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OSPF

Características principales

OSPF es un protocolo de encaminamiento complejo. Los beneficios de esta complejidad (sobre RIP) son los siguientes:

- Debido a las bases de datos de estados de enlaces sincronizadas, los "router" OSPF convergerán mucho más rápido que los "routers" RIP tras cambios de topología. Este efecto se hace más pronunciado al aumentar el tamaño del AS.
- Incluye encaminamiento TOS("Type of Service") diseñado para calcular rutas separadas para cada tipo de servicio. Para cada destino, pueden existir múltiples rutas, cada una para uno o más TOSs.
- Utiliza métricas ponderadas para distintas velocidades el enlace. Por ejemplo, un enlace T1 a.544 Mbps podría tener una métrica de 1 y un SLP a 9600 bps una de 10.
- Proporciona balanceamiento de la carga ya que una pasarela OSPF puede emplear varios caminos de igual coste mínimo.
- A cada ruta se le asocia una máscara de subred, permitiendo subnetting de longitud variable(ver Subredes) y supernetting (ver CIDR(Classless Inter-Domain Routing)).
- Todos los intercambios entre "routers" se pueden autentificar mediante el uso de passwords.
- OSPF soporta rutas específicas de hosts, redes y subredes.
- OSPF permite que las redes y los hosts contiguos se agrupen juntos en áreas dentro de un AS, simplificando la topología y reduciendo la cantidad de información de encaminamiento que se debe intercambiar. La topología de un área es desconocida para el resto de las áreas.
- Minimiza los broadcast permitiendo una topología de grafo más compleja en la que las redes multiacceso tienen un DR que es responsable de describir esa red a las demás redes del área.
- Permite el intercambio de información de encaminamiento externa, es decir, información de encaminamiento obtenida de otro AS.
- Permite configurar el encaminamiento dentro del AS según una topología virtual más que sólo las conexiones físicas. Las áreas se pueden unir usando enlaces virtuales que crucen otras áreas sin requerir encaminamiento complicado.
- Permite el uso de enlaces punto a punto sin direcciones IP, lo que puede ahorrar recursos escaso en el espacio de direcciones IP.

OSPF se comunica por medio de IP (su número de protocolo es el 89). Es un protocolo de estado del enlace, primero el camino más corto. OSPF soporta distintas clases de redes tales como redes punto a punto, de broadcast, como Ethernet y redes en anillo, y de no broadcast, como X.25.

Definiciones importantes

Area
Conjunto de redes dentro de un sólo AS que se han agrupado juntas. La topología de un área permanece oculta al resto del AS, y cada área tiene una base de datos topológica separada. El encaminamiento en el AS se produce en dos niveles, dependiendo de si la fuente y el destino de un paquete están en la misma área(intra-area routing) o en áreas diferentes(inter-area routing).
    o El encaminamiento intra-area lo determina sólo la propia topología del área. Es decir, el paquete se encamina sólo a partir de información obtenida dentro del área; no se puede usar información de encaminamiento obtenida fuera de la misma.
    o El encaminamiento inter-area se hace siempre a través de la troncal.
La división de un sistema autónomo en áreas permite una reducción significante en el volumen del tráfico de encaminamiento requerido para gestionar la base de datos en un AS grande.
Backbone
El backbone o troncal consiste en aquellas redes no contenidas en ningún área, los "routers" conectados a estas, y los "routers" pertenecientes a múltiples áreas. La troncal debe ser contigua a nivel lógico. Si no es contigua físicamente, los componentes deben usar enlaces virtuales(ver más bajo). La troncal es responsable de la información de encaminamiento entre áreas. La troncal misma tiene las propiedades de un área; su topología está separada de las de otras áreas.
Area Border Router(ABR)
Un "router" conectado a múltiples áreas. Tiene una copia de la base de datos de cada área a la que está conectado. Siempre forma parte de la troncal, y son responsables de la propagación de la información de encaminamiento inter-area a las áreas a las que están conectados.
Internal Router(IR)
Un "router" que no es de tipo ABR.
AS Border Router(ASBR)
Un "router" que intercambia información de encaminamiento con "routers" pertenecientes a otros AS. Todos los "routers" de un AS conocen el camino al todos los "routers" de tipo "boundary". Un ASBR puede ser un ABR o un IR. No tiene que ser parte de la troncal.
Nota: La nomenclatura para este tipo de "router" varía. El RFC 1583, usa el término AS Boundary Router. Los RFCs 1267 y 1268, Border Router y Border Gateway. El RFC 1340, AS Border Router. En adelante, usaremos este último.
Virtual Link (VL)
Un VL o enlace virtual es parte de la troncal. Sus extremos son dos ABR que comparten un área no troncal. El VL se trata como un enlace punto a punto con métrica igual a la métrica intra-area entre los extremos. El encaminamiento a través del VL se hace usando encaminamiento intra-area normal.
Transit Area
Un área a través de la que se produce la conexión física de un VL.
Stub Area(SA)
Un área configurada para usar el encaminamiento por defecto para el encaminamiento inter-AS. Se puede configurar en los sitios donde hay un sólo punto de salida del área, o donde se puede usar cualquier salida sin preferencia por ninguna ruta. Por defecto, las rutas inter-AS se copian a todas las áreas, por lo que el uso de SAs puede reducir las necesidades de almacenamiento de los "routers" dentro de aquellas áreas donde hay definidas muchas rutas inter-AS.
Multiaccess Network
Una red física que soporta la conexión de múltiples "routers". Se asume que cada par de "routers" de tal red es capaz de comunicarse directamente.
Hello Protocol
La parte del protocolo OSPF usada para establecer un mantener relaciones vecinales. No es el protocolo Hello descrito en El protocolo Hello.
Neighboring routers
Dos "routers" que tienen interfaces a una red común. En redes multiacceso, los vecinos se descubren dinámicamente por medio del protocolo Hello.
Cada vecino se representa con una máquina de estado que describe la conversación entre este "router" y su vecino. A continuación se muestra un breve boceto del significado de los estados. Ver la sección siguiente para una definición de los términos adyacencia y "router" designado. Down
Estado inicial de la conversación de un vecino. Indica que no ha habido información reciente recibida del vecino.
Attempt
Un vecino o una red no broadcastadcast parece estar en estado "down" y se debería intentar contactar con ella enviando paquetes Hello regulares.
Init
Se ha recibido recientemente u paquete Hello del vecino. Sin embargo, la comunicación bidireccional no se ha establecido aún con él(es decir, el propio "router" no aparece en el paquete Hello).
2-way
En este estado, la comunicación entre dos "routers" es bidireccional. Se pueden establecer adyacencias, y los vecinos en este estado o en uno superior se pueden elegir como "routers" designados(de backup o copia de seguridad).
ExStart
Los dos vecinos están a punto de crear una adyacencia.
Exchange
Los dos vecinos se dicen el uno al otro lo que tienen en sus bases de datos topológicas.
Loading
Los dos vecinos están sincronizaciónronizando sus bases de datos topológicas.
Full
Los dos vecinos son ahora totalmente adyacentes, y sus bases de datos están sincronizadas.

