OSPFはSPFアルゴリズムを使用してルートを伝播します

SPF アルゴリズムは、各ルータをルートとして使用して、各宛先ルータまでの距離を計算します。各ルータは、統合データベースに基づいてルーティング ドメインのトポロジ構造図を計算します。この構造図はツリーに似ており、SPF アルゴリズムでは最短パス ツリーと呼ばれます。 OSPF ルーティング プロトコルでは、最短パス ツリーのトランク長、つまり OSPF ルータから各宛先ルータまでの距離を OSPF コストと呼びます。

Open Shortest Path First (OSPF) は、リンク ステート アルゴリズムを使用してルーティング情報を伝播します。SPF アルゴリズム (ダイクストラ アルゴリズム) を使用します。主なポイントは次のとおりです。

1. すべてのルータは、到達可能な隣接ステーションのリンク状態情報のみを含むリンク状態データベースを維持します。

情報はリンク ステート データベースに保存されます。これは実際にはインターネット全体のトポロジ図です。 RIP プロトコルを使用するルータは、すべての宛先ネットワークへの次のルータのみを認識しますが、ネットワーク全体のトポロジは認識しません。

2. OSPF は各リンク状態に 32 ビットのシリアル番号を付与します (増加率は 5 秒ごとに 1 回を超えてはなりません)。シリアル番号が大きいほど、状態が新しいことを意味します。各ルータはリンク状態データベースのデータを使用して、独自のルーティング テーブルを計算します。

3. ネットワークトポロジーに変更があった場合、リンクステートデータベースを迅速に更新して、すべての

各ルータは新しいルーティング テーブルを再計算できます。

4. OSPF は、ルータ間の頻繁な情報交換によってリンク状態データベースを確立し、ネットワーク全体でこのデータベースの一貫性を維持します (リンク状態データベースの同期)。

5. OSPFはRIPのようにトランスポート層のユーザーデータグラムUDPを転送に使用せず、IPを直接使用します。

データグラムが送信され、データグラムは短くなります。

OSPFはIPデータグラム伝送を使用する

ルーターのリンク状態は、隣接するルーターとの接続状態のみに関係するため、インターネット全体の規模とは関係ありません。

1. 基本概念

1. リンク ステータス: ルーターのいわゆる「リンク ステータス」は、ルーターがどのネットワークに接続されているかを示します。

これらのネットワークまたはルーターにデータを送信するコスト。

2. 自律システム: 一般的に AS と呼ばれます。自律システムとは相互接続されたネットワークであり、その最も重要な特徴は、システム内で使用するルーティング プロトコルを独自に決定する権利を持っていることです。

3. 内部ゲートウェイ プロトコル (IGP): 自律システム内で使用されるルーティング プロトコル。

4. エリア: OSPF を使用すると、インターネットをさらに複数のエリアに分割できます。各エリアには

隣接するネットワークと接続されたホストをグループ化するには、各ゲートウェイをいずれかのゾーンに配置する必要があります。各領域内のトポロジ構造は、その領域外からは見えません。地域トポロジは独立したままなので、AS が分離されていない場合よりもルーティング交換情報の量が少なくなります。複数のインターフェースを持つルータは複数のエリアに参加することができ、これらのいわゆるエリア境界ルータはエリアごとに個別のトポロジ データベースを維持します。

5. リンクステートデータベース：ルータに関連するネットワークの全体的な構造図であり、

LSA (リンク ステート アドバタイズメント: リンク インターフェイス、使用されるメトリック、およびその他の変数に関する情報を含む) は、エリア内のすべてのルータによって受信されます。

6. OSPFバックボーン：2つのエリア間のルーティング情報を送信する役割を担い、エリア境界によってルーティングされる。

これは、サーバー、地域間ネットワーク、およびそれに接続されたルーターで構成されます。 OSPF を実行する AS 境界ルータは、外部ゲートウェイ プロトコルまたは構成情報を通じて外部ルートを学習します。

