Usmjernički protokoli

6. Usmjernički protokoli (routing protocols)

6.1. Uvod

Postoji nekoliko različitih usmjerničkih protokola. Svaki od njih ima različite parametre koje razmjenjuje sa susjedima i način na koji ih razmjenjuje te algoritam pomoću kojeg određuje najbolji put do određene mreže.

Ako neki od putova više nije dostupan, usmjernički protokol dinamički traži slijedeći najbolji put i upisuje ga u tablicu. Ako ima više mogućih putova do cilja, u tablicu se upisuje samo trenutačno najbolji put.

Usmjernički protokoli pronalaze putove do odredišta, između svih putova određuju najbolje i zapisuju ih u usmjerničke tablice. Usmjernik čita te tablice i na temelju pročitanih podataka usmjerava pakete prema cilju.

Da bi se odredilo koji je put najbolji, treba imati neki kriterij za uspoređivanje kvalitete puta. Pomoću tih se kriterija dobije veličina koja se zove mjera kvalitete puta (metric, cost). Svaki protokol ima svoje kriterije za određivanje najboljeg puta koji se razlikuju po složenosti.

Kod nekih protokola u kriterije ulazi broj usmjernika koje treba proći do cilja (RIP – Routing Information Protocol), brzina prijenosa (OSPF – Open Shortest Path First). Složeniji izračun sastoji se od više parametara (EIGRP – Enhanced Interior Gateway Protocol). Niti jedan kriterij nije idealan, ali ipak omogućuje uspoređivanje putova.

Samo se najbolji put po definiranom kriteriju, koji ovisi o vrsti protokola, upisuje u usmjerničku tablicu. Ako se neka od veza na najboljem putu prekine, protokol automatski traži slijedeći najbolji put i upisuje ga u usmjerničku tablicu.

6.2. Klasifikacija usmjerničkih protokola

Usmjernički protokoli između sebe dinamički dijele informacije o mrežama i ažuriraju usmjerničke tablice kada dođe do promjena. Osnovni im je posao da održavaju točne informacije o dostupnosti mreža i određuju najbolji put do cilja.

Dva su osnovna zadatka usmjerničkih protokola:

  • mehanizam razmjene informacija,
  • algoritam pomoću kojeg se na temelju tih informacija traži najbolji put i
    upisuje u usmjerničku tablicu.

Osnovno načelo rada usmjernickih protokola je da razmjenjuju informacije o mrežama i ažuriranju usmjerničke tablice.

Neke od osnovnih značajki po kojima se mogu uspoređivati usmjernički protokoli su:

  • vrijeme konvergencije – brzina razmjene informacija, odnosno vrijeme potreb-
    no da svi usmjernici u mreži dobiju informacije o novom stanju mreže.
  • skalabilnost – mogućnost nadogradnje, odnosno koliko usmjernika s odredenim protokolom može biti u mreži, a da se ne narušava potrebno vrijeme konvergencije
  • jesu li klasificirani ili neklasificirani (classful ili classless) – neklasificirani protokoli po-
    državaju VLSM i CIDR, a klasificirani ih ne podržavaju
  • upotreba resursa – definira koliko je protokol zahtjevan po pitanju upotrebe
    procesorskog vremena, memorije i ostalih resursa usmjernika
  • implementacija i održavanje – definira koliko je ljudskih i drugih resursa potrebno za implementaciju i održavanje tijekom vremena.

Podjele usmjerničkih protokola:

  • skupovi protokola IGP i EGP
  • klasificirani ili neklasificirani protokoli
  • protokoli tipa distance vector ili link state.

6.3. Skup protokola IGP (Interior Gateway Protocols)

Protokoli koji se upotrebljavaju za određivanje najboljeg puta do odredišta unutar istog autonomnog sustava. Autonomni sustav je cjelina pod jednim administrativnim nadzorom (npr. ISP).

Primjeri IGP protokola su: RIP (Routing Information Protocol), OSPF (Open Shortest Path First), IS-IS (Intermediate System to Intermediate System) i EIGRP (Enhanced Interior Gateway Protocol).

6.4. Skup protokola EGP (Exterior Gateway Protocols)

Protokoli koji se upotrebljavaju za razmjenu informacija o mrežama između autonomnih sustava. Primjer je protokol BGP4 (Border Gateway Protocol). ISP-ovi se povezuju i razmjenjuju informacije pomoću protokola BGP.

 

Slikovni rezultat za egp protocol examples

6.5. Klasificirani protokoli (classful protocols)

Protokoli koji ne šalju mrežnu masku (subnet mask) pri razmjeni informacija između usmjernika. Posljedica toga je da sve mrežne maske unutar klasificirane mreže moraju biti iste, odnosno sve mreže imaju isti prefiks (moraju biti iste duljine mrežnih maski, odnosno iste mrežne maske). Primjer je protokol RIPv1.