Operaciones en OSPF

La secuencia básica de operaciones realizadas por los "routers" OSPF routers es:
    1. Descubrir vecinos OSPF
    2. Elegir el DR
    3. Formar adyacencias
    4. Sincronizar bases de datos
    5. Calcular la tabla de encaminamiento
    6. Anunciar los estados de los enlaces

Los "routers" efectuarán todos estos pasos durante su activación, y los repetirán en respuesta a eventos de red. Cada "router" debe ejecutar estos pasos para cada red a la que está conectado, excepto para calcular la tabla de encaminamiento. Cada "router" genera y mantiene una sola tabla de encaminamiento para todas las redes.

Descubriendo vecinos OSPF

Cuando los "routers" OSPF se activan, inician y mantienen relaciones con sus vecinos usando el protocolo Hello. El protocolo además asegura que la comunicación entre vecinos sea bidireccional. Los paquetes Hello se envían periódicamente al exterior por todas las interfaces de los "routers". La comunicación bidireccional se indica si el propio "router" aparece en el paquete Hello del vecino. En una red de broadcast, los paquetes Hello se envían por multicast; los vecinos se descubren luego dinámicamente. En redes no broadcast, cada "router" que sea un DR potencial tiene una lista de todos los "routers" conectados a la red y enviará paquetes Hello a todos los demás DRs potenciales cuando su interfaz a la red sea operativa por primera vez.

Determinando el DR

Esto se hace usando el protocolo Hello. Aquí se da una breve descripción del proceso. Ver el RFC 1583 para una descripción completa. El "router" examina la lista de sus vecinos, desecha cualquiera que no tenga comunicación bidireccional o que tenga un RP de ver, y graba el DR, el BDR y la RP que ha declarado cada uno de ellos. El "router" se añade él mismo a la lista, usando el valor RP configurado para la interfaz y cero(desconocido) para el DR y el BDR, en el caso de que esté en proceso de activación.

Se emplean las siguiente reglas para determinar el BDR:
    - Si uno o más "routers" declaran ser el BDR y no el DR, gana el que tenga un RP superior.
    - En caso de empate, gana el que tenga mayor RID.
    - Si ningún "router" declara ser el BDR, entonces el se elige el "router" con mayor RP a menos que se haya declarado como DR.
    - De nuevo, en caso de empate gana el "router" con mayor RID.

Como el propio "router" que hace los cálculos está en la lista, puede determinar que él mismo es el BDR. Un proceso similar se sigue para el DR:
    - Si uno o más "routers" declaran ser el DR, gana el que tenga un RP superior.
    - En caso de empate, gana el que tenga mayor RID.
    - Si ningún "router" ha declarado ser el DR entonces el BDR se convierte en el DR.

