9.0.1.1 Глава 9. Протокол OSPF для нескольких областей
OSPF для нескольких областей используется для разделения сети OSPF большого размера. При увеличении количества маршрутизаторов в одной области растет нагрузка на ЦП и база данных состояний каналов увеличивается до значительных размеров. В этой главе приведены рекомендации относительно того, как можно эффективно разделить одну большую область на несколько областей. Область 0, используемая в OSPF для одной области, называется магистральной.
В главе подробно рассматриваются сообщения LSA, передаваемые между областями. Кроме того, эта глава содержит интерактивные задания для настройки OSPFv2 и OSPFv3. В завершении главы приводятся команды show, используемые для проверки конфигураций OSPF.
9.1.1.1 OSPF для одной области
Использование OSPF для одной области является целесообразным в небольших сетях с несложной системой каналов маршрутизаторов и легко определяемыми маршрутами к отдельным узлам назначения.
Но если область становится слишком большой, необходимо уделить внимание следующим проблемам (см. рисунок).
Чтобы повысить эффективность и масштабируемость, протокол OSPF поддерживает иерархическую маршрутизацию с использованием областей. Область OSPF — это группа маршрутизаторов, совместно использующих в своих базах данных состояний каналов одинаковые данные о состоянии каналов.
Примечание. Объединение маршрутов OSPF не рассматривается в рамках данного курса.
9.1.1.2 OSPF для нескольких областей
Разделение большой области OSPF на области меньшего размера называется OSPF для нескольких областей. Использование OSPF для нескольких областей является целесообразным в сетях большего размера, поскольку это позволяет сократить потребление ресурсов ЦП и памяти.
Например, каждый раз, когда маршрутизатор получает новые данные о топологии, такие как добавление, удаление или изменение канала, он должен повторно выполнить алгоритм SPF, создать новое дерево SPF и обновить таблицу маршрутизации. Алгоритм SPF требует значительных ресурсов ЦП, и время, необходимое для выполнения соответствующих расчетов, зависит от размера области. Слишком большое количество маршрутизаторов в одной области увеличивает размер базы данных LSDB и нагрузку на ЦП. Следовательно, распределение маршрутизаторов по областям позволяет разделить одну крупную базу данных на несколько баз данных меньшего размера, которыми легче управлять.
В случае OSPF для нескольких областей требуется иерархическая структура сети. Главная область называется магистральной областью (областью 0), а все другие области должны подключаться к ней. При использовании иерархической маршрутизации маршрутизация по-прежнему выполняется между областями (это называется межобластной маршрутизацией). Однако перерасчет алгоритма SPF, для которого требуется много ресурсов ЦП, выполняется только для маршрутов внутри области. При изменении конфигурации в одной области алгоритм SPF не пересчитывается в других областях.
Как показано на рис. 1, иерархическая топология OSPF для нескольких областей обеспечивает следующие преимущества:
Допустим, отказал канал между двумя внутренними маршрутизаторами в области 51 (см. рис. 2). Только маршрутизаторы в области 51 обмениваются сообщениями LSA, для чего требуется повторное выполнение алгоритма SPF. Маршрутизатор R1 получает другой тип LSA из области 51 и не пересчитывает алгоритм SPF. Различные типы сообщений LSA рассмотрены далее в этой главе.
9.1.1.3 Двухуровневая иерархия областей OSPF
OSPF для нескольких областей реализован в виде двухуровневой иерархии областей:
Примечание. Возможно несколько подтипов обычных областей, в том числе стандартная область, тупиковая область, полностью закрытая область и не полностью закрытая область (not-so-stubby area, NSSA). Тупиковая, полностью закрытая и не полностью закрытая области в данной главе не рассматриваются.
OSPF реализует эту строгую двухуровневую иерархию областей. Используемая физическая структура сети должна соответствовать двухуровневой структуре областей, причем все немагистральные области должны быть напрямую подключены к области 0. Весь трафик, передаваемый из одной области в другую, должен проходить через магистральную область. Подобный трафик называется межобластным.
Оптимальное число маршрутизаторов в каждой области зависит от многих факторов, таких как устойчивость сети, однако Cisco рекомендует соблюдать следующие условия.
9.1.1.4 Типы маршрутизаторов OSPF
Маршрутизаторы OSPF разных типов позволяют управлять трафиком, который передается в область и из нее. Маршрутизаторы OSPF классифицируются на основе функции, выполняемой ими в домене маршрутизации.
Существует четыре различных типа маршрутизаторов OSPF.