Slikovni rezultat za classful routing protocol

6.6. Neklasificirani protokoli (classless protocols)

Protokoli koji šalju mrežnu masku pri razmjeni informacija o mrežama između usmjernika. Budući da šalju mrežnu masku, ne moraju sve mrežne maske u mreži biti iste. Primjer su protokoli RIPv2, OSPF, EIGRP i IS-IS.

6.7. Protokoli tipa distance vector

Protokoli kod kojih usmjernici ne znaju cjelokupnu topologiju mreže, već samo smjer prema odredišnoj mreži i udaljenost do te mreže. Informacije o udaljenim mrežama dobivaju od susjednih usmjernika.

Tipičan primjer ove vrste protokola je RIP – razmjenjuje informacije o mrežama iz usmjerničke tablice, a u tim je informacijama samo smjer i udaljenost do odredišne mreže. Zato se takav tip usmjerničkog protokola zove distance vector.

Prednosti…………………………………………………..Nedostaci

jednostavna implementacija i održavanje……….Spora konvergencija
mali zahtjevi za resursima……………………………ograničena skalabilnost
………………………………………………………………..usmjerničke petlje

6.8. Protokoli tipa Link state

To su protokoli u kojima svaki usmjernik u posebnoj datoteci ima zapisanu cjelokupnu topologiju mreže. Na temelju te topologije posebnim se algoritmom izračunavaju najbolji putovi do mreža. Primjeri su OSPF i IS-IS.

Na primjeru protokola OSPF (tipičan primjer protokola) usmjernik kreira usmjerničku tablicu tako da svaki usmjernik šalje tzv. LSA pakete (Link State Adversement) svim ostalim usmjernicima u mreži. U njima pišu stanja veza na usmjerniku (engl. link state).

LSA paket sadržava informacije o:

  • tipu sučelja
  • IP adresi
  • mrežnoj masci
  • tipu mreže
  • kvaliteti puta (cost)
  • susjednim usmjernicima na vezi.

Iz tih podataka svaki usmjernik rekonstruira topologiju mreže. Kada je kreirana topologija mreže, pokreće se SPF algoritam (Shortest Path First) koji izračunava najbolje putove do svih odredišta.

SPF kreira stablastu strukturu čiji je početak usmjernik na kojem se pokrenuo algoritam. Budući da svaki usmjernik ima zapisanu topologiju mreže, ne može doći do usmjerničkih petlji. To je velika prednost u odnosu na protokole tipa distance vector. Na temelju putova dobivenih od SPF algoritma kreira se usmjernička tablica u koju idu samo najbolje putanje.

Prednosti ovog tipa protokola su:

  • otpornost na usmjerničke petlje;
  • protokol OSPF šalje samo promjene, a ne cijele usmjerničke tablice kao kod RIP-a. Dovoljno je poslati samo promjene jer svaki usmjernik ima zapisanu topologiju mreže;
  • slanje samo promjene u trenutku kada se promjena dogodi rezultira brzom konvergencijom mreže;
  • skalabilnost.

Nedostaci ovog tipa protokola su:

  • trošenje resursa (CPU i memorija): memorije za spremanje topologije mreže, a CPU-a za izračunavanje najboljih putanja. Svaka promjena u topologiji aktivira SPF algoritam koji ponovno izračunava putanje,
  • složena implementacija i održavanje.

Ako se usporede prednosti i nedostaci protokola tipa distance vector i link state, može se primjetiti da ono što su jednima prednosti drugima su nedostaci i obrnuto.

Slikovni rezultat za routing protocols classification

7. RIP

7.1. Pregled razvoja

RIPv1 (Routing Information Protocol) definiran je 1988. Nastao je iz nekoliko sličnih protokola sedamdesetih i ranih osamdesetih godina prošlog stoljeća.

Godine 1994. objavljena je naprednija verzija RIPv2, a 1997. objavljena je verzija RIPng koja podržava IPv6 način adresiranja.

7.2. Osnovne značajke protokola RIP

Unatoč tome što su se novi usmjernički protokoli godinama razvijali kako bi udovoljiti zahtjevima sve složenijih mreža, RIP se i dalje održao u upotrebi zbog svoje jednostavnosti i široke primjene.

RIP nema mogućnosti naprednijih protokola, poput OSPF-a, EIGRP-a ili IS-IS-a, ali je još uvijek koristan u jednostavnim mrežama u kojima je potreban usmjernički protokol, a nema potrebe upotrebljavati složenije usmjerničke protokole.

Osnovne značajke protokola RIP:

  • protokol tipa distance vector – usmjernik ne zna cjelokupnu topologiju mreže, već samo smjer prema cilju i udaljenost do cilja;
  • mjera kvalitete puta – kao mjeru kvalitete puta (metric) upotrebljava broj usmjernika kroz koje paket mora proći (hop count);
  • mreže do kojih se treba proći kroz više od 15 usmjernika su nedostupne, što znači da udaljenost od prve do zadnje mreže ne smije biti veća od 15 usmjernika;
  • razmjena informacija o putovima do određenih mreža je u intervalima od 30 sekundi;
  • informacije protokola RIP enkapsulirane su u UDP segmentu. Broj ishodišnog i odredišnog priključka (port) je 520;
  • za traženje najboljih putova primjenjuje se Bellman-Fordov algoritam.

