OSPF Open Shortest Path First Ing en Redes

OSPF (Open Shortest Path First) Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes

OSPF Es un protocolo de enrutamiento jerárquico de pasarela interior o IGP (Interior Gateway Protocol), Utiliza el algoritmo de Dijkstra para calcular el árbol de ruta más corta de cada par (Origen y grupo) Además, construye una base de datos enlace-estado (link-state database, LSDB) idéntica en todos los enrutadores de la zona. Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes 2

OSPF Se desarrolló debido a una necesidad en la comunidad de Internet de introducir un protocolo abierto (no propietario) de alta funcionalidad del tipo Interior Gateway Protocol (IGP) para el protocolo de la familia TCP / IP El protocolo OSPF (Open Shortest Path First – primero la trayectoria libre más corta) está definido en el RFC 1583. Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes 3

OSPF Requisitos a cumplir cuando se diseñó: - Ser abierto, que no fuera propiedad de una compañía. - Que permitiera reconocer varias métricas. - Ser dinámico. - Ser capaz de realizar encaminamiento dependiendo del tipo de servicio. Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes 4

OSPF es la respuesta de IAB a través del IETF, ante la necesidad de crear un protocolo de pasarela interior que cubriera las necesidades en Internet de encaminamiento interno que el protocolo RIP versión 1 ponía de manifiesto: Lenta respuesta a los cambios que se producían en la topología de la red. Imposibilidad de repartir el tráfico entre dos nodos por varios caminos si estos existían por la creación de bucles que saturaban la red. Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes 5

OSPF Imposibilidad de discernir entre host, routers, diferentes tipos de redes dentro de un mismo Sistema Autónomo. Algunos de estos puntos han sido resueltos por RIP versión 2 que cuenta con un mayor número de métricas así como soporta CIDR (Classless Interdomain Routing), por subred y transmisión multicast. Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes 6

Características de OSPF es un protocolo complejo en comparación con RIP. Es un protocolo de estado de enlace, de primero el camino libre más corto. Los cambios de estado se producen como resultado de eventos (Actualización por excepción) Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes 7

El Algoritmo de OSPF La algoritmia SPF sobre la que se basa OSPF permite con la tecnología actual que existe en los nodos un tiempo de respuesta en cuanto tiempo de computación para el calculo del mapa local de la red mucho más rápido que dicho calculo en el protocolo RIP. Además como todos los nodos de la red calculan el mapa de manera idéntica y poseen el mismo mapa se genera sin bucles ni nodos que se encuentren contando en infinito; principal problema sufrido por los protocolos basados en la algoritmia de vector distancia como RIP. Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes 8

OSPF Soporte de Múltiples Métricas La tecnología actual hace que sea posible soportar varias métricas en paralelo. Evaluando el camino entre dos nodos en base a diferentes métricas es tener distintos mejores caminos según la métrica utilizada en cada caso, pero surge la duda de cual es el mejor. Esta elección se realizara en base a los requisitos que existan en la comunicación. Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes 9

OSPF Diferentes métricas utilizadas pueden ser: Mayor rendimiento Menor retardo Menor coste Mayor fiabilidad Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes 10

OSPF Balanceado de carga en múltiples caminos. OSPF permite el balanceado de carga entre los nodos que exista más de un camino. Para realizar este balanceo aplica: Una versión de SPF con una modificación que impide la creación de bucles parciales. Un algoritmo que permite calcular la cantidad de tráfico que debe ser enviado por cada camino. Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes 11

Funcionalidad en OSPF Descubrir vecinos OSPF Elegir el DR Formar adyacencias Sincronizar bases de datos Calcular la tabla de encaminamiento Anunciar los estados de enlaces. Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes 12

OSPF Descubrimiento vecino OSPF Cuando los “routers” OSPF se activan, inician y mantienen relaciones con sus vecinos usando el protocolo Hello. El protocolo además asegura que la comunicación entre vecinos sea bidireccional. Los paquetes Hello se envían periódicamente al exterior por todas las interfaces de los “routers”. Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes 13

