Fonctionnement d’OSPFv2 et OSPFv3

Fonctionnement d'OSPFv2 et OSPFv3

Aujourd’hui, nous examinons le fonctionnement de base du protocole de routage OSPF. OSPFv2 est utilisé pour le routage IPv4 et OSPFv3 est utilisé pour le routage IPv6. Bien que les deux versions partagent les mêmes principes de fonctionnement de base, nous examinons également en quoi elles diffèrent.

Fonctionnement d’OSPF sur une seule zone

L’Internet Engineering Task Force (IETF) a choisi OSPF plutôt que le IS-IS comme protocole de passerelle intérieure (IGP) recommandé. En 1998, la spécification OSPFv2 a été mise à jour dans la RFC 2328 et est la RFC actuelle pour OSPF.

Le document RFC 2328, “OSPF Version 2”, est disponible sur le site web de l’IETF à l’adresse http://www.ietf.org/rfc/rfc2328. Cisco IOS Software choisit les routes OSPF plutôt que les routes RIP parce que OSPF a une distance administrative de 110 par rapport à 120 AD de RIP.

Format de messages OSPF

La partie données d’un message OSPF est encapsulée dans un paquet. Ce champ de données peut inclure l’un des cinq types de paquets OSPF. La Figure A montre un message OSPF encapsulé dans une trame Ethernet.

L’en-tête de paquet OSPF est inclus avec chaque paquet OSPF, quel que soit son type. L’en-tête de paquet OSPF et les données spécifiques au type de paquet sont ensuite encapsulées dans un paquet IP.

Dans l’en-tête de paquet IP, le champ de protocole est défini sur 89 pour indiquer OSPF, et l’adresse de destination est généralement définie sur l’une des deux adresses multicast : 224.0.0.5 ou 224.0.0.6.

Si le paquet OSPF est encapsulé dans une trame Ethernet, l’adresse MAC de destination est également une adresse multicast : 01-00-5F-00-00-05 ou 01-00-5E-00-00-06.

Figure A - Message OSPF encapsulé
Figure A – Message OSPF encapsulé

Types de paquets OSPF

Ces cinq types de paquets OSPF servent chacun un objectif spécifique dans le processus de routage :

Hello : Les paquets Hello établissent et maintiennent une adjacence avec les autres routeurs OSPF.

DBD : Le paquet de description de base de données (DBD) contient une liste abrégée de la base de données d’état de liaison du routeur émetteur. Les routeurs récepteurs l’utilisent pour vérifier la base de données locale de l’état de liaison.

LSR : Les routeurs de réception peuvent demander plus d’informations sur n’importe quelle entrée dans le DBD en envoyant une demande d’état de liaison (LSR).

LSU : Les paquets de mise à jour d’état de liaison (LSU) répondent aux LSR et annoncent de nouvelles informations. Les LSUs contiennent 11 types d’annonces d’état de lien (LSA).

LSAck : Lorsqu’un LSU est reçu, le routeur envoie un accusé de réception d’état de liaison (LSAck) pour confirmer la réception du LSU.

Établissement des relations de voisinage

Les voisins OSPF échangent des paquets hello pour établir une adjacence. La Figure B montre l’en-tête OSPF et un paquet hello.

Figure B - En-tête de paquet OSPF et Hello Packet
Figure B – En-tête de paquet OSPF et Hello Packet

Les champs importants illustrés dans la figure sont les suivants :

Type : Type de paquet OSPF : Hello (Type 1), DBD (Type 2), LS Request (Type 3), LS Update (Type 4), LS ACK (Type 5)

ID du routeur : ID du routeur d’origine

ID de zone: Zone d’où provient le paquet

Masque de réseau : masque de sous-réseau associé à l’interface d’envoi

Intervalle Hello: Nombre de secondes entre les hellos du routeur d’envoi

Priorité du routeur : Utilisé dans l’élection DR/BDR

Routeur désigné (DR) : ID du routeur DR, le cas échéant

Routeur désigné de sauvegarde (BDR) : ID du routeur BDR, le cas échéant

Liste des voisins : L’ID de routeur OSPF du ou des routeurs voisins

Les paquets Hello sont utilisés pour faire ce qui suit :

  • Découvrir les voisins OSPF et établir des adjacences de voisinage.
  • Annoncer les paramètres sur lesquels deux routeurs doivent se mettre d’accord pour devenir voisins
  • Choisir le DR et le BDR sur les réseaux multi-accès tels que Ethernet et Frame Relay.

