Algoritmo Link State Protocolo OSPF

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Algoritmo Link StateProtocolo OSPF
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Algoritmo Link State

• Baseado no conceito de mapas distribuídos
• todos os nodos do mapa tem uma cópia
• O conteúdo das mensagens de atualização são as
  ligações de um nó a seus vizinhos, a
  identificação do enlace e o custo.
• As informações divulgadas são acrescentadas ao
  mapa de quem as recebe
• Caso, haja alterações do mapa devido a divulgação
  as rotas são recalculadas.
• O protocolo OSPF Implementa o algoritmo Link-state

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Link State - Mapa
De Para Enlace Métrica A B 1 1
A D 3 1 B A 1 1 B C 2 1 B E 4 1 C B 2 1
C E 5 1 D A 3 1 D E 6 1 E C 5 1 E B 4 1 E
D 6 1

• Exemplo
• Cada registro é divulgado pela estação
  responsável

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Link State - Flooding

• A e B detectam a falha
• A e B alteram os registros na base de dados pelos
  quais são responsáveis
• A gera atualização para D e B para C e E
• C, D e E irão desencadear novas atualizações

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Flooding

• D enviará para E, C enviará para E e E enviará
  para C e B
• Loop?
• Prevenção do loop é feita pela utilização de um
  número de seqüência no pacote de atualização
• Algoritmo
• Recebe mensagem
• Seleciona registro na base
• se o registro não está presente
• então adiciona e envia uma mensagem em broadcast
  para os vizinhos, exceto pelo enlace pelo qual
  foi recebida

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Flooding

• senão
• se o número de seqüência da entrada na base lt o
  número de seqüência da mensagem
• então atualiza e gera broadcast
• senão
• se número da base gt o número
  de seqüência da mensagem
• então
• gera uma nova divulgação
• atualiza o número de
  seqüência da mensagem
• envia a mensagem para
  interface pela qual foi recebida
• senão
• se os números de
  seqüência são iguais não faz nada.

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Exemplo
Tabela Final

• Mensagem de A
• From A, to B, link 1, distance infinite, number
  2.
• Mensagem de B
• From B to A, link 1, distance infinite, number
  2

De Para Enlace Métrica Seq.
A B 1 inf 2 A D 3 1 1 B A 1 inf 2
B C 2 1 1 B E 4 1 1 C B 2 1 1
C E 5 1 1 D A 3 1 1 D E 6 1 1
E C 5 1 1 E B 4 1 1 E D 6 1 1
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Adjacências - Atualização

• Duas versões do mapa

Mapa 1 -BCE A B 1 inf 2 B A 1
inf 2 E D 1 inf 2
Mapa 1 - AD A B 1 inf 2 B A 1
inf 2 D E 1 inf 2
9
Atualizações
1
2
Falha de comunicação
A
B

• Mapa BCE sofrerá atualizações que não serão
  refletidas no AD

C
3
4
5
D
E
Mapa 1 -BCE A B 1 inf 2 B A
1 inf 2 B C 2 inf
2 C B 2 inf 2 E D 1
inf 2
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Reestabelecimento

• Ao restabelecer a comunicação entre AD e BCE é
  necessário que ocorra um processo de
  sincronização
• Pelo processo normal leva muito tempo para
  convergir
• Sincronização - data base description packets
• 1.ª fase nodo distribui o seu mapa
• 2.ª fase solicita aos vizinhos os registros
  interessantes
• 3.ª fase flooding

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Problemas - No. de Seq.

• Quando um nodo da rede cai e volta rapidamente
• não terá sido retirado dos mapas dos outros hosts
• irá realizar o flooding com seu número de
  seqüência incial
• esse número será mais antigo (menor) que os
  mantidos nos mapas dos vizinhos
• então para acelerar a convergência, ele deve
  aceitar o número de seqüência que os outros irão
  lhe enviar, incrementá-lo e imediatamente
  retransmitir seus registros com o novo número.

