OSPF

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă revizuită de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 13 noiembrie 2018; verificările necesită 34 de modificări .

OSPF
Nume	Deschide cel mai scurt drum prima data
Nivel (conform modelului OSI )	reţea
Familie	TCP/IP
Creat în	1988
Port/ID	89 [1]
Scopul protocolului	Protocolul de rutare dinamică
Specificație	RFC 2328
Principalele implementări (clienți)	OpenOSPFD , GNU Zebra , Quagga , Cisco IOS , Mikrotik RouterOS
Implementări de bază ( servere )	OpenOSPFD, GNU Zebra, Quagga, Cisco IOS, Mikrotik RouterOS, HP Comware
Fișiere media la Wikimedia Commons

OSPF ( English  Open Shortest Path First ) este un protocol de rutare dinamic bazat pe tehnologia link-state și care utilizează algoritmul Dijkstra pentru a găsi cea mai scurtă cale .

Protocolul OSPF a fost dezvoltat de IETF în 1988. Cea mai recentă versiune a protocolului este furnizată în RFC 2328 (1998). OSPF este un Protocol Gateway Interior ( IGP ). Protocolul OSPF distribuie informații despre rutele disponibile între routere din același sistem autonom .

OSPF are următoarele beneficii:

• Rată de convergență ridicată în comparație cu protocoalele de rutare cu vector de distanță ;
• Suport pentru măști de rețea cu lungime variabilă ( VLSM ) ;
• Utilizarea optimă a lățimii de bandă cu construirea unui arbore cu cele mai scurte căi.

Terminologia OSPF

• Interfață (interfață) - conexiune a routerului și a uneia dintre rețelele conectate la acesta. Când discutăm despre OSPF, termenii interfață și link (link) sunt adesea folosiți în mod interschimbabil.
• Link-state advertising (LSA) - O reclamă descrie toate legăturile routerului, toate interfețele și starea legăturilor.
• Link state - starea legăturii între două routere; actualizările se fac folosind pachete LSA.
• Valoarea (metrica) este un indicator condiționat al „costului” de trimitere a datelor pe un canal.
• Un sistem autonom este un set de rețele aflate sub un singur control administrativ care oferă o politică comună de rutare pentru toate routerele incluse în sistemul autonom. De obicei, un sistem autonom este gestionat de un singur ISP. Sistemul autonom folosește protocoalele interne IGP gateway (RIP, OSPF și IS-IS).
• Zone (zonă) - o colecție de rețele și routere care au același ID de zonă.
• Vecini - routere care au interfețe într-o rețea (zonă) comună.
• O stare de adiacență este o relație între anumite rutere învecinate stabilită în scopul schimbului de informații de rutare.
• Hello protocol (hello protocol) - folosit pentru a menține relațiile cu vecinii.
• Baza de date vecini - Lista tuturor vecinilor.
• Link State Database (LSDB) - O listă a tuturor înregistrărilor privind starea legăturilor. Există și termenul de bază de date topologică (bază de date topologică), folosit ca sinonim pentru baza de date cu starea legăturii.
• ID-ul routerului (RID) este un număr unic de 32 de biți care identifică în mod unic un router în cadrul aceluiași sistem autonom.

Descrierea modului în care funcționează protocolul

Principiul de funcționare este următorul:

1. După pornirea routerelor, protocolul caută vecini conectați direct și stabilește relații „prietenoase” cu aceștia.
2. Apoi schimbă între ei informații despre rețelele conectate și disponibile pentru ei. Adică, ei construiesc o hartă a rețelei (topologie de rețea). Acest card este același pe toate routerele.
3. Pe baza informațiilor primite, este lansat algoritmul SPF (Shortest Path First, „alegerea celei mai bune căi”), care calculează cea mai bună rută către fiecare rețea. Acest proces este similar cu construirea unui arbore, a cărui rădăcină este routerul însuși, iar ramurile sunt căile către rețelele disponibile. Acest proces, adică convergența, are loc foarte repede.

