Funcionamiento de OSPF Multiárea

En redes más grandes, OSPF multiárea es la mejor opción. Se detalla los tipos de routers OSPF, las notificaciones de estado de enlace (LSA) del tipo 1 al 5 y los descriptores de las rutas OSPF en las tablas de routing.

1. ¿Por qué OSPF de diversas áreas?

OSPF de área única es útil en redes más pequeñas, donde la red de enlaces entre routers es simple y las rutas a los destinos individuales se deducen con facilidad.

No obstante, si un área crece demasiado, se deben resolver los siguientes problemas de inmediato:

• Tablas de routing extensas: OSPF no realiza la sumarización de rutas de manera predeterminada. Si las rutas no se resumen, la tabla de routing se vuelve muy extensa, según el tamaño de la red.
• Bases de datos de estado de enlace (LSDB) muy grandes: debido a que la LSDB abarca la topología de toda la red, cada router debe mantener una entrada para cada red en el área, incluso aunque no se seleccionen todas las rutas para la tabla de routing.
• Cálculos frecuentes del algoritmo SPF: en las redes grandes, las modificaciones son inevitables, por lo que los routers pasan muchos ciclos de CPU volviendo a calcular el algoritmo SPF y actualizando la tabla de routing.

Para que OSPF sea más eficaz y escalable, este protocolo admite el routing jerárquico mediante áreas. Un área de OSPF es un grupo de routers que comparten la misma información de estado de enlace en las bases de datos de estado de enlace.

1.1. OSPF multiárea

Cuando se divide un área OSPF grande en áreas más pequeñas, esto se denomina “OSPF multiárea“. OSPF multiárea es útil en implementaciones de red más grandes, ya que reduce la sobrecarga de procesamiento y de memoria.

Por ejemplo, cada vez que un router recibe información nueva acerca de la topología, como la adición, 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. Si hubiera demasiados routers en un área, la LSDB sería más 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.

OSPF multiárea requiere un diseño de red jerárquico. El área principal se denomina “de red troncal” (área 0) y el resto de las áreas deben estar conectadas a esta. Con el routing jerárquico, se sigue produciendo el routing entre áreas (routing interárea), y muchas de las tediosas operaciones de routing, como volver a calcular la base de datos, se guardan en un área.

Ventajas de OSPF multiárea

Como se ilustra en la Imagen 2, las posibilidades de topología jerárquica de OSPF multiárea presentan las siguientes ventajas:

• Tablas de routing más pequeñas: hay menos entradas de la tabla de routing, ya que las direcciones de red pueden resumirse entre áreas. Por ejemplo, el R1 resume las rutas del área 1 al área 0 y el R2 resume las rutas del área 51 al área 0. Además, el R1 y el R2 propagan una ruta estática predeterminada a las áreas 1 y 51.
• Menor sobrecarga de actualización de estado de enlace: minimiza los requisitos de procesamiento y memoria, ya que hay menos routers que intercambian LSA.
• Menor frecuencia de cálculos de SPF: localiza el impacto de un cambio de topología dentro de un área. Por ejemplo, minimiza el impacto de una actualización de routing, porque la inundación de LSA se detiene en la frontera del área.

En la Imagen 3, suponga que un enlace entre dos routers internos en el área 51 falla. Solo los routers en el área 51 intercambian LSA y vuelven a ejecutar el algoritmo SPF para este evento. El R1 no recibe los LSA del área 51 y no vuelve a calcular el algoritmo SPF.

1.2. Jerarquía de área de OSPF de dos capas

El OSPF de diversas áreas se implementa con una jerarquía de área de dos capas:

• Área de red troncal (de tránsito): un área OSPF cuya función principal es la transmisión rápida y eficaz de los paquetes IP.

Las áreas de red troncal se interconectan con otros tipos de área de OSPF. En general, los usuarios finales no se encuentran en un área de red troncal. El área de red troncal también se denomina “área OSPF 0”. En las redes jerárquicas, se define al área 0 como el núcleo al que se conectan directamente todas las demás áreas.

• Área común (no de red troncal): conecta usuarios y recursos. Las áreas regulares se configuran generalmente en grupos funcionales o geográficos. De manera predeterminada, un área regular no permite que el tráfico de otra área utilice sus enlaces para alcanzar otras áreas. Todo el tráfico de otras áreas debe atravesar un área de tránsito.

OSPF aplica esta rígida jerarquía de área de dos capas. La conectividad física subyacente de la red se debe asignar a la estructura del área de dos capas, con solo áreas que no son de red troncal conectadas directamente al área 0. Todo el tráfico que se transfiere de un área a la otra debe atravesar el área de red troncal.

Este tráfico se denomina “tráfico interárea“.

Recomendaciones de Cisco

La cantidad óptima de routers por área depende de factores como la estabilidad de la red, pero Cisco recomienda tener en cuenta las siguientes pautas:

• Un área no debe tener más de 50 routers.
• Un router no debe estar en más de tres áreas.
• Ningún router debe tener más de 60 vecinos.