Перераспределение в OSPF для нескольких областей выполняется, когда граничный маршрутизатор подключается к разным доменам маршрутизации (например, EIGRP и OSPF) и настраивает их для обмена и объявления данных о маршрутах между этими доменами маршрутизации. Статический маршрут, включая маршрут по умолчанию, можно также перераспределить как внешний маршрут в домен маршрутизации OSPF.
Маршрутизатор может относиться к нескольким типам маршрутизаторов. Например, если маршрутизатор подключен к областям 0 и 1 и обеспечивает маршрутизацию во внешние сети, то он относится к трем разным категориям: магистральный маршрутизатор, граничный маршрутизатор ABR и граничный маршрутизатор автономной системы ASBR.
9.1.2.1 Типы сообщений LSA протокола OSPF
Сообщения LSA — это структурные элементы базы данных состояний каналов (LSDB) протокола OSPF. По отдельности они используются как записи базы данных и содержат сведения о конкретной сети OSPF, в то время как в совокупности они описывают всю топологию сети или области OSPF.
Документы RFC для OSPF в настоящее время определяют до 11 различных типов LSA (рис. 1). Однако любая реализация OSPF для нескольких областей должна поддерживать первые пять типов LSA: от LSA 1 до LSA 5 (рис. 2). В настоящем разделе основное внимание уделяется первым пяти типам LSA.
Каждый канал маршрутизатора определяется как тип LSA. Сообщение LSA содержит поле идентификатора канала, определяющего номер и маску сети для объекта, с которым соединен канал. В зависимости от типа идентификатор канала имеет разный смысл. Сообщения LSA различаются по способу их создания и распространения в домене маршрутизации.
Примечание. В OSPFv3 поддерживаются дополнительные типы LSA.
9.1.3.2 Расчет маршрута OSPF
Каждый маршрутизатор применяет алгоритм SPF к базе LSDB, чтобы создать дерево SPF. Дерево SPF используется для определения оптимальных путей.
Как показано на рисунке, используется следующий порядок расчета оптимальных маршрутов:
1. Все маршрутизаторы рассчитывают оптимальные пути к местам назначения внутри своей области (внутриобластные маршруты) и добавляют эти записи в таблицу маршрутизации. Это сообщения LSA 1-го и 2-го типов, которые в таблице маршрутизации обозначены как O. (1)
2. Все маршрутизаторы рассчитывают оптимальные пути к другим областям внутри объединенной сети. Эти оптимальные пути — записи о межобластных маршрутах (LSA 3-го типа) — обозначаются как O IA. (2)
3. Все маршрутизаторы (кроме тех, которые находятся в тупиковой области) рассчитывают оптимальные пути к местам назначения во внешней автономной системе (LSA 5-го типа). Эти пути обозначаются как O E1 или O E2 в зависимости от конфигурации. (3)
При конвергенции областей маршрутизатор может обмениваться информацией с любой сетью внутри или вне домена маршрутизации OSPF.
9.2.1.1 Реализация OSPF для нескольких областей
OSPF можно реализовать как протокол для одной области или для нескольких областей. Выбранный тип реализации OSPF зависит от конкретных требований к проектированию сетей и существующей топологии.
Как показано на рисунке, реализация OSPF для нескольких областей состоит из 4 шагов.
Этапы 1 и 2 являются частью процесса планирования.
Этап 1. Сбор требований к сети и сетевых параметров. Сюда входит определение числа хостов и сетевых устройств, схемы IP-адресации (если она уже создана), размера домена маршрутизации, размера таблиц маршрутизации, риска изменений топологии, поддержки OSPF существующими маршрутизаторами и других характеристик сети.
Этап 2. Определение параметров OSPF. Основываясь на информации, собранной на шаге 1, сетевой администратор должен определить предпочтительный вариант OSPF — для одной области или для нескольких областей. Если выбран вариант OSPF для нескольких областей, сетевой администратор, определяя параметры OSPF, должен учесть ряд особенностей, а именно:
Этап 3. Настройка реализации OSPF для нескольких областей, исходя из заданных параметров.
Этап 4. Проверка реализации OSPF для нескольких областей, исходя из заданных параметров.
9.2.2.1 Проверка OSPFv2 для нескольких областей
Для проверки топологии OSPF для нескольких областей, представленной на рисунке, можно использовать те же команды, что и для проверки OSPFv2 для одной области:
show ip ospf neighbor show ip ospf show ip ospf interface Команды проверки конкретной информации OSPFv2 для нескольких областей включают в себя следующие:
show ip protocols show ip ospf interface brief show ip route ospf show ip ospf database Примечание. Для получения эквивалентной команды OSPFv3 просто замените ip на ipv6.