7.2.1. Format poruke

Enkapsulacija RIP zaglavlja i podataka u IP paketu (RIP poruke).

Slikovni rezultat za encapsulation rip

Najveća duljina segmenta je 512 okteta u koji može biti upisano do 25 putanja
(bez IP i UDP zaglavlja).

Format RIPv2 poruke (zadnjih 5 redova može se ponoviti do 25 puta).

Slikovni rezultat za ripv2 poruka

RIPv2 poruka sastoji se od sljedećih polja:

  • tip poruke (command) – može biti zahtjev ili odgovor. Zahtjev = 1 (request),
    odgovor = 2 (response);
  • verzija (engl. version) – verzija protokola RIP (RIPv1 = 1 ili RIPv2 = 2);
  • mora biti nula – mjesto za buduće širenje protokola;
  • AFI (Address Family identifier) postavlja se 2 za IP;
  • oznaka putanje
  • IP adresa – odredišna adresa (može biti mreža, podmreža ili IP adresa)
  • mrežna maska (subnet mask) – određuje mrežni dio IP adrese;
  • adresa sljedećeg skoka (next hop) – IP adresa slijedećeg skoka
  • mjera kvalitete puta (metric) – broj skokova do cilja (hop count).

7.2.2. Način razmjene informacija o mrežama

RIP je protokol tipa distance vector. RIP usmjernici šalju cjelokupnu usmjerničku tablicu susjednim usmjernicima svakih 30 sekundi. Svaki usmjernik usporedi dobivene usmjerničke tablice od susjeda sa svojom tablicom i ažurira je tako da upiše nepoznate mreže dobivene od susjeda i prepiše već poznate mreže ako je dobio putanje s boljom mjerom kvalitete puta.

Jedan od nedostataka ovog protokola je slanje cijele usmjerničke tablice za vrijeme razmjene informacija između usmjernika. Ako se razmjena usmjerničkih tablica radi češće, troši se više širine pojasa (bandwith) za održavanje mreže pa ostane manje prostora za podatke koji se šalju kroz mrežu. S druge strane, ako se razmjena radi rjeđe, usporava se konvergencija mreže jer je potrebno više vremena da svi usmjernici dobiju informaciju o promjeni u mreži, odnosno da svi imaju točne informacije o stanju mreže.

Primjer: Primjer popunjavanja usmjerničke tablice pomoću RIP usmjerničkog
protokola.

Osnovna ideja je sljedeća: ako usmjernik 1 dobije informaciju o nekoj udaljenoj mreži od usmjernika 2, usmjernik 1 ne zna gdje se ta mreža topološki nalazi, ali vjeruje usmjerniku 2 i u svoju usmjerničku tablicu upisuje da do te mreže može  doći preko usmjernika 2. Pretpostavka je da ako usmjernik 2 zna put do udaljene mreže, onda i usmjernik 1 može doći do te mreže preko usmjernika 2.

Prije razmjene informacija o mrežama svaki usmjernik vidi samo svoje izravno vezane mreže. Usmjernik 1 vidi mreže A. i B. Usmjernik 2 vidi mreže B i C. Usmjernik 3 vidi mreže C i D. Usmjerničke tablice prije razmjene informacija o mrežama.

Slikovni rezultat za how rip protocol works

Zatim usmjernici razmjene putanje i dobije se nova usmjernička tablica, nakon prve razmjene putanja.

Usmjernik 1 dobio je mreže B i C od usmjernika 2. Ažurirao je tablicu dodavši putanju do mreže C (udaljenost je 1). Mrežu B nije dodao jer je već ima u tablici s boljom kvalitetom puta (u usmjerničku tablicu idu samo najkraći putovi do odredišnih mreža. Što je broj mjere kvalitete puta manji, to je put bolji.)

Usmjernik 3 takoder je dobio mreže B i C od usmjernika 2. Ažurirao je tablicu dodavši putanju do mreže B (udaljenost je 1). Putanju C nije dodao jer je već ima u tablici s boljom mjerom kvalitete puta.

Usmjernik 2 dobio je mreže A i B od usmjernika 1 te C i D od usmjernika 3. Ažurirao je tablicu dodavši putove do mreža C i D (udaljenost je 1). Putanje B i C nije dodao jer ih već ima u tablici s boljom mjerom kvalitete puta.

Mreža još nije konvergirala jer svi usmjernici još ne znaju putanje do svih mreža. Usmjerniku 1 nedostaje putanja do mreže D, a usmjerniku 3 do mreže A.

U trećem koraku razmjene usmjernik 2 šalje usmjerniku 1 informaciju o mreži D, a usmjerniku 3 informaciju o mreži A.

Usmjernici su zapisali te mreže s udaljenošću 2 (do odredišta treba proći dva usmjernika). Sada je mreža konvergirala i svaki usmjernik zna put do svih mreža.