OSPF Determinando el DR Se usa el protocolo Hello. El “router” examina la lista de sus vecinos, desecha cualquiera que no tenga comunicación bidireccional o que tenga un RP de ver, y graba el DR, el BDR y la RP que ha declarado cada uno de ellos. El “router” se añade él mismo a la lista, usando el valor RP configurado para la interfaz cero (desconocido) para el DR y el BDR, en el caso de que este proceso esté en proceso de activación. Se determina el BDR y el DR. Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes 14

OSPF La siguiente decisión es si se debería formar una adyacencia con uno de sus vecinos: En redes multiacceso, todos los “routers” se hacen adyacentes al DR y la BDR. En enlaces punto a punto (virtuales), cada “router” forma siempre una adyacencia con el “router” del otro extremo. Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes 15

OSPF Sincronización de las bases de datos. Después de terminar el DEP (“Database Exchange Process”), cada “router” tiene una lista de aquellos anuncios para los que el vecino tiene más instancias acutalizadas, que se solicitan por medio de paquetes LSR (“Link State Request”). La respuesta aun LSR es un LSU (“Link State Update”) que contiene algunos o todos los anuncios solicitados. Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes 16

OSPF Calculando la tabla de encaminamiento Usando como entrada las bases de datos de estados de enlaces de las áreas con las que está conectado, el “router” ejecuta el algoritmo SPF para contruir su tabla de encaminamiento. Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes 17

OSPF Anunciando los estados de los enlaces Un “router” anuncia periódicamente el estado de su enlace, por lo que la ausencia de un anuncio reciente indica a los vecinos del “router” que no está activo. Todos los “routers” que hayan establecido comunicación bidireccional con un vecino ejecutan un contador de inactividad para detectar ese suceso. La comunicación se debe establecer desde cero, incluyendo la re-sincronización de las bases de datos. Un “router” también relanza sus anuncios cuando su estado cambia. Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes 18

Single Area de OSPF (OSPF de una sola área) Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes

Repaso de OSPF • • Open Shortest Path First (OSPF), como RIP, está basado en estándares “Abiertos”. – RFC 2328 OSPF es frecuentemente preferido sobre RIP por su escalabilidad. – Puede ser configurado en redes más pequeñas usando una “Área” (mostrado en amarillo). – O escalado a redes más grandes sin límites virtualmente. • Las Redes y Areas son fácilmente agregadas o eliminadas. – VLSM y Rutas Sumarizadas son totalmente soportados. Ing. en Redes y Comunicaciones 172. 16. 4. 0/22 172. 16. 0. 0/22 172. 16. 8. 0/22 172. 16. 0. 0/19 172. 16. 0. 0/16 172. 16. 64. 0/19 172. 16. 64. 0/22 172. 16. 72. 0/22 172. 16. 68. 0/22 Diseño de Redes 172. 16. 32. 0/19 172. 16. 32. 0/22 172. 16. 40. 0/22 172. 16. 36. 0/22

Actualizaciones • RIP envía en broadcast su tabla de enrutamiento completa cada 30 segundos haya habido un cambio o no. • Cuando el temporizador de un router expira, éste envía una actualización a sus vecinos directamente conectados. • El comportamiento de RIP llega a ser un problema cuando redes crecen en más de 30 o 50 routers. Imagine 50 actualizaciones siendo enviadas cada 30 segundos a pesar de la condición de convergencia de la red. Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes

Velocidad de Convergencia • OSPF es manejado-por evento. – Solo cambios son enviados a otros routers. – Envía un LSA (link state advertisement) cuando un cambio ocurre. – La red casi instantáneamente re-converge con la nueva información contenida en el LSA del router originador. Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes 22

Selección de Ruta • • RIP puede tomar rutas subóptimas porque solo considera a los saltos. OSPF calcula el “Costo” de cada enlace, el cual se basa en el ancho de banda. Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes 23

