Características y Funciones de OSPF

Características y Funciones de OSPF
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Resumen

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¡Bienvenido!: Este tema forma parte del Módulo 1 del curso de Cisco CCNA 3, para un mejor seguimiento del curso puede ir a la sección CCNA 3 para guiarte del índice.

1. Introducción a OSPF

Este tema es una breve descripción del Abrir Ruta más Corta Primero (OSPF, Open Shortest Path First), que incluye un área única y una multiárea. OSPFv2 se utiliza para redes IPv4. OSPFv3 se utiliza para redes IPv6. El enfoque principal de todo este módulo es OSPFv2 de área única.

El protocolo OSPF es un protocolo de enrutamiento de estado de enlace que se desarrolló como una alternativa al Protocolo de Información de Enrutamiento del Vector de Distancia (RIP). RIP fue un protocolo de enrutamiento aceptable en los primeros días de las redes e Internet. Sin embargo, el hecho de que RIP dependiera del conteo de saltos como única métrica para determinar la mejor ruta, rápidamente, se volvió problemático. El uso del conteo de saltos no escala bien en redes más grandes con varias rutas de distintas velocidades. El OSPF tiene ventajas significativas sobre RIP en el sentido que ofrece una convergencia más rápida y se escala a implementaciones de redes mucho más grandes.

OSPF es un protocolo de enrutamiento de estado de enlace que utiliza el concepto de áreas. Un administrador de red puede dividir el dominio de enrutamiento en áreas distintas que ayudan a controlar el tráfico de actualización de enrutamiento. Un enlace es una interfaz en un router. Un enlace es también un segmento de red que conecta dos routers, o una red auxiliar, como una LAN Ethernet que está conectada a un único router. La información sobre el estado de un enlace se conoce como estado de enlace. Toda la información del estado del enlace incluye el prefijo de red, la longitud del prefijo y el costo.

Este módulo cubre implementaciones y configuraciones básicas de OSPF de área única.

2. Componentes de OSPF

Todos los protocolos de enrutamiento comparten componentes similares. Todos usan mensajes de protocolo de enrutamiento para intercambiar información de la ruta. Los mensajes contribuyen a armar estructuras de datos, que luego se procesan con un algoritmo de enrutamiento.

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Haz clic en cada componente OSPF a continuación para obtener más información.

Los routers que ejecutan OSPF intercambian mensajes para transmitir información de enrutamiento por medio de cinco tipos de paquetes. Estos paquetes, que pueden verse en la figura, son los siguientes:

  • Paquete Hello
  • Paquete de descripción de la base de datos
  • Paquete de solicitud de estado de enlace
  • Paquete de actualización de estado de enlace
  • Paquete de acuse de recibo de estado de enlace

Estos paquetes se usan para descubrir routers vecinos y también para intercambiar información de enrutamiento, a fin de mantener información precisa acerca de la red.

Mensajes de Protocolo de Enturamiento

Mensajes de Protocolo de Enturamiento

Los mensajes OSPF se utilizan para crear y mantener tres bases de datos OSPF, como se indica a continuación:

  • Base de datos de adyacencia - crea la tabla de vecinos.
  • Base de datos de estado de enlace (LSDB) -crea la tabla de topología.
  • Base de datos de reenvío -crea la tabla de enrutamiento.

Estas tablas contienen una lista de routers vecinos para intercambiar información de enrutamiento. Las tablas se almacenan y mantienen en RAM. En la siguiente tabla, tome nota en particular del comando utilizado para desplegar cada tabla.

Base de datosTablaDescripción
Base de datos de adyacenciaTabla de vecinos
  • Lista de todos los routers vecinos a los que un router ha establecido una comunicación bidireccional.
  • Esta tabla es única para cada router.
  • Se puede ver con el comando show ip ospf neighbor
Base de datos de estado de enlaceTabla de topología
  • Muestra información sobre todos los otros routers en la red.
  • Esta base de datos representa la topología de la red.
  • Todos los routers dentro de un área tienen LSDB idénticas.
  • Se puede ver con el comando show ip ospf database
Base de datos de reenvíoTabla de enrutamiento
  • Lista de rutas generadas cuando se ejecuta un algoritmo en la base de datos del estado del enlace.
  • La tabla de enrutamiento de cada router es única y contiene información sobre cómo y dónde enviar paquetes a otros routers.
  • Se puede ver con el comando show ip route

El router arma la tabla de topología; para ello, utiliza los resultados de cálculos realizados a partir del algoritmo SPF (Primero la ruta más corta) de Dijkstra. El algoritmo SPF se basa en el costo acumulado para llegar a un destino.

