Незаменимая вещь для инженеров сети. Разбираем, как это работает.
Данные передаются по сети, и для этого нужно выбрать правильный путь. Этим занимается маршрутизация. Она бывает:
- Статическая — маршруты задаются вручную, и сбой может нарушить передачу данных.
- Динамическая — маршруты меняются автоматически, что предотвращает сбои.
Протоколы, такие как версии OSPF, помогают маршрутизаторам находить лучший маршрут. OSPF особенно полезен в крупных сетях. Это важный навык для сетевых инженеров.
Основы протокола OSPF
Протокол OSPF (Open Shortest Path First, или «открыть кратчайший путь сперва») — это протокол маршрутизации, который помогает маршрутизаторам находить лучший маршрут для передачи данных внутри одной сети. Несмотря на название, этот путь не всегда самый короткий, он скорее самый эффективный.
Чтобы выбрать оптимальный маршрут, OSPF анализирует состояние всех соединений (каналов) и использует для расчетов алгоритм Дейкстры, который находит самый короткий путь до решения.
Есть два основных понятия в работе с OSPF — области (areas) и соседи (neighbors).
Области (areas)
Представьте, что сеть компании разделена на зоны или группы, чтобы маршрутизаторы легче справлялись с задачами. Эти зоны называют областями (areas), и они существуют внутри автономной системы (AS). Каждая область имеет свой номер. Например:
- Область 0 всегда магистральная (backbone), через нее проходят все основные маршруты, и к ней подключаются другие области.
- Остальные области работают как филиалы, которые всегда связаны с «главным офисом» (областью 0).
Разделение на области упрощает управление сетью и ограничивает распространение информации только внутри соответствующей зоны, что делает работу сети более эффективной.
Соседи (neighbors)
Соседи — это маршрутизаторы, которые находятся в одной области и взаимодействуют друг с другом. Они начинают общаться, отправляя друг другу так называемые приветственные пакеты (hello packets). Эти пакеты помогают маршрутизаторам узнать друг о друге и обмениваться информацией о состоянии маршрутов.
Пример
Представьте два маршрутизатора, подключенных к одной локальной сети. Один маршрутизатор говорит другому: «Привет, я здесь и готов передавать данные!» — это и есть hello-пакет. После этого они обмениваются данными о сети.
Как протокол OSPF обрабатывает информацию
Одна из ключевых особенностей OSPF — маршрутизаторы не отправляют друг другу полные таблицы каждые несколько секунд. Вместо этого они передают данные только тогда, когда в сети что-то меняется.
Пример работы
- Если маршрутизатор обнаруживает, что один из каналов перестал работать, он сразу отправляет сообщение об этом соседям.
- Все остальные маршрутизаторы получают эту информацию и обновляют свои данные, чтобы избежать проблемных маршрутов.
- Для передачи таких данных используется многоадресная рассылка (multicast), чтобы информация дошла до всех маршрутизаторов в области.
Терминология
Основные понятия OSPF важно объяснить простыми словами, чтобы даже начинающий мог понять, как работает этот протокол. Вот ключевые элементы OSPF на примерах, чтобы лучше разобраться в его функционале и принципах работы.
- Что такое автономная система?
