Понимание типов сетей OSPF

Очень важно понимать, что зона OSPF состоит из различных типов сетевых соединений (линков) и adjacecny behavior отличается. Поэтому для корректного функционирования необходимо верно настроить OSPF.

Типы OSPF сетей

Всегда следует помнить, что область OSPF может состоять из сетей построенных на базе различных технологий, использующих разные топологии, типы среды передачи данных, и обладающих разными скоростными характеристиками, такими как пропускная способность, уровень задержек при передаче и проч. Из-за этого схождение OSPF может происходить по-разному на разных участках сети. Как результат – OSPF необходимо конфигурировать с учетом всех характеристик сети для корректного функционирования на участках построенных на базе разных сетевых технологий. Во многих случаях стандартные значения параметров не могут обеспечить корректной работы.

OSPF делит сети на три основных категории, по методу доставки:

• Point-to-point: сеть, обьединяющая пару маршрутизаторов. DR/BDR не выбирается.
• Broadcast: Широковещательная сеть с множественным доступом, основной представитель – Ethernet. Выбирается DR/BDR.
• Nonbroadcast multiaccess (NBMA): Сеть (обычно WAN), объединяющая более двух маршрутизаторов, но не поддерживающая широковещательную рассылку. В качестве примера можно привести такие технологии, как Frame Relay, ATM, X.25. OSPF может использовать для работы в таких сетях один из 5 режимов, которые будут описаны в одной из последующих глав. DR/BDR может выбираться или не выбираться.

Всего 5 режимов работы OSPF, доступных для NBMA сетей:

• RFC-compliant modes:
  • non-broadcast
  • point-to-multipoint
• Cisco proprietary modes:
  • broadcast
  • point-to-multipoint non-broadcast
  • point-to-point

OSPF работает поверх обоих типов MPLS (L2 и L3).

Процедура выборов DR и BDR

400px

Одна из основных функций DR – обеспечение идентичности баз топологии на всех маршрутизаторах сегмента сети. Это обеспечивается путем передачи базы DR на каждый свежеподсоединившийся маршрутизатор. Весьма эффективно: один маршрутизатор сообщает «новичку» обо всех остальных, а не каждый посылает гору информации, дублирующей такие же горы, полученные от остальных. Маршрутизаторы в сети также поддерживают частичные отношения, двухстороннее соседство с роутерами сети, не являющимися DR или BDR (DROTHER). Для выборов DR или BDR, маршрутизаторы запоминают уровни приоритета OSPF других маршрутизаторов, полученные в процессе обмена hello-пакетами, и используют их для определения избранника согласно следующим условиям:

• Маршрутизатор, обладающий высшим приоритетом, становится DR.
• Второй по приоритету маршрутизатор становится BDR.
• Приоритет по умолчанию – 1. В случае совпадения приоритетов – сверяются Router ID участников, по тем же правилам.
• Маршрутизатор с нулевым приоритетом не может принимать участие в выборах и не может стать ни DR ни BDR. Маршрутизатор, не являющийся DR или BDR, называется DROTHER.
• Если в сеть добавляется маршрутизатор с более высоким значением приоритета, это не значит, что он сразу станет DR или BDR. Смена ролей происходит только в случае недееспособности DR или BDR. Если «помирает» DR – его роль принимает на себя BDR, и происходят выборы BDR. Если BDR – его переизбирают, и все.

BDR не выполняет никаких операций, если работает DR. Вместо этого BDR получат всю информацию, но DR выполняет перенаправление LSA и задачи по синхронизации LSDB. BDR выполняет задачи DR только в случае отказа второго. У BDR тикает специальный таймер, позволяющий определить потерю работоспособности DR. Если до окончания отсчета таймера BDR не получит ни одного LSA от DR, он будет считать, что DR не работает.

Нужно запомнить, что концепция DR реализована на канальном уровне. DR и BDR избираются для каждого широковещательного сегмента и уникальны на его протяжении, таким образом любой маршрутизатор может быть DR в одном и DROTHER или BDR в другом подключенном сегменте.

Используйте команду ip ospf priority в контексте настройки интерфейса для влияния на выбор DR и BDR. По умолчанию, приоритет – 1 и может быть задан из диапазона 0-255. Обратите внимание еще раз: установка приоритета в 0 предотвращает избрание маршрутизатора в качестве DR или BDR в сети, подключенной к интерфейсу, в контексте которого была выполнена команда.

Опять таки, изменение приоритета срабатывает только после потери работоспособности имеющегося DR или BDR, что может произойти либо вследствие сбоя, либо как результат вмешательства администратора (clear ip ospf например).

