Сначала откройте кратчайший путь

Open Shortest Path First ( OSPF ) — протокол маршрутизации для сетей Интернет-протокола (IP). Он использует алгоритм маршрутизации на основе состояния канала (LSR) и входит в группу протоколов внутренних шлюзов (IGP), работающих в рамках одной автономной системы (AS).

OSPF собирает информацию о состоянии канала с доступных маршрутизаторов и создает топологическую карту сети. Топология представлена ​​в виде таблицы маршрутизации на уровне Интернета для маршрутизации пакетов по их IP-адресу назначения . OSPF поддерживает сети Интернет-протокола версии 4 (IPv4) и Интернет-протокола версии 6 (IPv6) и широко используется в крупных корпоративных сетях . IS-IS , другой протокол на основе LSR, более распространен в сетях крупных поставщиков услуг .

Первоначально разработанная в 1980-х годах, версия OSPF 2 определена в RFC 2328 (1998). ^[1] Обновления для IPv6 указаны как версия OSPF 3 в RFC 5340 (2008). ^[2] OSPF поддерживает модель адресации бесклассовой междоменной маршрутизации (CIDR).

OSPF — это протокол внутреннего шлюза (IGP) для маршрутизации пакетов интернет-протокола (IP) в пределах одного домена маршрутизации, например автономной системы . Он собирает информацию о состоянии канала с доступных маршрутизаторов и создает топологическую карту сети. Топология представлена ​​в виде таблицы маршрутизации для уровня Интернета , который маршрутизирует пакеты исключительно на основе их IP-адреса назначения .

OSPF обнаруживает изменения в топологии, такие как сбои в работе каналов, и сходится к новой структуре маршрутизации без петель в течение нескольких секунд. ^[3] Он вычисляет дерево кратчайших путей для каждого маршрута, используя метод, основанный на алгоритме Дейкстры . Политики маршрутизации OSPF для построения таблицы маршрутов регулируются метриками каналов , связанными с каждым интерфейсом маршрутизации. Факторами стоимости могут быть расстояние маршрутизатора ( время прохождения сигнала туда и обратно ), пропускная способность канала или доступность и надежность канала, выраженные в виде простых безразмерных чисел. Это обеспечивает динамический процесс балансировки нагрузки трафика между маршрутами одинаковой стоимости.

OSPF делит сеть на области маршрутизации для упрощения администрирования и оптимизации использования трафика и ресурсов. Области идентифицируются 32-битными числами, выраженными либо просто в десятичной системе счисления, либо часто в той же октетной десятичной системе счисления, которая используется для адресов IPv4. По соглашению, область 0 (ноль) или 0.0.0.0 представляет ядро ​​или магистральную область сети OSPF. Хотя идентификация других областей может быть выбрана по желанию, администраторы часто выбирают IP-адрес основного маршрутизатора в области в качестве идентификатора области. Каждая дополнительная область должна иметь соединение с магистральной областью OSPF. Такие соединения поддерживаются соединительным маршрутизатором, известным как маршрутизатор границы области (ABR). ABR поддерживает отдельные базы данных состояний каналов для каждой обслуживаемой области и поддерживает суммированные маршруты для всех областей в сети.

OSPF работает поверх IPv4 и IPv6, но не использует транспортный протокол , такой как UDP или TCP . Он инкапсулирует свои данные непосредственно в IP-пакеты с номером протокола 89. Это отличается от других протоколов маршрутизации, таких как протокол маршрутной информации (RIP) и протокол пограничного шлюза (BGP). OSPF реализует собственные функции обнаружения и исправления ошибок транспорта. OSPF также использует многоадресную адресацию для распространения информации о маршруте в пределах широковещательного домена. Он резервирует многоадресные адреса 224.0.0.5 (IPv4) и ff02::5 (IPv6) для всех маршрутизаторов SPF/состояния канала (AllSPFRouters) и 224.0.0.6 (IPv4) и ff02::6 (IPv6) для всех назначенных маршрутизаторов (AllDRouters). ^{[1] : 185  [2] : 57} Для нешироковещательных сетей специальные положения для конфигурации облегчают обнаружение соседей. ^[1] Многоадресные IP-пакеты OSPF никогда не проходят через IP-маршрутизаторы, они никогда не проходят более одного перехода. Поэтому протокол можно считать протоколом канального уровня, но часто его также относят к прикладному уровню в модели TCP/IP. Он имеет функцию виртуального соединения, которая может использоваться для создания туннеля смежности через несколько переходов. OSPF через IPv4 может безопасно работать между маршрутизаторами, опционально используя различные методы аутентификации, чтобы разрешить участвовать в маршрутизации только доверенным маршрутизаторам. OSPFv3 (IPv6) опирается на стандартную безопасность протокола IPv6 ( IPsec ) и не имеет внутренних методов аутентификации.

Для маршрутизации многоадресного трафика IP OSPF поддерживает протокол Multicast Open Shortest Path First (MOSPF). ^[4] Cisco не включает MOSPF в свои реализации OSPF. ^[5] Широко используется протокол Protocol Independent Multicast (PIM) в сочетании с OSPF или другими IGP.

OSPF версии 3 вносит изменения в реализацию протокола IPv4. ^[2] За исключением виртуальных каналов, все соседние обмены используют исключительно локальную адресацию IPv6. Протокол IPv6 работает на канал, а не на основе подсети . Вся информация о префиксе IP была удалена из объявлений о состоянии канала и из пакета hello discovery, что делает OSPFv3 по сути независимым от протокола. Несмотря на расширенную IP-адресацию до 128 бит в IPv6, идентификация областей и маршрутизаторов по-прежнему основана на 32-битных числах.

