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O que é um protocolo OSPF?
- Hemily Alves
- 5 de set. de 2024
- 6 min de leitura
O protocolo OSPF, pertence à categoria de protocolos de roteamento dinâmico. Em termos simples, ele pode ser comparado a um sistema de navegação GPS que analisa rotas para atingir um destino e escolhe aquela que levará menos tempo ou evitará congestionamentos.
Portanto, o OSPF consegue examinar, interpretar e manter registros dos dados provenientes dos roteadores conectados a um servidor, visando selecionar o caminho mais eficiente para encaminhar pacotes de rede.
Principais tipos de protocolo OSPF
Existem dois tipos principais de protocolos de roteamento: aqueles que priorizam a contagem de roteadores até o destino, conhecidos como protocolos de vetor distância, como RIP, RIPv2 e EIGRP, e aqueles que priorizam a velocidade segundo a largura de banda disponível, chamados de protocolos link state (estado de link), como OSPF e IS-IS.
Dessa forma, o protocolo OSPF é classificado como um protocolo link state que, antes de tomar qualquer decisão, analisa a topologia de todos os roteadores conectados ao seu processo e escolhe a rota mais curta para encaminhar os pacotes.
Como funciona o protocolo OSPF?
O OSPF usa um algoritmo conhecido como Shortest Path First (SPF, primeiro caminho mais curto) para calcular as rotas na tabela de roteamento. O algoritmo SPF calcula o caminho mais curto (menor custo) entre o roteador e todas as redes da interconexão de redes. As rotas calculadas pelo SPF são sempre livres de loops (laços). O OSPF usa um algoritmo de roteamento conhecido como link-state (estado de ligação). Lembre que o RIP usava um algoritmo baseado em distância vetorial. O OSPF aprende as rotas dinamicamente, através de interação com os roteadores denominados como seus vizinhos.
Em vez de intercambiar as entradas de tabela de roteamento como os roteadores RIP (Router Information Protocol, protocolo de informações do roteador), os roteadores OSPF mantêm um mapa da interconexão de redes que é atualizado após qualquer alteração feita na topologia da rede (é importante salientar novamente que somente informações sobre as mudanças são trocadas entre os roteadores usando OSPF e não toda a tabela de roteamento, como acontece com o uso do RIP). Esse mapa, denominado banco de dados do estado de vínculo ou estado de ligação, é sincronizado entre todos os roteadores OSPF e é usado para calcular as rotas na tabela de roteamento. Os roteadores OSPF vizinhos (neghboring) formam uma adjacência, que é um relacionamento lógico entre roteadores para sincronizar o banco de dados com os estados de vínculo.
Hierarquia de roteamento
Ao contrário do RIP, o OSPF pode operar com hierarquias. A maior entidade dentro da hierarquia é o sistema autônomo (Autonomous System, AS), que é uma coleção de redes sob mesma administração e que têm uma estratégia de roteamento comum. OSPF é um protocolo de roteamento intra-AS (interior gateway), embora seja capaz de receber e enviar rotas para outros ASs.
Um AS pode ser divido em diversas áreas, que são grupos de redes adjacentes e host ligados. Roteadores com múltiplas interfaces podem participar em múltiplas áreas. Estes roteadores, chamados Roteadores de Borda de Área (Area Border Routers), mantêm uma base de dados topológica (referente à geometria) separada para cada área.
A base de dados topológica é basicamente uma forma geral de relação entre redes e roteadores. Esta base de dados contém uma coleção de LSAs recebidos de todos os roteadores de uma mesma área. Como os roteadores dentro de uma mesma área dividem as mesmas informações, eles têm bases de dados topológicas idênticas.
O termo domínio é algumas vezes usado para descrever uma parte da rede na qual todos os roteadores têm bases de dados topológicas idênticas. Este termo é frequentemente usado no lugar de AS, preservando o mesmo significado.
A topologia de uma área é invisível para entidades fora dela. Por manter separadas as topologias de área, o OSPF passa menos tráfego de roteamento do que se passaria se as ASs não fossem divididas.
O particionamento de área cria dois tipos de roteamento OSPF, dependo se a origem e o destino estão na mesma área ou em áreas diferentes. Roteamento intra-área é usado quando a origem e o destino estão na mesma área, e o roteamento inter-área é usado quando estão em áreas diferentes.
O algoritmo SPF
O algoritmo de roteamento shortest path first (SPF, menor rota primeiro) é a base para as operações do OSPF. Quando um roteador SPF é ligado, ele carrega as estruturas de dados do protocolo de roteamento e espera por indicações de protocolos de camadas mais baixas de que suas interfaces estão funcionando.
Após o roteador garantir que suas interfaces estão funcionando, ele usa o protocolo OSPF “Hello” para reconhecer seus vizinhos, que são roteadores com interfaces para uma mesma rede. O roteador envia pacotes Hello para seus vizinhos e recebe o pacote Hello destes. Além de ajudar a reconhecer os vizinhos, o pacote Hello também permite ao roteador saber se todos os outros roteadores ainda estão em funcionamento (keepalive).