La réception d’un paquet OSPF hello sur une interface confirme pour un routeur qu’un autre routeur OSPF existe sur cette liaison. OSPF établit alors une relation d’adjacence avec ce voisin. Pour établir une adjacence, deux routeurs OSPF doivent avoir les valeurs d’interface correspondantes suivantes :

  • Intervalle Hello
  • Intervalle Dead
  • Type de réseau
  • ID de zone

Avant que les deux routeurs puissent établir une relation d’adjacence, les deux interfaces doivent faire partie du même réseau, y compris le même masque de sous-réseau.

Une adjacence complète se produira après que les deux routeurs auront échangé tous les LSUs nécessaires et qu’ils auront des bases de données d’état de liaison identiques.

Par défaut, les paquets OSPF hello sont envoyés à l’adresse multicast 224.0.0.0.5 (Tous les routeurs SPF) toutes les 10 secondes sur les segments multi-accès et point à point, et toutes les 30 secondes sur les segments multi-accès non diffusants (NBMA) (Frame Relay, X.25, ATM).

L’intervalle dead par défaut est quatre fois plus long que l’intervalle hello.

Annonces d’état de lien

Les LSUs sont les paquets utilisés pour les mises à jour de routage OSPF. Un paquet LSU peut contenir 11 types de LSA, comme le montre la Figure C.

Figure C : LSUs contenant des LSAs
Figure C : LSUs contenant des LSAs

OSPF DR et BDR

Les réseaux multi-accès posent deux défis à OSPF en ce qui concerne l’inondation des LSAs:

  • Création de plusieurs adjacences, avec une adjacence pour chaque paire de routeurs
  • Inondations massives de LSAs

La solution pour gérer le nombre des relations d’adjacence et l’inondation des LSA sur un accès multiple est le routeur désigné (DR). Pour réduire la quantité de trafic OSPF sur les réseaux multi-accès, OSPF choisit un DR et un DR de secours (BDR).

Le DR est responsable de la mise à jour de tous les autres routeurs OSPF lorsqu’un changement se produit dans le réseau multi-accès. Le BDR surveille le DR et prend la relève en tant que DR si le DR actuel échoue. Tous les autres routeurs deviennent des DROTHERs. Un DROTHER est un routeur qui n’est ni DR ni BDR.

Algorithme OSPF

Chaque routeur OSPF maintient une base de données d’état de liaison contenant les LSA reçues de tous les autres routeurs.

Lorsqu’un routeur a reçu tous les LSA et a construit sa base de données locale, OSPF utilise l’algorithme du chemin le plus court de Dijkstra (SPF) pour créer un arbre SPF. Cet algorithme accumule les coûts le long de chaque trajet, de la source à la destination.

L’arbre SPF est ensuite utilisé pour remplir la table de routage IP avec les meilleurs chemins vers chaque réseau.

Par exemple, dans la figure B, chaque chemin est étiqueté avec une valeur arbitraire pour le coût. Le coût du chemin le plus court pour que R2 envoie des paquets au réseau local attaché à R3 est de 27 (20 + 5 + 2 = 27).

Notez que ce coût n’est pas 27 pour tous les routeurs pour atteindre le réseau local attaché à R3. Chaque routeur détermine son propre coût pour chaque destination dans la topologie.

En d’autres termes, chaque routeur utilise l’algorithme SPF pour calculer le coût de chaque chemin vers un réseau spécifique et déterminer le meilleur chemin vers ce réseau de son propre point de vue.

Le Tableau A indique le chemin le plus court vers chaque réseau local pour R1, ainsi que le coût.

Tableau A – Arbre SPF de R1

DestinationLe plus court cheminCoût
LAN de R2R1 à R222
LAN de R3R1 à R37
LAN de R4R1 à R3 à R417
LAN de R5R1 à R3 à R4 à R527

Vous devriez pouvoir créer une table similaire pour chacun des autres routeurs de la Figure D.

Figure D - Algorithme du premier chemin le plus court de Dijkstra
Figure D – Algorithme du premier chemin le plus court de Dijkstra

Processus d’acheminement à état de lien

La liste suivante résume le processus de routage d’état de lien utilisé par OSPF. Tous les routeurs OSPF effectuent le processus de routage générique suivant pour atteindre un état de convergence :

1. Chaque routeur découvre ses propres liens et ses propres réseaux directement connectés. Ceci est fait en détectant qu’une interface est dans l’état up, y compris une adresse de couche 3.

2. Chaque routeur est responsable d’établir des relationds d’adjacence avec ses voisins OSPF sur les réseaux directement connectés en échangeant des paquets hello.