7. 指定ルータ: ネットワークに N 個のゲートウェイが接続されている場合、N(N-1)/2 個の隣接関係を形成できます。ゲートウェイがメッセージを送信するたびに、そのメッセージは N-1 個の隣接ゲートウェイすべてに送信され、合計 (N-1) 個のリンク状態が送信されます。ゲートウェイが指定ルータに指定されると、各ゲートウェイは指定ルータに隣接しますが、他のゲートウェイとは隣接関係を持ちません。特定のネットワークに接続された N 個のゲートウェイ間の隣接関係は N-1 個のみとなり、送信される情報量が大幅に削減されます。指定ルータのもう 1 つのタスクは、ネットワークのリンク ステート アドバタイズメントを送信し、リンク ステート更新データを送信することです。

8. バックアップ指定ルータ: マルチアクセス ネットワーク上のゲートウェイが指定ルータを選択できない場合、バックアップ指定ルータが指定ルータになり、残りのゲートウェイから新しいバックアップ指定ルータが選択されます。この時点で、N 個のゲートウェイ間に 2N-3 の隣接関係が存在する可能性があります。

2. OSPFパケットフォーマット

OSPFパケットフォーマット

各フィールドの意味は次のとおりです。

バージョン番号フィールド: OSPF バージョンを示します。

タイプ フィールド: OSPF には 5 つのメッセージ タイプがあります。

タイプ 1: 近隣ステーションの到達可能性を検出し維持するために使用される Hello メッセージ。

タイプ 2: データベース記述メッセージ。隣接ステーションにリンク状態データベース内のすべてのリンク状態項目の概要を提供します。

タイプ 3: リンク ステート要求メッセージ。相手側に特定のリンク ステート項目に関する詳細情報を送信するように要求します。

タイプ 4: リンク状態更新メッセージ。フラッディングを使用してネットワーク全体のリンク状態を更新します。

タイプ 5: リンク状態確認メッセージ。リンク更新メッセージの確認です。

データ パケット長フィールド: パケット ヘッダーを含む OSPF パケットの長さ。

ルータ ID フィールド: データ パケットの送信元を識別します。

エリア ID フィールド: グループが属するエリアを識別します。

チェックサム フィールド: パケットの内容をチェックします。

認証タイプ フィールド: 信頼できるルータだけがルーティング情報を送信できるようにするために、OSPF プロトコル ルータ間のすべてのデータ交換を認証する必要があります。

識別フィールド: 識別情報が含まれます。

データ: タイプ 1 からタイプ 5 までの OSPF パケット。

3. リンクステートデータベースの構築と更新

各ルータは、ルータの隣接関係に関する情報を提供したり、ルータのステータスが変更されたことを他のルータに通知したりするために、リンク ステート アドバタイズメント (LSA) を定期的に送信します。確立された隣接ルータと接続状態を比較することで、障害が発生したルータを迅速に検出し、ネットワークのリンク状態データベースをタイムリーに変更できます。各ルータはそれに基づいて最短パスツリーを計算し、最短パスツリーはルーティングテーブルを提供します。 OSPF では、隣接する 2 つのルータが 10 秒ごとに Hello メッセージを交換し、どの隣接ステーションが到達可能であるかを確認することが規定されています。リンク ステート データベースには、到達可能な隣接ステーションのリンク ステート情報のみが保存され、そこからルーティング テーブルが計算されます。隣接ルータから 40 秒間 Hello メッセージが受信されない場合、隣接ルータは到達不能であるとみなされ、リンク状態データベースを直ちに変更し、ルーティング テーブルを再計算する必要があります。

