Кіріспе

IP желілері үшін маршруттау протоколы

Open Shortest Path First (OSPF) – Интернет протоколы (IP) желілері үшін маршруттау протоколы. Ол байланыс күйін маршрутизациялау (LSR) алгоритмін пайдаланады және бір автономды жүйеде (AS) жұмыс істейтін ішкі шлюз протоколдары (IGP) тобына жатады. OSPF қолжетімді маршрутизаторлардан байланыс күйі туралы ақпаратты жинап, желі топологиясының картасын құрайды. Топология интернет қабатына маршрут кестесі түрінде ұсынылады, осы арқылы пакеттерлер олардың IP адресі бойынша бағытталатын болады. OSPF Интернет протоколының 4-ші нұсқасын (IPv4) және Интернет протоколының 6-шы нұсқасын (IPv6) қолдайды және ірі кәсіпорындардың желілерінде кеңінен қолданылады. IS IS, тағы бір LSR негізделген протокол, үлкен қызмет провайдерлерінің желілерінде көбірек таралған. 1980-ші жылдары бастапқыда жасалған OSPF-тің 2-ші нұсқасы RFC 2328 (1998) құжатында сипатталған. IPv6 үшін жаңартпалар RFC 5340 (2008) құжатында OSPF-тің 3-ші нұсқасы ретінде көрсетілген. OSPF Classless Inter Domain Routing (CIDR) адрестеу моделін қолдайды.

Бағыттауыш қатынастары

Желі түрлері (OSPFv2) Желі түрі Нүктеден нүктеге (P2P) Хабар тарату (әдепкі) Хабар тарату емес, көп кірісті (NBMA) Нүктеден көп нүктеге Нүктеден көп нүктеге, хабар тарату емес (P2MP NB) Пассивті Желідегі максималды маршрутизаторлар саны 2 Шегі жоқ Шегі жоқ Шегі жоқ Шегі жоқ Толық торлы құрылым деп есептеледі ✔ ✔ ✔ ✔

Hello (әдепкі Cisco) 10 10 30 30 30 Өлі таймерлер (әдепкі Cisco) 40 40 120 120 120 Күту таймері: 0 Өлі таймерге тең Өлі таймерге тең 0 0 Автоматты көршіні табу ✔ ✔ ✔ Анықтау және hello пакеттері жіберіледі 224.0.0.5 224.0.0.5 Көрші IP 224.0.0.5 Көрші IP Көршілік байланыс жіберіледі 224.0.0.5 Біржолғы Біржолғы Біржолғы Біржолғы LSA пакеттері жіберіледі: 224.0.0.5 DR/BDR: 224.0.0.6 Барлығы: 224.0.0.5 DR/BDR: 224.0.0.6 Барлығы: 224.0.0.5 Біржолғы Біржолғы Келесі секіліс IP: Көрші Бастапқы маршрутизатор Бастапқы маршрутизатор Хаб Хаб OSPF-ке импортталған: Тоқтау және P2P Транзит Транзит Тоқтау және P2P Тоқтау және P2P Тоқтау