Usmjerničke tablice nakon razmjene informacije o mrežama (nakon konvergencije mreže)

distance vector copy rt

Dakle, usmjernik zna samo kojim putem poslati paket da bi stigao do odredišne mreže i koliko je taj paket daleko, ali ne zna gdje se ta mreža topološki nalazi.

Ova je razmjena informacija jednostavna, ali nepoznavanje cjelokupne topologije mreže može dovesti do dezinformacija o udaljenim mrežama. To može rezultirati neželjenim posljedicama, kao što su usmjerničke petlje (routing loops).

7.2.3. Mjera kvalitete puta

RIP kao mjeru kvalitete puta rabi broj usmjernika kroz koje paket mora proći do cilja. To može rezultirati izborom lošije putanje npr. u slijedećoj situaciji.

RIP bi za najbolji put od PC1 do PC2 izabrao putanju preko R1 i R3 jer je do PC2 broj skokova 2, a preko R1, R2 i R3 broj skokova je 3. RIP u razmatranje uopće ne uzima brzine prijenosa na linijama.

Bez obzira na to što kroz linije brzinama 1,5 Mbps treba proći kroz više usmjernika, to je bolji put. Po kriterijima RIP-a, bolji će put ipak biti preko usmjemika R1 i R3.

Može se postaviti pitanje zašto RIP kao mjeru kvalitete puta upotrebljava broj usmjernika koje mora proći do cilja i zašto je maksimum baš 15 usmjernika. To se danas čini kao prilično trivijalan način procjene kvalitete puta, a i broj usmjernika nije baš velik.

Treba imati na umu vrijeme u kojem je RIP nastao. Prije RIP-a usmjerničke su se tablice popunjavale samo statički. Za vrijeme kada je nastajao RIP, mreža s 15 usmjernika bila je prilično velika mreža, ali i veći broj usmjernika ne bi bio dobar zbog spore konvergencije.

7.2.4. Usmjerničke petlje i njihovo rješavanje

RIP razmjenjuje informacije (routing update) svakih 30 sekundi. Poželjno je da interval vremena od promjene stanja u mreži do ažuriranja svih usmjerničkih tablica bude što kraći, odnosno da vrijeme konvergencije bude što kraće. Što je to vrijeme dulje, veća je vjerojatnost da paket bude pogrešno usmjeren jer neki od usmjernika još nije dobio točne informacije o novom stanju u mreži i ima pogrešnu sliku stanja. Štoviše, te pogrešne informacije može poslati susjedima i dezinformirati ih.

Načinom na koji RIP razmjenjuje informacije (cijele usmjerničke tablice) teško je postići brzo vrijeme konvergencije. Posljedica mogu biti tzv. usmjerničke petlje (routing loops).

Paket se zbog dezinformacija u mreži do kojih dolazi zbog spore konvergencije vrti u krug od čvora do čvora i nikada ne dolazi do cilja.

Da bi se problem usmjerničkih petlji izbjegao, postoji nekoliko mehanizama. Neki su:

  • Razdvojeni horizont (Split horizon) – tehnika pomoću koje usmjernik nikada ne šalje informacije o nekoj mreži kroz sučelje putem kojeg je dobio informaciju o toj mreži odnosno kroz sučelje šalje sve putanje (route) osim onih koje je naučio s tog sučelja.
  • Vrijeme života paketa TTL (Time To Live) – parametar koji se nalazi u IP zaglavlju. To je broj koji označava koliko usmjernika paket može najviše proći prije nego što će biti uništen. Dakle, TTL parametar označava najveći broj usmjernika kroz koje paket može
    proći. Svaki put kada usmjernik prosljeđuje paket, smanji vrijednost u TTL polju za 1. Usmjernik u kojem ta vrijednost dođe do nule uništava paket. Ideja TTL polja je da se onemogući paketima da, ako zbog bilo kojeg razloga ne mogu stići do cilja, npr. vrteći se u krug, ne putuju mrežom beskonačno, već da budu uništeni.
  • Aktiviranja razmjene putanja odmah nakon promjene topologije (Triggered updates) – da bi se ubrzala konvergencija, pri promjeni topologije primjenjuje se tehnika aktiviranja razmjene putanja odmah nakon promjene topologije (triggered updates). Promjene u usmjerničkoj tablici šalju se odmah nakon što se dogodila promjena, a ne čeka se da istekne vremenski interval u kojemu se prosljeđuju putanje. Usmjernik koji je detektirao promjenu odmah šalje informaciju susjednim usmjernicima.

7.3. Usporedba RIPv1 i RIPv2

Značajke protokola RIPv1

  • klasificirani usmjernički protokol – ne šalje mrežnu masku u razmjeni informacija o mrežama. Zbog toga ne podržava VLSM i CIDR.
  • u paketima za razmjenu informacija o mrežama upotrebljava se broadcast adresa

Značajke protokola RIPv2:

  • neklasificirani usmjernički protokol – u razmjeni informacija šalje se i mrežna maska, zbog toga podržava VLSM i CIDR;
  • u razmjeni informacija šalje se i adresa sljedećeg skoka (next hop)
  • u paketima za razmjenu informacija o mrežama upotrebljava se višeodredišna adresa (multicast) 224.0.0.9. Višeodredišna adresa omogućuje da informacije o logičkim mrežama u višepristupnoj mreži dobivaju samo usmjernici iz te multicast grupe
  • omogućena je autentikacija.