3. Chaque routeur construit un paquet d’état de liaison (LSP) contenant l’état de chaque liaison directement connectée. Ceci est fait en enregistrant toutes les informations pertinentes sur chaque voisin, y compris l’ID du voisin, le type de lien et la bande passante.

4. Chaque routeur inonde le LSP à tous les voisins OSPF, qui stockent ensuite tous les LSP reçus dans une base de données. Les voisins inondent ensuite les LSPs à leurs voisins jusqu’à ce que tous les routeurs de la zone aient reçu les LSPs. Chaque routeur stocke une copie de chaque LSP reçu de ses voisins dans une base de données locale.

5. Chaque routeur utilise la base de données pour construire une carte complète de la topologie et calculer le meilleur chemin vers chaque réseau de destination. L’algorithme SPF est utilisé pour construire la carte de la topologie et déterminer le meilleur chemin vers chaque réseau.

Tous les routeurs d’une même zone ont une carte ou une arborescence commune de la topologie de cette zone, mais chaque routeur détermine indépendamment le meilleur chemin vers chaque réseau de cette topologie.

OSPFv2 contre OSPFv3

En 1999, OSPFv3 pour IPv6 a été publié dans la RFC 2740. En 2008, OSPFv3 a été mis à jour dans la RFC 5340 comme OSPF pour IPv6. Cependant, il est toujours appelé OSPFv3.

OSPFv3 a les mêmes fonctionnalités que OSPFv2 mais utilise IPv6 comme protocole de transport de la couche réseau, pour communiquer avec les pairs OSPFv3 et annoncer les routes IPv6.

OSPFv3 utilise également l’algorithme SPF comme moteur de calcul pour déterminer les meilleurs chemins dans le domaine de routage.

Comme avec tous les protocoles de routage IPv6, OSPFv3 possède des processus séparés de son homologue IPv4. OSPFv2 et OSPFv3 ont chacun des tables adjacentes, des tables de topologie OSPF et des tables de routage IP distinctes.

Similitudes entre OSPFv2 et OSPFv3

OSPFv3 fonctionne comme OSPFv2. Le tableau B résume les caractéristiques opérationnelles que partagent OSPFv2 et OSPFv3.

Tableau B – Similitudes entre OSPFv2 et OSPFv3

FonctionnalitéOSPFv2 et OSPFv3
État du lienOui
Algorithme de routageSPF
MétriqueCoût
ZonesPrise en charge de la même hiérarchie à deux niveaux
Types de paquetsUtilisez les mêmes paquets hello, DBD, LSR, LSU et LSAck.
Découverte des voisinsTransition à travers les mêmes états en utilisant les paquets hello
Synchronisation LSDBÉchanger le contenu de leur LSDB entre deux voisins
DR et BDRUtiliser la même fonction et le même processus d'élection
ID du routeurUtilisez un ID de routeur 32 bits et le même procédé pour déterminer l'ID de routeur 32 bits.

Différences entre OSPFv2 et OSPFv3

Le Tableau C énumère les principales différences entre OSPFv2 et OSPFv3.

Tableau C – Différences entre OSPFv2 et OSPFv3

FonctionnalitéOSPFv2OSPFv3
Annonce
Réseaux IPv4Préfixes IPv6
Adresse source
Adresse source IPv4Adresse locale du lien IPv6
Adresse de destinationChoix de :
Adresse IPv4 unicast du voisin
224.0.0.0.5, adresse multicast de tous les routeurs OSPF
224.0.0.0.6, adresse multicast DR/BDR
Choix de :
Adresse locale du lien IPv6 voisin
FF02::5, adresse multicast de tous les routeurs OSPFv3
FF02::6, adresse de multidiffusion DR/BDR
Annonce de réseau
Configurée à l'aide de la commande de configuration routeur network
Configurée à l'aide de la commande de configuration interface ipv6 ospf area
Routage unicast IP
Routage unicast IPv4 activé par défautNécessite la configuration de la commande de configuration globale ipv6 unicast-routing
Authentification
Texte en clair et MD5IPsec

Fonctionnement d’OSPF multizones

OSPF à seule-zone fonctionne très bien dans les petits réseaux où le nombre de liaisons est gérable. Cependant, considérez un réseau OSPF à zone unique avec 900 routeurs et plusieurs milliers de sous-réseaux. Dans cette situation, la conception mono-zone pose les problèmes suivants:

Grandes tables de routage : Par défaut, OSPF ne résume pas les mises à jour de routage.

Grande base de données à état de lien (LSDB) : Dans une seule zone, chaque routeur doit maintenir une base de données de tous les liens actifs dans le domaine de routage, indépendamment du fait que ce routeur utilise ou non un lien particulier.