OSPF поддерживает сложные сети с несколькими маршрутизаторами, включая резервные маршрутизаторы, для балансировки нагрузки трафика на нескольких каналах с другими подсетями. Соседние маршрутизаторы в одном широковещательном домене или на каждом конце канала точка-точка взаимодействуют друг с другом по протоколу OSPF. Маршрутизаторы формируют смежности, когда обнаруживают друг друга. Это обнаружение инициируется, когда маршрутизатор идентифицирует себя в пакете протокола приветствия . После подтверждения это устанавливает двухстороннее состояние и самые основные отношения. Маршрутизаторы в сети Ethernet или Frame Relay выбирают назначенный маршрутизатор (DR) и резервный назначенный маршрутизатор (BDR), которые действуют как концентратор для уменьшения трафика между маршрутизаторами. OSPF использует как одноадресный , так и многоадресный режимы передачи для отправки пакетов «приветствия» и обновлений состояния канала.

Как протокол маршрутизации по состоянию канала, OSPF устанавливает и поддерживает соседские отношения для обмена обновлениями маршрутизации с другими маршрутизаторами. Таблица соседских отношений называется базой данных соседства . Два маршрутизатора OSPF являются соседями, если они являются членами одной подсети и имеют одинаковый идентификатор области, маску подсети, таймеры и аутентификацию. По сути, соседство OSPF — это отношение между двумя маршрутизаторами, которое позволяет им видеть и понимать друг друга, но не более того. Соседи OSPF не обмениваются никакой информацией о маршрутизации — единственные пакеты, которыми они обмениваются, — это пакеты приветствия. Соседства OSPF формируются между выбранными соседями и позволяют им обмениваться информацией о маршрутизации. Два маршрутизатора сначала должны быть соседями, и только тогда они могут стать соседними. Два маршрутизатора становятся соседними, если хотя бы один из них является назначенным маршрутизатором или резервным назначенным маршрутизатором (в сетях с множественным доступом) или они соединены между собой сетью типа «точка-точка» или «точка-многоточка». Для формирования соседских отношений между интерфейсами, используемыми для формирования отношений, интерфейсы должны находиться в одной области OSPF. Хотя интерфейс может быть настроен на принадлежность к нескольким областям, это обычно не практикуется. При настройке во второй области интерфейс должен быть настроен как вторичный интерфейс.

OSPF может иметь различные режимы работы в следующих настройках интерфейса или сети:

• Точка-точка . Каждый маршрутизатор объявляет себя, периодически рассылая многоадресные пакеты приветствия. Ни один назначенный маршрутизатор не выбирается. Интерфейс может быть IP unnumbered (без присвоенного ему уникального IP-адреса).
• Широковещательная рассылка (по умолчанию): каждый маршрутизатор объявляет о себе, периодически рассылая пакеты приветствия.
• Нешироковещательный множественный доступ с использованием назначенных маршрутизаторов. Может потребоваться статическая конфигурация. Пакеты отправляются как одноадресные .
• Point-to-multipoint , где OSPF рассматривает соседей как набор соединений точка-точка. Назначенный маршрутизатор не выбирается. Отдельные пакеты приветствия отправляются каждому соседу.
• Точка-многоточка без широковещания (P2MP-NB), маршрутизатор не выбран. Отдельные пакеты приветствия отправляются каждому соседу, пакеты отправляются как одноадресные .
• Пассивный, Только анонсируется другим соседям. Никакая смежность не анонсируется в сети.

Виртуальное соединение через Виртуальные соединения, туннелирование и фиктивные соединения — это форма соединений, которая проходит через механизм маршрутизации и не является прямым соединением с удаленным хостом.

• Виртуальные каналы: Пакеты отправляются как одноадресные . Может быть настроен только в немагистральной области (но не в тупиковой области). Конечные точки должны быть ABR, виртуальные каналы ведут себя как ненумерованные соединения точка-точка. Стоимость внутриобластного пути между двумя маршрутизаторами добавляется к каналу.
• Виртуальный канал через туннелирование (например, GRE и WireGuard ): поскольку OSPF не поддерживает виртуальные каналы для областей, отличных от магистральной, обходным решением является использование туннелирования. ^[6] Если используется один и тот же IP-адрес или идентификатор маршрутизатора , канал создает два равноценных маршрута к месту назначения. ^[7]
• Ложная ссылка ^[8] : ^{[9] [10]} Внутризоновая ссылка, которая соединяет два сайта через магистраль MPLS VPN, которая предпочтительнее внутренней внутризоновой "OSPF backdoor link" между теми же двумя сайтами. Ложная ссылка нужна только в том случае, если магистраль MPLS VPN предпочтительнее OSPF backdoor link.

Каждый маршрутизатор OSPF в сети взаимодействует с другими соседними маршрутизаторами на каждом интерфейсе соединения для установления состояний всех смежностей. Каждая такая последовательность связи представляет собой отдельный разговор , идентифицируемый парой идентификаторов маршрутизаторов взаимодействующих соседей. RFC 2328 определяет протокол для инициирования этих разговоров ( Hello Protocol ) и для установления полных смежностей ( пакеты описания базы данных , пакеты запроса состояния канала ). В ходе своего хода каждый разговор маршрутизатора проходит максимум через восемь состояний, определяемых конечным автоматом: ^{[1] [11]}

1. Down: Состояние Down представляет собой начальное состояние разговора, когда между маршрутизаторами не происходит обмена и сохранения информации с использованием протокола Hello.
2. Попытка: состояние попытки похоже на состояние «не работает» , за исключением того, что маршрутизатор пытается установить связь с другим маршрутизатором, но используется только в нешироковещательных сетях с множественным доступом (NBMA).
3. Init: Состояние init указывает на то, что от соседа получен пакет приветствия, но маршрутизатор не установил двусторонний диалог.
4. Двусторонний: Двустороннее состояние указывает на установление двунаправленного разговора между двумя маршрутизаторами. Это состояние непосредственно предшествует установлению смежности. Это самое низкое состояние маршрутизатора, которое может рассматриваться как DR.

