Concetti avanzati OSPF: Neighborship Open Shortest Path First (OSPF) è un protocollo utilizzato da un router per costruire autonomamente la propria

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2 Concetti avanzati OSPF: Neighborship Open Shortest Path First (OSPF) è un protocollo utilizzato da un router per costruire autonomamente la propria tabella di routing. Quindi, i router di un infrastruttura condividono informazioni tra loro al fine di inserire in tabella le miglior rotte. Prima di scambiare informazioni, i router devono però instaurare una relazione di neighborship che consiste fondamentalmente nel presentarsi l uno all altro. Il router si presenta ad un suo potenziale neighbor per mezzo del parametro router-id. Focalizziamoci per un momento su come avviene in dettaglio il processo di neighborship tra due router. Supponiamo di avere due router connessi da un link seriale: cosa accade abilitando l interfaccia di entrambi? 2

3 La figura che segue illustra il processo: 1. Il link inizialmente è down, quindi i due router non hanno informazione sugli apparati connessi all altra estremità del collegamento. Il link diviene operativo 2. R1 invia il primo messaggio di Hello. R2 sa quindi che sul link è presente un apparato OSPF. R2 inserisce R1 nella tabella dei neighbor e si pone nello stato Init 3

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5 3. R2 invia un messaggio di Hello. Attraverso tale messaggio R1 apprende l esistenza di un router OSPF. R1 si pone nello stato Two Way 4. R2 riceve un nuovo Hello da R1. Passa quindi dallo stato Init a quello Two-Way. La neighborship è quindi stabilita Ovviamente un router, prima di aggiungere il neighbor alla lista controlla la correttezza di tutti i parametri presenti nei messaggi Hello ricevuti. Lo stato Two-way indica che un router è pronto per scambiare informazioni topologiche con il suo neighbor. 5

6 Le informazioni sono scambiate sotto forma di Link State Advertisement (LSA). In altre parole, se lo stato dei router è Twoway entrambi sono pronti per scambiare il Link State Database detenuto da ognuno di essi. Piuttosto che scambiare l intero database, ciascun router verifica se l altro è in possesso di un LSA: in caso affermativo non viene fatto nulla, in caso contrario i router scambiano le LSA mancanti. Nella pratica, i due router scambiano l elenco delle LSA possedute; l elenco contiene solo l identificativo ma non i dettagli dell LSA. Confrontando la propria lista con quella del neighbor, ciascun router richiede all altro apparato il trasferimento solo delle LSA mancanti. I pacchetti OSPF attraverso cui due router scambiano LSA sono detti Link State Update (LSU). LSA definisce infatti la struttura dati 6

7 utilizzata all interno del database Link State e non la struttura del pacchetto OSPF. La figura seguente illustra lo scambio di messaggi LSU tra due router. Una volta completato lo scambio dei database e quindi delle LSA i due router passano dallo stadio 2-Way a Full. Il passaggio non avviene tuttavia in maniera istantanea, piuttosto il router in sequenza si pone nei seguenti stati: 1. Two way: la neighborship è instaurata ma i router ancora non scambiano informazioni topologiche tra loro 7

8 2. ExStart: i router scambiano tra loro la lista dei Link State Advertisement contenuti nel database locale. La lista contiene solo l identificativo delle LSA. 8

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10 3. Loading: Ciascun router richiede le LSA mancanti al suo neighbor. Le LSA sono inviate all interno di messaggi LSU. Ciascuna LSU può contenere al suo interno uno o più link state advertisement 4. Full: Lo scambio delle LSA è terminato. I database OSPF dei due router sono allineati e contengono le stesse LSA. Ciascun router gestisce le relazioni con i propri neighbor per mezzo di due parametri: Hello Interval e Dead Interval. Hello Interval definisce l intervallo di tempo con cui un router invia messaggi Hello. Ciascun router OSPF si aspetta quindi di ricevere un messaggio Hello dai suoi neighbor con frequenza definita dal 10

11 parametro. Se un router non riceve un messaggio Hello da un neighbor entro l intervallo di tempo definito dal Dead Interval, il router dichiara il neighbor down e lo elimina dall elenco. Di default il valore Dead Interval è quattro volte maggiore rispetto al valore Hello Interval. Concetti avanzati OSPF: Designated Router Finora abbiamo analizzato la situazione in cui due router sono connessi per mezzo di un collegamento punto-punto. Consideriamo adesso la situazione in cui due o più router OSPF sono connessi sullo stesso segmento di rete, come rappresentato in figura 11

