Wprowadzenie: po co OSPF używa obszarów
OSPF jest protokołem stanu łącza. Router utrzymuje bazę LSDB opisującą topologię swojego obszaru i na jej podstawie oblicza ścieżki SPF. W dużej domenie jedna baza obejmująca każdy router i każde łącze zwiększa rozmiar danych oraz koszt ponownych obliczeń.
W jednoobszarowej sieci OSPF zmiana topologii może wymagać przetworzenia informacji przez wszystkie routery tego obszaru. Przy dużej liczbie routerów LSDB rośnie, a obliczenia SPF zajmują więcej zasobów procesora. Częste zmiany łączy mogą więc zwiększać ruch protokołu i liczbę ponownych obliczeń.
OSPF ogranicza ten zakres przez hierarchię obszarów. Router przechowuje szczegółową topologię własnego obszaru, a o innych obszarach otrzymuje informacje międzyobszarowe, zwykle w postaci podsumowanych tras. Zmniejsza to zakres zalewania LSA i liczbę obliczeń wykonywanych po zmianie lokalnego łącza.
Granicę obszaru obsługuje ABR. ABR ma oddzielną LSDB dla każdego dołączonego obszaru, oblicza trasy w tych obszarach i tworzy LSA typu 3 dla informacji międzyobszarowych. Szczegółowe LSA typu 1 i 2 pozostają lokalne, dlatego router w innym obszarze nie musi znać wszystkich łączy źródłowej topologii.
Magistrala: obszar 0
Podstawą hierarchii OSPF jest obszar magistralny (ang. backbone area), oznaczany jako Obszar 0. Ruch międzyobszarowy przechodzi przez magistralę, a obszary inne niż backbone muszą mieć połączenie z obszarem 0 przez ABR albo łącze wirtualne.
Obszar 0 łączy pozostałe obszary i przenosi informacje potrzebne do routingu międzyobszarowego. Trasa z Obszaru 10 do Obszaru 20 jest obliczana przez wyjście z pierwszego obszaru do magistrali, przejście przez obszar 0 i wejście do drugiego obszaru.
Zasady obszaru 0 i ABR
- Obszar 0 musi być spójny: Routery magistrali muszą mieć ścieżkę w obrębie obszaru 0. Jeżeli fizyczna ciągłość jest niemożliwa, OSPF może użyć skonfigurowanego łącza wirtualnego przez obszar tranzytowy.
- Pozostałe obszary muszą łączyć się z obszarem 0: Obszar niemagistralny korzysta z ABR, który ma interfejsy w tym obszarze i w obszarze 0 albo używa łącza wirtualnego. Utrata połączenia z magistralą ogranicza routing międzyobszarowy.
Te zasady określają topologię routingu międzyobszarowego. Utrzymanie spójnej magistrali pozwala routerom obliczać trasy na podstawie jednolitego modelu obszaru 0 i ogranicza możliwość powstania pętli między obszarami.
ABR może wykonywać sumaryzację prefiksów przy wyjściu z obszaru. Sumaryzacja ogranicza liczbę LSA typu 3, lecz wymaga spójnego planu adresacji. Łącze wirtualne powinno kończyć się na routerach mających wspólny obszar tranzytowy i jest zależne od poprawnej komunikacji w tym obszarze.
LSA i zakres zalewania
Routery budują LSDB z wielu komunikatów zwanych Ogłoszeniami Stanu Łącza (LSA). LSA opisują routery, sieci, trasy międzyobszarowe i trasy zewnętrzne, a ich zakres zalewania zależy od typu.
Różne typy LSA mają różne zakresy zalewania. Typy lokalne pozostają w obszarze, a ABR tworzy informacje podsumowujące dla innych obszarów. Selektywne udostępnianie topologii ogranicza rozmiar danych przechowywanych poza obszarem źródłowym.
Każde LSA ma nagłówek z wiekiem, numerem sekwencyjnym i sumą kontrolną. Router używa tych pól do rozpoznania nowszej wersji i usuwania wygasłych informacji. Zakres zalewania nie zmienia sposobu, w jaki router sprawdza aktualność LSA.
Główne typy LSA i zakres zalewania
LSA typu 1 - Router LSA
Każdy router generuje LSA typu 1 dla obszaru, w którym działa. Opis zawiera jego łącza, stan interfejsów, sąsiadów oraz koszty OSPF potrzebne do obliczenia SPF.
Zakres zalewania: Ściśle ograniczony do jednego obszaru. Nie jest zalewany poza .
LSA typu 2 - Network LSA
LSA typu 2 występuje w sieciach wielodostępowych typu broadcast i NBMA, na przykład Ethernet. Generuje je Router Wyznaczony (DR) i umieszcza w nim routery podłączone do danego segmentu oraz relację tego segmentu z DR.
Zakres zalewania: Ściśle ograniczony do jednego obszaru. Podobnie jak typ 1, nie jest zalewany przez ABR.
Routery używają LSA Typu 1 i 2 do budowy kompletnej, szczegółowej mapy własnego, lokalnego obszaru.
LSA typu 3 - Summary LSA
ABR generuje LSA typu 3, aby ogłosić prefiks z jednego obszaru w innym. LSA nie opisuje szczegółowej topologii obszaru źródłowego. Zawiera prefiks, maskę oraz koszt międzyobszarowy, na przykład dla sieci .