Terminología de OSPF – Enlaces (Links)—redes que un router conoce; cada interface del router es un “link”. – Área—un grupo de routers identificado con un único ID; todos los routers en la misma área comparten la misma base de datos link-state. – Costo—es el ancho de banda del medio; puede ser configurado manualmente. – Algoritmo SPF (Dijkstra)—calculado por cada router para seleccionar la ruta de costo más bajo. – Link-state—¿está un enlace “up” o “down”? – LSA—un anuncio de link state – Base de Datos de Adyacencias—lleva la cuenta de todos los routers directamente conectados (también llamados vecinos). – Base de Datos Link-State—también conocido como base de datos Topológica; fotografía de quién está conectado a qué; todos los routers deberán tener la misma L-S DB. – Base de Datos Forwarding—conocida como la tabla de Enrutamiento donde las rutas de más bajo costo son instaladas. – Designated Router/Backup Designated Router (DR/BDR)— routers que son elegidos en redes multiacceso para ser el punto focal para actualizaciones de enrutamiento. Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes 24

Tipos de Paquetes Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes

Tipos de Paquetes OSPF • OSPF usa una variedad de paquetes para comunicarse con los vecinos y los DR/BDR – Tipo 1: Hello; un paquete de 64 -byte enviado a intervalos regulares para mantener un enlace “vivo”. – Tipo 2: DBD (Descripción de Base de Datos); resumen que contiene la base de datos link-state del router enviada a un nuevo vecino descubierto. – Tipo 3: LSR (Link-State Request); solicitud de información más específica acerca de un enlace de la base de datos link-state de u vecino. – Tipo 4: LSU (Link-State Update); transporta LSAs a los routers vecinos; por ejemplo, una respuesta a un LSR. – Tipo 5: LSAck (Link-State Acknowledgement); acuses de recibo de un LSA; las actualizaciones de enrutamiento de OSPF son orientadas a conexión. Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes 26

• Encabezado del Paquete de OSPF (Todos los Tipos) Un encabezado de 20 bytes es agregado al frente de todos los paquetes de OSPF, conteniendo: – Versión especifica la versión de OSPF; los routers deberán estar corriendo la misma versión o la adyacencia con los vecinos no puede ser establecida. – Tipo especifica el tipo de paquete (Tipo 1, Tipo 2, etc. ) – Longitud del Paquete es la longitud del paquete entero de OSPF en bytes, incluyendo el encabezado estándar del paquete de OSPF. – ID del Router es la identidad IP del router que está originando el paquete. – ID de Área es el área de OSPF que el paquete en la que el paquete está siendo enviado. – Autenticación, si es configurada, es especificada. Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes 27

Encabezado del Paquete Hello (Tipo 1) • Campos adicionales agregados al encabezado del paquete de OSPF para hacer un encabezado de paquete Hello de OSPF incluyen: – Máscara de Red es el número de bits encendidos en la máscara de Subred usada enviando el ID del Router – Hello Interval es el número de segundos entre los hellos del router que los envía (10 seg. o 30 seg. , dependiendo del tipo de red) – Router Priority es usada para las elecciones de DR/BDR. Si es puesto en 0, el router que envía no es elegible para llegar a ser Designated Router. – Dead Interval es el número de segundos antes de que el router que envía considere a un vecino mudo como caído. El predeterminado es 4 veces el Hello Interval. – Designated Router es la identidad IP del DR para esta red, desde el punto de vista del router que envía. – Backup Designated Router es la identidad IP del BDR para esta red, desde el punto de vista del router que envía. – Neighbor Router IDs son los IDs de cada router de quienes los paquetes Hello han estado recientemente dentro del Dead Interval. Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes 28

Encabezado de Paquete Hello (Tipo 1) Network Mask Hello Interval Options Router Priority Dead Interval Designated Router Backup Designated Router Neighbor Router ID (additional Neighbor Router ID fields, if necessary) Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes 29