Tipuri de rețea acceptate de OSPF

• Rețele de difuzare cu acces multiplu ( Ethernet , Token Ring )
• Punct la punct (T1, E1, dial-up)
• Rețele cu acces multiplu fără difuzare (NBMA) ( Frame Relay )

Router dedicat (DR) și router dedicat de rezervă (BDR)

În rețelele cu acces multiplu, se stabilesc relații de vecinătate între toate routerele. Dacă toate routerele din statul vecin ar face schimb de informații topologice, acest lucru ar duce la trimiterea unui număr mare de copii ale LSA. Dacă, de exemplu, numărul de routere dintr-o rețea cu acces multiplu este n , atunci se vor stabili n(n-1)/2 relații de vecinătate. Fiecare router va trimite n-1 LSA-uri către vecinii săi, plus un LSA pentru rețea, rezultând ca rețeaua să genereze n² LSA.

Un router dedicat (DR) și un router dedicat de rezervă (BDR) sunt selectate pentru a evita problema distribuției copiei LSA în rețelele cu acces multiplu.

Router desemnat (DR) - gestionează procesul de distribuție LSA în rețea. Fiecare router din rețea stabilește o relație de adiacență cu DR. Informațiile despre modificările din rețea sunt trimise de către routerul care detectează această modificare către routerul desemnat, care, la rândul său, este responsabil pentru a se asigura că aceste informații sunt trimise către restul routerelor din segmentul multi-acces.

Dezavantajul lucrului cu un router DR este că atunci când eșuează, trebuie selectat un nou DR. Trebuie formate noi relații de vecini și până când bazele de date ale routerului sunt sincronizate cu baza de date a noului DR, rețeaua nu va fi disponibilă pentru a transmite pachete. Pentru a elimina acest neajuns, se alege BDR.

Backup de router desemnat (BDR). Fiecare router din rețea stabilește relații de vecin nu numai cu DR-ul, ci și cu BDR-ul. DR și BDR stabilesc, de asemenea, relații de vecinătate între ele. Când DR eșuează, BDR devine DR și își îndeplinește toate funcțiile. Deoarece routerele din rețea au stabilit relații de vecin cu BDR, timpul de nefuncționare a rețelei este minimizat.

Un router ales ca DR sau BDR într-o rețea de acces multiplu atașată poate să nu fie un DR (BDR) într-o altă rețea de acces multiplu atașată. Role DR (BDR) este o proprietate a unei interfețe, nu o proprietate a întregului router. Cu alte cuvinte, pe fiecare segment de acces multiplu (de exemplu, un segment de comutare Ethernet) pe care comunică două sau mai multe routere OSPF, procesul de selectare și atribuire a rolurilor DR/BDR are loc independent de alte segmente de acces multiplu.

Temporizatoare de protocol

• HelloInterval  - Interval de timp în secunde după care routerul trimite următorul pachet salut de la interfață. Pentru rețelele de difuzare și punct la punct, valoarea implicită este de obicei 10 secunde. Pentru rețelele care nu sunt difuzate cu acces multiplu, valoarea implicită este de 30 de secunde.
• RouterDeadInterval  - Intervalul de timp în secunde după care vecinul va fi considerat „mort”. Acest interval trebuie să fie un multiplu al HelloInterval. De regulă, RouterDeadInterval este egal cu 4 intervale pentru trimiterea pachetelor de salut, adică 40 de secunde.
• Wait Timer  - Interval de timp în secunde după care routerul selectează un DR în rețea. Valoarea sa este egală cu valoarea intervalului RouterDeadInterval.
• RxmtInterval  - Interval de timp în secunde după care routerul va retrimite un pachet pentru care nu a primit o confirmare de primire (de exemplu, pachet de descriere a bazei de date sau pachete de cerere de stare a legăturii). Acest interval se mai numește și interval de retransmitere. Valoarea intervalului este de 5 secunde.