1. Начало обмена (exstart): Состояние exstart является первым шагом смежности двух маршрутизаторов.
2. Обмен: В состоянии обмена маршрутизатор отправляет информацию своей базы данных о состоянии каналов соседнему соседу. В этом состоянии маршрутизатор может обмениваться всеми пакетами протокола маршрутизации OSPF.
3. Загрузка: в состоянии загрузки маршрутизатор запрашивает самые последние объявления о состоянии канала (LSA) у своего соседа, обнаруженного в предыдущем состоянии.
4. Full: Полное состояние завершает разговор, когда маршрутизаторы полностью смежны, и состояние появляется во всех маршрутизаторах и сетях LSA. Базы данных состояний каналов соседей полностью синхронизированы.

В широковещательных сетях множественного доступа соседство формируется динамически с помощью многоадресных приветственных пакетов на адрес 224.0.0.5 .

IP 192.0.2.1 > 224.0.0.5: OSPFv2, приветIP 192.0.2.2 > 224.0.0.5: OSPFv2, приветIP 192.0.2.1 > 192.0.2.2: OSPFv2, описание базы данныхIP 192.0.2.2 > 192.0.2.1: OSPFv2, описание базы данных

Сеть, в которой OSPF объявляет сеть, но OSPF не запускает соседние отношения.

В нешироковещательной сети с множественным доступом (NBMA) соседство соседей формируется путем отправки одноадресных пакетов другому маршрутизатору. Нешироковещательная сеть может иметь более двух маршрутизаторов, но широковещательная передача не поддерживается.

IP 192.0.2.1 > 192.0.2.2: OSPFv2, приветIP 192.0.2.2 > 192.0.2.1: OSPFv2, приветIP 192.0.2.1 > 192.0.2.2: OSPFv2, описание базы данныхIP 192.0.2.2 > 192.0.2.1: OSPFv2, описание базы данных

Примеры невещательных сетей:

• Сеть передачи данных общего пользования X.25
• Wireguard
• Последовательный интерфейс

• Требуется, чтобы все маршрутизаторы могли взаимодействовать напрямую в одной сети.
• Для сети выбирается назначенный маршрутизатор.
• Для сети генерируется LSA.

Сеть делится на области OSPF , которые являются логическими группами хостов и сетей. Область включает в себя свой соединительный маршрутизатор, имеющий интерфейс для каждого подключенного сетевого соединения. Каждый маршрутизатор поддерживает отдельную базу данных состояний соединений для области, информация о которой может быть обобщена для остальной части сети соединительным маршрутизатором. Таким образом, топология области неизвестна за пределами области. Это уменьшает трафик маршрутизации между частями автономной системы.

OSPF может обрабатывать тысячи маршрутизаторов, при этом возникает проблема исчерпания емкости таблицы базы данных пересылки (FIB), когда сеть содержит множество маршрутов и низкоуровневых устройств. ^[12] Современные низкоуровневые маршрутизаторы имеют целый гигабайт оперативной памяти, ^[13] что позволяет им обрабатывать множество маршрутизаторов в зоне 0. Многие ресурсы ^[14] ссылаются на руководства по OSPF более 20-летней давности, в которых было впечатляюще иметь 64 МБ оперативной памяти.

Зоны однозначно идентифицируются 32-битными числами. Идентификаторы зон обычно записываются в десятичной нотации с точками, знакомой по адресации IPv4. Однако они не являются IP-адресами и могут дублировать, без конфликта, любой адрес IPv4. Идентификаторы зон для реализаций IPv6 (OSPFv3) также используют 32-битные идентификаторы, записанные в той же нотации. Если точечное форматирование опущено, большинство реализаций расширяют зону 1 до идентификатора зоны 0.0.0.1 , но некоторые, как известно, расширяют ее до 1.0.0.0 . ^{[ необходима цитата ]}

Несколько поставщиков (Cisco, Allied Telesis, Juniper, Alcatel-Lucent, Huawei, Quagga) реализуют полностью тупиковую и полностью тупиковую области NSSA для тупиковых и не очень тупиковых областей. Хотя они и не охвачены стандартами RFC, многие считают их стандартными функциями в реализациях OSPF.

OSPF определяет несколько типов областей:

• Хребет
• Неосновной/обычный
• Заглушка
• Полностью коренастый
• Не такой уж и толстый
• Совсем не такой уж и коренастый
• Транзит

Магистральная область (также известная как область 0 или область 0.0.0.0 ) образует ядро ​​сети OSPF. Все остальные области подключены к ней либо напрямую, либо через другие маршрутизаторы. OSPF требует этого для предотвращения петель маршрутизации . ^[15] Межобластная маршрутизация происходит через маршрутизаторы, подключенные к магистральной области и к их собственным связанным областям. Это логическая и физическая структура для «домена OSPF», которая присоединена ко всем ненулевым областям в домене OSPF. В OSPF термин « маршрутизатор автономной системы » (ASBR) является историческим, в том смысле, что многие домены OSPF могут сосуществовать в одной и той же автономной системе, видимой из Интернета, RFC 1996. ^{[16] [17]}

Все области OSPF должны подключаться к магистральной области. Однако это подключение может осуществляться через виртуальный канал. Например, предположим, что область 0.0.0.1 имеет физическое подключение к области 0.0.0.0. Далее предположим, что область 0.0.0.2 не имеет прямого подключения к магистрали, но эта область имеет подключение к области 0.0.0.1. Область 0.0.0.2 может использовать виртуальный канал через транзитную область 0.0.0.1 для достижения магистрали. Чтобы быть транзитной областью, область должна иметь атрибут транзита, поэтому она не может быть тупиковой никоим образом.