OSPF көптеген маршрутизаторлары бар күрделі желілерді, соның ішінде резервтік маршрутизаторларды қолдайды, басқа поджелілерге көптеген байланыстарда трафик жүктемесін теңестіру үшін. Бір хабар тарату доменіндегі немесе нүктеден нүктеге байланыстың әр шетіндегі көрші маршрутизаторлар бір-бірімен OSPF протоколы арқылы байланысады. Маршрутизаторлар бір-бірін анықтаған кезде көршіліктер құрылады. Бұл анықтау маршрутизатор hello протоколы пакетіне өзін танытқан кезде басталады. Осыны мойындағаннан кейін екі жақты жағдай және ең негізгі қарым-қатынас орнатылады. Ethernet немесе Frame Relay желілеріндегі маршрутизаторлар маршрутизаторлар арасындағы трафикті азайту үшін хаб ретінде әрекет ететін тағайындалған маршрутизаторды (DR) және резервтік тағайындалған маршрутизаторды (BDR) таңдайды. OSPF "салам" пакеттерін жіберу және жағдайды жаңарту үшін unicast және multicast тарату режимдерін пайдаланады. Шылжырлау жағдайының маршрутизациялық протоколы ретінде OSPF басқа маршрутизаторлармен маршрутизациялық жаңартуларды алмасу үшін көрші қатынастарды орнатады және сақтайды. Көрші қатынас кестесі көршілік деректер қоры деп аталады. Егер екі OSPF маршрутизаторы бір субжеліге кірсе және бірдей аймақ ID, субжелі маскасы, таймерлері мен аутентификациясын бөлісе, олар көрші болып табылады. Негізінде, OSPF көршілігі - бұл екі маршрутизатордың арасындағы қарым-қатынас, бұл оларға бір-бірін көруге және түсінуге мүмкіндік береді, бірақ бұдан басқа ештеңе жоқ. OSPF көршілері маршрут туралы ақпарат алмаспайды, олар алмасатын жалғыз пакеттер - hello пакеттері. OSPF көршілері арасында орналасуы арқылы маршрут туралы ақпарат алмасуға болады. Екі маршрутизатордың ең алдымен көрші болуы керек, содан кейін ғана олар көршілес бола алады. Екі маршрутизатордың кем дегенде біреуі маршрутизатор немесе резервтік маршрутизатор болып табылса (көп кіруді қамтитын желілерде) немесе олар нүктеден нүктеге немесе нүктеден көп нүктелі желі түріне байланысты болса, олар көршілес болады. Қарым-қатынасты құру үшін пайдаланылатын интерфейстер бір OSPF аймағында болуы тиіс. Интерфейс бірнеше аймаққа жататын етіп конфигурациялануы мүмкін, бірақ бұл әдетте жүзеге асырылмайды. Екінші аймақта конфигурацияланған кезде интерфейс екінші интерфейс ретінде конфигурациялануы тиіс.

Тікелей емес қосылыстар

Виртуалды сілтемелер, туннельдеу және жалған сілтемелер – маршруттау механизмі арқылы жүзеге асырылатын және қашықтағы хостқа тікелей қосылмайтын қосылым түрі. Виртуалды сілтемелер: пакеттер уникаст ретінде жіберіледі. Тек негізгі емес аймақта (бірақ тоқсан аймақта емес) конфигурациялануы мүмкін. Түнгі нүктелер ABR болуы керек, виртуалды сілтемелер нөмірленбеген нүктеден нүктеге қосылымдар сияқты жұмыс істейді. Екі маршрутизатор арасындағы аймақ ішіндегі жолдың құны сілтемеге қосылады. Туннельдеу арқылы виртуалды сілтеме (GRE және WireGuard сияқты): OSPF арқа сүйегінен басқа аймақтар үшін виртуалды сілтемелерді қолдамайтындықтан, туннельдеуді пайдалану – оны шешіп алудың жолы. Егер бірдей IP немесе маршрутизатор ID қолданылса, сілтеме мақсатты бағытқа екі тең құнды маршрут жасайды. Жалған сілтеме: екі сайтты MPLS VPN магистралі арқылы байланыстыратын аймақ ішіндегі сілтеме, ол сол екі сайт арасындағы ішкі аймақ ішіндегі "OSPF артқы есік сілтемесінен" артық. Жалған сілтеме тек MPLS VPN магистралі OSPF артқы есік сілтемесіне қарағанда басымдық берілген жағдайда ғана қажет.

Жақындық күй машинасы

Әр OSPF маршрутизаторы желідегі басқа көрші маршрутизаторлармен әрбір қосылыс интерфейсі арқылы байланыс жасайды, барлық көршіліктердің күйін анықтау үшін. Мұндай әрбір байланыс тізбегі – байланыс жасайтын көршілердің маршрутизатор ID-лерінің жұбымен анықталатын жеке әңгіме. RFC 2328 осы әңгімелерді бастау (Hello Protocol) және толық көршілікті орнату (дерекқор сипаттама пакеттері, сілтеме күйі сұрау пакеттері) үшін протоколды көрсетеді. Әрбір маршрутизатордың әңгімесі өту барысында күй машинасымен анықталған ең көп сегіз күйден өтеді:

Көршілес мемлекеттердің өзгеруі

Төмен: Төмен күйі Hello протоколы арқылы маршрутизаторлар арасында ешқандай ақпарат алмастырылмаған және сақталмаған кездегі әңгімелесудің бастапқы күйін көрсетеді. Сынау: Сынау күйі төмен күйіне ұқсас, бірақ маршрутизатор басқа маршрутизатормен байланыс орнатуға тырысып жатыр, алайда бұл тек таратпайтын көптеген кіру желілерінде (NBMA) қолданылады. Init: Init күйі көршіден сәлемдеме хабары алынғанын, бірақ маршрутизатор екі жақты байланыс орнатпағанын көрсетеді. Екі жақты: Екі жақты күй екі маршрутизатор арасында екі бағытты байланыстың орнатылғанын білдіреді. Бұл күй тікелей жақындық орнатуға дейін келеді. Бұл DR ретінде қарастырылатын маршрутизатордың ең төменгі күйі болып табылады.