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Shortest Path First - SPF

• Dijkstra - SPF
• 1. Inicialize o conjunto E contendo somente o
  nodo fonte, e R contendo todos os outros nodos.
  Inicialize a lista de caminhos O contendo os
  segmentos que partem de S. Cada segmento tem
  custo igual ao valor da métrica. Ordene O em em
  forma crescente.
• 2. Se a lista O está vazia, ou se o primeiro
  path tem métrica infinita, marque todos os nodos
  em R como inalcançáveis e termine o algoritmo.
• 3. Examine P, o menor caminho de O. Remova P de
  O. Atribua a V o último nodo em P. Se V já está
  em E, volte ao passo 2. Senão P é menor caminho
  para V, retire V de R e adicione em E.

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Shortest Path First - SPF
4. Construa um conjunto de caminhos candidatos
concatenando P e e cada um dos enlaces iniciando
em V. O custo destes caminhos é o resultado da
soma do custo de P e a métrica do enlace
adicionado. Insira-os em O em ordem crescente.
Volte ao passo 2.
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OSPF

• O protocolo OSPF utiliza outros protocolo para
  implementar seus mecanismos
• Hello, Flooding e Exchange
• Funcionamento
• Envia um pacote Hello para conhecer seus vizinhos
• Em redes de acesso múltiplo elege um roteador
  designado e um back-up
• Cada roteador envia periodicamente um LSA (link
  state advertisement)
• Calcula as rotas

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Informações Seguras Protocolo OSPF

• Flooding tem reconhecimento hop-by-hop
• Os pacotes de descrição são transmitidos de forma
  segura
• Cada registro é protegido por um timer e é
  removido da base de dados caso não receba
  atualização
• Todos os registros são protegidos por checksum
• Todas as mensagens podem ser autenticadas por
  password.

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OSPF x RIP

• Convergência rápida e sem loops
• Suporta métricas precisas e se necessário várias
  métricas
• Suporta múltiplos caminhos para um mesmo destino
• Múltiplas Áreas
• Representação diferenciada para rotas externas

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OSPF Roteadores Vizinhos

• Vizinhos são aqueles que compartilham o mesmo
  enlace físico
• Um roteador OSPF descobre os seus vizinhos
  enviando e recebendo mensagens do protocolo HELLO
• Um roteador envia a cada 10 segundos uma
  mensagem de HELLO em multicast para todos os
  enlaces diretamente conectados a ele
• Endereço de multicast 224.0.0.5 (ALLSPFRouters)
• Vizinhos respondem enviando uma mensagem de HELLO
  periodicamente

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Após o HELLO

• Após os vizinhos terem sido estabelecidos eles
  passam a trocar informações de roteamento
• Quando seu mapa da topologia está totalmente
  atualizado, ou seja, sincronizado, eles são
  denominados fully adjacents
• O Hello continua sendo transmitido continuamente
  a cada 10 segundos
• As informações de topologia enviadas pelo
  transmissor permanecem na tabela enquanto forem
  recebidas mensagens de Hello.

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Exemplo - OSPF
1
2
A
B
C
3
4
Falha de comunicação
5
D
E
1
2
A
B
C
3
4
5
Restabelecendo (ou iniciando) de comunicação
D
E
20
Exemplo ...
21
Frame OSPF
1 Hello 2 Database Description 3 Link Status
Request 4 Link Status Update 5 Link Status
Acknowledment
22
Hello Message
23
Database Descriptor
1 Router Link 2 Network Link 3 Summary Link
(IP Network) 4 Sumary Link (link to border) 5
External Link
24
Link Status Request Message
25
Link Status Update Message
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Link Status Advertisment
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Topologias de Rede