Пример ip ospf priority

Router(config)#interface FastEthernet 0/0
Router(config-if)#ip ospf priority 10

!!!Внимание!!!
Приоритет интерфейса обычно вступает в силу только когда действующий DR уходит в DOWN. DR не переуступает
свой статус просто потому что в hello-пакете от соседа содержится более высокий приоритет.

Установка в качестве приоритета нулевого значения срабатывает немедленно. Происходят перевыборы.

Установка соседства на соединениях типа точка-точка.

Сеть типа точка-точка состоит из пары маршрутизаторов. В качестве примера такой сети можно привести линию типа E1/T1, использующую в точка-точка в сети Frame Relay или ATM.

В сетях типа точка-точка маршрутизатор обнаруживает соседей, используя рассылку пакетов hello по мультикасту на адрес 224.0.0.5 (все маршрутизаторы OSPF). Как только появляется возможность передачи данных, маршрутизаторы немедленно устанавливают соседство, не проводя выборов DR и BDR (так как только 2 участника – в них нет необходимости). Обычно, все пакеты OSPF отсылаются с ip-адреса исходящего интерфейса. Но, OSPF может работать также и на интерфейсах, не имеющих адреса. В таком случае, в качестве адреса отправителя будет использован ip-адрес какого-либо иного интерфейса маршрутизатора.

Интервалы OSPF по умолчанию для соединений типа точка-точка составляют 10 секунд для hello и 40 секунд для dead. качестве протокола канального уровня инкапсуляцию PPP или HDLC (High- level Data Link Control). Также, может являть собой субинтерфейс типа точка-точка составляют 10 секунд для hello и 40 для dead. Таймеры можно изменить командами ip ospf hello-interval seconds и ip ospf dead-interval seconds.

Установка соседства в широковещательных сетях множественного доступа

Маршрутизатор OSPF в широковещательной сети с множественным доступом, такой как Ethernet, устанавливает соседство с DR и BDR. LSDB (база данных состояния связей), у маршрутизаторов с установленным соседством, пребывает в синхронизированном состоянии. Общая канальная сеть – это основа для формирования соседства двух и более маршрутизаторов. При подключении к сети, маршрутизаторы рассылают hello-пакеты и инициируют процесс выборов DR и BDR. После этого, маршрутизаторы устанавливают полные соседские отношения только с DR и BDR.

Маршрутизаторы, подключенные к общему широковещательному сегменту, должны выбрать DR и BDR для централизованной синхронизации топологической информации в сегменте. При этом, активность проявляет только DR, пересылая LSA и синхронизируя LSDB. BDR только получает все обновления и прочую информацию, чтобы иметь возможность немедленно начать работу когда DR перейдет в неработоспособное состояние, то есть, стать DR. При этом происходят выборы, и один из остальных маршрутизаторов выбирается на роль BDR. Так как зачастую у маршрутизаторов больше одного интерфейса Ethernet, то может случиться так, что маршрутизатор станет DR для сети подключенной через один интерфейс, и BDR для сети, подключенной через другой. Преимущества использования DR и BDR в широковещательной сети с множественным доступом:

• Уменьшение служебного трафика: DR и BDR исполняют роль коммуникационного центра в процедуре обмена топологической информацией по широковещательной сети с множественным доступом. Это снижает поток информации, так как DR принимая обновление, сам распространяет его по сети, если это необходимо. Такой способ распространения весьма значительно уменьшает количество служебной информации в сети.
• Управление синхронизацией топологии: DR и BDR являются гарантами того, что топологическая информация на всех маршрутизаторах сегмента будет совпадать. Таким образом, DR и DR уменьшают количество ошибок маршрутизации.

Помните, что после того, как были выбраны DR и BDR, добавленный в широковещательную сеть маршрутизатор установит смежность только с DR и BDR.

Установка соседства в L2 MPLS VPN

450px

• The Layer 2 MPLS VPN backbone and the provider routers are not visible to the customer routers.
  • A neighbor relationship is established directly between OSPF enabled routers over the MPLS backbone, and behaves in the same way as on an Ethernet broadcast network therefore DR and BDR routers are elected.

---

На примере выше маршрутизаторы R1 и R2 обмениваются фреймами Ethernet через MPLS магистраль. Для них это происходит прозрачно. Они подключены к PE маршрутизаторам провайдера. Маршрутизатор PE1 получает фрейм от R1, инкапсулирует его в MPLS пакет и передаёт через магистраль маршрутизатору PE2, который декапсулирует пакет и передаёт его R2.