Tipuri de router

Un router intern  este un router ale cărui interfețe aparțin aceleiași zone. Aceste routere au o singură bază de date cu starea legăturii.

Router de frontieră de zonă (ABR)  - conectează una sau mai multe zone la zona principală și acționează ca o poartă de acces pentru traficul inter-zonă. Un router de frontieră are întotdeauna cel puțin o interfață care aparține zonei backbone. Pentru fiecare zonă atașată, routerul menține o bază de date separată cu starea legăturii.

Un router backbone  este un router care are întotdeauna cel puțin o interfață în zona backbone. Definiția este similară cu un router de frontieră, totuși un router principal nu este întotdeauna un router de frontieră. Un router intern ale cărui interfețe aparțin zonei nule este, de asemenea, o coloană vertebrală.

Un router de limită AS (ASBR)  este un router cu un port în domeniul protocolului OSPF și altul în domeniul oricăruia dintre protocoalele gateway interne (cum ar fi RIP sau EIGRP). Un router de frontieră cu sistem autonom poate fi amplasat oriunde în sistemul autonom și poate fi fie un router de frontieră, fie un router backbone.

Tipuri de publicitate de stat link (LSA)

Type 1 LSA - Router LSA  - anunț despre starea legăturilor routerului. Aceste LSA sunt propagate de toate routerele. LSA conține o descriere a tuturor legăturilor de ruter și a costului fiecărei legături. Distribuit numai în aceeași zonă.

Type 2 LSA - Network LSA  - anunț privind starea legăturilor de rețea. DR distribuit în rețele cu acces multiplu. LSA conține o descriere a tuturor routerelor atașate la rețea, inclusiv DR. Distribuit numai în aceeași zonă.

Type 3 LSA - Network Summary LSA  - un anunț rezumat al stării legăturilor de rețea. Anunțul este distribuit de ruterele de frontieră. Anunțul descrie doar rute către rețele din afara zonei și nu descrie rute în cadrul sistemului autonom. Routerul de frontieră trimite o reclamă separată pentru fiecare rețea pe care o cunoaște.

Când un router primește un LSA rezumat rețea de la un router de frontieră, nu rulează algoritmul de calcul al căii celei mai scurte. Routerul adaugă pur și simplu la costul rutei specificat în LSA costul rutei către routerul de frontieră. Ruta către rețea prin routerul de frontieră este apoi plasată în tabelul de rutare.

Tip 4 LSA - Rezumat ASBR LSA - Anunț  rezumat al stării legăturii ASBR. Anunțul este distribuit de ruterele de frontieră. ASBR Summary LSA diferă de Network Summary LSA prin aceea că informațiile nu sunt distribuite despre rețea, ci despre routerul de frontieră al sistemului autonom.

Tip 5 LSA - AS External LSA  - anunțarea stării canalelor externe ale sistemului autonom. Anunțul este distribuit de ruterul de frontieră AS în întreaga AS. Anunțul descrie rute care sunt externe unui AS OSPF sau rute implicite care sunt externe unui AS OSPF.

Type 6 LSA - Multicast OSPF LSA  - Un LSA specializat pe care aplicațiile OSPF multicast îl folosesc (neimplementat de Cisco).

LSA de tip 7 - AS LSA extern pentru NSSA  - anunțuri despre starea canalelor externe ale sistemului autonom în zona NSSA. Acest anunț poate fi difuzat numai în zona NSSA. La limita zonei, routerul de frontieră traduce LSA de tip 7 într-un LSA de tip 5.

Type 8 LSA - Link LSA  - face publicitate adresa locală a link-ului și prefixul(ele) routerului către toate routerele care partajează legătura (link). Trimis numai dacă există mai mult de un router pe link. Distribuiți numai în cadrul canalului (link).

Type 9 LSA - Hărți LSA cu prefix intra-zonă  : listă de prefixe IPv6 și router către Router LSA, listă de prefixe IPv6 și rețea de tranzit către Network LSA. Distribuit numai în aceeași zonă.