Obje verzije dijele sljedeće značajke:

  • protokoli tipa distance vector;
  • upotrebljavaju razdvojeni horizont (split horizon) da spriječe usmjerničke petlje;
  • da bi se ubrzala konvergencija, mogu se služiti razmjenom informacija odmah nakon promjene topologije mreže (triggered updates)
  • najveća udaljenost do odredišta je 15 (hop count); 16 označava nedostupnu mrežu.

7.4. RIPng

RIPng (RIP next generation) je verzija protokola RIP prilagođena za IPv6. Kao i RIP, RIPng je usmjernički protokol tipa distance vector koji kao mjeru kvalitete puta rabi broj usmjernika kroz koje paket mora proći (engl. hop count). Maksimalna mjera kvalitete puta je 15.

Razmjena usmjerničkih tablica izvršava se svakih 30 sekundi, dakle kao i u verziji IPv4. Za razmjenu informacija upotrebljava FF02::9 višeodredišnu adresu. Informacije šalje na UDP priključak (port) 521.

Usporedba osnovnih svojstava usmjerničkih protokola RIPv2 i RIPng:

Svojstva RIPv2 RIPng
Protokoli na OSI sloju 3 i 4 IPv4, UDP IPv6, UDP
UDP sučelje 520 521
Distance vector Da Da
Podrška za VLSM Da Da
Split Horizon Da Da
Oglašavanje putanje svakih 30s Da Da
Hop count mjera kvalitete puta Da Da
Multicast adresa za oglašavanje putanja 224.0.0.9 FF02::9
Autentikacija RIP specifična IPv6 AH/ESP
Maksimalna mjera kvalitete puta 15 15

Vidi se da je RIPng zadržao sva osnovna svojstva protokola RIPv2. Načelo razmjene putanja i sprečavanja usmjerničkih petlji ostalo je isto. RIPng također ne uspostavlja susjedstvo kao ni njegov prethodnik. RIP putanje koje se oglašavaju su u IPv6 također enkapsulirane u UDP zaglavlje kao i u verziji IPv4.

Promjene su vezane za specifičnosti IPv6 verezije. U IPv6 porukama prenosi se duljina prefiksa (prefix length), a ne mrežna maska (subnet mask) kao u verziji IPv4.

8. OSPF

8.1. Pregled razvoja

Godine 1987. radna grupa IETF (engl. Internet Engineering Task Force) započinje razvoj OSPF-a (Open Shortest Path First). Godine 1989. objavljena je eksperimentalna verzija OSPFv1.

Tri godine poslije izlazi OSPFv2. Nova je verzija imala znatna poboljšanja u odnosu na prvu verziju. Otprilike je istodobno međunarodna organizacija za standarde ISO ( International Organisation for Standardization) radila na razvoju još jednog protokola tipa link state, koji je nazvan IS-IS (engl. Intermediate System-to-Intermediate System).

IETF organizacija ipak je dala prednost OSPF-u kao IGP-u. Godine 1999. izlazi OSPFv3 za IPv6.

8.2. Osnovne značajke usmjerničkog protokola OSPF

Osnovne značajke usmjerničkog protokola OSPF:

  • Link state – protokoli koji šalju susjednim usmjernicima svoja stanja veze, a ne putanje kao što to rade usmjernički protokoli tipa distance vector. Kada dođe do promjene stanja na nekoj od veza (link) na usmjerniku, šalje se LSA paket (Link State Advertisement) susjednim usmjernicima, susjedi svojim susjedima, dok svi ne dobiju informaciju o promjeni. Svi usmjernici ažuriraju svoje baze u kojima je upisana topologija mreže i pokreću SPF algoritam (Shortest Path First) za izračun novih najboljih putanja koje će se upisati u usmjerničku tablicu. Svi usmjernici u istom području (area) imaju istu bazu topologije mreže koja se zove LSDB (Link State Database) ili tablica topologije (topology table).
  • Brza konvergencija
    OSPF LSA pakete prosljeđuje samo u slučaju promjene u mreži. Prosljeđuje samo promjene, a ne sve informacije, Kada neki usmjernik ustanovi da je došlo do promjene, o tome odmah obavještava ostale usmjernike u mreži.
  • Hijerarhijsko usmjeravanje – primjenjuje koncept područja (areas) koja su hijerarhijski organizirana. OSPF brzo konvergira, međutim, nije sve tako idealno. Informacije o promjeni brzo se prosljeđuju, ali se promjene moraju ažurirati u bazi topologije i za svaku promjenu iznova pokrenuti SPF algoritam koji izračunava najbolje putanje za usmjerničku tablicu na temelju nove topologije. SPF algoritam troši resurse usmjernika (procesorsko vrijeme i memoriju) što je jedna od zamjerki OSPF-u. Što više vremena treba za preračunavanje novih putanja, manje ostane za prosljeđivanje paketa. U velikim mrežama s mnogo usmjernika i čestim promjenama na vezama to može biti problem. Problem se pokušava riješiti tako da se utjecaj promjena stanja na vezama ograniči na područja, a onda se područja međusobno povežu hijerarhijski. Samo unutar istog područja razmjenjuju se paketi s promjenama i ažurira baza topologije te pokreće SPF algoritam. Između područja se razmjenjuju samo sažete putanje (summary route). Samo usmjernici unutar istog područja imaju iste baze topologije. Tako se smanjuje promet informacija o vezama i izračun novih putanja.
  • Skalabilnost – značajka koja proizlazi iz prije navedenog. To su brza konvergencija i hijerarhijsko usmjeravanje koje lokalizira i smanjuje promet koji uzrokuju razmjene informacija o stanjima veza. Posljedica toga je manje opterećenje resursa usmjernika jer smanjuje broj izračuna novih putanja SPF algoritmom.
  • Podržava VLSM i CIDR – pri razmjeni informacija šalje i mrežnu masku.
  • Višeodredišne adrese – u razmjeni informacija OSPF paketi upotrebljavaju dvije višeodredišne adrese: 224.0.0.5 i 224.0.0.6.
  • Mjera kvalitete puta (cost) – u jednadžbi kojom se izračunava kvaliteta neke putanje jedini parametar jest brzina prijenosa po vezama (bandwidth).

8.3. OSPF paketi

Podatkovni dio OSPF poruke, odnosno OSPF paket enkapsuliran je u IP paket. Polje u IP paketu koje definira enkapsulirani protokol postavljeno je u 89 i označava OSPF. Odredišna IP adresa u IP paketu je 224.0.0.5 ili 224.0.0.6. U primjeru koji pokazuje zaglavlje OSPF paketa (OSPF Packet Header), IP paket je enkapsuliran u Ethernet okvir u kojemu su također višeodredišne (Multicast) MAC adrese.

Slikovni rezultat za ospf packet header

Može se primijetiti da OSPF paketi za razmjenu informacija nisu enkapsulirani u TCP ili UDP segment, nego su poseban tip IP paketa unutar IP zaglavlja s numeričkom oznakom 89.

Zaglavlje OSPF paketa sastoji se od sljedećih polja:

  • Verzija – verzija OSPF-a;
  • Tip – tip paketa, OSPF podržava nekoliko tipova paketa za prijenos informacija;
  • Dužina paketa – dužina paketa u bajtovima;
  • ID usmjernika – ID usmjernika u OSPF mreži (32 bita);
  • ID područja – ID područja u kojem se usmjernik nalazi (32 bita);
  • Provjera- provjera ispravnosti prijenosa podataka;
  • Autentikacija – OSPFv2 podržava običnu tekstualnu autentikaciju i MD5 enkripciju.

8.4. OSPF tablice

Sve OSPF operacije temelje se na podacima iz sljedećih triju tablica:

  • tablica susjeda (neighbor table) – kreira se prva i u njoj svaki usmjernik ima zapisane svoje susjede, odnosno usmjernike s kojima je uspostavio susjedstvo. Usmjernik razmjenjuje informacije samo s onima zapisanima u toj tablici;
  • tablica topologije mreže (link state database ili topology table) – tablica u kojoj je zapisana topologija mreže;
  • usmjernička tablica (routing table) – SPF algoritam čita tablicu topologije mreže i izračunava najbolje putove te ih upisuje u usmjeničku tablicu.

8.5. Razmjena paketa

Razmjenom OSPF paketa ažuriraju se navedene tablice. OSPF usmjernici na početku svog rada prvo pokušavaju otkriti koji su im usmjernici susjedi na drugom kraju veze. Usmjernik pokušava uspostaviti vezu s usmjernikom na drugom kraju veze s halo paketima.

Halo paketi (224.0.0.5) šalju se u određenim intervalima na sva sučelja na kojima je OSPF omogućen. Ako usmjernik dobije odgovor, odnosno povratni halo paket od susjeda, znači da je i na drugoj strani veze OSPF usmjernik. Nakon što dva usmjernika razmijene halo pakete, zapišu se međusobno u svoje tablice susjeda.

Kada se saznaju susjedi, mogu se kreirati stanja veza (link state) na usmjemiku i početi razmjena informacija o stanjima veza. Kada razmjena informacija o stanjima završi i kada je kreirana topologija mreže na usmjerniku, svaki usmjernik nezavisno može pokrenuti SPF algoritam i izračunati najkraće putove do svih odredišta. Nadalje se informacije o stanjima veza razmjenjuju samo ako dode do promjena u topologiji mreže.