9.2.2.2 Проверка общих настроек OSPFv2 для нескольких областей
Чтобы проверить состояние OSPFv2, используйте команду show ip protocols. Результат команды показывает, какие протоколы маршрутизации настроены на маршрутизаторе. Он также содержит конкретные данные протокола маршрутизации, такие как идентификатор маршрутизатора, число областей для маршрутизатора и сети, входящие в конфигурацию протокола маршрутизации.
На рис. 1 показаны параметры OSPFv2 для маршрутизатора R1. Обратите внимание — теперь команда показывает наличие двух областей. В разделе «Маршрутизация для сетей» указаны сети и их соответствующие области.
Введите команду show ip ospf interface brief для отображения краткой информации об интерфейсах с поддержкой OSPFv2. С помощью этой команды можно получить полезные сведения, например идентификатор процесса OSPFv2, назначенный интерфейсу, область, в которой находятся интерфейсы, и стоимость интерфейса.
На рис. 2 показаны результаты проверки интерфейсов с поддержкой OSPFv2 и области, к которым относятся эти интерфейсы.
Используйте инструмент проверки синтаксиса на рис. 3, чтобы проверить общие параметры на маршрутизаторах R2 и R3.
9.2.2.3 Проверка маршрутов OSPFv2
Наиболее часто для проверки конфигурации OSPFv2 для нескольких областей используется команда show ip route. Чтобы отобразить только сведения об OSPFv2, добавьте параметр ospf.
На рис. 1 показана таблица маршрутизации маршрутизатора R1. Обратите внимание, как записи O IA в таблице маршрутизации определяют сети, сведения о которых получены из других областей. В частности, O обозначает маршруты OSPFv2, а IA — маршруты между областями, показывая, что источник маршрута находится в другой области. Напоминаем, что маршрутизатор R1 находится в области 0, а подсети 192.168.1.0 и 192.168.2.0 подключены к маршрутизатору R3 в области 2. Запись [110/1295] в таблице маршрутизации представляет административное расстояние, назначенное OSPF (110), и общую стоимость маршрутов (она равна 1295).
Используйте инструмент проверки синтаксиса на рис. 2 и команду show ip route ospf для проверки таблицы маршрутизации IPv4 на маршрутизаторах R2 и R3.
9.2.2.4 Проверка базы LSDB OSPFv2 для нескольких областей
Для проверки содержимого базы данных LSDB протокола OSPFv2 используйте команду show ip ospf.
Для команды show ip ospf database доступно множество параметров.
Например, на рис. 1 показано содержимое базы LSDB маршрутизатора R1. Обратите внимание, что на маршрутизаторе R1 есть записи для областей 0 и 1, поскольку маршрутизатор ABR должен вести отдельную базу LSDB для каждой области, к которой он относится. В выходных данных раздел Router Link States (Состояния каналов маршрутизатора) в области 0 определяет три маршрутизатора. Раздел Summary Net Link States (Состояния объединенных сетевых каналов) определяет сети, информация о которых была получена из других областей, и соседнее устройство, объявившее сеть.
Используйте инструмент проверки синтаксиса на рис. 2, чтобы проверить базы данных LSDB маршрутизаторов R2 и R3 с помощью команды show ip ospf database. Интерфейсы маршрутизатора R2 находятся только в области 0, поэтому требуется только одна база LSDB. Подобно R1, маршрутизатор R3 содержит две базы LSDB, поскольку является маршрутизатором ABR.
9.2.2.5 Проверка OSPFv3 для нескольких областей
Как и в случае с OSPFv2, для проверки работы OSPFv3 предусмотрены аналогичные команды. См. эталонную топологию OSPFv3 на рис. 1.
На рис. 2 показаны параметры OSPFv3 для маршрутизатора R1. Обратите внимание — теперь команда подтверждает наличие двух областей. Она также показывает все интерфейсы, доступные для соответствующей области.
На рис. 3 показаны результаты проверки интерфейсов с поддержкой OSPFv3 и области, к которым относятся эти интерфейсы.
