Wprowadzenie: Od Mapy Miasta do Atlasu Kontynentu

W naszej poprzedniej dyskusji ustaliliśmy, że OSPF dostarcza każdemu routerowi kompletną mapę, czyli atlas sieci, pozwalając mu na obliczenie najlepszej ścieżki do dowolnego celu. Jest to potężna koncepcja. Wyobraźmy sobie jednak próbę nawigacji przy użyciu jednej, gigantycznej mapy, która szczegółowo opisuje każdą ulicę, zaułek i ślepą uliczkę na całym kontynencie. Taka mapa byłaby monstrualnie duża, powolna w odczycie i koszmarna w aktualizacji za każdym razem, gdy mała droga zostaje zamknięta z powodu remontu.

Jednoobszarowa sieć OSPF napotyka dokładnie ten sam problem. W bardzo dużej sieci z tysiącami routerów, Baza Danych Stanu Łącz (LSDB): nasz sieciowy atlas, staje się olbrzymia. Algorytm Najpierw Najkrótsza Ścieżka (SPF) staje się ogromnym obciążeniem obliczeniowym dla procesorów routerów. Co gorsza, jedno niestabilne łącze w dowolnym miejscu sieci zmusza każdy router do ponownego uruchomienia tych złożonych obliczeń, tworząc niestabilność w całej sieci.

Aby to rozwiązać, OSPF wprowadza genialną koncepcję projektowania hierarchicznego: Obszary. OSPF pozwala na podzielenie dużej sieci na mniejsze, bardziej zarządzalne zbiory routerów. To tak, jakby podzielić nasz kontynentalny atlas na zbiór map regionalnych i wojewódzkich. Router w danym województwie zna doskonale swoje lokalne drogi, ale potrzebuje tylko podsumowania: jak wiedzieć, którą autostradę wybrać, aby dotrzeć do innego województwa.

Magistrala: Obszar 0 - Centralna Autostrada

Fundamentem hierarchicznego projektu OSPF jest obszar magistralny (ang. backbone area), który zawsze jest oznaczany jako Obszar 0. Wszystkie inne obszary muszą być połączone z tym centralnym obszarem.

Obszar 0 można sobie wyobrazić jako krajowy system autostrad. Służy on jako szybki rdzeń tranzytowy, który łączy wszystkie inne regiony (obszary). Pakiet podróżujący z routera w Obszarze 10 do routera w Obszarze 20 nie idzie na skróty; podróżuje z Obszaru 10 na magistralę Obszaru 0, przemieszcza się przez nią, a następnie zjeżdża do Obszaru 20, aby znaleźć swój ostateczny cel.

Złote Zasady Obszarów OSPF

1. Obszar 0 Musi Być Ciągły: Sama magistrala nie może być podzielona na części. Wszystkie routery w Obszarze 0 muszą mieć do siebie ścieżkę bez opuszczania Obszaru 0. Podzielona magistrala prowadzi do uszkodzonej domeny OSPF.
2. Wszystkie Inne Obszary Muszą Łączyć się z Obszarem 0: Każdy obszar niemagistralny musi mieć co najmniej jeden router, który jest również częścią Obszaru 0. Ten router jest bramą dla tego obszaru do reszty sieci. Obszar, który traci połączenie z magistralą, staje się odizolowany.

Te zasady nie są arbitralne; są fundamentalnym mechanizmem zapobiegania pętlom routingu w środowisku stanu łącza. Zmuszając cały ruch międzyobszarowy do przechodzenia przez centralną, dobrze zdefiniowaną magistralę, OSPF zapewnia, że routery zawsze mają spójny, wolny od pętli obraz tego, jak dotrzeć do innych obszarów.

Język OSPF: Ogłoszenia Stanu Łącza (LSA)

Aby zrozumieć, jak działają obszary, musimy zrozumieć, jak komunikują się routery. "Mapa" OSPF to nie jest jeden duży plik; to baza danych (LSDB) zbudowana z wielu małych wiadomości zwanych Ogłoszeniami Stanu Łącza (LSA). Każde LSA jest jak strona w atlasie, opisująca mały fragment topologii sieci.

