ひよっこエンジニアの備忘録

日常とかSEとしての備忘を書いていきます。

OSPFメモ

ccnp route
[OSPF（Open Shortest Path First）]

リンクステート型ルーティングプロトコル。
大規模ネットワークに適したIGP。

[特徴]

・リンクステートルーティングプロトコルの中で、代表的なプロトコル
・マルチベンダ仕様、CISCO独自ではない。
・クラスレスルーティング、VLSMをサポート
・マルチキャスト(224.0.0.5)により差分アップデートをする
　なおDR/BDR向けには224.0.0.6を利用する。
・IP上のプロトコル番号89を使用
・エリアによる階層型ネットワークを形成できる
・コストを元にベストパスを決定する。
　コストは帯域幅を元に計算される
・等コストバランシングが実行される。
　デフォルト4つのパス、設定変更することで最大15パスサポート
・大規模ネットワークに適している。ホップ数に制限がない。
・各ルータはネットワーク全体図（トポロジデータベース）をもち、
　個々のルータがネットワークの全体像を把握している。
　トポロジマップが完成するとネットワーク全体図を形成し、
　各ネットワークへのベストパスを算出する。
・ネットワーク形成後の定期アップデート間隔はRIPと比較して
　非常に長い(デフォルトで30分)
・ダイクストラアルゴリズム（SPFアルゴリズム）により
　トポロジマップを形成する。
・IPv4対応のOSPFv2とIPv6対応のOSPFv3の2種類ある。
　一般的にはv2を利用
・再配信は明示的にsubnetを配信対象に追加しないと
　クラスフル以外のルートは配信してもらえない

[要素]

▼OSPFのもつテーブル
①ネイバーテーブル
　→認識しているネイバーOSPFルータのリスト。
　　Helloパケットによって確立・維持される。
　　sh ip ospf neiで確認。
②トポロジテーブル
　→エリア内のOSPFルータから収集したLSAによって作成した
　　データベースでLSDB（リンクステートデータベース)とも呼ばれる。
　　LSDBをもとに、SPFアルゴリズムを実行して自身を起点に
　　各ネットワークまでの最短パスツリーを形成する
　　sh ip ospf databeseで確認。
③ルーティングテーブル
　→トポロジテーブルのベストルートを格納する。
　　sh ip routeで確認。

▼ルータID
・OSPFルータを一意に識別する識別番号という扱いになる。
　同じルーティングポリシが動いているルータのグループをAS
　あるいはドメインを呼ぶが、ルータIDは同一ドメイン内で
　ユニークなアドレスを持つ必要がある。
　OSPF関連のパケットには識別の為にルータIDのエントリが必ず
　入っており、どこから来たパケットなのか区別できるようになっている。
・ルータIDアドレスは以下のポリシに従い決定される。
　①router-idコマンドで設定された値
　　→　(config-router)# router-id router-id
　②ループバックインターフェイスの最大IPアドレス
　③アクティブな物理インターフェイスの最大IPアドレス

▼Helloパケット
　Helloパケットの主なエントリ内容
　①ルータID
　②HelloおよびDeadタイマー間隔
　③エリアID
　④ネイバールータのリスト
　⑤インターフェイスのプライオリティ値
　⑥DRとBDRのIPアドレス
　⑦認証情報(認証タイプとパスワード)
　⑧スタブエリアフラグ(オプション)

　上記のうち、隣接するルータ間でHelloパケットを交換する際、
　以下を同じ値にしておく必要がある。
　・②HelloおよびDeadタイマー間隔
　・③エリアID
　・⑦認証情報(認証タイプとパスワード)
　・⑧スタブエリアフラグ(オプション)
　※ネイバーが結べない場合要確認。
　　よくあるのはHello/Deadの間隔が違う、スタブ設定漏れ。
　※OSPFの設定とは少し違うがIFのMTUサイズも一致させる必要あり。

▼仮想リンク
　OSPFでは、全エリアが必ずバックボーンエリア（ エリア 0 ）に
　直結している必要がある。
　なんらかの事情でエリア 0に直接接続できないエリアが発生する場合は、
　仮想リンクを導入し2台のABR間に論理リンクを確立させて
　エリア0へ到達させる。
　なお、仮想リンクを確立する上で、リンクの両端の2台のABRは
　OSPFネイバー同士が直結している必要はない。
・仮想リンク構成イメージ
　f:id:nrlay00:20180422182441p:plain

　・設定方法
　仮想リンクを設定するためには、トランジットエリアと
　対向側のルータ IDを指定する。
　(config)# router ospf procces-id
　(config-router)# area area-id virtual-link router-id
　※確認コマンドはshow ip ospf virtual-link
　　「 up 」と「 Adjacency State Full（Hello suppressed）」になっていればOK。
　

[動作ロジック]

