OSPF: Proceso de Elección del DR/BDR

Se explica el proceso de selección del router designado (DR) y el router designado de reserva (BDR). También cómo modificar la prioridad de interfaz OSPF para influenciar la elección del DR/BDR.

Una red de accesos múltiples es una red con varios dispositivos en los mismos medios compartidos, que comparten comunicaciones. Las LAN Ethernet son el ejemplo más común de redes multiacceso con difusión.

En las redes de difusión, todos los dispositivos en la red pueden ver todas las tramas de difusión y de multidifusión. Son redes de accesos múltiples ya que puede haber gran cantidad de hosts, impresoras, routers y demás dispositivos que formen parte de la misma red.

1. Tipos de redes OSPF

Para configurar los ajustes de OSPF, empiece por una implementación básica del protocolo de routing OSPF.

OSPF define cinco tipos de redes, como se muestra en las Imágenes 1 a 5:

• Punto a punto: dos routers interconectados por medio de un enlace común. No hay otros routers en el enlace. Con frecuencia, esta es la configuración en los enlaces WAN.

• Multiacceso con difusión: varios routers interconectados por medio de una red Ethernet.

• Multiacceso sin difusión (NBMA): varios routers interconectados en una red que no permite transmisiones por difusión, como Frame Relay.

• Punto a multipunto: varios routers interconectados en una topología hub-and-spoke por medio de una red NBMA. Con frecuencia, se usa para conectar sitios de sucursal (spokes, que significa “rayo”) a un sitio central (hub, que significa “concentrador”).

• Enlaces virtuales: una red OSPF especial que se usa para interconectar áreas OSPF distantes al área de red troncal.

2. Desafíos en redes de accesos múltiples

Las redes de accesos múltiples pueden crear dos retos para OSPF en relación con la saturación de las LSA:

• Creación de varias adyacencias: las redes Ethernet podrían interconectar muchos routers OSPF con un enlace común. La creación de adyacencias con cada router es innecesaria y no se recomienda, ya que conduciría al intercambio de una cantidad excesiva de LSA entre routers en la misma red.
• Saturación intensa con LSA: los routers de estado de enlace saturan con sus paquetes de estado de enlace cuando se inicializa OSPF o cuando se produce un cambio en la topología. Esta saturación puede llegar a ser excesiva.

Para calcular la cantidad de adyacencias requeridas, se puede usar la siguiente fórmula. La cantidad de adyacencias requeridas para cualquier cantidad de routers (designada como n) en una red de accesos múltiples es la siguiente:

n (n – 1) / 2

En la Imagen 6, se muestra una topología simple de cuatro routers, los cuales están conectados a la misma red Ethernet de accesos múltiples.

Sin algún tipo de mecanismo para reducir el número de adyacencias, colectivamente estos routers formarían seis adyacencias: 4 (4 – 1) / 2 = 6, como se muestra en la Imagen 7.

En la Imagen 8, se muestra que, a medida que se agregan routers a la red, el número de adyacencias aumenta drásticamente.

3. Router designado OSPF

La solución para administrar la cantidad de adyacencias y la saturación con LSA en una red de accesos múltiples es el DR.

En las redes de accesos múltiples, OSPF elige un DR para que funcione como punto de recolección y distribución de las LSA enviadas y recibidas. También se elige un BDR en caso de que falle el DR. El BDR escucha este intercambio en forma pasiva y mantiene una relación con todos los routers. Si el DR deja de producir paquetes de saludo, el BDR se asciende a sí mismo y asume la función de DR.

Todos los otros routers que no son DR ni BDR se convierten en DROthers.

En la Imagen 9, se seleccionó al R1 como router designado de la LAN Ethernet que interconecta al R2, el R3 y el R4. Observe la manera en que el número de adyacencias se redujo a tres.

Los routers de una red de accesos múltiples eligen un DR y un BDR. Los DROthers solo crean adyacencias completas con el DR y el BDR de la red. En vez de saturar todos los routers de la red con LSA, los DROthers solo envían sus LSA al DR y el BDR mediante la dirección de multidifusión 224.0.0.6 (todos los routers DR).

3.1. Función del DR

En la animación, el R1 envía LSA al DR. El BDR también escucha. El DR es responsable de reenviar todas las LSA desde R1 hasta todos los demás routers. El DR usa la dirección de multidifusión 224.0.0.5 (todos los routers OSPF). El resultado final es que sólo hay un router que realiza la saturación completa de todas las LSA en la red de accesos múltiples.