Estados de OSPF Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes

Estados de OSPF: 7 Pasos • Las adyacencias de vecinos OSPF son establecidas a través de un proceso de siete pasos: – Down – Init – 2 Way – Ex. Start – Exchange – Loading – Full Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes 31

Estados Down, Init, 2 Way • Cuando un router inicia primero, está en el Estado Down y empieza enviando paquetes Hello Tipo 1 • Cuando otro router escucha el nuevo paquete Hello Tipo 1 del router por primera vez, éste entrara en Estado Init. • Una vez que el nuevo router ve su propio ID en el paquete Hello enviado por el vecino, los routers se mueven al Estado 2 Way Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes 32

Estados Down, Init, 2 Way Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes 33

Estado Ex. Start • Los routers ahora entran en el Estado Ex. Start. • La prioridad del Router o el ID del Router es usada para determinar la relación maestro/esclavo. Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes 34

Estado Exchange • Durante el Estado Exchange, paquetes DBD Tipo 2 son intercambiados. – Estos son un resumen de la Base de Datos Link-State de cada router. Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes 35

Estado Loading • El Estado Loading es usado solo si uno o más routers en la red no convergida “escucharon nueva información”. Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes 36

Estado Full • Los routers entran a Estado Full y ahora ambos pueden calcular el algoritmo SPF en paralelo (Dijkstra). Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes 37

Operación de OSPF Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes

Pasos en la operación de OSPF • Los routers se mueven a través de cinco pasos distintos de operación. – Paso 1: Establecer Adyacencias de Router – Paso 2: Elegir un DR y BDR – Paso 3: Descubrir Rutas – Paso 4: Seleccionar Rutas Apropiadas – Paso 5: Mantener la Información de Enrutamiento Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes 39

Paso 1: Descubrir Vecinos & Establecer Adyacencias • Este proceso—ya discutido anteriormente en la descripción de los estados Init y 2 Way –es similar para redes broadcast Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes 40

Paso • • • 2: Elegir un. DR y un BDR Ocurre durante el esado Ex. Start El router con la más alta prioridad o la dirección IP más alta configurada llega a ser el DR. El BDR es seleccionado de la misma forma. Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes 41

Paso • 3: Descubrir Rutas Tipo 2 DBDs ahora son intercambiadas Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes 42

Paso • 3: Descubrir Rutas Tipo 2 DBDs ahora son intercambiadas Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes 43

Paso • 4: Seleccione Rutas Apropiadas El Algoritmo SPF es ahora calculado en paralelo con cada router en el Área. Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes 44

Paso 5: Mantener la Información de Enrutamiento • Intercambia Hellos periódicos para detectar cambios en el estado de los vecinos. Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes 45

Tipos de Redes Tipo de Red Características ¿DR/BDR Elegido? Ethernet, Token Ring, FDDI Si Frame Relay, X. 25, SMDS Si PPP, HDLC No, Master/Slave relationship dictates the exchange of routing information Configured by administrator with subinterfaces No, Master/Slave relationship dictates the exchange of routing information Broadcast Multiaccess Nonbroadcast Multiaccess Point-to-Point-to-Multipoint Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes 46

Init State Down Los routers que escuchan agregan el nuevo router a la tabla de adyacencias Paquetes Multicast Hello Los routers responden a los paquetes Hello con sus propios paquetes Hello 2 Way State Seleccionar DR/BDR Tipo de Enlace es multiacceso Las Adyacencias deberán ser establecidas (depende del tipo de enlace) Tipo de enlace es punto-a-punto; determine “maestro/esclavo” Compare todos los valores de Prioridad del Router ¿Son iguales? Ex. Start State Si Compare los IDS del Router No Toma el valor más alto Asignarlo DR Tomar el segundo valor más alto Asignarlo como BDR Ing. en Redes y Comunicaciones Diseño de Redes El router originador agrega a todos los routers que responden a la tabla de adyacencias Intercambie información Link -State Exchange Cualquier LSAs finales son también intercambiadas Loading Intercambie paquetes Hello a intervalos para mantener información de enrutamiento actualizada Full State 47