Istnieje kilka różnych typów LSA, a kluczem do obszarów OSPF jest to, że różne typy LSA mają różne zakresy rozgłaszania: co oznacza, że niektóre typy są udostępniane tylko w obrębie lokalnego obszaru, podczas gdy inne mogą przekraczać granice obszarów. To selektywne udostępnianie informacji tworzy hierarchię i zapewnia skalowalność.

Główne Typy LSA i Ich Zakres Rozgłaszania

• LSA Typu 1 - Router LSA

  To osobista wizytówka routera. Każdy router generuje LSA Typu 1, aby się przedstawić. Wymienia wszystkie swoje łącza (interfejsy), stan każdego łącza, adres IP interfejsu i powiązany z nim koszt OSPF.

  Zakres Rozgłaszania: Ściśle ograniczony do jednego obszaru. Nigdy nie przekracza Routera Brzegowego Obszaru (ABR).

• LSA Typu 2 - Network LSA

  To LSA istnieje tylko w sieciach wielodostępowych, takich jak Ethernet. Jest generowane przez Router Wyznaczony (DR) dla danego segmentu. Wymienia wszystkie routery podłączone do tego konkretnego segmentu sieci. Jest to w zasadzie "lista obecności" DR dla danej ulicy.

  Zakres Rozgłaszania: Ściśle ograniczony do jednego obszaru. Podobnie jak Typ 1, nigdy nie przekracza ABR.

  Routery używają LSA Typu 1 i 2 do budowy kompletnej, szczegółowej mapy własnego, lokalnego obszaru.

• LSA Typu 3 - Summary LSA

  To "pocztówka" wysyłana między obszarami. ABR generuje LSA Typu 3, aby poinformować routery w jednym obszarze o sieciach istniejących w innym. Co ważne, nie zawiera ono szczegółowej topologii; jest to podsumowanie: "Aby dotrzeć do sieci $10.20.0.0/16$, całkowity koszt wynosi 50, i powinieneś wysyłać pakiety do mnie."

  Zakres Rozgłaszania: Generowane przez ABR i rozgłaszane do obszaru z magistrali (Obszar 0), oraz z obszaru niemagistralnego do magistrali. Przenosi informacje sumaryczne przez granice obszarów.

• LSA Typu 5 - AS External LSA

  To "reklama" z innego świata routingu. Jest generowana przez Router Brzegowy Systemu Autonomicznego (ASBR). Opisuje trasę do celu znajdującego się poza domeną OSPF, na przykład trasę poznaną z Internetu przez BGP.

  Zakres Rozgłaszania: Domyślnie LSA Typu 5 są rozgłaszane w całej domenie OSPF, włączając magistralę i wszystkie standardowe obszary. Może to powodować problemy ze skalowalnością, które rozwiązują specjalne typy obszarów.

Specjalne Typy Obszarów: Optymalizacja Skalowalności

Aby dać projektantom sieci jeszcze większą kontrolę nad rozgłaszaniem LSA i rozmiarem tablic routingu, OSPF definiuje kilka specjalnych typów obszarów. Zazwyczaj używa się ich dla obszarów "końcowych" (stub): obszarów, które mają tylko jeden lub kilka punktów wyjścia.

Obszar Końcowy (Stub Area)

Analogia: Dzielnica ze ślepymi uliczkami. Mieszkańcy znają wszystkie ulice w swojej dzielnicy, ale aby dostać się gdziekolwiek indziej w mieście, muszą wiedzieć tylko jedno: jak dojechać do głównej drogi.

Obszar Końcowy to obszar, który nie akceptuje informacji o trasach zewnętrznych.