4. Verificación de las funciones del DR/BDR

En la topología de accesos múltiples que se muestra en la Imagen 10, hay tres routers interconectados por medio de una red de accesos múltiples Ethernet común, 192.168.1.0/28. Cada router está configurado con la dirección IP indicada en la interfaz Gigabit Ethernet 0/0.

Debido a que los routers están conectados por medio de una red multiacceso con difusión común, OSPF seleccionó automáticamente un DR y un BDR. En este ejemplo, se eligió al R3 como el DR porque la ID del router es 3.3.3.3, que es la más alta en la red. El R2 es el BDR porque tiene la segunda ID del router más alta en la red.

4.1. Comandos de Verificación

Para verificar las funciones del router, utilice el comando show ip ospf interface (Imagen 11). El resultado que genera el R1 confirma lo siguiente:

• El R1 no es el DR ni el BDR, sino un DROther con una prioridad predeterminada de 1. (1)
• El DR es el R3 con la ID de router 3.3.3.3 en la dirección IP 192.168.1.3, mientras que el BDR es el R2 con la ID de router 2.2.2.2 en la dirección IP 192.168.1.2. (2)
• El R1 tiene dos adyacencias: una con el BDR y otra con el DR. (3)

El resultado que genera el R2, en la Imagen 12, confirma lo siguiente:

• El R2 es el BDR, con una prioridad predeterminada de 1. (1)
• El DR es el R3 con la ID de router 3.3.3.3 en la dirección IP 192.168.1.3, mientras que el BDR es el R2 con la ID de router 2.2.2.2 en la dirección IP 192.168.1.2. (2)
• El R2 tiene dos adyacencias, una con un vecino que tiene la ID de router 1.1.1.1 (R1) y la otra con el DR. (3)

El resultado que genera el R3, en la Imagen 13, confirma lo siguiente:

• El R3 es el DR, con una prioridad predeterminada de 1. (1)
• El DR es el R3 con la ID de router 3.3.3.3 en la dirección IP 192.168.1.3, mientras que el BDR es el R2 con la ID de router 2.2.2.2 en la dirección IP 192.168.1.2. (2)
• El R3 tiene dos adyacencias, una con un vecino que tiene la ID de router 1.1.1.1 (R1) y la otra con el BDR. (3)

5. Verificación de las adyacencias del DR/BDR

Para verificar las adyacencias OSPF, utilice el comando show ip ospf neighbor, como se muestra en la Imagen 14.

A diferencia de los enlaces seriales que solo muestran un estado de FULL/-, el estado de los vecinos en redes de accesos múltiples puede ser uno de los siguientes:

• FULL/DROTHER: se trata de un router DR o BDR que tiene plena adyacencia con un router que no es DR ni BDR. Estos dos vecinos pueden intercambiar paquetes de saludo, actualizaciones, consultas, respuestas y acuses de recibo.
• FULL/DR: el router tiene plena adyacencia con el vecino DR indicado. Estos dos vecinos pueden intercambiar paquetes de saludo, actualizaciones, consultas, respuestas y acuses de recibo.
• FULL/BDR: el router tiene plena adyacencia con el vecino BDR indicado. Estos dos vecinos pueden intercambiar paquetes de saludo, actualizaciones, consultas, respuestas y acuses de recibo.
• 2-WAY/DROTHER: el router que no es DR ni BDR tiene una relación de vecino con otro router que no es DR ni BDR. Estos dos vecinos intercambian paquetes de saludo.

En general, el estado normal de un router OSPF es FULL. Si un router está atascado en otro estado, es un indicio de que existen problemas en la formación de adyacencias. La única excepción a esto es el estado 2-WAY, que es normal es una red multiacceso con difusión.

En redes de accesos múltiples, los DROthers solo forman adyacencias FULL con el DR y el BDR. Sin embargo, forman adyacencias de vecino 2-WAY con cualquier otro DROther que se una a la red.

