeń
• updates link-state – aktualizacja stanów połączeń
• acknowledgments links-state – potwierdzenia stanów połączeń[4]
Dwa pierwsze komunikaty są wymieniane po zainicjowaniu powiązania między połączonymi routerami. requests link-state,
komunikat ten jest wymieniany w przypadku, gdy router zorientuje się, że część jego bazy danych o topologii straciła aktualność
(np. w przypadku awarii łącza). Dwa ostatnie komunikaty służa do przesłania i potwierdzenia aktualizacji tabeli routingu.
4.2 Format pakietu protokołu OSPF
Rysunek 1: Format pakietu
protokołu OFPS[5].
Numer wersji -identyfikuje użytą wersję protokołu OSPF (v2 dla IPv4 lub v3 dla IPv6).
Typ - określa typ pakietu protokołu OSPF. Może to być jeden z pięciu komunikatów opisanych wyżej.
Długość pakietu - wskazuje całkowitą długość komunikatu w bajtach.
Identyfikator routera - identyfikuje źródło pakietu.
Identyfikator obszaru - identyfikuje obszar, do którego należy pakiet. Wszystkie pakiety OSPF są skojarzone z jednym
obszarem.
Suma kontrolna -kontroluje zawartość pakietu w celu wykrycia przekłamań.
Typ autoryzacji - wskazuje na typ autoryzacji. Wszystkie informacje wymieniane za pomocą protokołu OSPF są
autoryzowane.
Autoryzacja - zawiera informację autoryzującą, zwana także kodem autoryzacji.
Dane - zawiera obudowaną informację dla warstwy wyższej, dane o zmiennej długości[5].
4.3 Struktura OSPF
Protokół OSPF używa hierarchicznej struktury sieci z podziałem na obszary z centralnie umieszczonym obszarem zerowym (ang.
area 0), który pośredniczy w wymianie tras między wszystkimi obszarami w domenie OSPF[4]. Protokół OSPF wysyła zgłoszenia
LSA (ang. Link State Announcement) do wszystkich routerów znajdujących się w danym obszarze hierarchicznym. W
zgłoszeniach LSA są zawarte między innymi informacje o przyłączonych interfejsach i użytych miarach. Po zgromadzeniu
informacji o łączach routery, stosując algorytm SPF (ang. Shortest Path First), tzw. algorytm Dijkstra, wyznaczają najkrótszą
ścieżkę do każdego węzła.
4.3.1 Obszary
Baza danych zawiera zbiór zgłoszeń LSA pochodzących od wszystkich routerów w danym obszarze. Ponieważ routery w jednym
obszarze otrzymują tę samą informację, to ich bazy dotyczące topologii są identyczne. Toplogia obszaru jest niewidoczna dla
urządzeń znajdujących się poza nim. Podział systemów AS na obszary przyczynia się do zmniejszenia ruchu związanego z
routingiem. Wydzielenie obszarów stworzyło dwa typy routingu OSPF:
wewnętrzny – źródło i miejsce przeznaczenia znajdują się w tym samym obszarze,
zewnętrzny - źródło i miejsce przeznaczenia znajdują się w dwóch różnych obszarach[6].
PROTOKÓŁ TRASOWANIA OSPF
3
4.3.2 Trasy
default – domyślna trasa dla wszystkich pakietów, dla których docelowy adres IP lub podsieć nie zostały znalezione w tablicach
routingu;
trasy intra-area – są to trasy dla sieci lub podsieci w obrębie danego obszaru;
trasy interarea – ten typ informuje obszar o konkretnych sieciach lub podsieciach w autonomicznym systemie OSPF, ale
znajdujących się poza danym obszarem,
trasy external – są to trasy obliczone w wyniku wymiany informacji o routingu pomiędzy systemami autonomicznymi, czego
skutkiem są trasy zewnętrzne w stosunku do danego systemu autonomicznego OSPF.
5. DECYZJA O WYBORZE TRASY
Wybór trasy odbywa się na podstawie wielu czynników takich jak: szybkość i opóźnienie wprowadzane przez łącze, potrzeba
ominięcia określonych obszarów lub różnorodne priorytety. Decyzja o wyborze trasy podejmowana jest na podstawie algorytmu
SPF, który uwzględnia:
•
liczbę routerów, które musi przejść pakiet, by dotrzeć do miejsca przeznaczenia, zwaną liczbą skoków (ang. hops),
•
szybkość transmisji połączeń pomiędzy poszczególnymi systemami autonomicznymi,
•
opóźnienia spowodowane przeciążeniem sieci. Router może skierować pakiety trasą omijającą przeciążone fragmenty
sieci,
•
koszt trasy, którego miara jest określona przez administratora sieci, najczęściej oparta na rodzaju użytego medium
transmisyjnego[6].