El algoritmo SPF crea un árbol SPF posicionando cada router en la raíz del árbol y calculando la ruta más corta hacia cada nodo. Luego, el árbol SPF se usa para calcular las mejores rutas. OSPF coloca las mejores rutas en la base de datos de reenvío, que se usa para crear la tabla de enrutamiento.

Algoritmo en OSPF

Algoritmo en OSPF

3. Funcionamiento de Estado de Enlace

A fin de mantener la información de enrutamiento, los routers OSPF realizan el siguiente proceso genérico de routing de estado de enlace para alcanzar un estado de convergencia: La figura muestra una topología de cinco routers. Cada enlace entre routers está etiquetado con un valor de costo. En OSPF, el costo se utiliza para determinar la mejor ruta al destino. Los siguientes son los pasos de enrutamiento de estado de enlace que completa un router:

  1. Establecer adyacencias de vecinos
  2. Intercambiar anuncios de estado de enlace
  3. Crear la base de datos de estado de enlace
  4. Ejecutar el algoritmo SPF
  5. Elegir la mejor ruta

Haz clic en cada botón para obtener una ilustración de los pasos en el proceso de enrutamiento de estado de enlace que R1 utiliza para alcanzar la convergencia.

Los routers con OSPF habilitado, deben reconocerse entre sí en la red antes de que puedan compartir información. Los routers con OSPF habilitado envían paquetes hello por todas las interfaces con OSPF habilitado, para determinar si hay vecinos presentes en esos enlaces. Si se detecta un vecino, el router con OSPF habilitado intenta establecer una adyacencia de vecino con ese vecino.

Establecer adyacencias de vecinos

Establecer adyacencias de vecinos

Después de establecer las adyacencias, los routers intercambian anuncios de estado de enlace (LSA, Link-State Advertisements). Las LSA contienen el estado y el costo de cada enlace conectado directamente. Los routers saturan a los vecinos adyacentes con sus LSA. Los vecinos adyacentes que reciben las LSA saturan de inmediato a otros vecinos conectados directamente, hasta que todos los routers en el área tengan todas las LSA.

Intercambiar LSA

Intercambiar LSA

Una vez que se reciben los LSA, los routers con OSPF crean la tabla de topología (LSDB) en función de los LSA recibidos. Esta base de datos finalmente contiene toda la información sobre la topología del área.

Crear LSDB

Crear LSDB

Los routers luego ejecutan el algoritmo SPF. Los engranajes que se muestran en la ilustración se utilizan para indicar la ejecución del algoritmo SPF. El algoritmo SPF crea el árbol SPF.

Ejecutar el algoritmo SPF

Ejecutar el algoritmo SPF

Elegir la mejor ruta

Elegir la mejor ruta

4. OSPF de Área Única y OSPF Multiárea

Para que OSPF sea más eficaz y escalable, este protocolo admite el enrutamiento jerárquico mediante áreas. Un área OSPF es un grupo de routers que comparten la misma información de estado de enlace en sus LSDB. OSPF se puede implementar de una de estas dos maneras:

  • OSPF de área única: todos los routers están en un área. La mejor práctica es usar el área 0.
  • OSPF Multiárea: OSPF se implementa mediante varias áreas, de manera jerárquica. Todas las áreas deben conectarse al área troncal (área 0). Los routers que interconectan las áreas se denominan “routers fronterizos de área” (ABR, Area Border Routers).

El enfoque de este módulo está en OSPFv2 de área única.

Haz clic en cada botón para comparar OSPF de una sola área y multiárea.

OSPF de área única

OSPF de área única

OSPF Multiárea

OSPF Multiárea

5. OSPF Multiárea

Con OSPF multiárea, OSPF puede dividir un dominio de enrutamiento grande en áreas más pequeñas a fin de admitir el enrutamiento jerárquico. El enrutamiento todavía ocurre entre las áreas (enrutamiento entre áreas), mientras que muchas de las operaciones de enrutamiento que son intensivas para el procesador, como el recálculo de la base de datos, se mantienen dentro de un área.