Деректер базасын алмасу

Бірлескен бастау (exstart): Exstart күйі – екі маршрутизатордың жақындық орнатуының алғашқы қадамы. Айырбастау: Айырбастау күйінде маршрутизатор өзінің желілік күй туралы деректер базасы ақпаратын көрші маршрутизаторға жібереді. Осы күйде маршрутизатор барлық OSPF бағыт протоколы пакеттерін алмаса алады. Жүктеу: Жүктеу күйінде маршрутизатор бұрынғы күйде анықталған көршісінен ең соңғы желілік күй туралы хабарламаларды (LSA) сұрайды. Толық: Толық күй маршрутизаторлар толық жақындыққа жеткенде аяқталады және бұл күй барлық маршрутизатор және желі LSA-ларында көрінеді. Көрші маршрутизаторлардың желілік күй туралы деректер базалары толық синхронды болады.

Телерадио хабар тарату желілері

Тарту арқылы көп қолжетімді желілерде, көршіліктер көп таратушы "сәлемдесу" хабарламаларын пайдаланып динамикалық түрде құрылады:
IP 192.0.2.1 > 224.0.0.5: OSPFv2, сәлемдесу
IP 192.0.2.2 > 224.0.0.5: OSPFv2, сәлемдесу
IP 192.0.2.1 > 192.0.2.2: OSPFv2, дерекқорының сипаттамасы
IP 192.0.2.2 > 192.0.2.1: OSPFv2, дерекқорының сипаттамасы

Пассивті желі

OSPF желіні хабарлайтын, бірақ OSPF көршілес байланыс орнатылмайтын желі.

Тірек аймағы

Негізгі аймақ (әрі қарай 0 аймағы немесе 0.0.0.0 аймағы деп аталады) OSPF желісінің ядросын құрайды. Барлық басқа аймақтар оған тікелей немесе басқа маршрутизаторлар арқылы қосылады. OSPF маршрутизациялық шеңберлердің пайда болуын болдырмау үшін мұны қажет етеді. Аймақтар аралық маршрутизация негізгі аймаққа қосылған және оларға тиесілі аймақтарға қосылған маршрутизаторлар арқылы жүзеге асырылады. Бұл "OSPF доменінің" логикалық және физикалық құрылымы болып табылады және OSPF доменіндегі нөлдік емес барлық аймақтарға тіркеледі. OSPF-де автономдық жүйе шекаралық маршрутизаторы (ASBR) термині тарихи тұрғыдан қарастырылады, себебі көптеген OSPF домендері бір Интернет көрінетін автономдық жүйеде бірге болуы мүмкін, RFC 1996. Барлық OSPF аймақтары негізгі аймаққа қосылуы керек. Дегенмен, бұл қосылыс виртуалды байланыс арқылы да болуы мүмкін. Мысалы, 0.0.0.1 аймағы 0.0.0.0 аймағымен физикалық байланыста деп есептейік. Сонымен қатар, 0.0.0.2 аймағының тікелей негізгі аймаққа байланысы жоқ деп есептейік, бірақ бұл аймақтың 0.0.0.1 аймағына байланысы бар. 0.0.0.2 аймағы 0.0.0.1 транзиттік аймағы арқылы виртуалды байланыс пайдаланып негізгі аймаққа жете алады. Аймақ транзиттік аймақ болуы үшін, транзиттік атрибуты болуы керек, сондықтан ол ешқандай жағдайда тоқтап тұра алмайды.

Тұрақты аумағы

Тұрақты аймақ – ерекше ерекшелігі жоқ, тіректік емес (нольдік емес) аймақ, ол түйіндемелік және сыртқы LSA-ларды жасайды және қабылдайды. Тіректік аймақ – мұндай аймақтың арнайы түрі.