El proceso real es mucho más complejo, debido a que los mensajes Hello transmitidos incluyen los cambios en los campos grabados en otros "routers", y estos cambios causan eventos en los "routers" que a su vez podrán provocar nuevos cambio u otras acciones. La intención que se esconde tras este mecanismo es doble:
    - Que cuando un "router" se active, no debería usurpar la posición del BDR actual aunque tenga un RP superior.
    - Que la promoción de un BDR a DR debería ser ordenada y requerir que el BDR acepte sus responsabilidades.

El algoritmo no siempre da lugar a que el "router" de mayor prioridad sea el DR, ni tampoco que el segundo de mayor prioridad sea el BDR.

El DR tiene las siguiente responsabilidades:
    - El DR genera para la red los anuncios de los estados de los enlaces, que inundan el área y describen esta red a todos los "routers" de todas las redes del área.
    - El DR se hace adyacente a otros "routers" de la red. Estas adyacencias son centrales con respecto al proceso de inundación usado para asegurar que los anuncios alcanzan a todos los "routers" del área y que por tanto la base de datos topológica que usan todos permanece igual.

El BDR tiene la siguiente responsabilidad:
    - El BDR se hace adyacente a todos los demás "routers" de la red. Esto asegura que cuando ocupe el puesto del DR lo pueda hacer rápidamente.

Formando adyacencias

Después de que se ha descubierto un vecino, asegurado la comunicación bidireccional, y(en una red multiacceso) elegido un DR, se toma la decisión de si se debería formar una adyacencia con uno de sus vecinos:
    - En redes multiacceso, todos los "routers" se hacen adyacentes al DR y al BDR.
    - En enlaces punto a punto(virtuales), cada "router" forma siempre una adyacencia con el "router" del otro extremo.

Si se toma la decisión de no formar una adyacencia, el estado de la comunicación con el vecino permanece en el estado "2-way".

Las adyacencias se establecen usando paquetes DD("Database Description"), que contienen un resumen de la base de datos de estados de enlaces del emisor. Se pueden usar múltiples paquetes para describir la base de datos: con este fin se emplea un procedimiento de sondeo-respuesta. El "router" con mayor ID se convertirá en maestro, el otro en esclavo. Los paquetes DD enviados por el maestro(sondeos o polls) serán reconocidos por los DDs del esclavo(respuestas). El paquete contiene números de secuencia para asegurar la correspondencia entre sondeos y respuestas. Este proceso se denomina DEP("Database Exchange Process").

Sincronización de las bases de datos

Después de que terminar el DEP("Database Exchange Process"), cada "router" tiene una lista de aquellos anuncios para los que el vecino tiene más instancias actualizadas, que se solicitan por medio de paquetes LSR("Link State Request"). La respuesta a un LSR es un LSU("Link State Update") que contiene algunos o todos los anuncios solicitados. Si no se recibe respuesta, se repite la solicitud.
Cuando se han respondido los paquetes LSR, las bases de datos se sincronizan y los "routers" se describen como totalmente adyacentes. La adyacencia se añade a los anuncios de los dos "routers" correspondientes.

Calculando la tabla de encaminamiento

Usando como entrada las bases de datos de estados de enlaces de las áreas con las que está conectado, un "router" ejecuta el algoritmo SPF para construir su tabla de encaminamiento. La tabla de encaminamiento siempre se construye es de cero: nunca se hacen actualizaciones a una tabla ya existente. Una tabla de encaminamiento vieja no se desecha hasta que se han identificado los cambios entre las dos tablas.
Cuando el algoritmo produce rutas de igual coste, OSPF puede balancear uniformemente la carga a través de ellas. El número máximo de rutas iguales admitidas depende de la implementación.

Anunciando los estados de los enlaces

Un "router" anuncia periódicamente el estado de su enlace, por lo que la ausencia de un anuncio reciente indica a los vecinos del "router" que no está activo. Todos los "routers" que hayan establecido comunicación bidireccional con un vecino ejecutan un contador de inactividad para detectar ese suceso. Si no se resetea el contador, al final se desbordará y el evento asociado sitúa el estado del vecino en "down". Esto significa que la comunicación se debe establecer desde cero, incluyendo la resincronización de las bases de datos. Un "router" también relanza sus anuncios cuando su estado cambia.
Un "router" puede lanzar diversos anuncios para cada área. Estos se propagan a través del área por el procedimiento de inundación. Cada "router" emite un RLA. Si el "router" es además el DR para una o más de las redes del área, originará NLAs para estas. Los ABR generan una SLA para cada destino inter-area conocido. Los ASBR originan un ASL para cada destino externo conocido. Los destinos se anuncian uno cada vez de tal forma que el cambio de una sola ruta puede inundar la red sin tener que enviar el resto de las rutas. Durante el proceso de inundación, un sólo LSU puede llevar muchos anuncios.
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