Обычная область — это просто немагистральная (ненулевая) область без определенной функции, генерирующая и получающая сводные и внешние LSA. Магистральная область — это особый тип такой области.

В пакетах приветствия E-flag не имеет высокого уровня , что означает «Внешняя маршрутизация: невозможна».

Тупиковая область — это область, которая не получает объявления маршрутов, внешние по отношению к AS, и маршрутизация из этой области полностью основана на маршруте по умолчанию. ABR удаляет LSA типа 4 и 5 с внутренних маршрутизаторов, отправляет им маршрут по умолчанию 0.0.0.0 и превращается в шлюз по умолчанию. Это уменьшает размер LSDB и таблицы маршрутизации для внутренних маршрутизаторов.

Поставщики систем внесли изменения в базовую концепцию тупиковой области, например, полностью тупиковую область (TSA) и не совсем тупиковую область (NSSA), обе из которых являются расширением оборудования маршрутизации Cisco Systems .

Полностью тупиковая область похожа на тупиковую область. Однако эта область не допускает суммарных маршрутов в дополнение к отсутствию внешних маршрутов, то есть межобластные (IA) маршруты не суммируются в полностью тупиковые области. Единственный способ маршрутизации трафика за пределы области — это маршрут по умолчанию, который является единственным LSA Type-3, объявленным в области. Когда из области есть только один маршрут, процессору маршрутов приходится принимать меньше решений о маршрутизации, что снижает использование системных ресурсов.

Иногда говорят, что TSA может иметь только один ABR. ^[18]

В пакетах приветствия флаг N устанавливается на высокий уровень , что означает «NSSA: поддерживается».

Не-так-тупиковая область ( NSSA) — это тип тупиковой области, которая может импортировать внешние маршруты автономной системы и отправлять их в другие области, но по-прежнему не может получать внешние маршруты AS из других областей. ^[19]

NSSA — это расширение функции тупиковой области, которое позволяет вводить внешние маршруты ограниченным образом в тупиковую область. Пример моделирует NSSA, обходящий проблему тупиковой области, связанную с невозможностью импорта внешних адресов. Он визуализирует следующие действия: ASBR импортирует внешние адреса с LSA типа 7, ABR преобразует LSA типа 7 в тип 5 и рассылает его в другие области, ABR действует как ASBR для других областей. ASBR не принимают LSA типа 5 и не преобразуют их в LSA типа 7 для области.

В дополнение к стандартной функциональности NSSA, полностью тупиковый NSSA — это NSSA, который принимает атрибуты TSA, что означает, что суммарные маршруты типа 3 и 4 не заливаются в этот тип области. Также можно объявить область как полностью тупиковую и не-так-тупую, что означает, что область будет получать только маршрут по умолчанию из области 0.0.0.0, но также может содержать автономный системный граничный маршрутизатор (ASBR), который принимает внешнюю информацию о маршрутизации и вводит ее в локальную область, а из локальной области — в область 0.0.0.0.

Перераспределение в область NSSA создает специальный тип LSA, известный как тип 7, который может существовать только в области NSSA. NSSA ASBR генерирует этот LSA, а маршрутизатор NSSA ABR транслирует его в LSA типа 5, который распространяется в домен OSPF.

Недавно приобретенная дочерняя компания является одним из примеров того, где может быть уместно, чтобы область была одновременно не очень тупиковой и полностью тупиковой, если практичное место для размещения ASBR находится на краю полностью тупиковой области. В таком случае ASBR отправляет внешние маршруты в полностью тупиковую область, и они доступны для спикеров OSPF в этой области. В реализации Cisco внешние маршруты могут быть суммированы перед их введением в полностью тупиковую область. В общем случае ASBR не должен объявлять о значении по умолчанию в TSA-NSSA, хотя это может работать при чрезвычайно тщательном проектировании и эксплуатации для ограниченных особых случаев, в которых такое объявление имеет смысл.

Объявляя полностью тупиковую область как NSSA, никакие внешние маршруты из магистрали, кроме маршрута по умолчанию, не попадают в обсуждаемую область. Внешние маршруты достигают области 0.0.0.0 через TSA-NSSA, но никакие маршруты, кроме маршрута по умолчанию, не попадают в TSA-NSSA. Маршрутизаторы в TSA-NSSA отправляют весь трафик в ABR, за исключением маршрутов, объявленных ASBR.

OSPF определяет следующие перекрывающиеся категории маршрутизаторов:

Внутренний маршрутизатор (ИК)

У внутреннего маршрутизатора все интерфейсы принадлежат одной и той же области.

Маршрутизатор границы области (ABR)

Граничный маршрутизатор области — это маршрутизатор, который соединяет одну или несколько областей с основной магистральной сетью. Он считается членом всех областей, к которым он подключен. ABR хранит в памяти несколько экземпляров базы данных состояний каналов, по одному для каждой области, к которой подключен этот маршрутизатор.

Магистральный маршрутизатор (BR)

Магистральный маршрутизатор имеет интерфейс к магистральной области. Магистральные маршрутизаторы также могут быть граничными маршрутизаторами области, но не обязательно.

Граничный маршрутизатор автономной системы (ASBR)

Граничный маршрутизатор автономной системы — это маршрутизатор, который подключен с использованием более чем одного протокола маршрутизации и который обменивается маршрутной информацией с маршрутизаторами автономных систем. ASBR обычно также используют внешний протокол маршрутизации (например, BGP ) или используют статические маршруты, или и то, и другое. ASBR используется для распределения маршрутов, полученных от других внешних AS, по всей своей автономной системе. ASBR создает внешние LSA для внешних адресов и рассылает их во все области через ABR. Маршрутизаторы в других областях используют ABR в качестве следующих переходов для доступа к внешним адресам. Затем ABR пересылают пакеты в ASBR, который объявляет внешние адреса.