• Blokuje LSA Typu 5 (trasy zewnętrzne) przed zalaniem go.
• Aby zapewnić łączność ze światem zewnętrznym, ABR dla obszaru końcowego automatycznie wstrzykuje do niego trasę domyślną ($0.0.0.0/0$). Wszystkie routery w obszarze końcowym używają tej trasy domyślnej do wysyłania ruchu przeznaczonego dla sieci zewnętrznych do ABR.
• To znacznie zmniejsza rozmiar LSDB i tablic routingu wewnątrz obszaru końcowego, oszczędzając zasoby routera. Obszar końcowy nie może zawierać ASBR.

Całkowicie Końcowy Obszar (Totally Stubby Area)

Analogia: Całkowicie zamknięte osiedle. Mieszkańcy nie tylko nie znają mapy świata zewnętrznego, ale nawet nie znają szczegółowej mapy sąsiednich osiedli. Znają tylko swoje wewnętrzne uliczki i lokalizację jedynej bramy wyjazdowej.

Całkowicie Końcowy Obszar to jeszcze bardziej restrykcyjna wersja.

• Blokuje LSA Typu 5 (trasy zewnętrzne) ORAZ LSA Typu 3 (trasy sumaryczne dla innych wewnętrznych obszarów).
• ABR wstrzykuje pojedynczą trasę domyślną, która jest używana dla CAŁEGO ruchu przeznaczonego poza lokalny obszar, niezależnie od tego, czy idzie do innego obszaru OSPF, czy do internetu.
• Zapewnia to maksymalną możliwą redukcję rozmiaru LSDB i tablicy routingu. Jest to funkcja zastrzeżona przez Cisco, ale szeroko wspierana.

Obszar Nie-Tak-Bardzo Końcowy (NSSA)

Analogia: Zamknięte osiedle, które ma własne, małe lotnisko. Nie chce słyszeć o lotach z głównego międzynarodowego portu lotniczego (blokuje LSA Typu 5), ale musi być w stanie poinformować resztę świata o własnych lotach wychodzących.

Obszar Nie-Tak-Bardzo Końcowy (NSSA) to sprytna hybryda. Jest to obszar końcowy, który może zawierać ASBR.

• Podobnie jak obszar końcowy, blokuje LSA Typu 5 przychodzące z magistrali.
• Jednakże, ASBR wewnątrz NSSA może wstrzykiwać trasy zewnętrzne. Aby to zrobić bez łamania zasady "żadnych LSA Typu 5", używa specjalnego LSA Typu 7.
• To LSA Typu 7 jest rozgłaszane tylko wewnątrz NSSA. Kiedy dociera do ABR obszaru NSSA, ABR tłumaczy LSA Typu 7 na zwykłe LSA Typu 5 i rozgłasza je do reszty domeny OSPF.
• Pozwala to sieci końcowej na generowanie własnych informacji o trasach zewnętrznych, będąc jednocześnie chronioną przed złożonością pełnej zewnętrznej tablicy routingu. Istnieje również Całkowicie NSSA, które łączy obie koncepcje.

Łącze Wirtualne: "Przedłużacz" OSPF

Co się stanie, jeśli obszar niemagistralny nie może fizycznie połączyć się bezpośrednio z Obszarem 0? Narusza to fundamentalną zasadę OSPF. Aby rozwiązać ten specyficzny problem, OSPF oferuje rozwiązanie w rodzaju "taśmy klejącej", zwane Łączem Wirtualnym.

Łącze Wirtualne to logiczny tunel tworzony przez tranzytowy, niemagistralny obszar, aby połączyć odłączony obszar z magistralą. Pozwala to magistrali (Obszarowi 0) wydawać się ciągłą, nawet jeśli jest fizycznie przerwana, lub pozwala odizolowanemu obszarowi logicznie "sięgnąć ponad" obszarem tranzytowym, aby połączyć się z magistralą. Chociaż jest to potężne narzędzie, łącza wirtualne dodają złożoności i są ogólnie uważane za tymczasową naprawę lub ostateczność w celu skorygowania nieoptymalnego projektu sieci, a nie za funkcję do stosowania w planowaniu początkowym.