8.6. Mjera kvalitete puta

Svaki usmjernički protokol ima svoj kriterij o kvaliteti puta. Po tom se kriteriju određenim algoritmom određuju najbolji putovi. Mjera kvalitete veze (link) kod OSPF-a zove se cost. U slobodnom bi prijevodu to značilo trošak puta.

Osnovni parametar za izračun je brzina prijenosa na vezi (bandwidth), odnosno izlaznom sučelju. Izračunava se jednadžbom 100 000 000/bandwidth (bit/s). Ukupna kvaliteta puta je zbroj svih dobivenih kvaliteta veza, odnosno vrijednosti (costs) na izlaznim sučeljima od usmjernika do odredišne mreže.

Primjer: Izračunavanje mjere kvalitete puta u OSPF mreži

Uz pomoć slike treba izračunati ukupnu mjeru kvalitete putanje od usmjernika R1 do mreže 10.10.10.0/24.

Slikovni rezultat za ospf cost calculation
Slika Primjer izračuna kvalitete putanje

Do mreže 10.10.10.0/24 može se doći izravno preko R2 te preko R3 pa R2. Izračunajmo koja je putanja bolja. Cost = 100 000 000 / bandwidth (bps).

Putanja R1- R2
Serijska veza brzine 64 Kbs → (100 000 000 / 64 000) = 1562
FastEthernet veza 100 Mbs → (100 000 000/ 100 000 000) = 1
Putanja R12 = 1562 + 1 = 1563

Putanja R1-R3-R2
Serijska veza brzine 256 Kbs (100 000 000 /256 000) = 391
Serijska veza brzine 128 Kbs (100 000 000/128 000) = 781
FastEthernet veza 100 Mbs (100 000 000/100 000 000) = 1
Putanja R123 = 391 + 781 + 1 = 1173

Zaključak
Druga je putanja bolja jer ima manji broj za mjeru kvalitete puta (cost).

8.7. ID oznaka usmjernika

ID usmjernika upotrebljava se za jednoznačno definiranje usmjernika, odnosno čvora u mreži, ID se može postaviti administrativno ili kreirati dinamički pomoću IP adresa.

Bira se tako da se uzima najveća loopback IP adresa sučelja, a ako nije postavljena niti jedna loopback adresa, uzima se najveća IP adresa nekog od aktivnih mrežnih sučelja. Loopback adresa je IP adresa logičkog sučelja koja nije pridružena niti jednom fizičkom sučelju usmjernika. Loopback adresa upotrebljava se za određivanje ID oznake usmjernika jer je to logičko sučelje koje je uvijek aktivno.

Slika prikazuje usmjernike i ID svakog od njih na temelju IP adresa na sučeljima.

10.4.0.1 ……… 10.5.0.1 ……………. 10.5.0.2 ………… 10.6.0.1 …………………10.6.0.2

……………R1…………………………………………..R2……………………………………..R3.

ID usmjernika
R1 = 10.5.0.1
R2 = 10.6.0.1
R3 = 10.6.0.2
Slika Izbor ID-a na usmjernicima R1, R2 i R3

Kada bi na nekom od usmjernika na slici bila konfigurirana loopback adresa, ona bi bila izabrana za ID tog usmjernika. Ako postoji više loopback adresa bira se najveća.

8.8. OSPF u višepristupnoj mreži

Na slici je jedna OSPF višepristupna mreža (multiaccess). Svi usmjernici spojeni su na isti mrežni broadcast segment. Svaki je usmjernik obvezan održavati susjedstvo sa svim ostalim usmjernicima na segmentu. Broj susjedstva u ovakvoj topologiji je n*(n-1)/2.

U mreži s pet usmjernika treba održavati deset susjedstva. Broj veza raste s kvadratom broja usmjernika. Povećanje broja usmjernika na segmentu zahtjeva dodatno trošenje širine pojasa (bandwidth) i procesnog vremena.

Slikovni rezultat za ospf multi access network

Problem se rješava tako da se na segmentu odabere jedan usmjernik koji održava susjedstva i razmjenjuje informacije s ostalim usmjernicima. Takav se usmjernik naziva DR usmjernikom (Designated Router). Zbog redundancije bira se i BDR usmjemik (Backup Designated Router).

LSA paketi šalju se samo DR usmjerniku (BDR usmjemik samo sluša), a DR usmjernik to
prosljeđuje ostalim usmjernicima u mreži. Sav razgovor izmedu usmjernika ide preko DR-a. Tako se smanjuje promet u mreži koji generiraju OSPF paketi. Svi razgovaraju preko DR-a.

Usmjernici šalju OSPF pakete prema DR usmjerniku s adresom 224.0.0.6 a DR ih vraća prema ostalim usmjemicima s adresom 224.0.0.5. BDR pasivno prati razmjenu paketa i održava susjedstvo s ostalim usmjernicima. Ako DR prestane slati halo pakete, BDR se imenuje DR usmjernikom i preuzima njegovu ulogu. Novi BDR odabire se između preostalih usmjernika.