Тип маршрутизатора является атрибутом процесса OSPF. У данного физического маршрутизатора может быть один или несколько процессов OSPF. Например, маршрутизатор, подключенный к нескольким областям и получающий маршруты от процесса BGP, подключенного к другой AS, является как пограничным маршрутизатором области, так и пограничным маршрутизатором автономной системы.

Каждый маршрутизатор имеет идентификатор, обычно записываемый в формате десятичных чисел с точками (например, 1.2.3.4) IP-адреса. Этот идентификатор должен быть установлен в каждом экземпляре OSPF. Если он не настроен явно, наивысший логический IP-адрес будет дублироваться как идентификатор маршрутизатора. Однако, поскольку идентификатор маршрутизатора не является IP-адресом, он не обязательно должен быть частью какой-либо маршрутизируемой подсети в сети, и часто не является ею, чтобы избежать путаницы.

В сетях (одной подсети) с типами сетей:

• Транслировать
• Нешироковещательный множественный доступ (NBMA)

Система назначенного маршрутизатора (DR) и резервного назначенного маршрутизатора (BDR) используется для снижения сетевого трафика путем предоставления источника для обновлений маршрутизации. Это делается с использованием многоадресных адресов:

• 224.0.0.5 , все маршрутизаторы в топологии будут прослушивать этот многоадресный адрес.
• 224.0.0.6 , DR и BDR будут прослушивать этот адрес многоадресной рассылки.

DR и BDR поддерживают полную топологическую таблицу сети и отправляют обновления другим маршрутизаторам через многоадресную рассылку. Все маршрутизаторы в сегменте сети с множественным доступом будут формировать отношения лидер/последователь с DR и BDR. Они будут формировать смежности только с DR и BDR. Каждый раз, когда маршрутизатор отправляет обновление, он отправляет его DR и BDR на многоадресный адрес 224.0.0.6 . Затем DR отправит обновление всем остальным маршрутизаторам в области на многоадресный адрес 224.0.0.5 . Таким образом, всем маршрутизаторам не нужно постоянно обновлять друг друга, и они могут получать все свои обновления из одного источника. Использование многоадресной рассылки еще больше снижает нагрузку на сеть. DR и BDR всегда настраиваются/выбираются в широковещательных сетях OSPF. DR также могут быть выбраны в сетях NBMA (Non-Broadcast Multi-Access), таких как Frame Relay или ATM. DR или BDR не выбираются в соединениях точка-точка (например, соединение точка-точка WAN), поскольку два маршрутизатора по обе стороны соединения должны стать полностью смежными, а пропускная способность между ними не может быть дополнительно оптимизирована. Маршрутизаторы DR и не-DR развиваются от двусторонних до отношений полной смежности путем обмена DD, Request и Update.

Назначенный маршрутизатор ( DR) — это интерфейс маршрутизатора, выбранный среди всех маршрутизаторов в определенном сегменте сети множественного доступа, который обычно считается широковещательным многодоступным. Для поддержки функции DR в среде нешироковещательного многодоступа (NBMA) могут потребоваться специальные методы, часто зависящие от поставщика. Обычно разумно настраивать отдельные виртуальные каналы подсети NBMA как отдельные линии точка-точка; используемые методы зависят от реализации.

Резервный назначенный маршрутизатор (BDR) — это маршрутизатор, который становится назначенным маршрутизатором, если текущий назначенный маршрутизатор имеет проблему или выходит из строя. BDR — это маршрутизатор OSPF со вторым по величине приоритетом на момент последних выборов.

У данного маршрутизатора могут быть некоторые интерфейсы, которые назначены (DR), и другие, которые являются резервными назначенными (BDR), и другие, которые не назначены. Если ни один маршрутизатор не является DR или BDR в данной подсети, сначала выбирается BDR, а затем проводятся вторые выборы для DR. ^{[1] : 75}

Маршрутизатор, который не был выбран в качестве назначенного маршрутизатора (DR) или резервного назначенного маршрутизатора (BDR). Маршрутизатор образует смежность как с назначенным маршрутизатором (DR), так и с резервным назначенным маршрутизатором (BDR).

Для других не (B)DR смежность заканчивается на 2-стороннем состоянии.

DR избирается на основе следующих критериев по умолчанию:

• Если приоритет маршрутизатора OSPF установлен на 0, это означает, что он НИКОГДА не сможет стать DR или BDR.
• Если в сети нет DR, маршруты будут ждать, пока не истечет таймер ожидания .
• Когда DR терпит неудачу и BDR берет на себя управление, проводятся еще одни выборы, чтобы определить, кто станет новым BDR.
• Маршрутизатор, отправляющий Hello-пакеты с наивысшим приоритетом, побеждает в выборах.
• Если два или более маршрутизаторов имеют наивысший приоритет, побеждает маршрутизатор, отправивший Hello с наивысшим RID (идентификатором маршрутизатора). ПРИМЕЧАНИЕ: RID — это наивысший логический (кольцевой) IP-адрес, настроенный на маршрутизаторе; если логический/кольцевой IP-адрес не установлен, маршрутизатор использует наивысший IP-адрес, настроенный на его активных интерфейсах (например, 192.168.0.1 будет выше, чем 10.1.1.2 ).
• Обычно маршрутизатор со вторым по величине приоритетным номером становится BDR.
• Значения приоритета находятся в диапазоне от 0 до 255, ^[20] при этом более высокое значение увеличивает шансы стать DR или BDR.
• Если маршрутизатор OSPF с более высоким приоритетом подключается после завершения выборов, он не станет DR или BDR до тех пор, пока (по крайней мере) DR и BDR не выйдут из строя.
• Если текущий DR 'идет вниз', текущий BDR становится новым DR, и происходят новые выборы, чтобы найти другого BDR. Если новый DR затем 'идет вниз', и исходный DR теперь доступен, все еще ранее выбранный BDR станет DR.