1.3. Tipos de routers de OSPF

Distintos tipos de routers OSPF controlan el tráfico que entra a las áreas y sale de estas. Los routers OSPF se categorizan según la función que cumplen en el dominio de routing.

Existen cuatro tipos diferentes de routers de OSPF:

• Router interno: es un router cuyas interfaces están todas en la misma área. Todos los routers internos de un área tienen LSDB idénticas.

• Router de respaldo: es un router que se encuentra en el área de red troncal. Por lo general, el área de red troncal se configura como área 0.

• Router de área perimetral. (ABR): es un router cuyas interfaces se conectan a varias áreas. Debe mantener una LSDB para cada área a la que está conectado; puede hacer routing entre áreas. Los ABR son puntos de salida para cada área. En una red de diversas áreas, un área puede tener uno o más ABR.

• Router limítrofe del sistema autónomo (ASBR): es un router que tiene al menos una interfaz conectada a una internetwork externa (otro sistema autónomo), por ejemplo, una red que no es OSPF. Un ASBR puede importar información de una red no OSPF hacia una red OSPF, y viceversa, mediante un proceso que se llama “redistribución de rutas“.

La redistribución en OSPF de diversas áreas ocurre cuando un ASBR conecta diferentes dominios de routing (por ejemplo, EIGRP y OSPF) y los configura para intercambiar y anunciar información de routing entre dichos dominios de routing.

2. Funcionamiento de LSA de OSPF multiárea

2.1. Tipos de LSA de OSPF

Las LSA son los bloques funcionales de la LSDB de OSPF. De manera individual, funcionan como registros de la base de datos y proporcionan detalles específicos de las redes OSPF. En conjunto, describen toda la topología de un área o una red OSPF.

Actualmente, las RFC para OSPF especifican hasta 11 tipos de LSA diferentes (Ver tabla).

Tabla de Tipos de LSA de OSPF.

Tipo de LSA	Descripción
1	LSA del router
2	LSA de la red
3 y 4	LSA de resumen
5	LSA externo de AS
6	LSA de multidifusión OSPF
7	Definido para las NSSA
8	LSA de atributos externos para el protocolo de gateway fronterizo (BGP)
9, 10 u 11	LSA opacos

Sin embargo, cualquier implementación de OSPF multiárea debe admitir las primeras cinco LSA: de la LSA 1 a la LSA 5. Este tema se centra en estas cinco primeras LSA.

Todo enlace de router se define como un tipo de LSA. El LSA comprende un campo de Id. de enlace que identifica, por número y máscara de red, el objeto al cual se conecta el enlace. Según el tipo, el Id. de enlace tiene diferentes significados. Los LSA varían según cómo se generaron y propagaron dentro del dominio de routing.

2.2. LSA de OSPF de tipo 1

Como se muestra en la figura, todo router anuncia sus enlaces de OSPF con conexión directa mediante un LSA de tipo 1 y reenvía la información de su red a los vecinos OSPF. El LSA contiene una lista de interfaces con conexión directa, tipos de enlace y estados de enlace.

A los LSA de tipo 1 también se los denomina “entradas de enlace de router”.

Los LSA de tipo 1 solo inundan el área que los origina. Los ABR, a la vez, anuncian a otras áreas las redes descubiertas a partir de las LSA de tipo 1 como LSA de tipo 3.

El Id. de router que origina el área identifica el Id. de enlace de un LSA de tipo 1.

2.3. LSA de OSPF de tipo 2

Un LSA de tipo 2 solo existe para redes de diversos accesos y redes sin diversos accesos ni difusión (NBMA) en donde se selecciona un DR y al menos dos routers en el segmento de diversos accesos.

• La LSA de tipo 2 contiene la ID del router y la dirección IP del DR, además de la ID del router de todos los demás routers en el segmento de accesos múltiples. Se crea una LSA de tipo 2 para cada red de accesos múltiples en el área.
• El propósito de una LSA de tipo 2 es proporcionar a otros routers información sobre las redes de accesos múltiples dentro de la misma área.
• El DR inunda los LSA de tipo 2 solo en el área en que se originan. Los LSA de tipo 2 no se reenvían fuera del área.

A las LSA de tipo 2 también se las denomina “entradas de enlace de red”.

Como se muestra en la figura, ABR1 es el DR de la red de Ethernet del área 1. Genera LSA de tipo 2 y los reenvía al área 1. ABR2 es el DR de la red de diversos accesos del área 0. No existen redes de diversos accesos en el área 2; por lo tanto, nunca se propagarán LSA de tipo 2 en dicha área.

La ID de estado de enlace para una LSA de red es la dirección IP de la interfaz del DR que la anuncia.

2.4. LSA de OSPF de tipo 3

Los ABR utilizan los LSA de tipo 3 para anunciar redes de otras áreas.

Los ABR recopilan LSA de tipo 1 en la LSDB. Después de que converge un área de OSPF, el ABR crea un LSA de tipo 3 para cada red de OSPF reconocida. Por lo tanto, un ABR con varias rutas OSPF debe crear un LSA de tipo 3 para cada red.