Treba naglasiti da je ova koncepcija korisna samo na višepristupnim (broadcast) mrežama. Na serijskim vezama (point to point) to nema smisla jer postoj samo jedno
susjedstvo.

Kako odabrati koji će usmjernik biti DR ili BDR? Kriteriji su sljedeći:

• DR usmjernik je usmjernik sa najvećim prioritetom
• BDR usmjernik je usmjernik sa sljedećim najvećim prioritetom
• ako su prioriteti isti, za DR se izabere usmjernik koji ima najveći ID.

Prioritet je broj od 0 do 255. Predefinirani prioritet na sučelju je 1. Veći broj znači i veći prioritet. Ako želimo da usmjernik ne uđe u kombinaciju za izbor DR-a ili BDR-a, prioritet treba postaviti na 0. Ako želimo forsirati izbor nekog usmjernika za DR, prioritet treba postaviti na 255. Ako su prioriteti isti, pobjeđuje usmjernik sa najvećim ID-om.

Podsjetimo se da ID usmjernika određuje najveća loopback IP adresa, a ako nema loopback adrese, najveća aktivna IP adresa na usmjerniku.

Bitno je napomenuti da ako se u segment doda novi usmjemik koji ima veći prioritet ili ID, ne dolazi do novog izbora. Sve ostane kako je i bilo. Sve se bira iznova samo ako se ponovno pokreće OSPF mreža. Budući da se stanje, nakon što se izabere DR i BDR više ne može promijeniti, osim u slučaju da jedan od njh postane neaktivan, možemo zaključiti da na izbor DR i BDR usmjernika može utjecati i redoslijed pokretanja OSPF procesa na njima. Ako želimo utjecati na izbor DR i BDR usmjernika bez obzira na prioritet i ID usmjernika, prvo pokrenemo usmjernik za koji želimo da bude DR (bit će izabran za DR jer je jedini OSPF usmjernik u mreži), zatim pokrenemo usmjernik za koji želimo da
bude BDR (bit će izabran za BDR jer DR već postoji) i na kraju pokrenemo sve ostale usmjernike.

Primjer 4: Izbor DR i BDR usmjernika u OSPF mreži

Slikovni rezultat za ospf multi access network.

Neka usmjernik R4 ima P=0, R3 i R5 P=1, R1 P=2, a R2 P=3.

Pretpostavimo da usmjernik R3 pokrenemo prvi. R3 počinje slati halo pakete i budući da ne dobije odgovor, jer je jedini aktivan na segmentu, proglašava se DR usmjernikom. Nakon toga se pokreće R4. R4 ima prioritet nula i ne može biti izabran za BDR. Usmjernik R1 pokreće se treći i bit će izabran za BDR. R2 i R5 se pokreću posljednji. R2 ima najveći prioritet, ali neće biti izabran niti kao DR, niti kao BDR jer je izbor već završen.

Jednom kad su usmjernici izabrani za DR ili BDR, to i ostaju sve dok se OSPF proces na njima ne prekine. Ako R3 ponovno pokrenemo, R1, kao zamjenski BDR usmjernik, postaje DR. BDR se bira između preostalih usmjernika. BDR postaje R2 jer ima najveći prioritet. Ako R1 isključimo, R2 postaje DR, a R3 ili R5 postaju BDR. Koji će postati BDR, ovisit će o njihovu ID-u, odnosno o njihovim IP adresama.

8.9. OSPF kroz više područja

U situaciji u kojoj OSPF mreža s jednim područjem raste i sve je više usmjernika u njoj, s povećanjem broja usmjernika povećavat će se i problemi u mreži. Što je mreža veća, veća je i vjerojatnost promjena. Posljedica promjena su ponovni izračuni za najbolje putove pomoću SPF algoritma. Izračuni u velikom području traju duže i zahtjevaju više procesorskog vremena. Sve to može dovesti do neželjenih posljedica u radu mreže kao što su produžavanje vremena konvergencije, izgubljenih paketa i usporavanja cijelog sustava.

Rješenje je podijeliti OSPF domenu u više područja. Svako je područje logička grupa usmjernika koji imaju zapisanu topologiju mreže samo unutar područja. Unutar svakog područja pokreće se SPF algoritam neovisno. Između područja razmjenjuju se samo sažete putanje (summary route).

Slikovni rezultat za multiarea ospf

Slika prikazuje osnovnu strukturu sa više OSPF područja. Područja su hijerarhijski organizirana na dvije razine. Područje 0 je glavno područje (backbone area, transit area). To je središnje područje na prvoj razini. Sva ostala područja priključena su na područje 0 i nalaze se na drugoj razini.

Ovakva struktura omogućuje prosljeđivanje sažetih putanja između područja. Na ovaj se način smanjuje broj pokretanja SPF algoritma i izračuna novih putova što ubrzava konvergenciju. Jednako se tako smanjuju usmjerničke tablice jer se između područja prosljeđuju sažete putanje ili se svi paketi koji nisu za određeno područje statičkim putanjama usmjeravaju izvan područja.