1. DR отправляет LSU на 224.0.0.5
2. BDR отправляет LSUAck на 224.0.0.5
3. DR Другой отправляет LSUAck на 224.0.0.6

1. BDR отправляет LSU на 224.0.0.5
2. BDR отправляет LSUAck на 224.0.0.5
3. DR Другой отправляет LSUAck на 224.0.0.6

1. DR Другой отправляет LSU на 224.0.0.6
2. BDR отправляет LSA на 224.0.0.5
3. BDR отправляет LSUAck на 224.0.0.5
4. Маршрутизаторы, не являющиеся исходными, DR Other отправляет LSUAck на 224.0.0.6

В отличие от других протоколов маршрутизации, OSPF не переносит данные через транспортный протокол, такой как протокол пользовательских дейтаграмм (UDP) или протокол управления передачей (TCP). Вместо этого OSPF формирует IP-дейтаграммы напрямую, упаковывая их с использованием номера протокола 89 для поля IP Protocol . OSPF определяет пять различных типов сообщений для различных типов связи. В одном кадре может быть отправлено несколько пакетов.

OSPF использует 5 типов пакетов:

• Привет
• Описание базы данных
• Запрос состояния ссылки
• Обновление состояния ссылки
• Подтверждение состояния ссылки

Сообщения OSPF Hello используются как форма приветствия, чтобы маршрутизатор мог обнаружить другие соседние маршрутизаторы на своих локальных каналах и сетях. Сообщения устанавливают отношения между соседними устройствами (называемые смежностями) и сообщают ключевые параметры о том, как OSPF должен использоваться в автономной системе или области. Во время нормальной работы маршрутизаторы отправляют приветственные сообщения своим соседям через регулярные интервалы ( интервал приветствия ); если маршрутизатор перестает получать приветственные сообщения от соседа по истечении установленного периода ( интервал бездействия ), маршрутизатор предполагает, что сосед вышел из строя.

Сообщения описания базы данных содержат описания топологии автономной системы или области. Они передают содержимое базы данных состояний каналов (LSDB) для области от одного маршрутизатора к другому. Для связи с большой LSDB может потребоваться отправка нескольких сообщений, если отправляющее устройство назначено ведущим устройством и отправляет сообщения последовательно, а ведомое устройство (получатель информации LSDB) отвечает подтверждениями.

Запрос состояния канала ( LSR )

Сообщения запроса состояния канала используются одним маршрутизатором для запроса обновленной информации о части LSDB у другого маршрутизатора. Сообщение указывает канал(ы), для которых запрашивающее устройство хочет получить более актуальную информацию.

Обновление состояния связи ( LSU )

Сообщения об обновлении состояния ссылок содержат обновленную информацию о состоянии определенных ссылок в LSDB. Они отправляются в ответ на сообщение запроса состояния ссылок, а также широковещательно или многоадресно маршрутизаторами на регулярной основе. Их содержимое используется для обновления информации в LSDB маршрутизаторов, которые их получают.

Подтверждение состояния канала ( LSAck )

Сообщения подтверждения состояния канала обеспечивают надежность процесса обмена данными о состоянии канала, явно подтверждая получение сообщения об обновлении состояния канала.

Объявления о состоянии канала OSPF

Тип ЛС	Имя ЛС	Сгенерировано	Описание
1	Маршрутизатор-LSA	Каждый внутренний маршрутизатор в пределах области	Идентификатор состояния канала LSA типа 1 является идентификатором исходного маршрутизатора. Router-LSA описывают следующие типы интерфейсов: Соединение точка-точка с другим маршрутизатором Подключение к транзитной сети Подключение к тупиковой сети (зарезервировано в v3) Виртуальная ссылка
2	Сетевые LSA	ДР	Создано для широковещательных рассылок и сетей NBMA назначенным маршрутизатором. Этот LSA содержит список маршрутизаторов, подключенных к сети. Идентификатор состояния канала LSA типа 2 — это адрес IP-интерфейса DR.
3	Резюме-LSA	АБР	Сводка типа 3 — LSA описывают маршруты к сетям. Информировать другие области о межзональных маршрутизаторах. Эти маршруты также могут быть суммированы.
4	ASBR-резюме	АБР	Тип 4 описывает маршруты к граничным маршрутизаторам AS за пределами ее области. Граничный маршрутизатор области (ABR) генерирует этот LSA, чтобы информировать другие маршрутизаторы в домене OSPF о том, что соответствующий маршрутизатор является граничным маршрутизатором автономной системы (ASBR), чтобы отправленные им внешние LSA (тип 5/тип 7) могли быть правильно разрешены за пределами его собственной области.
5	AS-внешние-LSA	ASBR-система	Тип 5 Описывают маршруты, объявленные ASBR. LSA содержат информацию, импортированную в OSPF из других процессов маршрутизации. Вместе с Type 4 они описывают путь к внешнему маршруту.
7	Внешние объявления о состоянии ссылок NSSA	ASBR, в пределах не очень обширной территории	Тип 7-LSA идентичны типу 5-LSA. Тип 7-LSA рассылаются только в пределах NSSA. На граничном маршрутизаторе области выбранные типы 7-LSA транслируются в типы 5-LSA и рассылаются в магистральную сеть.
8	Ссылка-LSA (v3)	Каждый внутренний маршрутизатор в пределах ссылки	Предоставьте локальный адрес канала локального маршрутизатора всем остальным маршрутизаторам в локальной сети.
9	Внутризоновые префиксы LSA (v3)	Каждый внутренний маршрутизатор в пределах области	Заменяет некоторые функции Router-LSAs; тупиковый сетевой сегмент или присоединенный транзитный сетевой сегмент.