Tipuri de zone

Când un sistem autonom este împărțit în zone, routerele aparținând unei zone nu cunosc topologia detaliată a altor zone.

Împărțirea în zone permite:

• Reduceți sarcina procesorului routerelor prin reducerea numărului de recalculări folosind algoritmul OSPF
• Reduceți dimensiunea tabelelor de rutare
• Reduceți numărul de pachete de actualizare a stării canalului

Fiecărei zone i se atribuie un ID de zonă. Identificatorul poate fi specificat în format zecimal sau în format de notare a adresei IP . Cu toate acestea, ID-urile zonei nu sunt adrese IP și pot corespunde oricărei adrese IP atribuite.

Există mai multe tipuri de zone:

Zona coloanei vertebrale

Zona backbone (cunoscută și ca zonă nulă sau zona 0.0.0.0) formează nucleul rețelei OSPF. Toate celelalte zone sunt conectate la acesta, iar rutarea inter-zonă are loc printr-un router conectat la zona backbone. Zona backbone este responsabilă pentru distribuirea informațiilor de rutare între zonele non-backbone. Zona coloanei vertebrale trebuie să fie adiacentă altor zone, dar nu trebuie să fie adiacentă fizic; conexiunea la zona backbone poate fi stabilită și folosind circuite virtuale.

Zona standard

O zonă normală care este creată implicit. Această zonă primește actualizări ale canalelor, rute rezumate și rute externe.

Zona stub

O zonă stub nu acceptă informații de rută externe pentru un sistem autonom, dar acceptă rute din alte zone. Dacă routerele din zona stub trebuie să transmită informații în afara graniței AS, ele folosesc ruta implicită. Un ASBR nu poate locui într-o zonă stub.

Zona total stubby

Zona total stubby nu acceptă informații despre rute externe pentru sistemul autonom și rute din alte zone. Dacă routerele trebuie să trimită informații în afara zonei, folosesc ruta implicită. Tip de zonă Cisco-proprietar.

Zona nu atât de stubby (NSSA)

O zonă NSSA definește un tip LSA suplimentar, LSA tip 7. Un ASBR poate locui într-o zonă NSSA.

Format pachet OSPF

Pachetul OSPF este încapsulat direct în câmpul de date al pachetului IP . Valoarea câmpului de protocol de nivel superior din antetul datagramei IP pentru OSPF este 89.

Antetul pachetului

Octet	0	unu	2	3	patru	5	6	7	opt	9	zece	unsprezece	12	13	paisprezece	cincisprezece	16	17	optsprezece	19	douăzeci	21	22	23	24	25	26	27	28	29	treizeci	31
0-3	versiune								tip								lungimea pachetului
4-7	ID router
8-11	ID zona
12-15	Sumă de control																Tip de autentificare
16-19	Autentificare
20-23

• Versiune - numărul versiunii protocolului OSPF, versiunea curentă a OSPF pentru rețele IPv4 este 2;
• Tip - tip de pachet OSPF;
• Lungimea pachetului - lungimea pachetului, inclusiv antetul;
• Router ID - ID router, un număr unic de 32 de biți care identifică routerul în cadrul sistemului autonom;
• Area ID - identificator de zonă pe 32 de biți;
• Sumă de control - câmp sumă de control, calculat pentru întregul pachet, inclusiv antetul;
• Tip de autentificare - tip de schemă de autentificare utilizată , valori posibile:
  • 0 - nu se utilizează autentificare
  • 1 - autentificare text clar
  • 2 - Autentificare MD5
• Autentificare - Câmp de date de autentificare.

Buna pachet

Pachetul salut este conceput pentru a stabili și menține relații cu vecinii. Pachetul este trimis periodic către toate interfețele routerului.