Calculs fréquents du SPF: Dans un grand réseau, les modifications apportées à la LSDB peuvent amener les routeurs à dépenser de nombreux cycles CPU pour recalculer l’algorithme SPF et mettre à jour la table de routage.

Pour résoudre ces problèmes, OSPF soutient la conception hiérarchique par le biais de l’utilisation de plusieurs zones OSPF.

OSPF multi-zones est utile dans les déploiements réseau de grande envergure pour réduire les coûts de traitement et de mémoire. Ceci divise la seule grande LSDB en plusieurs petites LSDB en utilisant plusieurs zones OSPF.

Conception d’OSPF multizones

La conception d’OSPF multi-zones suit quelques règles de base :

  • Placer toutes les interfaces connectées au même sous-réseau dans la même zone.
  • Une zone doit être contiguë.
  • Certains routeurs peuvent être internes à une zone, avec toutes les interfaces affectées à cette zone unique.
  • Certains routeurs peuvent être des routeurs Area Border Routers (ABR) parce que certaines interfaces se connectent à la zone backbone (zone 0) et d’autres à des zones non backbone.
  • Toutes les zones hors réseau fédérateur (non backbones) doivent se connecter à la zone du réseau fédérateur (zone 0) en ayant au moins un ABR connecté à la fois à la zone du réseau fédérateur et à la zone hors réseau fédérateur.

La figure E montre un exempe d’OSPF multizone simple avec deux zones (Zone 1 et Zone 2) reliées à un réseau fédérateur, la Zone 0.

Figure E - Exemple de conception d'OSPF à zones multiples
Figure E – Exemple de conception d’OSPF à zones multiples

La figure montre également quelques termes importants de conception d’OSPF multizones. Le tableau D résume la signification de ces termes.

Tableau D – Terminologie de la conception d’OSPF multi-zones

TermDescription
Area Border Router (ABR)Un routeur OSPF avec des interfaces connectées à la zone backbone et à au moins une autre zone.
Router BackboneUn routeur connecté à la zone du réseau fédérateur (y compris les ABRs).
Router interneUn routeur dans une zone (et non dans la zone du réseau fédérateur).
Autonomous System
Boundary Router (ASBR)
Un routeur qui a au moins une interface connectée à un réseau externe.
Un réseau externe est un réseau qui ne fait pas partie du domaine de routage OSPF, tel que EIGRP, BGP, ou un réseau avec routage statique vers Internet, comme le montre la Figure 20-5.
ZoneUn ensemble de routeurs et de liens qui partagent les mêmes informations LSDB détaillées, mais pas avec les routeurs d'autres zones, pour une meilleure efficacité.
Zone BackboneUne zone OSPF spéciale à laquelle toutes les autres zones doivent se connecter, comme la zone 0.
Route intra-zoneUne route vers un sous-réseau à l'intérieur de la même zone que le routeur.
Route inter-zoneUne route vers un sous-réseau dans une zone dont le routeur ne fait pas partie.

Le design OSPF multizone améliore les performances

Dans OSPF multizones, toutes les zones doivent être connectées à la zone du réseau fédérateur. Le routage se fait toujours entre les zones. Les ABRs envoient des routes interzones entre les zones.

Cependant, l’opération de routage intensif de l’unité centrale de traitement consistant à recalculer l’algorithme SPF n’est effectuée que pour les routes à l’intérieur d’une zone. Un changement dans une zone n’entraîne pas un recalcul de l’algorithme SPF dans les autres zones.

Dans la Figure E, supposons qu’une liaison tombe en panne dans la zone 1. Seuls les routeurs de la zone 1 échangent des LSA. D1, l’ABR de la zone 1, enverra une mise à jour à la zone 0 une fois que la zone 1 aura convergé vers la nouvelle information.

La liste suivante résume comment les OSPF multizones améliorent les performances des OSPF :

  • La plus petite LSDB par zone nécessite moins de mémoire.
  • Les routeurs nécessitent moins de cycles CPU pour traiter la petite LSDB par zone avec l’algorithme SPF, ce qui réduit la surcharge CPU et améliore le temps de convergence.
  • Les changements dans le réseau (par exemple, les défaillances de liaisons et la récupération) nécessitent des calculs SPF uniquement sur les routeurs connectés à la zone où la liaison a changé d’état, réduisant ainsi le nombre de routeurs qui doivent réexécuter le SPF.
  • Moins d’informations doivent être diffusées entre les zones, ce qui réduit la bande passante nécessaire pour envoyer des LSA.

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