12 In tal caso il protocollo OSPF elegge un router a ruolo Designated Router (DR) e un altro a ruolo Backup Designated Router (BDR) Il ruolo del Designated Router è di fondamentale importanza per quel che riguarda lo scambio degli LSA tra i vari router. Infatti, il processo di allineamento dei database link-state non avviene tra ogni coppia di router, bensì solamente tra il Designated Router e tutti gli altri connessi sullo stesso segmento di rete, come mostrato in figura. 12

13 Il Designated Router svolge quindi un ruolo fondamentale e critico per lo scambio delle LSA tra i vari router. Proprio per questo motivo, viene eletto anche un Backup Designated Router in grado di assumere il ruolo DR nel caso in cui quello attivo subisca un fault. Se ciò accade, il BDR diviene DR e viene indetta una nuova elezione per decidere a quale router associare il ruolo di BDR. 13

14 Condividendo le informazioni topologiche con tutti i router, lo stato associato al DR e BDR è ovviamente di tipo Full per ciascun neighbor. Facendo riferimento alle figure precedenti, potremmo quindi dire che: Lo stato del Router A, per ciascun neighbor è di tipo Full. Router A è infatti il Designated Router sul segmento di rete prescelto Lo stato di tutti gli altri router è: In corrispondenza del neighbor Router A, di tipo Full In corrispondenza di tutti gli altri neighbor, di tipo 2-Way, in quanto i router scambiano LSA solo con il designated router 14

15 Due router in stato Full sono anche detti Full-Adjacent mentre router che formano uno stato 2-Way semplicemente Adjacent. La tabella riassume quanto detto: Stato Adiacenza Descrizione Full Full-Adjacency I database LSDB dei due neighbor sono allineati e contengono le stesse informazioni. 2-Way Adjacency La relazione di neighborship è stata stabilita ma i router ancora non scambiano LSU tra loro 15

16 Architetture OSPF Multi Area OSPF è uno dei protocolli IGP più diffuso oggi giorno e questo per due motivi principali: È un protocollo standard quindi supportato anche dai router non Cisco; È scalabile, quindi adattabile sia ad una piccola rete che ad infrastrutture enterprise complesse e articolate La scalabilità è resa possibile grazie al concetto di Area definita come l insieme di router che condividono le stesse informazioni o in altre parole lo stesso database link state. L Area 0 o Backbone è l area principale presente in ogni infrastruttura OSPF. 16

17 L esigenza di utilizzare Aree ben distinte è progredita con il crescere delle infrastrutture di rete. Infatti: Una topologia più estesa richiede molta più memoria su ogni router per memorizzare LSDB e LSA Il carico computazionale richiesto ad ogni router per determinare la miglior rotta è maggiore in quanto maggiori sono le informazioni possedute Ogni volta che lo stato di una singola interfaccia cambia, ogni router deve inviare nuovamente LSA e ricalcolare per intero l algoritmo di Dijikstra!!! 17

18 Per questo motivo, è necessario suddividere la topologia in aree distinte. I router possono stabilire neighborship e scambiare LSA solo con gli apparati appartenenti alla stessa area. Il ruolo di mettere in comunicazione aree differenti è demandato all Area Border Router (ABR): ciascuna zona ne contiene almeno uno. 18

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20 La figura illustra un architettura realizzata con tre aree. OSPF per poter funzionare richiede che tutte le aree abbiano almeno un collegamento con l Area 0. Il Router R5 funge da ABR e permette le comunicazioni tra Backbone e Area 1. R4 permette invece le comunicazioni tra backbone e Area 2 e anch esso svolge il ruolo di ABR. Prima di andare avanti, fissiamo bene il significato dei termini comunemente utilizzati in un architettura OSPF Multi Area. Area Border Router (ABR): E un router connesso all area di Backbone: almeno una delle sue interfacce è connessa su un area differente da quella di backbone; 20