Octet	0	unu	2	3	patru	5	6	7	opt	9	zece	unsprezece	12	13	paisprezece	cincisprezece	16	17	optsprezece	19	douăzeci	21	22	23	24	25	26	27	28	29	treizeci	31
0-3	versiune								Tip = 1								lungimea pachetului
4-7	ID router
8-11	ID zona
12-15	Sumă de control																Tip de autentificare
16-19	Autentificare
20-23
24-27	masca de retea
28-31	salut interval																Opțiuni								prioritatea routerului
32-35	Interval mort al routerului
36-39	Router desemnat
40-43	Backup router desemnat
44-47	ID vecin
…	…

• Network mask - masca de retea a interfetei prin care este trimis pachetul hello;
• Hello interval - un interval care stabilește frecvența de trimitere a mesajelor de salut pentru a descoperi vecinii într-un sistem autonom, pentru un LAN valoarea implicită este de 10 secunde;
• Opțiuni - câmpul de opțiuni de 8 biți, descrie capacitățile routerului;
• Router priority — prioritatea routerului, număr de 8 biți care simbolizează prioritatea routerului atunci când sunt selectate DR ( Router desemnat ) și BDR ( Router desemnat de rezervă ) ;  
• Router dead interval - perioada de timp în care routerul așteaptă un răspuns de la vecinii săi;
• Router desemnat (DR) - adresa IP a DR;
• Backup designated router (BDR) - adresa IP BDR;
• ID vecin - ID vecin. Lista este alcătuită din ID-uri de vecin de la care routerul a primit pachete salut în timpul specificat în câmpul de interval mort al routerului;

Descrierea bazei de date

Pachetul Descrierea bazei de date descrie conținutul bazei de date cu starea legăturii. Pachetele sunt schimbate când se stabilește starea de vecinătate.

Octet	0	unu	2	3	patru	5	6	7	opt	9	zece	unsprezece	12	13	paisprezece	cincisprezece	16	17	optsprezece	19	douăzeci	21	22	23	24	25	26	27	28	29	treizeci	31
0-3	versiune								Tip = 2								lungimea pachetului
4-7	ID router
8-11	ID zona
12-15	Sumă de control																Tip de autentificare
16-19	Autentificare
20-23
24-27	Interfață MTU																Opțiuni								0	0	0	0	0	eu	M	DOMNIȘOARĂ
28-31	DD numărul de ordine

• Interfață MTU - dimensiunea în octeți a celei mai mari datagrame IP care poate fi trimisă prin această interfață fără fragmentare;
• I-bit - setat pentru primul pachet din secvență;
• M-bit - indică prezența pachetelor suplimentare ulterioare;
• MS-bit - setat pentru master, resetat pentru slave;
• Numărul de secvență DD - în pachetul inițial este setat la o valoare unică, la transferul fiecărui pachet ulterior crește cu unu până când se transferă întreaga bază de date;
• Antetele LSA sunt o serie de anteturi ale bazei de date cu starea legăturii.

Solicitare de stat link

Pachetul Link State Request este conceput pentru a solicita o parte din baza de date a routerului vecin.

Octet	0	unu	2	3	patru	5	6	7	opt	9	zece	unsprezece	12	13	paisprezece	cincisprezece	16	17	optsprezece	19	douăzeci	21	22	23	24	25	26	27	28	29	treizeci	31
0-3	versiune								tip=3								lungimea pachetului
4-7	ID router
8-11	ID zona
12-15	Sumă de control																Tip de autentificare
16-19	Autentificare
20-23
24-27	Tip L.S
28-31	ID-ul stării conexiunii
32-35	Router de publicitate
…	…

• LS Type este tipul de anunț de stare a legăturii;
• Link State ID - identificatorul domeniului de rutare;
• Publicitate ID router al routerului care a creat anunțul pentru starea legăturii.

Actualizare stare link

Pachetul Link State Update este conceput pentru a trimite anunțuri despre starea legăturii. Pachetul este trimis la adresa multicast per hop .