Не все типы зон используют все LSA. Ниже приведена матрица принятых LSA.

OSPF использует стоимость пути в качестве базовой метрики маршрутизации, которая была определена стандартом как не равная какому-либо стандартному значению, такому как скорость, поэтому проектировщик сети мог выбрать метрику, важную для дизайна. На практике она определяется путем сравнения скорости интерфейса с опорной полосой пропускания для процесса OSPF. Стоимость определяется путем деления опорной полосы пропускания на скорость интерфейса (хотя стоимость для любого интерфейса может быть вручную переопределена). Если опорная полоса пропускания установлена ​​на «10000», то соединение 10 Гбит/с будет иметь стоимость 1. Любые скорости меньше 1 округляются до 1. ^[23] Вот пример таблицы, которая показывает метрику маршрутизации или «расчет стоимости» на интерфейсе.

• LSA типа 1 имеет размер 16-битного поля (65 535 в десятичном виде) ^[24]
• LSA типа 3 имеет размер 24-битного поля (16 777 216 в десятичном виде)

OSPF — это протокол уровня 3. Если коммутатор уровня 2 находится между двумя устройствами, работающими по протоколу OSPF, одна сторона может согласовать скорость, отличную от другой. Это может создать асимметричную маршрутизацию на канале (маршрутизатор 1 к маршрутизатору 2 может стоить «1», а обратный путь может стоить «10»), что может привести к непреднамеренным последствиям.

Метрики, однако, напрямую сопоставимы только тогда, когда они одного типа. Распознаются четыре типа метрик. По убыванию предпочтения (например, внутризонный маршрут всегда предпочтительнее внешнего маршрута независимо от метрики), эти типы:

1. Внутризонный
2. Межрайонный
3. Внешний тип 1, который включает как стоимость внешнего пути, так и сумму стоимости внутреннего пути к ASBR, который объявляет маршрут, ^[25]
4. Внешний тип 2, значение которого определяется исключительно стоимостью внешнего пути,

Версия OSPF 3 вносит изменения в реализацию протокола IPv4. ^[2] Несмотря на расширение адресов до 128 бит в IPv6, идентификаторы областей и маршрутизаторов по-прежнему представляют собой 32-битные числа.

• За исключением виртуальных ссылок, все соседние обмены используют исключительно адресацию IPv6 link-local. Протокол IPv6 работает на ссылку, а не на основе подсети .
• Вся информация о префиксе IP была удалена из объявлений о состоянии канала и из пакета обнаружения приветствия , что сделало OSPFv3 по сути независимым от протокола.
• Три отдельных области затопления для LSA:
  • Область действия локального канала: LSA рассылается только по локальному каналу и не далее.
  • Область действия: LSA распространяется по всей одной области OSPF.
  • Область действия AS: LSA рассылается по всему домену маршрутизации.
• Использование локальных адресов IPv6 для обнаружения соседей и автоматической настройки.
• Аутентификация перенесена в заголовок IP-аутентификации.

• Явная поддержка нескольких экземпляров на ссылку ^[26]

• Номер версии OSPF изменен на 3
• Из заголовка LSA удалено поле параметров.
• В пакетах приветствия и описании базы данных поле параметров изменено с 16 до 24 бит.
• В пакете hello информация об адресе удалена. Добавлен идентификатор интерфейса.
• В маршрутизаторах LSA добавлены два дополнительных бита: R-бит и V6-бит .
  • R-бит : позволяет многосетевым хостам участвовать в протоколе маршрутизации.
  • V6-бит : специализируется на R-бите.
• Добавьте идентификатор экземпляра , который позволяет использовать несколько экземпляров протокола OSPF на одном логическом интерфейсе.

• Поле типа LSA изменено на 16 бит.
  • Добавить поддержку обработки неизвестных типов LSA
  • Для кодирования области затопления используются три бита.
• В IPv6 адреса в LSA выражаются в виде префикса и длины префикса.
• В маршрутизаторных LSA и сетевых LSA адресная информация удаляется.
• Маршрутизаторные LSA и сетевые LSA становятся независимыми от сетевых протоколов.
• Добавлен новый тип LSA, link-LSA, который предоставляет локальный адрес маршрутизатора всем остальным маршрутизаторам, подключенным к логическому интерфейсу, предоставляет список префиксов IPv6 для привязки к каналу и может отправлять информацию, отражающую возможности маршрутизатора.
• Сводные LSA типа 3-го типа были переименованы в «LSA с межзонным префиксом».
• Сводные LSA типа 4 были переименованы в «LSA межзонного маршрутизатора».
• Добавлен внутризоновый префикс LSA, который несет всю информацию о префиксе IPv6.

Клиент может использовать OSPF поверх MPLS VPN, где поставщик услуг использует BGP или RIP в качестве внутреннего протокола шлюза . ^[8] При использовании OSPF поверх MPLS VPN магистраль VPN становится частью магистральной области OSPF 0. Во всех областях работают изолированные копии IGP.

Преимущества :

• MPLS VPN прозрачен для стандартной маршрутизации OSPF клиента.
• Оборудование клиента должно поддерживать только OSPF.
• Уменьшите необходимость в туннелях ( Generic Routing Encapsulation , IPsec , Wireguard ) для использования OSPF.