Толықтай түйіршікті аймақ

Толықтай ұсақталған аймақ ұсақталған аймаққа ұқсас. Дегенмен, бұл аймақ сыртқы маршруттардың болмауымен қатар, жиынтық маршруттарды да қабылдамайды, яғни аймақаралық (IA) маршруттар толықтай ұсақталған аймаққа жинақталмайды. Трафик аймақтан тысқары бағытталатын жалғыз жол – аймаққа жарияланатын жалғыз 3-түрлі LSA болып табылады. Аймақтан тек бір маршрут болғанда, маршрут процессорға маршрутты анықтау үшін аз шешімдер қабылдау қажет, бұл жүйе ресурстарын тиімді пайдалануға мүмкіндік береді. Кейде TSA-да тек бір ABR болуы мүмкін деп есептеледі.

Өте тоңғақ емес аймақ

NSSA-ның стандартты функционалдығына қосымша, толығымен тоқ NSSA – бұл TSA атрибуттарын қабылдайтын NSSA, яғни 3 және 4-түрлі жиынтық маршруттар осы типтегі аймаққа таралмайды. Сонымен қатар, аймақты толығымен тоқ және тоқ емес деп жариялауға болады, яғни аймақ 0.0.0.0 аймағынан тек әдепкі маршрутты ғана қабылдайды, бірақ сонымен қатар сыртқы маршруттау ақпаратын қабылдайтын және оны жергілікті аймаққа, ал жергілікті аймақтан 0.0.0.0 аймағына енгізетін автономды жүйе шекаралық маршруттағышы (ASBR) болуы мүмкін. NSSA аймағына қайта тарату 7-түр деп аталатын ерекше LSA-ны құрайды, ол тек NSSA аймағында ғана болуы мүмкін. NSSA ASBR осы LSA-ны жасайды, ал NSSA ABR маршрутизаторы оны OSPF доменіне таратылатын 5-түрлі LSA-ға аударады. Жаңадан сатып алынған еншілес компания – бұл аймақтың бір мезгілде тоқ емес және толығымен тоқ болуына болатын жағдайдың бір мысалы, егер ASBR-ді орналастырудың ыңғайлы орны толығымен тоқ аймақтың шетінде болса. Мұндай жағдайда ASBR толығымен тоқ аймаққа сыртқы маршруттарды жібереді және олар сол аймақтағы OSPF құрылғыларына қолжетімді болады. Cisco-ның іске асыруында сыртқы маршруттарды толығымен тоқ аймаққа енгізуден бұрын жиынтықтауға болады. Жалпы, ASBR TSA NSSA-ға әдепкі маршрут туралы хабарлама бермеуі керек, бірақ бұл өте мұқият жобалау және пайдалану арқылы жұмыс істей алады, мұндай хабарламаның мәні бар шектеулі ерекше жағдайларда. Толығымен тоқ аймақты NSSA деп жариялау арқылы, негізгі желіден әдепкі маршруттан басқа сыртқы маршруттар талқыланып жатқан аймаққа кірмейді. Сыртқы маршруттар TSA NSSA арқылы 0.0.0.0 аймағына жетеді, бірақ TSA NSSA-ға әдепкі маршруттан басқа маршруттар кірмейді. TSA NSSA-дағы маршрутизаторлар барлық трафикті ABR-ге жібереді, ASBR-дің жариялаған маршруттарынан басқа.

Тағайындалған маршрутизатор

Белгіленген маршрутизатор (DR) – белгілі бір көп қатынаулы желі сегментіндегі барлық маршрутизаторлар арасынан сайланатын маршрутизатор интерфейсі, көбінесе көп қатынаулы тарату желісі деп есептеледі. Радиоарналы емес көп қатынау (NBMA) ортасында DR функциясын қолдау үшін көбінесе өндірушіге тәуелді арнайы техникалар қажет болуы мүмкін. NBMA қосалқы желісінің жеке виртуалды тізбектерін жеке нүктеден нүктеге дейінгі байланыс ретінде конфигурациялау әдетте дұрыс; қолданылатын техникалар жүзеге асыруға байланысты.

