Einleitung sowie Hinführung zum Thema OSPF

Dieser Artikel beschäftigt sich mit dem Thema OSPF (Open Shortest Path First), wobei hier auf den Einzelbereich und Mehrbereich eingegangen wird.

OSPFv2 wird nur für IPv4-Netzwerke und OSPFv3 nur für IPv6-Netzwerke verwendet. Der primäre Fokus dieses Themas liegt auf OSPFv2 mit einem Bereich.

OSPF ist ein Link-State-Routing-Protokoll, welches als Alternative für das Distanzvektor-Routing-Informationsprotokoll (RIP) entwickelt wurde. Zu damaliger Zeit, im Kontext des Netzwerks und des Internets, war RIP ein hinnehmbares Routing-Protokoll.

Die Abhängigkeit des RIP, von der Anzahl der Hops als einzige Metrik zur Bestimmung der besten Route, kristallisierte sich jedoch schnell als Problematik heraus.

Unter Verwendung der Hop-Anzahl lässt sich in komplexen Netzwerken mit diversen Pfaden unterschiedlicher Geschwindigkeit suboptimal skalieren.

OSPF bietet gegenüber RIP immense Vorteile, da es eine schnellere Konvergenz bietet und sich auf viel größere Netzwerkimplementierungen skalieren lässt. OSPF ist ein Link-State-Routing-Protokoll, das das Konzept von Bereichen nutzt. Ein Netzwerkadministrator kann die Routingdomäne in verschiedene Bereiche unterteilen, um den Routing-Aktualisierungsverkehr zu steuern. Ein Link ist hier klassisch eine Schnittstelle auf einem Router.

Zum Netzwerksegment gehört auch der Begriff „Verbindung“, welcher auch Teil des Hiesigen ist und zwei Router verbindet. Somit lässt sich zum Beispiel ein Stub-Netzwerk über ein Ethernet-LAN verbinden, welches wiederum mit einem einzelnen Router Verbindung hält.

Der Begriff des Verbindungsstatus resultiert aus der Information über einen Status. Alle Verbindungsstatusinformationen umfassen das Netzwerkpräfix, die Präfixlänge und die Kosten.

Alle Routing-Protokolle haben homologe Komponenten. All diese Komponenten verwenden Routing-Protokollnachrichten, um Routeninformationen auszutauschen.

Beim Aufbau von Datenstrukturen, welche mithilfe eines Routing-Algorithmus verarbeitet werden, sind diese Nachrichten hilfreich.

RPM (Routing Protocol Messages)

Router, auf denen OSPF ausgeführt wird, tauschen Nachrichten aus, um Routing-Informationen mithilfe von fünf Pakettypen zu übermitteln. Diese Pakete werden gegliedert in:

• Hello packet
• Database description packet
• Link-state request packet
• Link-state update packet
• Link-state acknowledgment packet

Diese Pakete werden verwendet, um benachbarte Router zu erkennen und Routing-Informationen auszutauschen, um genaue Informationen über das Netzwerk zu erhalten.

Data Structures (Datenstrukturen)

OSPF-Nachrichten werden zum Erstellen und Verwalten von drei OSPF-Datenbanken wie folgt verwendet:

• Adjacency database: Damit wird die Nachbartabelle erstellt.
• Link-State-Datenbank (LSDB): Hiermit wird die Topologietabelle erstellt.
• Forwarding database (Weiterleitungsdatenbank): Hiermit wird die Routing-Tabelle erstellt.

Diese Tabellen enthalten eine Liste benachbarter Router zum Austausch von Routing-Informationen. Diese Tabellen werden im RAM gespeichert und verwaltet.

Algorithm (Algorithmus)

Anhand von Berechnungsergebnissen erstellt der Router die Topologietabelle, die auf dem SPF-Algorithmus (Dijkstra Shortest-Path First) basieren. Der SPF-Algorithmus wiederum basiert auf den kumulierten Kosten zum Erreichen eines Ziels.

Der SPF-Algorithmus erstellt einen SPF-Baum, indem jeder Router an der Wurzel des Baums platziert und der kürzeste Pfad zu jedem Knoten berechnet wird. Der SPF-Baum wird dann verwendet, um die besten Routen zu berechnen. OSPF platziert die besten Routen in der Weiterleitungsdatenbank, aus der die Routing-Tabelle erstellt wird.

Link-State Operation (Verbindungsstatusbetrieb)

Um die Routing-Informationen beizubehalten und einen Konvergenzstatus zu erreichen, führen OSPF-Router einen allgemeinen Routing-Prozess für den Verbindungsstatus durch.

Bei OSPF werden die Kosten verwendet, um den besten Pfad zum Ziel zu definieren. Dabei existieren Routing-Schritte für den Verbindungsstatus und das Ganze von einem Router ausgeführt:

• Nachbarschaften einrichten
• Exchange Link-State-Anzeigen austauschen
• Erstellen Sie die Verbindungsstatusdatenbank
• Führen Sie den SPF-Algorithmus aus
• Wählen Sie die beste Route