21 Backbone Router: E un router presente sull area di backbone; Internal Router: E un router presente su un area differente da quella di backbone; Area: E l insieme di router e link che condividono i dettagli dello stesso database link state LSDB; Backbone Area: E un area speciale e indicata come area 0; tutte le altre aree sono connesse con l area 0. Intra-area route: E una rotta per una subnet presente all interno della stessa area del router Inter-area route: E una rotta per una subnet presente all esterno dell area del router 21

22 Come visto, per poter scambiare informazioni tra di loro, i router fanno uso di Link State Advertisement. Se l infrastruttura è composta da più aree OSPF, è possibile suddividere gli LSA nelle tre categorie riportate in tabella. Nome LSA Numero Scopo primario Router 1 Descrivere il router LSA Network 2 Descrivere la rete in possesso di un Designated router Summary 3 Descrivere una subnet presente in un altra area 22

23 Quindi fondamentalmente esistono tre differenti tipi di LSA: di tipo 1, 2 e 3. La tabella seguente illustra i dati contenuti all interno di ciascuna tipologia LSA Nome LSA Numero Contenuto LSA Router 1 RID, Interface IP address/mask, stato interfaccia LSA Network 2 Indirizzi IP dei DR e BDR, subnet ID e mask Summary 3 Subnet ID, Mask, RID dell ABR che annuncia l LSA 23

24 Per comprendere meglio il concetto che è dietro alle tipologie LSA osserva la figura che segue. I router interni all area 1 scambieranno LSA di tipo 1 e 2 per raccogliere informazioni sui router, sullo stato dei collegamenti e sulle reti interne all Area. LSA di tipo 3 sono invece utilizzate solo per richiedere informazioni su subnet esterne all area. Ad esempio un router interno all area 1 potrebbe richiedere un LSA di tipo 3 per la subnet summary /23. Ricapitolando, all interno della stessa area è sufficiente utilizzare LSA di tipo 1 e 2 al fine di costruire la topologia interna e le rotte intra-area. Viceversa, se un router deve accedere a una rotta summary esterna utilizzerà LSA di tipo 3. Quest ultime contengono oltre ai dettagli della rotta inter-area (subnet id e subnet mask), anche il router ID 24

25 dell Area Border Router. E infatti esso l apparato in grado di mettere in comunicazione nell esempio l area 1 con quella remota. 25

26 Da un punto di vista prettamente topologico, agli occhi di un Internal Router, le summary inter-route è come se fossero direttamente connesse dietro il router ABR. Calcolo miglior rotta OSPF Le informazioni contenute all interno delle LSA non sono inserite direttamente in tabella di routing, piuttosto sono utilizzate per calcolare la miglior rotta per raggiungere una data destinazione. Quindi, un router che ha raggiunto lo stato Full per ciascuna destinazione calcola il miglio percorso applicando l algoritmo di Dijkstra. Comprendiamo meglio attraverso un esempio in che modo ciascun router calcola la miglior rotta. Supponiamo che il router R1 debba determinare in che modo raggiungere la rete /20 26

27 presente dietro al router R8. Come vedi, R1 ha a disposizione diversi percorsi: potrebbe inoltrare i pacchetti al next-hop R2, R5 oppure R7: quale scegliere? Le LSA contengono tra le varie cose, anche il costo associato a ciascun link di rete. Sulla base di tali informazioni, il router calcola il costo complessivo del percorso che va dall apparato alla rete di destinazione. In questo caso, il router R1 calcolerà il costo complessivo dei seguenti percorsi: R1 -> R5 -> R6 -> R8->Subnet R1 -> R7 -> R8->Subnet R1 -> R2 -> R3 -> R4 -> R8->Subnet 27

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29 Il costo complessivo si ottiene semplicemente sommando algebricamente il costo di ciascun link (espresso come valore decimale). E necessario includere nell operazione anche il costo associato all interfaccia LAN del router R8. La tabella riporta i risultati ottenuti dal router R1 Percorso Operazione Costo totale R1 -> R5 -> R6 -> R8 -> Subnet R1 -> R7 -> R8 -> Subnet R1 -> R2 -> R3 -> R4 -> R8 -> Subnet A questo punto il router sceglie il percorso che ha costo complessivo inferiore. Nell esempio, il router R1 sceglierà il percorso centrale in 29