Бекітілген маршрутизатор

Сақтық көшірме тағайындалған маршрутизатор (BDR) – ағымдағы тағайындалған маршрутизаторда мәселе туындаса немесе ол істен шықса, тағайындалған маршрутизатордың орнына келетін маршрутизатор. BDR – соңғы сайлау кезінде екінші жоғары басымдыққа ие OSPF маршрутизаторы. Бір маршрутизатордың кейбір интерфейстері тағайындалған (DR) болса, ал кейбіреулері сақтық көшірме тағайындалған (BDR) және тағы басқалары тағайындалмаған болуы мүмкін. Егер берілген желіде DR немесе BDR болмаса, алдымен BDR сайланады, содан кейін DR сайлауы өтеді. Жоғары мән DR немесе BDR болу мүмкіндігін арттырады. Сайлау өткеннен кейін жоғары басымдылыққа ие OSPF маршрутизаторы желіге қосылса, ол DR немесе BDR болмайды, кем дегенде DR және BDR істен шыққанша. Егер ағымдағы DR істен шықса, ағымдағы BDR жаңа DR болады және жаңа BDR іздеу үшін тағы бір сайлау өтеді. Егер жаңа DR істен шығып, ал бастапқы DR қайта қолжетімді болса, бұрын таңдалған BDR DR болады.

OSPF v3 нұсқасы

OSPF 3-ші нұсқасы протоколдың IPv4-тегі іске асылуына өзгерістер енгізеді.

Жол қозғалысы инженері

OSPF TE – OSPF-тің кеңейтілген нұсқасы болып табылады, ол трафик инженериясын жүзеге асыруға және IP емес желілерде қолдануға мүмкіндік беретін экспрессивтілікті арттырады. OSPF TE қолданылу арқылы, түрін-ұзындығын-мәні элементтерін тасымалдайтын түсініксіз LSA арқылы топология туралы толыққанды ақпарат алмасуға болады. Бұл кеңейтімдер OSPF TE-ге деректер жеткізу желісінен толығымен бөлек жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Осының арқасында, ол IP емес желілерде де, мысалы оптикалық желілерде де қолданылуы мүмкін. OSPF TE GMPLS желілерінде GMPLS маршруттарын құру үшін қолданылатын топологияны сипаттау құралы ретінде пайдаланылады. GMPLS толық желі картасын алғаннан кейін өзінің маршрутты орнату және жіберу протоколдарына көшеді. Ресурстарды резервтеу протоколында (RSVP), OSPF TE белгіленген маршруттар үшін RSVP сигналды жолақ енін тіркеу және тарату үшін қолданылады.

Оптикалық маршруттау

OSPF және IS-IS кеңейтімдеріне негізделген IP үшін оптикалық маршруттау жөніндегі құжаттар жұмыс істейді.

Көп таратуды ең қысқа жолмен бастау

Multicast Open Shortest Path First (MOSPF) протоколы – OSPF протоколына көпжариялымды маршруттауды қолдау үшін жасалған кеңейтім. MOSPF маршрутизаторларға топқа қатысу туралы ақпарат алмасуға мүмкіндік береді.

Қолданбалар

OSPF – желіні бірнеше секунд ішінде біріктіре алатын және циклсыз маршруттарды қамтамасыз ететін кеңінен қолданылатын маршруттау протоколы. Оның көптеген мүмкіндіктері бар, олар маршруттардың таралуына қатысты саясатты белгілеуге мүмкіндік береді, олар жергілікті қалдыруға, жүктемені бөлуге және таңдаулы маршруттарды импорттауға қатысты болуы мүмкін. IS IS, керісінше, тұрақты желіде төменгі жүктеме үшін реттелуі мүмкін, бұл ISP желілерінде, кәсіпорын желілеріне қарағанда көбірек кездеседі. IS IS-ті ISP-лер үшін таңдамал IGP-ге айналдырған тарихи жағдайлар бар, бірақ бүгінде ISP-лер OSPF-тің тиімді іске асырылған мүмкіндіктерін пайдалануды таңдауы мүмкін, алдымен қызмет провайдерлерінің ортасында IS IS-тің артықшылықтары мен кемшіліктерін қарастырғаннан кейін. Егер ISP-ге арналған әдепкі маршрут бірнеше ASBR-ден I типті сыртқы маршрут ретінде OSPF-ке енгізілсе және бірдей сыртқы құны көрсетілсе, басқа маршрутизаторлар өз орналасқан жерінен ең төменгі маршрут құнымен ASBR-ге өтеді. Бұл сыртқы құнды реттеу арқылы одан әрі жақсартуға болады. Егер әртүрлі ISP-лерден әдепкі маршрут әртүрлі сыртқы құнмен енгізілсе, II типті сыртқы маршрут ретінде, ең төменгі құнға ие әдепкі маршрут негізгі шығу болады, ал жоғарырақ құнға иесі тек резервтік болады.