Octet	0	unu	2	3	patru	5	6	7	opt	9	zece	unsprezece	12	13	paisprezece	cincisprezece	16	17	optsprezece	19	douăzeci	21	22	23	24	25	26	27	28	29	treizeci	31
0-3	versiune								Tip = 4								lungimea pachetului
4-7	ID router
8-11	ID zona
12-15	Sumă de control																Tip de autentificare
16-19	Autentificare
20-23
24-27	Numărul de LSA
	LSA

• Număr de LSA - numărul de anunțuri din lot.

Confirmarea stării linkului

Confirmă primirea pachetului Link State Update.

Octet	0	unu	2	3	patru	5	6	7	opt	9	zece	unsprezece	12	13	paisprezece	cincisprezece	16	17	optsprezece	19	douăzeci	21	22	23	24	25	26	27	28	29	treizeci	31
0-3	versiune								Tip = 5								lungimea pachetului
4-7	ID router
8-11	ID zona
12-15	Sumă de control																Tip de autentificare
16-19	Autentificare
20-23
	Antetele LSA

Versiuni ale protocolului OSPF

OSPF versiunea 1

OSPF versiunea 2

acceptă versiunea de protocol IPv4

OSPF versiunea 3

acceptă versiunea de protocol IPv6

Critica

Se crede că, datorită utilizării algoritmului Dijkstra a unui criteriu specific pentru calitatea distribuției fluxului de informații de intrare, nu protejează deloc rețeaua IP de congestie, ceea ce necesită implementarea unor metode suplimentare pentru a reduce probabilitatea de congestie. De exemplu, se propune utilizarea capacității reziduale de canal în criteriile de alocare [2] .

În același timp, relativa simplitate a implementării practice a algoritmului poate fi atribuită calităților pozitive ale protocolului.

Vezi și

• Protocolul de rutare a sistemelor intermediare ( IS-IS )
• Cea mai scurtă cale de legătură (SPB)

Note

1. ↑ https://www.iana.org/assignments/protocol-numbers/protocol-numbers.xhtml
2. ↑ N. A. Kuznetsov , V. N. Fetisov, Queuing systems , „Algoritmul Dijkstra cu robustețe îmbunătățită pentru controlul rutei în rețelele IP” ( [1] Arhivat 8 martie 2016 pe Wayback Machine ), PACS 02.10.Ox , Automation and telemechanics , No. , 2008.

Literatură

• Volumul M. Toma II. Structura și implementarea rețelelor bazate pe protocolul OSPF. Ghid Cisco = OSPF Network Design Solutions. - Ed. a II-a. - M .: „Williams” , 2004. - S. 816. - ISBN 1-58705-032-3 .

Protocoale de bază TCP /IP pe straturi ale modelului OSI
Fizic	ethernet RS-232 EIA-422 RS-449 RS-485
canalizat	ethernet PPPoE PPP L2F WiFi 802.11 WiFi 802.16 inel cu simboluri ARCNET FDDI HDLC ALUNECARE ATM POATE SA DTM X.25 releu cadru IEEE 802.1aq SMDS STP ERPS ARP
reţea	IPv4 IPv6 IPsec ICMP IGMP RARP RIP2 OSPF EIGRP GRE IPX
Transport	TCP ( criptă ) UDP SCTP DCCP RDP/ RUDP RTP SPX TLS 1.3
sesiune	ADSP H.245 iSNS NetBIOS PAP RPC L2TP PPTP RTCP SMPP SCP ZIP SDP
Reprezentare	XDR SSL TLS
Aplicat	BGP HTTP ( S ) DHCP IRC gopher deget SNMP DNS ( SEC ) NNTP XMPP ÎNGHIŢITURĂ IPP NTP SNTP E-mail SMTP POP3 IMAP4 _ Transfer de fișier FTP TFTP SFTP FTPS webdav SMB Acces de la distanță rlogin telnet SSH RDP
Altele aplicate	bitcoin OSCAR MTProto Multicast FTP FTP multisursă bittorrent Gnutella Skype
Lista de porturi TCP și UDP