30 quanto ha costo complessivo pari a 100. In altre parole, R1 inserisce in tabella di routing la seguente route: Subnet: /20 Next-Hop: R5 Fai attenzione: il percorso composto dal minor numero di router, in genere non corrisponde al percorso a minor costo!!! Supponiamo ora che un router apprenda la stessa rotta da differenti sorgenti: ad esempio dal protocollo OSPF e da una configurazione statica Quale delle due rotte inserire in routing table? Consideriamo tutte le rotte di pari livello oppure è necessario impostare un peso anche al tipo di fonte? Del resto una rotta impostata manualmente è 30

31 di certo molto più attendibile di una appresa in maniera dinamica. Per associare quindi una priorità o peso alle differenti fonti, Cisco utilizza un concetto detto Distanza Amministrativa: ad ogni protocollo è associata un differente valore di distanza amministrativa e nel caso in cui venga ricevuta la stessa rotta (con stessa metrica o costo) ma da due fonti differenti, il Router utilizzerà quella con Distanza Amministrativa più bassa. La tabella riporta i valori tipici. Fonte Distanza Amministrativa Direttamente Connessa 0 Static 1 BGP (external routes) 20 EIGRP (internal routes) 90 IGRP

32 OSPF 110 IS-IS 115 EIGRP (external routes) 170 BGP (internal routes) 200 Supponiamo che il router riceva le rotte riportate nella tabella che segue. Quale delle due sarà inserita in routing table? Route Interface/Next Hop Metrica Distanza Amministrativa /28 Serial 0/ /28 Serial 0/

33 Sarà inserita la seconda caratterizzata da distanza amministrativa minore. E tuttavia possibile implementare la funzionalità Load Balacing all interno del protocollo OSPF. In altre parole esiste un modo per inserire in tabella di routing più rotte per una data destinazione, a patto che le rotte abbiano stessa metrica/costo. Il router potrebbe ricevere ad esempio inserire in tabella le seguenti route: Subnet: /20 Next-Hop: R5 Metric: 50 33

34 Subnet: /20 Next-Hop: R7 Metric: 50 In questo modo il traffico è bilanciato sui due percorsi: I pacchetti saranno inviati a volte al nex-hop R5, altre volte al router R7. Per poter attivare la funzionalità load balancing è necessario dare il comando maximum-paths <number>. Il parametro <number> indica il massimo numero di entry con pari metrica che possono essere inserite in tabella per una data destinazione. 34

35 Implementazione OSPF Multi Area Lo scopo di questa sezione è illustrare in che modo è possibile implementare un architettura OSPF Multi Area su Cisco IOS. La topologia in figura è composta da tre Aree OSPF: backbone (Area 0), Area 23 e Area 4. Osserva come tutte le aree sono connesse con quella di Backbone. L ABR delle aree 23e 4 è rappresentato dal router R1. I router R2, R3 e R4 sono invece Internal Router per l area di appartenenza. Da un punto di vista implementativo, i comandi da utilizzare per la creazione di un ambito Multi Area sono gli stessi visti per l implementazione OSPF Single Area. 35

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37 La prima cosa da fare consiste nell abilitare il protocollo OSPF sulle interfacce di interesse e associare a ciascun router il corrispondente Router-ID. 1. La configurazione seguente applicata su R2, fa sì che entrambe le interfacce siano configurate sull Area 23. I messaggi HELLO inviati da R2 conterranno il router-id

38 2. Allo stesso modo la configurazione seguente applicata su R3, fa sì che entrambe le interfacce siano configurate sull Area 23. I messaggi HELLO inviati da R3 conterranno il router-id La configurazione seguente applicata su R4, fa sì che entrambe le interfacce siano configurate sull Area 4. I messaggi HELLO 38

39 inviati da R4 conterranno il router-id , in quanto non essendo configurati né il parametro Router ID, né un interfaccia di loopback, viene utilizzato come router ID l indirizzo IP più alto tra quelli configurati sulle interfacce del router. 39

40 4. Il router R1 a differenza degli altri ha il ruolo ABR, pertanto di fatto è l unico a dover supportare la configurazione multi-area. La figura illustra la configurazione per il router R1. Le interfacce Gi0/0.11 e Gi0/0.12 sono presenti all interno dell Area 0 Le due interfacce seriali sono presenti all interno dell Area 23 L interfaccia Gi0/1 è presente all interno dell Area 4 40