①ネイバー関係確立
　隣接ルータとHelloパケットを交換することでネイバー関係を確立する。
　（Helloパケットはマルチキャスト224.0.0.5で送信。）
　ネイバーを認識するとネイバーテーブルに格納され、ネイバー確立後
　ネイバー関係を維持するためにHelloパケットを定期送信する。

②DR選出
　OSPFではセグメントごとにDR (Designated Router)と
　BDR (Backup Designated Router)を1台ずつ選出する。
　DR、BDRに選出されなかったOSPFルータはDROTHERと呼ぶ。
　DROTHERはDR、BDRとだけの間でLSAを交換するようになり、
　LSAを交換するネイバールータを減らせる（トラフィックが減る）。
　・DROTHER⇒DR,BDR（224.0.0.6：DR/BSR向けマルチキャスト）,
　・DR、BDR⇒DROTHER（224.0.0.5：OSPF全ルータ向けマルチキャスト）
　DRの選出にはOSPFプライオリティ値とルータIDが使用される。

　優先順位は下記の通り
　①OSPFプライオリティ値が最も大きいルータをDRとする。
　②OSPFプライオリティ値が2番目に大きいルータをBDRとする。
　③OSPFプライオリティ値が同じ場合、ルータIDが最も大きいルータをDR、
　　２番目に大きいルータをBDRとする。
　　※OSPFプライオリティの変更コマンドは下記（Interface指定）。
　　　→(config-if)# ip ospf priority number
　　　※OSPFプライオリティ値のデフォルトは 1。
　　　　DRにしたい場合は255、DROTHERにしたい場合は0を指定。

③アジャセンシー関係確立
　DR/BDRの選出が完了すると、アジャセンシー関係（Adjacency）に至る
　ルータ間では、自身の持つリンク情報（インターフェース情報）をネイバーへ
　LSA（Link State Advertisement）として送信し合う。
　受信したLSAはトポロジテーブルに格納。受信したLSAは別のネイバーへ
　送信され最終的にネットワーク全体でLSAが通知される。

　OSPFではトポロジテーブルのことをLSDB（ Link State Database ）と呼び、
　LSDBは同エリア内の全ルータで同じLSDBを保持する。
　LSDBに格納されたLSAを組み合わせてトポロジマップを作成する。

③ルーティングテーブルの作成
　トポロジマップを作成したOSPFルータでは、次にSPFアルゴリズムを
　実行し階層ツリーのSPFツリーを作成する。
　SPFは宛先ネットワークに対する最短パスを計算するアルゴリズムで、
　各ルータは自身をルートとして頂点として宛先ネットワークへの
　コスト合計値を計算する。
　コストはリンク（インターフェース）の帯域幅を基に自動算出する。
　各リンク毎に手動で設定することも可能。

　コストの計算式は下記の通り。
　・コスト=100Mbps/リンク帯域幅(bps)
　※10Mbpsは10、100Mbpsは1、1Gbpsは、計算上0.1だが1と考える。
　　なお宛先セグに対して最適経路が複数ある場合は、複数経路分
　　ルーティングテーブルに載る（コストロードバランス機能）

[LSAタイプ]

　LSAは、OSPFルータのLSDB（リンクステートデータベース）を
　作成する上で基礎的な要素。
　LSAタイプにはCiscoルータでサポートしているのは「1 ～ 5、7」だが、
　技術的には「1～11」まで存在する。
　LSAタイプによって、エリア内だけでフラッディングされるもの、
　ABRを越えてフラッディングされるものがある。