Zakres zalewania: ABR zalewa LSA typu 3 w dołączonych obszarach zgodnie z zasadami routingu międzyobszarowego, w tym przez magistralę obszaru 0. Informacja jest podsumowaniem prefiksu, bez wewnętrznej topologii obszaru.
LSA typu 4 - ASBR Summary LSA
ABR generuje LSA typu 4, aby poinformować routery w innych obszarach, jak osiągnąć ASBR znajdujący się poza ich obszarem. LSA typu 4 wskazuje router ASBR zamiast samego prefiksu zewnętrznego.
Zakres zalewania: LSA typu 4 jest przekazywany między obszarami przez ABR, tak aby routery mogły obliczyć drogę do ASBR używanego przez LSA typu 5.
LSA typu 5 - AS External LSA
LSA typu 5 opisuje trasę zewnętrzną wprowadzoną do OSPF przez . Opisuje cel poza domeną OSPF, na przykład prefiks poznany z Internetu przez BGP.
Zakres zalewania: Domyślnie LSA typu 5 jest zalewany w domenie OSPF zdolnej do obsługi tras zewnętrznych, z wyjątkiem obszarów o ograniczonym zalewaniu. Specjalne typy obszarów zmniejszają liczbę takich informacji.
Specjalne typy obszarów i ograniczanie LSA
OSPF definiuje obszar stub, a rozszerzenia implementacyjne dodają wariant totally stubby. Obszary te ograniczają LSA zewnętrzne lub międzyobszarowe i zwykle mają jeden albo kilka punktów wyjścia. NSSA jest standardowym rozszerzeniem OSPF.
Obszar stub nadal otrzymuje trasy wewnętrzne i międzyobszarowe dopuszczone przez jego konfigurację. Ograniczenie dotyczy przede wszystkim informacji zewnętrznych. Jeżeli obszar ma lokalny punkt redystrybucji, należy rozważyć NSSA zamiast zwykłego stub.
Obszar stub (Stub Area)
Obszar stub nie otrzymuje szczegółowych tras zewnętrznych. Routery mogą korzystać z trasy domyślnej ogłaszanej przez ABR, gdy kierują ruch poza obszar.
Obszar stub nie akceptuje informacji o trasach zewnętrznych typu 5.
- Blokuje LSA typu 5 opisujące trasy zewnętrzne.
- ABR może ogłosić w nim trasę domyślną (), którą routery wykorzystują dla celów zewnętrznych.
- Ogranicza rozmiar LSDB i tablic routingu w obszarze. Obszar stub nie może zawierać ASBR.
Totally Stubby Area: rozszerzenie implementacyjne
Totally Stubby Area ogranicza informacje jeszcze bardziej niż standardowy stub. W typowej konfiguracji routery otrzymują szczegółowe trasy lokalne oraz domyślną drogę do celów poza obszarem.
Totally Stubby Area jest rozszerzeniem spotykanym w implementacjach. Podstawowa specyfikacja OSPF nie definiuje tego typu obszaru.
- Blokuje LSA typu 5 oraz, zależnie od implementacji, LSA typu 3 z innymi trasami międzyobszarowymi.
- ABR ogłasza pojedynczą trasę domyślną dla ruchu poza lokalny obszar, w tym do innych obszarów OSPF i do sieci zewnętrznych.
- Zmniejsza LSDB i tablicę routingu, lecz sposób konfiguracji i dokładny zakres blokowania zależy od implementacji.
NSSA (Not-So-Stubby Area)
NSSA ogranicza przychodzące trasy zewnętrzne, lecz pozwala wprowadzić trasę zewnętrzną z ASBR znajdującego się wewnątrz obszaru.
NSSA jest standardowym obszarem OSPF, który może zawierać ASBR.
- Podobnie jak stub, blokuje LSA typu 5 przychodzące do NSSA spoza tego obszaru.
- ASBR wewnątrz NSSA wprowadza trasy zewnętrzne za pomocą LSA typu 7.
- LSA typu 7 jest zalewany tylko w NSSA. ABR wybrany zgodnie z regułami tłumaczenia może przekształcić LSA typu 7 z ustawionym bitem P w LSA typu 5 i rozgłosić trasę poza NSSA.
- Rozwiązanie pozwala utrzymać lokalny ASBR bez zalewania NSSA wszystkimi LSA typu 5. W implementacjach spotyka się także Totally NSSA, łączące ograniczenie tras międzyobszarowych z obsługą LSA typu 7.
Łącze wirtualne OSPF
Jeżeli obszar niemagistralny nie ma fizycznego połączenia z obszarem 0, można skonfigurować łącze wirtualne przez obszar tranzytowy. Jest to mechanizm utrzymania logicznej ciągłości backbone.
Łącze wirtualne jest logicznym połączeniem między routerami ABR przez obszar tranzytowy. Pozwala obszarowi 0 działać jak spójny backbone, lecz wymaga poprawnego routingu w obszarze tranzytowym i zwiększa złożoność konfiguracji. Zwykle stosuje się je do naprawy istniejącej topologii, a docelowo projektuje bez połączeń wymagających tunelu.
Wirtualne łącze nie zmienia fizycznego położenia interfejsów ani zakresu LSA typu 1 i 2. Tworzy logiczną relację w obszarze tranzytowym, dzięki której routery backbone mogą wymieniać informacje. Przy projektowaniu nowych obszarów lepsza jest bezpośrednia spójność obszaru 0.