EoMPLS does not include any MAC layer address learning and filtring. Роутеры PE1 и PE2 не выполняют никакой фильтрации фреймов на основании MAC адресов. EoMPLS не использует STP (BPDU передаются прозрачно).

Два клиентских маршрутизатора R1 и R2 также могут быть подключены к MPLS edge маршрутизаторам PE1 и PE2 через VLAN подынтерфейсы (различные подынтерфейсы на PE1 и PE2 маршрутизаторах для подключения к различным VLAN).

Никаких специальных настроек с клиентской стороны для OSPF при использовании поверх EoMPLS не требуется. Для OSPF магистраль с маршрутизаторами PE1 и PE2 не видна. Соседство напрямую устанавливается между подключёнными R1 и R2. MPLS ведёт себя как Ethernet широковещательная сеть. Тип OSPF сети - multiaccess broadcast network. DR и BDR выбираются. Другие маршрутизаторы устанавливают полную смежность только с DR и BDR.

Установка соседства в L3 MPLS VPN

450px

• The customer and provider edge routers are running OSPF.
  • However the internal provider routers do not.
• The customer has to agree upon OSPF parameters with the service provider (SP) to ensure connectivity.
  • These parameters are often governed by the SP.

---

L3 MPLS VPN архитектура предоставляет peer-to-peer VPN, где PE маршрутизаторы участвуют в маршрутизации клиента, предоставляя оптимальную маршрутизацию между сайтами клиента.

Взгляните на рисунок выше. Маршрутизаторы PE содержат отдельный набор маршрутов для каждого клиента, изолируя клиентов друг от друга. В технологии L3 MPLS VPN (даже когда OSPF используется в качестве протокола маршрутизации между PE-CE), должны выполняться следующие требования:

• Маршрутизаторы клиента (C-роутеры, R1 и R2) не должны быть MPLS VPN-aware. На них должно работать стандартное ПО.
• Маршрутизаторы ядра провайдера (так же называемые P-маршрутизаторами) не должны содержать маршруты клиента (VPN), чтобы решение MPLS VPN было масштабируемым.
• Граничные маршрутизаторы провайдера (PE-маршрутизаторы) должны поддерживать сервисы MPLS VPN и традиционные ip сервисы.

Для клиентских маршрутизаторов с запущенным OSPF (R1 и R2) MPLS L3 VPN магистраль выглядит как обычная корпоративная магистраль. Клиентские маршрутизаторы используют ПО с обычным ip routing и обмениваются обновлениями маршрутизации с PE-маршрутизаторами, которые для них выглядят как обычные маршрутизаторы.

OSPF запускается на этих маршрутизаторах на корректных интерфейсах с использованием команды network. Клиент согласует некоторые параметры OSPF с провайдером (например, аутентификацию). Параметры часто регулируются SP.

P-маршрутизаторы скрыты от маршрутизаторов клиента, CE маршрутизаторы (клиентские) не знаю о MPLS VPN. Внутренняя топология MPLS L3 магистрали таким образом полностью прозрачна для клиента. Маршрутизаторы PE получают IPv4 обновления маршрутизации от CE маршрутизаторов и устанавливают обновления в соответствующую VRF таблицу. Эта часть конфигурации и работы - в ответственности провайдера.

Тип OSPF сети для каналов CE-PE может быть или p-t-p, broadcast или NBMA.

Установка соседства в сетях NBMA(нешироковещательные сети множественного доступа)

Когда один интерфейс соединяет несколько удаленных маршрутизаторов поверх NBMA-сети, отсутствие широковещательных возможностей в такой сети может привести к проблемам с достижимостью. Такие сети, позволяя связать между собой более 2-х маршрутизаторов, тем не менее, не дают возможности использовать ни широковещательную ни групповую рассылку. Для того, чтобы внедрить широковещание или мультикастинг, маршрутизатор копирует пакеты, которые должны быть разосланы броадкастом или мультикастом и отправляет их индивидуально через каждый постоянный VC ко всем destination. Это приводит, при использовании логической топологии, отличной от полносвязной (partial mesh например), к тому, что отправленные данные могут достигнуть только части адресатов (т.е. не всех маршрутизаторов). ATM, Frame Relay, X.25 – примеры сетей NBMA.

Рассылки в сетях NBMA эмулируются маршрутизатором путем отправки пакета на конечные адреса получателя по каждому PVC, что весьма нехило подгружает центральный процессор маршрутизатора. Для уменьшения нагрузки, в сетях NBMA тайминги установлены в 30 секунд для hello, и в 120 секунд для dead.