Для достижения этого используется модифицированное перераспределение OSPF-BGP. Все маршруты OSPF сохраняют исходный тип LSA и метрику. ^{[28] [29]} Для предотвращения петель поставщик услуг устанавливает необязательный бит DN ^[30] в LSA от оборудования поставщика, чтобы указать, что маршрут уже был отправлен на оборудование клиента.

OSPF-TE — это расширение OSPF, расширяющее выразительность для обеспечения возможности проектирования трафика и использования в сетях, отличных от IP. ^[31] Используя OSPF-TE, можно обмениваться дополнительной информацией о топологии с помощью непрозрачных LSA, несущих элементы «тип-длина-значение» . Эти расширения позволяют OSPF-TE работать полностью вне полосы сети плоскости данных. Это означает, что его также можно использовать в сетях, отличных от IP, таких как оптические сети.

OSPF-TE используется в сетях GMPLS как средство описания топологии, по которой могут быть установлены пути GMPLS. GMPLS использует собственные протоколы настройки и пересылки путей, как только у него есть полная карта сети.

В протоколе резервирования ресурсов (RSVP) OSPF-TE используется для записи и лавинной рассылки резервирований полосы пропускания, сигнализируемых RSVP, для путей с коммутацией меток в базе данных состояний каналов.

Документы RFC  3717 работают в области оптической маршрутизации для IP на основе расширений OSPF и IS-IS. ^[32]

Протокол Multicast Open Shortest Path First (MOSPF) является расширением OSPF для поддержки многоадресной маршрутизации. MOSPF позволяет маршрутизаторам обмениваться информацией о членстве в группах.

• Allied Telesis внедряет OSPFv2 и OSPFv3 в Allied Ware Plus (AW+)
• Arista Networks внедряет OSPFv2 и OSPFv3
• BIRD реализует как OSPFv2, так и OSPFv3
• Cisco IOS и NX-OS
• Сиско Мераки
• D-Link реализует OSPFv2 на маршрутизаторе Unified Services.
• FTOS от Dell реализует OSPFv2 и OSPFv3
• ExtremeXOS
• FRRouting , преемник Quagga
• GNU Zebra , пакет маршрутизации GPL для Unix-подобных систем
• Можжевельник Юноса
• NetWare реализует OSPF в своем модуле многопротокольной маршрутизации.
• OpenBSD включает OpenOSPFD , реализацию OSPFv2.
• Quagga , ответвление GNU Zebra для Unix-подобных систем
• В Windows NT 4.0 Server, Windows 2000 Server и Windows Server 2003 реализована поддержка OSPFv2 в службе маршрутизации и удаленного доступа , хотя в Windows Server 2008 эта функциональность была удалена .
• XORP — набор средств маршрутизации, реализующий RFC2328 (OSPFv2) и RFC2740 (OSPFv3) для IPv4 и IPv6

OSPF — это широко распространенный протокол маршрутизации, который может объединить сеть за несколько секунд и гарантировать пути без петель. Он имеет много функций, которые позволяют налагать политики распространения маршрутов, которые может быть целесообразно сохранить локальными, для распределения нагрузки и для выборочного импорта маршрутов. IS-IS, напротив, можно настроить на более низкие накладные расходы в стабильной сети, что более распространено в сетях ISP, чем в корпоративных сетях. Есть некоторые исторические инциденты, которые сделали IS-IS предпочтительным IGP для ISP, но сегодня ISP вполне могут выбрать использование функций эффективных реализаций OSPF, ^[33] предварительно рассмотрев плюсы и минусы IS-IS в среде поставщиков услуг. ^[34]

OSPF может обеспечить лучшее распределение нагрузки на внешних соединениях, чем другие IGP. ^{[ необходима цитата ]} Когда маршрут по умолчанию к ISP вводится в OSPF из нескольких ASBR как внешний маршрут типа I и указана та же внешняя стоимость, другие маршрутизаторы будут переходить к ASBR с наименьшей стоимостью пути от его местоположения. Это можно настроить дополнительно, отрегулировав внешнюю стоимость. Если маршрут по умолчанию от разных ISP вводится с различной внешней стоимостью, как внешний маршрут типа II, маршрут по умолчанию с меньшей стоимостью становится основным выходом, а маршрут с большей стоимостью становится только резервным.

• Ткань Кратчайший Путь Сначала
• Ячеистая сеть
• Аналитика маршрута
• Маршрутизация
• Задача о кратчайшем пути

• Колтон, Эндрю (октябрь 2003 г.). OSPF для маршрутизаторов Cisco . Rocket Science Press. ISBN 978-0972286213.
• Дойл, Джефф; Кэрролл, Дженнифер (2005). Маршрутизация TCP/IP. Том 1 (2-е изд.). Cisco Press . ISBN 978-1-58705-202-6.
• Мой, Джон Т. (1998). OSPF: Анатомия протокола маршрутизации Интернета . Addison-Wesley . ISBN 978-0201634723.
• Паркхерст, Уильям Р. (2002). Справочник по командам и конфигурации Cisco OSPF . Cisco Press. ISBN 978-1-58705-071-8.
• Basu, Anindya; Riecke, Jon (2001). "Проблемы стабильности в маршрутизации OSPF". Труды конференции 2001 года по приложениям, технологиям, архитектурам и протоколам для компьютерных коммуникаций . SIGCOMM '01 . С.  225–236 . CiteSeerX  10.1.1.99.6393 . doi :10.1145/383059.383077. ISBN 978-1-58113-411-7. S2CID  7555753.
• Валадас, Руи (2019). OSPF и IS-IS: от принципов маршрутизации состояния канала к технологиям . CRC Press. doi : 10.1201/9780429027543. ISBN 9780429027543. S2CID  164731068.

• Рабочая группа IETF OSPF
• Cisco OSPF
• Зоны Cisco OSPF и виртуальные каналы
• Краткое описание OSPF v2