ルータが動作を開始したばかりのときは、どの隣接ルータが動作しているか、および Hello メッセージを通じて隣接ルータにデータを送信するコストのみを学習できます。 OSPF では、各ルータがデータベース記述メッセージを使用して、データベースにすでに存在するリンク状態の概要情報を隣接ルータと交換できます (どのルータのリンク状態情報がデータベースに書き込まれているかを示します)。次に、ルータはリンク ステート要求メッセージを使用して、相手側に不足している特定のリンク ステート項目に関する詳細情報を送信するように要求します。このような一連のメッセージ交換を通じて、ネットワーク全体のリンク状態データベースが確立されます。

ネットワークの動作中、ルータのリンク ステータスが変化すると、ルータはリンク ステート更新メッセージを使用して、フラッディング方式でネットワーク全体のリンク ステータスを更新します。重複したメッセージが到着すると、ゲートウェイはコピーを送信せずにメッセージを破棄します。リンク状態データベースがネットワーク全体の状態と一致するようにするために、OSPF では、データベース内のリンク状態を 30 分ごとなど、一定の時間ごとに更新することも規定されています。

4. OSPF グラフ理論モデル

OSPF は、ネットワーク トポロジのグラフ理論モデルを使用して最短パスを計算します。 OSPF トポロジ図の各ノードは、ゲートウェイまたはネットワークのいずれかに対応します。ネットワーク内の 2 つのエンティティ間に物理的な接続がある場合、OSPF グラフには、エンティティを表す 2 つのノード間に有向エッジのペアがあり、各エッジには「重み」があります。 OSPF は、最小コストのパスに沿ってデータグラムを転送するという原則に基づいてルーティング テーブルを構築します。

5. OSPF 有限状態マシン モデル

Hello は、2 つの理由から、マルチアクセス ネットワークにとって特に重要です。まず、ネットワーク ハードウェアはゲートウェイのクラッシュや再起動を検出または報告しません。互いの状態情報を保持するために、マルチアクセス ネットワークに接続された 2 つのゲートウェイはパケットを交換する必要があります。 2 番目に、マルチアクセス ネットワークに接続された任意の 2 つのゲートウェイは直接通信できるため、OSPF ではこれらのゲートウェイが過度に多くの隣接関係を形成するのを防ぐ必要があります。

OSPF 標準では、有限状態マシンを使用して、Hello を使用するゲートウェイが隣接ゲートウェイと対話する方法を制御します。

一般的に、すべての隣接ゲートウェイは最初は DOWN 状態であり、通信の準備ができていないことを示します。ゲートウェイは、隣接ゲートウェイから Hello パケットを受信すると、隣接ゲートウェイを DOWN 状態から INIT 状態に変更します。この後、隣接ゲートウェイは 2-WAY 状態または EXSTART 状態のいずれかになります。 2-WAY 状態は、通信が確立されているが、隣接ゲートウェイとゲートウェイの間に隣接関係がないことを示します。EXSTART 状態は、通信が確立されているだけでなく、2 つのゲートウェイ間にネゴシエートされ、両者が合意した隣接関係もあることを示します。

ネゴシエーションが完了すると、ゲートウェイはリンク状態データベース内の情報を交換し始め、基盤となるインターネットワーク トポロジのまったく同じイメージを持っていることを確認します。隣接する 2 つのゲートウェイのうちの 1 つが「マスター ゲートウェイ」となり、他のゲートウェイのデータベースに情報を照会します。非マスター ゲートウェイは、データベース記述パケットを返し、最近受信したトポロジ マップ内の各リンクの情報をマスター ゲートウェイに通知します。ネットワークが切断されている間はゲートウェイの情報が古くなる可能性があるため、隣接関係を確立するときには情報の交換が特に重要です。各トポロジ情報パケットにはシーケンス番号が含まれているため、ゲートウェイは、隣接ゲートウェイ データベースの説明情報がゲートウェイ自身のデータベースの情報よりも新しいかどうかを知ることができます。交換が完了し、すべてのトポロジ情報がロードされると、ゲートウェイは FULL 状態になります。 FULL 状態では、2 つのゲートウェイが接続を維持するために定期的にパケットを交換します。