5.1. Resultados de Verificación

El resultado que genera el R1 confirma que este tiene adyacencias con el router:

• El R2 con la ID de router 2.2.2.2 está en estado Full y cumple la función de BDR. (1)
• El R3 con la ID de router 3.3.3.3 está en estado Full y cumple la función de DR. (2)

El resultado que genera el R2, en la Imagen 15, confirma que este tiene adyacencias con el router:

• El R1 con la ID de router 1.1.1.1 está en estado Full, y su función no es la de DR ni la de BDR. (1)
• El R3 con la ID de router 3.3.3.3 está en estado Full y cumple la función de DR. (2)

El resultado que genera el R3, en la Imagen 16, confirma que este tiene adyacencias con el router:

• El R1 con la ID de router 1.1.1.1 está en estado Full, y su función no es la de DR ni la de BDR. (1)
• El R2 con la ID de router 2.2.2.2 está en estado Full y cumple la función de BDR. (2)

6. Proceso de elección del DR/BDR predeterminado

¿Cómo se seleccionan el DR y el BDR? La decisión de elección del DR y el BDR OSPF se hace según los siguientes criterios, en orden secuencial:

• Los routers en la red seleccionan como DR al router con la prioridad de interfaz más alta. El router con la segunda prioridad de interfaz más alta se elige como BDR.

La prioridad puede configurarse para que sea cualquier número entre 0 y 255. Cuanto mayor sea la prioridad, más probabilidades hay de que se elija al router como DR. Si la prioridad se establece en 0, el router no puede convertirse en el DR.

La prioridad predeterminada de las interfaces de difusión de accesos múltiples es 1. Por lo tanto, a menos que se configuren de otra manera, todos los routers tienen un mismo valor de prioridad y deben depender de otro método de diferenciación durante la elección del DR/BDR.

• Si las prioridades de interfaz son iguales, se elige al router con la ID más alta como DR. El router con la segunda ID de router más alta es el BDR.

Recuerde que la ID del router se determina de tres maneras:

1. La ID del router se puede configurar manualmente.
2. Si no hay una ID de router configurada, la ID del router la determina la dirección IP de loopback más alta.
3. Si no hay interfaces loopback configuradas, la ID del router la determina la dirección IPv4 activa más alta.

6.1. Ejemplo de selección

En la ilustración, todas las interfaces Ethernet del router tienen una prioridad determinada de 1. Como resultado, según los criterios de selección descritos anteriormente, para seleccionar el DR y el BDR se usa la ID del router OSPF.

El R3, con la ID de router más alta, se convierte en el DR, y el R2, que tiene la segunda ID de router más alta, se convierte en el BDR.

El proceso de elección del DR y el BDR ocurre en cuanto el primer router con una interfaz con OSPF habilitado se activa en la red de accesos múltiples. Esto puede ocurrir cuando se encienden los routers o cuando se configura el comando de OSPF network para esa interfaz.

El proceso de elección sólo toma unos pocos segundos. Si no terminaron de arrancar todos los routers en la red de accesos múltiples, es posible que un router con una ID de router más baja se convierta en el DR. (Puede ser un router más económico que demore menos en arrancar).

7. Proceso de elección de DR/BDR

La elección del DR y el BDR OSPF no se basa en prelación. Si se agregan a la red un router nuevo con una prioridad más alta o una ID del router más alta después de la elección del DR y el BDR, el router agregado no se apropia de la función de DR o BDR.

Esto se debe a que esas funciones ya se asignaron. La incorporación de un nuevo router no inicia un nuevo proceso de elección.

Una vez que se elige el DR, permanece como tal hasta que se produce una de las siguientes situaciones:

• El DR falla.
• El proceso OSPF en el DR falla o se detiene.
• La interfaz de accesos múltiples en el DR falla o se apaga.

Si el DR falla, el BDR se asciende automáticamente a DR. Esto ocurre así incluso si se agrega otro DROther con una prioridad o ID de router más alta a la red después de la elección inicial de DR/BDR. Sin embargo, después del ascenso de un BDR a DR, se lleva a cabo otra elección de BDR y se elige al DROther con la prioridad o la ID de router más alta como el BDR nuevo.

7.1. Situaciones del proceso de elección de DR y BDR

En las Imágenes 18 a 21, se muestran las diferentes situaciones relacionadas con el proceso de elección de DR y BDR.

• En la Imagen 18, el DR actual (R3) falla, por lo tanto, el BDR preseleccionado (R2) asume la función de DR. A continuación, se hace la elección del BDR nuevo. Debido a que el R1 es el único DROther, se lo selecciona como BDR.