Следующая часть описывает детально описывает выбор DR в NBMA топологии, опции OSPF в FR, режимы OSPF для NMBA топологий и как настроить OSPF для каждого из этих режимов.

Выборы DR в NBMA

OSPF воспринимает NBMA-окружение как широковещательное, по типу Ethernet, что применимо только при использовании полносвязной топологии. Но, сети NBMA чаще всего используют звездоподобную логическую топологию (hub-and-spoke), используя виртуальные каналы передачи данных. В таких сетях нет полносвязности, нету доступа на канальном уровне от каждого к каждому, и эмуляция широковещательного доступа не работает.

В таких сетях, выборы DR превращаются в проблему, так как и DR, и BDR нуждаются в непосредственном соединении с каждым маршрутизатором в сети для установки соседства. Таким образом, становится понятным, что OSPF не в состоянии автоматически устанавливать соседские отношения в сетях NBMA.

OSPF поверх Frame Relay

Существует несколько вариантов настройки OSPF для сетей Frame Relay. Какой из них применим в каждой конкретной ситуации – зависит от используемой логической топологии сети. По умолчанию, интерфейсы, поддерживающие FR, являются multipoint типом соединением.

Использование Frame Relay позволяет объединять удаленные маршрутизаторы, используя самые разнообразные способы. По умолчанию, интерфейсы, подключенные к Frame Relay сконфигурированы в режиме multipoint.

В режиме multipoint чаще всего используются следующие топологии Frame Relay:

Файл:FR topologies.png

Рис. 4. Топологии Frame Relay

• Hub-and-Spoke (звезда): Наиболее часто встречающаяся топология Frame Relay, широко используется благодаря дешевизне, так как использует минимальное количество PVC. В такой топологии удаленные маршрутизаторы соединены с центральным, через который корпоративные приложения работают с серверами сети, как то: почта, groupware, бухгалтерия и т.д. Центральный маршрутизатор использует интерфейс типа мультиточка (multipoint), так как, обычно, подключен к сети одним интерфейсом, через который работают несколько PVC, каждый со своим DLCI.
• Full-mesh (полносвязная): Наиболее дорогая топология, в которой каждый маршрутизатор виртуальным каналом связан со всеми остальными. За счет наличия прямого соединения между каждой парой маршрутизаторов – наиболее безотказна в работе, безпроблемна в настройке OSPF. С возрастанием количества узлов, стоимость сети растет экспоненциально. Вычислить количество виртуальных каналов для такой сети просто: для х узлов количество виртуальных каналов будет х*(х-1)/2.
• Partial-mesh (полусвязная): Компромисс между предыдущими двумя: часть маршрутизаторов соединяются с частью маршрутизаторов, при этом некоторые могут не иметь прямого канала на центральный. Стоит значительно меньше чем полносвязная, тем не менее, при грамотном подходе, позволяет добиться неплохих показателей отказоустойчивости.

Режимы работы OSPF в среде NBMA

OSPF на маршрутизаторах Cisco может работать в различных режимах в сетях NMBA. Выбор режима зависит от топологии NMBA сети. Каждый режим имеет особые требования к конфигурации. В RFC 2328 указано, что в среде NBMA OSPF может работать в одном из двух нижеуказанных режимов:

• Nonbroadcast (нешироковещательный): Эмулирует работу OSPF в сетях широковещательного типа. Требует ручного указания соседей. Нуждается в выборах DR и BDR. Как правило, используется в полносвязных топологиях.
• Point-to-multipoint (точка-мультиточка): Воспринимает NBMA- сеть как набор соединений типа точка-точка. В таком режиме маршрутизаторы автоматически обнаруживают соседние маршрутизаторы, но выборов DR и BDR не производят, как это и предписано для сетей типа точка-точка. Такая конфигурация, как правило, используется в полусвязных сетях.

Выбор между nonbroadcast и point-to-multipoint режимами определяет схему работы протокола hello и подходы к распространению топологической информации (flooding work) по нешироковещательной сети. Главное преимущество первого режима заключается в меньшем объеме работы по вводу ручных настроек, в то время, как второй режим берет свое за счет уменьшения количества служебного трафика.

Основным преимуществом point-to-multipoint режима является менее трудоёмкая настройка. А главным преимуществом режима nonbroadcast является меньшие накладные расходы (overhead traffic) по сравнению с point-to-multipoint режимом. Кроме вышеуказанных двух режимов, Cisco позволяет воспользоваться еще тремя:

• Point-to-multipoint nonbroadcast (Нешироковещательный точка-точка)
• Broadcast (широковещательный)
• Point-to-point (точка-точка)