Como se muestra en la figura, ABR1 y ABR2 propagan LSA de tipo 3 de un área a otras.

Los ABR propagan LSA de tipo 3 hacia otras áreas. Durante una implementación importante de OSPF con muchas redes, la propagación de LSA de tipo 3 puede causar problemas de inundación significativos. Por esta razón, se recomienda con énfasis que se configure manualmente el resumen de ruta en el ABR.

• La ID de estado de enlace se establece en el número de red, y también se anuncia la máscara.
• La recepción de LSA de tipo 3 en su área no incita al router a ejecutar el algoritmo de SPF. Los routers que se anuncian en las LSA de tipo 3 se agregan a la tabla de routing del router o se eliminan de esta según corresponda, pero no se necesita el cálculo completo de SPF.

2.5. LSA de OSPF de tipo 4

Los LSA de tipo 4 y tipo 5 se utilizan en conjunto para identificar un ASBR y anunciar redes externas que llegan a un dominio de routing de OSPF.

El ABR genera un LSA de resumen de tipo 4 solo cuando existe un ASBR en el área. Un LSA de tipo 4 identifica el ASBR y le asigna una ruta. Todo tráfico destinado a un sistema autónomo externo requiere conocimiento de la tabla de routing del ASBR que originó las rutas externas.

• Como se muestra en la ilustración, el ASBR envía una LSA de tipo 1 para identificarse como ASBR.
• El LSA incluye un bit especial llamado “bit externo” (e bit) que se utiliza para identificar el router como un ASBR.
• Cuando el ABR1 recibe el LSA de tipo 1, reconoce el e bit, genera un LSA de tipo 4 y lo propaga a la red troncal (área 0).
• Los ABR posteriores propagan el LSA de tipo 4 hacia otras áreas.

La ID de estado de enlace se establece en la ID del router ASBR.

2.6. LSA de OSPF de tipo 5

Los LSA externos de tipo 5 anuncian rutas a redes que se encuentran afuera del sistema autónomo de OSPF. Estos se originan en el ASBR y se propagan hacia todo el sistema autónomo.

Los LSA de tipo 5 también se conocen como entradas de LSA externas del sistema autónomo.

• En la figura, el ASBR genera LSA de tipo 5 para cada ruta externa y los propaga hacia el área.
• Los ABR posteriores también propagan el LSA de tipo 5 hacia otras áreas.
• Los routers de otras áreas utilizan la información del LSA de tipo 4 para llegar a las rutas externas.

Durante una implementación grande de OSPF con muchas redes, la propagación de LSA de tipo 5 puede causar problemas de inundación significativos. Por esta razón, se recomienda con énfasis que se configure manualmente el resumen de ruta en el ASBR.

La ID de estado de enlace es el número de red externa.

3. Entradas de la tabla de routing de OSPF

En la Imagen 14, se proporciona una tabla de routing de ejemplo para una topología OSPF multiárea con un enlace a una red externa que no es OSPF. Las rutas OSPF en una tabla de routing IPv4 se identifican mediante los siguientes descriptores:

• O: las LSA de router (tipo 1) y de red (tipo 2) describen los detalles dentro de un área. La tabla de routing refleja esta información de estado de enlace con la designación O, lo que significa que la ruta es intraárea.
• IA O: cuando un ABR recibe LSA de resumen, las agrega a su LSDB y vuelve a generarlas en el área local.

Cuando un ABR recibe un LSA externo, lo agrega a su LSDB y lo propaga en el área. Luego, los routers internos asimilan la información en su base de datos. Los LSA de resumen aparecen en la tabla de routing como IA (rutas interárea).

• O E1 u O E2: en la tabla de routing, las LSA externas aparecen marcadas como rutas externas tipo 1 (E1) o externas tipo 2 (E2).

En la Imagen 15, se muestra una tabla de routing IPv6 con entradas de tabla de routing interárea, externas y de router OSPF.

4. Cálculo de router de OSPF

Cada router utiliza el algoritmo SPF en virtud de la LSDB para crear un árbol SPF. El árbol de SPF se utiliza para determinar las mejores rutas.

Como se muestra en la figura, el orden en el que se calculan las mejores rutas es el siguiente:

1. Todo router calcula las mejores rutas a destinos de su área (intraárea) y agrega estas entradas a la tabla de routing. Se trata de LSA de tipo 1 y tipo 2, que se indican en la tabla de routing con el designador “O”. (1)
2. Todo router calcula las mejores rutas hacia otras áreas en la internetwork. Las mejores rutas son las entradas de rutas interárea, o LSA de tipo 3 y tipo 4, y se indican con el designador de routing “O IA”. (2)
3. Todo router (excepto los que se ubican en una forma de rutas internas) calcula las mejores rutas hacia destinos del sistema autónomo externo (tipo 5). Estas se indican con el designador de ruta O E1 u O E2, según la configuración. (3)

Cuando converge, un router se comunica con cualquier red dentro o fuera del sistema autónomo OSPF.