На рис. 4 показана таблица маршрутизации маршрутизатора R1. Обратите внимание, как в таблице маршрутизации IPv6 показаны записи OI, обозначающие сети, сведения о которых получены из других областей. В частности, O обозначает маршруты OSPF, а I — маршруты между областями, показывая, что источник маршрута находится в другой области. Напоминаем, что маршрутизатор R1 находится в области 0, а подсеть 2001:DB8:CAFE:3::/64 подключена к маршрутизатору R3 в области 2. Запись [110/1295] в таблице маршрутизации представляет административное расстояние, назначенное OSPF (110), и общую стоимость маршрутов (она равна 1295).
На рис. 5 показано содержимое базы LSDB маршрутизатора R1. Эта команда выводит ту же информацию, что и аналогичная команда для OSPFv2. Но база LSDB для OSPFv3 содержит дополнительные типы LSA, недоступные в OSPFv2.
9.3.1.2 Глава 9. Протокол OSPF для нескольких областей
Использование OSPF для одной области целесообразно для небольших сетей, а для сетей значительных размеров лучше выбирать OSPF для нескольких областей. OSPF для нескольких областей решает проблемы больших таблиц маршрутизации, больших баз данных состояний каналов и частых расчетов алгоритма SPF, как показано на рис. 1 и 2.
Главная область называется магистральной областью (областью 0), а все другие области должны подключаться к ней. Маршрутизация между областями выполняется и в этом случае, но многие операции маршрутизации, такие как повторный расчет базы данных, осуществляются внутри области.
Существует четыре различных типа маршрутизаторов OSPF: внутренний маршрутизатор, магистральный маршрутизатор, граничный маршрутизатор области (ABR) и граничный маршрутизатор автономной системы (ASBR). Маршрутизатор может относиться к нескольким типам маршрутизаторов.
Маршруты OSPFv2 в таблице маршрутизации IPv4 определяются следующими дескрипторами: O, O IA, O E1 или O E2. Каждый маршрутизатор применяет алгоритм SPF к базе LSDB, чтобы создать дерево SPF. Дерево SPF используется для определения оптимальных путей.
При реализации сети OSPF для нескольких областей не требуются никакие специальные команды. Маршрутизатор становится ABR, когда для него задано две инструкции network в различных областях.
Пример конфигурации OSPF для нескольких областей:
R1(config)# router ospf 10
R1(config-router)# router-id 1.1.1.1
R1(config-router)# network 10.1.1.1 0.0.0.0 area 1
R1(config-router)# network 10.1.2.1 0.0.0.0 area 1
R1(config-router)# network 192.168.10.1 0.0.0.0 area 0
Команды, используемые для проверки конфигурации OSPFv2, включают следующее:
Для получения эквивалентной команды OSPFv3 просто замените ip на ipv6.
Контрольная работа по главе 9: CCNA18Cls3
Refer to curriculum topic: 9.1.2
LSA типа 2 рассылаются DR, чтобы сообщить другим маршрутизаторам OSPF о сетях с множественным доступом в области.
Контрольная работа по главе 9: CCNA18Cls3
Refer to curriculum topic: 9.1.3
Запись O в таблице маршрутизации указывает на маршрут изнутри той же области, которая была получена через обновления OSPF. Маршрут О IA — это маршрут из другой области OSPF. Маршрут O E2 или О E1 — это внешний маршрут, например, перераспределённый от RIP, EIGRP, или же статический маршрут, который был перераспределён в процессе OSPF. Запись S указывает на статический маршрут. Запись А указывает на сеть с прямым подключением.
Контрольная работа по главе 9: CCNA18Cls3
Refer to curriculum topic: 9.1.1
Маршрутизаторы OSPF в пределах одной области имеют одинаковые базы данных о состоянии каналов. Без суммирования маршрутов маршрутизаторы OSPF могут содержать большие таблицы маршрутизации. Для протокола OSPF не предусмотрено автоматическое суммирование маршрутов. Протокол OSPF можно реализовать в одной области или в иерархии нескольких областей с 2 уровнями. Пересчет SPF, особенно в крупных сетях, создает нагрузку на процессор.
Контрольная работа по главе 9: CCNA18Cls3
LSA 1 типа содержит информацию о каналах с поддержкой OSPF на маршрутизаторе. Рассылка осуществляется через область на другие маршрутизаторы OSPF. LSA этого типа включает список напрямую подключенных интерфейсов, типов канала, соседних устройств и состояния канала интерфейсов OSPF маршрутизатора.
Контрольная работа по главе 9: CCNA18Cls3
В протоколе OSPF для нескольких областей все немагистральные области должны быть подключены к области 0, которая играет роль области магистрали. Магистральная область соединяет немагистральные области.