• O OSPF trabalha com as seguintes topologias
• Broadcast Multiaccess
• Pode ser um LAN com uma Ethernet, Token Ring ou
  FDDI
• O OSPF envia tráfego em broadcast
• É necessário escolhar um roteador desginado (DR)
  e um roteador designado de backup (BDR)
• Ponto-a-Ponto
• Não é necessário um roteador designado, nem seu
  backup
• Tráfego em multicast (224.0.0.5)
• Ponto-a-Multiponto
• Uma interface de origem conectada a vários
  destinos
• Trata como uma série de ligações ponto-a-ponto

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Topologias

• Nonbroadcast Multiaccess
• Parece com ponto-a-ponto, mas muitos destinos são
  possíveis
• WAN X.25 ou Frame Relay
• OSPF trata esta rede como uma topologia de
  broadcast, representada por uma subrede
• Necessita de seleção manual do DR e do BDR
• Todo tráfego entre vizinhos será replicado em
  todos os enlaces físicos usando um endereço de
  unicast, uma vez que multicast e broadcast não
  são suportados.

Frame Relay
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Topologias...

• Virtual Links
• Conexão virtual para uma área remota que não tem
  qualquer conexão com o backbone
• Usada para criar um túnel de tráfego
• Envia dados usando endereços unicast

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Roteadores Designados

• São necessário em redes de broadcast para
• evitar a criação de inúmero enlaces entre todos
  os roteadores
• diminuir o número de mensagens do OSPF circulando
  na rede
• Como eleger?
• Dinâmica
• O roteador com o ID ou endereço IP mais alto
• Manual

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Múltiplas Métricas

• Tipos de métricas
• maior throughtput
• menor delay
• custo mais baixo
• melhor confiabilidade
• Tratar diferentes métrica exige
• documentar várias métricas para os diferentes
  enlaces
• calcular diferentes tabelas de roteamento para
  cada métrica
• representar a métrica selecionada em cada pacote

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Exemplo

• 1 enlace de satélite T1
• 2 e 3 enlace T1 terrestre
• 4 e 5 enlaces de 64Kbps terrestre
• OBS satélite tem delay de 275 ms
• enlaces terrestre tem 10 ms

1

• D, C, A e B tem throughput de 1.5 Mbps e delay
  de 295ms
• D, E e B tem throughtput de 64kbps e delay de
  20ms
• 1.ª Métrica throughput
• 2.ª Métrica delay
• Decisões de métricas tem de ser coerentes em
  todos os roteadores
• Considere que D receba de B um pacote e o roteie
  considerando o melhor throughput, então irá para
  C.
• E C roteie considerando o melhor delay ?????

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Solução

• Os pacotes devem ter a indicação clara de qual a
  métrica a ser utilizada.
• OSPF versão 2 suporta esta extensão

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Múltiplos Paths

• Caminhos de A para E através de B ou D tem a
  mesma métrica
• Análises Matemáticas provam que dividir o tráfego
  é mais eficiente

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Múltiplos Paths

• Enlaces com métricas diferenciadas?
• Dividir proporcionalmente
• Loop
• Solução um pacote enviado por X pode ser
  retransmitido através de Y, somente se Y for mais
  próximo do destino que o nodo local.
• Altere o algoritmo SPF para esta situação

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Múltiplas Áreas

• Redução do tamanho da base (mapa)
• Tempo de processamento das rotas
• Redução do volume de mensagens de atualização
• Roteamento hierárquico divide a rede em um
  conjunto de partes independentes interligadas por
  um área de backbone.
• Os mapas de área incluem somente o estado do
  enlaces da área
• Flooding ocorre somente até os limites da área
• Rotas são calculadas somente para os enlaces da
  área

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Múltiplas Áreas

• Roteadores da Área de Backbone
• Area Border Routers
• Eles mantém uma mapa para cada área
• Emitem mensagens contendo summary links
• Roteadores de Borda Externor
• External Border Routers

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Exemplo

• Áreas A e C
• Backbone B
• AB2 receberá de AB4 informações sumarizadas
• AB2 receberá de BB0 rotas externas