• En la Imagen 19, el R3 vuelve a unirse a la red, después de varios minutos de no estar disponible. Debido a que el DR y el BDR ya existen, el R3 no ocupa ninguna de las dos funciones. En cambio, se convierte en un DROther.

• En la Imagen 20, se agrega a la red un nuevo router (R4) con una ID de router más alta. El DR (R2) y el BDR (R1) retienen sus funciones de DR y BDR. El R4 se convierte automáticamente en DROther.

• En la Imagen 21, el R2 falla. El BDR (R1) se convierte automáticamente en el DR, y un proceso de elección selecciona al R4 como el BDR, ya que tiene la ID de router más alta.

8. La prioridad OSPF

El DR se convierte en el centro de la recopilación y distribución de LSA, por lo tanto, dicho router debe contar con suficiente capacidad de memoria y de CPU para manejar la carga de trabajo. Es posible influenciar el proceso de elección de DR/BDR mediante configuraciones.

Si las prioridades de interfaz son iguales en todos los routers, se elige al router con la ID más alta como DR.

Es posible configurar la ID del router para manipular la elección de DR/BDR. Sin embargo, el proceso solo funciona si hay un plan riguroso para establecer la ID de router de todos los routers. En las redes grandes, esto puede ser engorroso.

En vez de depender de la ID del router, es mejor controlar la elección mediante el establecimiento de prioridades de interfaz. Las prioridades son un valor específico de cada interfaz, lo que significa que proporcionan un mejor control en una red de accesos múltiples. Esto también permite que un router sea el DR en una red y un DROther en otra.

Para establecer la prioridad de una interfaz, use los siguientes comandos:

• ip ospf priority valor – comando de interfaz OSPFv2
• ipv6 ospf priority valor – comando de interfaz OSPFv3

El valor puede ser uno de los siguientes:

• 0: no se convierte en DR ni en BDR.
• 1 a 255: cuanto más alto sea el valor de la prioridad, habrá más probabilidades de que el router se convierta en el DR o el BDR de la red.

8.1. Ejemplo de prioridad OSPF

En la ilustración, todos los routers tienen la misma prioridad OSPF, porque el valor de la prioridad se establece de manera predeterminada en 1 para todas las interfaces de router.

Por esta razón, para determinar el DR (R3) y el BDR (R2), se usa la ID del router. Si se cambia el valor de la prioridad en una interfaz de 1 a un valor más alto, se habilita el router para que se convierta en un router DR o BDR durante la siguiente elección.

Si la prioridad de la interfaz se configura después de habilitar OSPF, el administrador debe desactivar el proceso OSPF en todos los routers y, luego, volver a habilitarlo para forzar una nueva elección de DR/BDR.

9. Cambio de la prioridad OSPF

En la topología de la Imagenanterior, el R3 es el DR y el R2 es el BDR. Se decidió lo siguiente:

• El R1 debe ser el DR y se configura con una prioridad de 255.
• El R2 debe ser el BDR y se le deja la prioridad predeterminada de 1.
• El R3 nunca debe ser un DR ni BDR y se configura con una prioridad de 0.

A continuación, se cambia la prioridad de la interfaz Gigabit 0/0 del R1 de 1 a 255.

R1(config)# interface GigabitEthernet 0/0
R1(config-if)# ip ospf priority 255
R1(config-if)# end
R1#

Ahora, se cambia la prioridad de la interfaz Gigabit 0/0 del R3 de 1 a 0.

R3(config)# interface GigabitEthernet 0/0
R3(config-if)# ip ospf priority 0
R3(config-if)# end
R3#

Los cambios no tienen efecto automáticamente, debido a que el DR y el BDR ya fueron seleccionados. Por lo tanto, la elección de OSPF se debe negociar mediante uno de los siguientes métodos:

• Desactivar las interfaces del router y volver a habilitarlas de a una: primero el DR, luego el BDR y después todos los demás routers.
• Restablecer el proceso OSPF mediante el comando clear ip ospf process del modo EXEC privilegiado en todos los routers.

En la Imagen 22, se muestra cómo borrar el proceso OSPF en el R1. Suponga que el comando clear ip ospf process del modo EXEC privilegiado también se configuró en el R2 y el R3. Observe la información del estado de OSPF que se genera.

El resultado que se muestra en la Imagen 23 confirma que el R1 ahora es el DR, con una prioridad de 255, e identifica las nuevas adyacencias de vecinos del R1.