6. PRZYKŁAD
Wyznaczanie odpowiedniej trasy pakietów polega na uwzględnieniu wielu parametrów o których decydują różne czynniki. W
przykładzie zaprezentowane będzie wyznaczanie trasy na podstawie czterech czynników.
6.1 Ilość ruterów [liczba skoków (ang. hops)]
Kolejność
Nazwy ruterów na trasie
Suma skoków
1
ACDEB
7
2
AFEB
10
3
ACB
11
3
AFB
11
4
AB
14
Tabela 1: Kolejność tras ułożona na podstawie sumy skoków.
Rysunek 2: Przykładowy schemat z oznaczonymi
ilościami skoków na każdej trasie.
6.2 Przepustowość łączy pomiędzy ruterami
Kolejność
Nazwy ruterów na trasie
Suma priorytetów
1
AFEB
5
2
AB
5
2
AFB
7
3
ACB
9
4
ACDEB
12
Tabela 2: Kolejność tras ułożona według priorytetów przepustowości.
6.3 Koszt użycia tras
Rysunek 3: Przykładowy schemat z oznaczonymi priorytetami
przepustowości.
Kolejność
Nazwy ruterów na trasie
Suma kosztów wykorzystania trasy
1
ACB
2
2
AB
4
2
AFB
4
3
AFEB
8
4
ACDEB
9
Tabela 3: Kolejność tras według kosztów użycia.
Rysunek 4: Przykładowy schemat z oznaczonymi
kosztami na każdej trasie.
4
Rafał Pakulski 2015
6.4 Priorytety według opóźnienia oraz obciążenia
Kolejność
Nazwy ruterów na trasie
Koszt wykorzystanie trasy
1
AB
3
1
ACB
3
2
AFB
5
3
ACDEB
7
4
AFEB
8
Tabela 4: Kolejność tras według opóźnień.
Rysunek 5: Przykładowy schemat z oznaczonymi
priorytetami użycia tras.
6.5 Podsumowanie przykładu
Kolejność według:
Nazwy ruterów na trasie
ilości skoków
przepustowości
kosztów
priorytetów
Suma długości każdej trasy
ACDEB
1
4
4
4
13
AFEB
3
1
3
5
12
ACB
2
3
1
1
7
AFB
3
2
2
3
10
AB
4
1
2
1
8
Tabela 5: Podsumowanie wszystkich kolejności na podstawie czterech parametrów.
Na podstawie czterech parametrów, najefektywniejszą trasą przesłania pakietów pomiędzy ruterem „A”, a ruterem „B” jest
trasa przez ruter „C”.
BIBLIOGRAFIA
[1]J. Moy: [RFC 2328 OSPF Version 2]. kwiecień 1998. [dostęp 2007-09-28]. OSPFv2.
[2] R. Coltun: [RFC 5340 OSPF for IPv6]. lipiec 2008. [dostęp 2008-07-23]. OSPFv3.
[3]http://www.cisco.com/c/en/us/support/docs/ip/open-shortest-path-first-ospf/7039-1.html
[4]https://pl.wikipedia.org/wiki/Open_Shortest_Path_First
[5]http://nss.et.put.poznan.pl/study/projekty/sieci_komputerowe/protokoly_routingu/ppt/prezentacja1.ppt
Politechnika Poznańska Instytut Elektroniki i Telekomunikacji Poznań 2001 Robert Skowroński, Janusz Woga
[6]http://kti.eti.pg.gda.pl/ktilab/RoutingDyn/Teoria.pdf
Materiały dydaktyczne do laboratorium, Politechnika Gdańska wydział elektroniki telekomunikacji i informatyki.
OSPF ROUTING PROTOCOL
Summary
OSPF (Open Shortest Path First), is an improvement RIP protocol. It allows to choose a path based on the multi parameters. Parameters
are: transmission rate, cost, the efficient use, the type of used transmission media, delays, etc.