Em redes multi-acesso (redes que suportam mais de dois roteadores), o protocolo Hello elege um roteador designado (designated router), e um roteador designado substituto (backup). Além de outras tarefas, o roteador designado é responsável por gerar LSAs para toda a rede multi-acesso. Estes roteadores permitem uma redução no tráfego de rede e no tamanho da base de dados topológicos.
Quando uma base de dados link-state de dois roteadores vizinhos são sincronizadas, os roteadores são ditos adjacentes. Em redes multi-acesso, o roteador designado determina que roteador devem se tornar adjacentes. Bases de dados topológicos devem ser sincronizadas entre pares de roteadores adjacentes. Os adjacentes controlam a distribuição dos pacotes do protocolo de roteamento, que são enviados e recebidos somente nos adjacentes.
Cada roteador envia periodicamente um LSA para fornecer informação as adjacências de um roteador ou para informar aos outros quando o estado de um roteador se altera. Comparando as adjacências estabelecidas com os link states, roteadores com falhas podem ser detectados rapidamente, e a topologia da rede pode ser alterada apropriadamente. Com a base topológica gerada por meio dos LSAs, cada roteador calcula uma árvore de menores rotas (shortest-path tree), com ele próprio como raiz (root). A árvore de menores rotas, por sua vez, torna-se a tabela de roteamento.
Tipos de pacotes para OSPF
OSPF envia pacotes para vizinhos para estabelecer e manter adjacências, enviar e receber solicitações, garantir entrega confiável de anúncios do Link-estado (LSAs) entre vizinhos, e para descrever bancos de dados do link-estado. Bancos de dados do link-estado são gerados a partir de todos os LSAs que um roteador de área envia e recebe. O banco de dados link-state é então usado para calcular a árvore spanning de caminho mais curto, usando o algoritmo Shortest Path First (SPF).
Pacote de hello
Quando vários sistemas ou roteadores que executam OSPF possuem interfaces conectada a uma rede comum, o protocolo Hello determina o roteador designado (DR). O DR é adjacente a todos os roteadores na rede, e seu papel é gerar e inundação dos LSAs, em nome da rede. Em uma rede de transmissão, como a Ethernet, ter um DR reduz a quantidade de tráfego de protocolo do roteador que é gerado.
O DR também é responsável por manter o banco de dados de topologia de rede que é replicado em todos os outros roteadores que estão dentro da mesma área da OSPF na rede.
Pacote de descrição de database
Uma vez que os pacotes Hello são trocados e as comunicações de duas vias são estabelecidas, o i5/OS e outros roteadores de área são vizinhos. Neste ponto o servidor OMPROUTED sabe com quais vizinhos ele deve estabelecer adjacências e então começa a formar adjacências OSPF. Trazer à tona uma adjacência é a importante função de protocolo OSPF de sincronizar bancos de dados entre roteadores. Os pacotes de descrição do banco de dados são enviados usando o protocolo de banco de dados da O protocolo de banco de dados de troca troca uma descrição das bases de dados do link-estado entre parceiros adjacentes, utilizando o pacote de descrição do banco de dados.
Pacote de atualização do link-estado
O roteador cujo identificador de roteador é numericamente superior, assume o papel principal e o outro assume o papel secundário. O roteador principal envia suas descrições de banco de dados, uma de cada vez. O roteador secundário reconhece cada um e inclui no reconhecimento as suas próprias descrições de banco de dados. Os registros são comparados de acordo com o tipo, roteador de publicidade e ID de estado de link. Um número de sequência no registro determina se o registro é mais recente ou mais antigo. Se a nova descrição indicar que este registro é mais recente do que o destinatário já possui em seu banco de dados, esta descrição é salva.
Pacote de reconhecimentos de estado de link
Cada recém recebido LSA deve ser reconhecido por seu destinatário para verificar sua entrega. Isso é feito através do envio de um pacote de confirmação de link-estado, que contém um ou mais reconhecimentos. Um pacote de confirmação é enviado imediatamente ou atrasado, com base em um intervalo de tempo especificado.
Para redes maiores, a única abordagem possível é o uso dos chamados protocolos de Roteamento dinâmico. Estes protocolos, uma vez instalados e configurados nos roteadores, permitem que os roteadores troquem informações entre si, periodicamente e que montem as tabelas de roteamento, dinamicamente, com base nestas informações. Esta abordagem é bem mais indicada para grandes redes, pois os próprios protocolos de roteamento dinâmico, se encarregam de manter as tabelas de roteamento sempre atualizadas, alterando rotas quando necessário e excluindo rotas que apresentam problemas, tais como rotas onde o link de comunicação está fora do ar.
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