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Por ejemplo, cada vez que un router recibe información nueva acerca de un cambio de topología dentro del área (como el agregado, la eliminación o la modificación de un enlace), el router debe volver a ejecutar el algoritmo SPF, crear un nuevo árbol SPF y actualizar la tabla de routing. El algoritmo SPF representa una gran exigencia para el CPU y el tiempo que le toma realizar los cálculos depende del tamaño del área.

Nota: Los routers en otras áreas reciben actualizaciones sobre los cambios de topología, pero estos routers solo actualizan la tabla de enrutamiento, no vuelven a ejecutar el algoritmo SPF.

Si hubiera demasiados routers en un área, la LSDB sería muy grande y se incrementaría la carga en la CPU. Por lo tanto, la disposición de los routers en distintas áreas divide de manera eficaz una base de datos potencialmente grande en bases de datos más pequeñas y más fáciles de administrar.

Las opciones de diseño de topología jerárquica con OSPF multiárea pueden ofrecer estas ventajas:

  • Tablas de enrutamiento más pequeñas: Las tablas son más pequeñas porque hay menos entradas en las tablas de enrutamiento. Esto se debe a que las direcciones de red pueden ser resumidas (sumarizadas) entre áreas. La sumarización de ruta no está habilitada de manera predeterminada.
  • Sobrecarga de actualizaciones de estado de enlace reducida – el diseño de OSPF multiárea con áreas más pequeñas minimiza los requisitos de procesamiento y memoria.
  • Menor frecuencia de cálculos de SPF – Multiárea OSPF localiza el impacto de un cambio de topología dentro de un área. Por ejemplo, minimiza el impacto de las actualizaciones de enrutamiento, debido a que la saturación con LSA se detiene en el límite del área.

Por ejemplo, en la figura R2 es un ABR para el área 51. Un cambio de topología en el área 51 provocaría que todos los routers de área 51 re-ejecutar el algoritmo SPF, crear un nuevo árbol SPF y actualizar sus tablas de enrutamiento IP. El ABR, R2, enviaría un LSA a los routers del área 0, que eventualmente se inundaría a todos los routers del dominio de enrutamiento OSPF. Este tipo de LSA no hace que los routers en otras áreas re-ejecuten el algoritmo SPF. Sólo tienen que actualizar su LSDB y tabla de enrutamiento.

OSPF Multiárea

OSPF Multiárea

  • La falla del enlace afecta solo el área local (área 51).
  • El ABR (R2) aísla la inundación de un LSA específico al área 51.
  • Los routers en las áreas 0 y 1 no necesitan ejecutar el algoritmo SPF.

6. OSPFv3

OSPFv3 es el equivalente a OSPFv2 para intercambiar prefijos IPv6. Recuerda que, en IPv6, la dirección de red se denomina “prefijo” y la máscara de subred se denomina “longitud de prefijo“.

De manera similar a su homólogo para IPv4, OSPFv3 intercambia información de enrutamiento para completar la tabla de enrutamiento de IPv6 con prefijos remotos.

Nota: Con la característica OSPFv3 familias de direcciones, OSPFv3 incluye soporte para IPv4 e IPv6. En este currículo no se hablará de familias de direcciones de OSPF.

OSPFv2 se ejecuta sobre la capa de red IPv4, comunicándose con otros pares de IPv4 de OSPF y publicitando solo rutas IPv4.

OSPFv3 tiene la misma funcionalidad que OSPFv2, pero utiliza IPv6 como transporte de la capa de red, por lo que se comunica con pares de OSPFv3 y anuncia rutas IPv6. OSPFv3 también utiliza el algoritmo SPF como motor de cómputo para determinar las mejores rutas a lo largo del dominio de enrutamiento.

OSPFv3 tiene procesos separados de su contra-parte IPv4. Los procesos y las operaciones son básicamente los mismos que en el protocolo de enrutamiento IPv4, pero se ejecutan de forma independiente. OSPFv2 y OSPFv3 tienen tablas de adyacencia, tablas de topología OSPF y tablas de enrutamiento IP independientes, como se muestra en la ilustración.

Los comandos de configuración y verificación de OSPFv3 son similares a los que se utilizan en OSPFv2.

Estructuras de datos de OSPFv2 y OSPFv3

Estructuras de datos OSPFv2 y OSPFv3

Estructuras de datos OSPFv2 y OSPFv3

Glosario: Si tienes dudas con algún término especial, puedes consultar este diccionario de redes informáticas.

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