・LSAタイプ 1
　→自身のエリア内でのみフラッディングされる。
　　LSAにはOSPFルータID、リンクの数、各リンクの詳細情報が含まれており
　　LSAタイプ1は全てのOSPFルータが生成する。
　　ルーティングテーブル上、LSAタイプ1の経路は「Ｏ」のコードが
　　付けられる。
　　※LSAタイプ1のLSAは以下コマンドで確認可能。
　　　show ip ospf database router　　
・LSAタイプ2
　→自身のエリア内でのみフラッディングされる。
　　LSAタイプ1は、すべてのOSPFルータがLSAを生成するのに対し、
　　LSAタイプ2はDRが生成する。
　　このLSAにはDRのIPアドレス、サブネットマスク情報、
　　セグメント上のルータIDの一覧などが含まれる。
　　ルーティングテーブル上は、LSAタイプ1と同様に
　　「Ｏ」のコードが付けられる。
　　※LSAタイプ2のLSAは以下コマンドで確認可能。
　　　show ip ospf database router
・LSAタイプ3
　→異なるエリアへフラッディングされる。
　　LSAタイプ3はABRが生成する。
　　このLSAには各エリアの経路情報やコスト情報が含まれる。
　　ルーティングテーブルで、LSAタイプ3の経路情報は
　　エリア間ルートを示す「O IA」のコードが付けられる。
　　※LSAタイプ3のLSAは以下コマンドで確認可能。
　　　show ip ospf database summary
・LSAタイプ4
　→異なるエリアへフラッディングされる。LSAタイプ4は
　　タイプ3同様にABRが生成する。
　　このLSAには、ASBRのルータID、ASBRに到達するまでの
　　メトリック値が含まれる。
　　LSAタイプ4はOSPFネットワークに非OSPFネットワークが接続されて、
　　ASBRが保持する経路情報をOSPFネットワークにルート再配布した際
　　そのエリアに所属するABRがLSAタイプ4を生成する。
　　※LSAタイプ4のLSAは以下コマンドで確認可能。
　　　show ip ospf database asbr-summary
・LSAタイプ5（外部LSA）
　→AS全体にフラッディングされる。LSAタイプ5はASBRが生成する。
　　LSAには非OSPFネットワークアドレス、サブネットマスク、
　　メトリック値、転送アドレスが含まれる。
　　このLSAは非OSPFネットワークのルート情報を再配布した
　　ASBRが生成する。
　　ルーティングテーブルでLSAタイプ5の経路情報は、
　　OSPF外部ルートを示す「O E1」または「O E2」のコードが
　　付けられる。
　　※LSAタイプ5のLSAは以下コマンドで確認可能。
　　　show ip ospf database external
・LSAタイプ7
　→NSSA（スタブエリアにASBRが存在できる特別なエリア）へ
　　フラッディングされる。
　　LSAタイプ7は、NSSAのASBRが生成する。このLSAには
　　LSA5と同様に非OSPFネットワークアドレス、サブネットマスク、
　　メトリック値、転送アドレスが含まれる。
　　このLSAは非OSPFネットワークのルート情報を再配布した
　　ASBRが生成する。
　　ルーティングテーブルでLSAタイプ7の経路情報は、
　　OSPF外部ルートを示す「O N1」または「O N2」のコードが
　　付けられる。
　　※LSAタイプ7のLSAは以下コマンドで確認可能。
　　　show ip ospf database nssa-external

[エリア]

OSPFには以下の6つのエリアがある。
一般的に使用されるのはバックボーンエリアと標準エリアだが、
エリア内に流れるLSAの量を減らすための特別なエリアが定義される場合がある。

  • バックボーンエリア

　→全種類のエリアがつながる中心となるエリア。
　　全エリアはこのエリアに接続されて経路情報を交換する。
　　バックボーンエリアには、エリア「0」のラベルが付けられる。
　　※流入可能LSA Type：1 ～ 5

  • 標準エリア

　→バックボーンエリア以外のOSPFの標準エリア。
　　標準エリアで受信可能なLSAは 3 ～ 5。
　　※流入可能LSA Type：1 ～ 5

  • スタブエリア

　→無駄なLSAトラフィックを少なくするために考えられたエリア。
　　ASBRから再配布された外部ルート（LSA5）を受信せず、
　　スタブエリアとの接続点にいるABRがスタブエリアに注入してくれた
　　デフォルトルートを使用して、非OSPFネットワークに
　　アクセスする。
　　※スタブエリアは、ASBRの配置不可。仮想リンク設定不可。
　　　バックボーンでは不可
　　※流入可能LSA Type：1 ～ 3　

  • トータリースタブエリア

　→さらに無駄なLSAトラフィックを少なくするために考えられたエリア。
　　ASBRから再配布された外部ルート（LSA5）だけでなく、ABRから
　　配布されるルート（LSA3）も受信せずトータリースタブエリアとの
　　接続点にいるABRが注入してくれたデフォルトルートを使用して
　　非OSPFネットワーク、または異なるエリアへのネットワークへ
　　アクセスする。
　　※流入可能LSA Type：1 ～ ２

  • NSSAエリア

　→スタブエリアにASBRが存在することができるエリア。
　　NSSAに外部ルートが再配布された場合は、NSSAにしか存在できない
　　LSAタイプ7が発生する。
　　このNSSA上のASBRで発生したLSA7の経路は他のエリアに流れる際には
　　「LSA5」として流される。
　　※流入可能LSA Type：1 ～ ３、７

  • トータリーNSSAエリア

　→トータリースタブエリアにASBRが存在することができるエリア。
　　トータリーNSSAに外部ルートが再配布された場合は、
　　トータリーNSSAにしか存在できないLSAタイプ7が発生する。
　　このトータリーNSSA上のASBRで発生したLSA7の経路は、
　　他のエリアに流れる際はLSA5として流される。
　　※流入可能LSA Type：1 ～ ２、７

[主な確認コマンド]
sh ip route
sh ip ospf
sh ip ospf nei
sh ip ospf database