Автономная система — это совокупность сетей, которые управляются одной организацией. Все устройства в такой системе работают по одним и тем же правилам маршрутизации. Точно так же, как в компании с филиалами, все сотрудники придерживаются общей корпоративной политики. - Интерфейс и канал связи
Интерфейс представляет собой точку подключения маршрутизатора к сети. В OSPF термины «интерфейс» и «канал» используются взаимозаменяемо. - Уникальный идентификатор маршрутизатора
У каждого маршрутизатора уникальный номер. Он называется идентификатором маршрутизатора. Обычно это IP-адрес интерфейса маршрутизатора. Этот идентификатор помогает различать маршрутизаторы в сети, как номера квартир в многоэтажном здании. - Соседи и пакеты hello
Маршрутизаторы, которые подключены к одной и той же зоне, называются соседними. Чтобы узнать, есть ли соседи, маршрутизаторы обмениваются пакетами приветствия. Эти пакеты содержат данные о состоянии соединений и настройках маршрута. - Состояние смежности
Смежность — это соединение между соседними маршрутизаторами, так они обмениваются сетевыми данными. Это похоже на то, что два человека регулярно звонят друг другу, чтобы обсудить, какой способ работы сейчас быстрее. - Алгоритм поиска маршрута
OSPF использует алгоритм поиска лучшего маршрута по кратчайшему пути (SPF). Этот алгоритм учитывает стоимость пути — условный показатель, который зависит от пропускной способности канала или других параметров. Чем ниже стоимость, тем предпочтительнее маршрут. - Внешние сети
OSPF обычно используют внутри компании, но он может взаимодействовать с внешними сетями с помощью пограничных маршрутизаторов (ASBR). Так осуществляется обмен данными между внутренними системами и поставщиками услуг.
Получить востребованные знания и научиться работать с разными протоколами можно в онлайн-университете Skypro на курсе «Java-разработчик». Вы освоите работу с ключевыми технологиями, а опытные преподаватели разъяснят сложные темы простым языком.
Протокол OSPF: преимущества и недостатки
OSPF — хорошее решение, но у него есть не только преимущества, но и недостатки. Вот основное, что нужно знать сетевому инженеру перед тем, как начать работу с протоколом.
| Преимущества | Недостатки |
| Быстро адаптируется. Если что-то в сети ломается, маршрутизаторы быстро пересчитывают маршруты и восстанавливают работу | Сложно настроить. Для OSPF нужно больше знаний и времени на настройку, чем для простых протоколов |
| Подходит для больших сетей. Сеть можно разделить на зоны, чтобы ей было легче управлять | Загружает оборудование. Для работы OSPF маршрутизатору нужно больше памяти и мощности |
| Эффективные маршруты. OSPF всегда старается выбрать лучший путь для передачи данных | Сложно администрировать. В больших сетях управлять протоколом маршрутизации OSPF может быть сложно, особенно если зон много |
| Экономит ресурсы. Обновления отправляются только тем маршрутизаторам, которым это нужно, а не всем подряд | Чувствителен к изменениям. Частые изменения в сети могут перегружать маршрутизаторы, если обновлений слишком много |
Описание работы протокола OSPF для новичков
Представьте, что вы хотите доехать из одного города в другой. Навигатор (маршрутизатор) знает все дороги (состояние сети) и выбирает лучший маршрут, учитывает пробки или ремонт (состояние каналов).
Если одна дорога закрывается, навигатор тут же перестраивает маршрут и сообщает другим навигаторам о пробке. Так работает OSPF в сети.
- Задача 1: определить соседей
Когда маршрутизатор включается в сети, он отправляет hello-пакеты, чтобы сообщить о своем присутствии. Другие маршрутизаторы в той же сети отвечают на них. После этого маршрутизатор определяет своих «соседей» — устройства, с которыми он может напрямую общаться.
Представьте, что вы пришли в комнату и сказали: «Привет, кто тут есть?» Люди в комнате отвечают, и вы узнаете, кто рядом. - Задача 2: обменяться информацией
Соседи начинают обмениваться данными о своей сети (состоянии соединений и маршрутах). Эти данные передаются в виде небольших сообщений, называемых LSA (Link State Advertisement). Каждый маршрутизатор собирает информацию о том, как устроена сеть.Это похоже на то, как люди делятся с вами информацией, какие дороги они знают и где сейчас пробки.
- Задача 3: создать карты сети
После сбора всех данных маршрутизатор строит «карту» всей сети. Она показывает все доступные маршруты, состояние соединений и их стоимость (насколько они быстрые или надежные).У вас появляется карта дорог, на которой указано, какие открыты, а какие закрыты и сколько времени займет каждая из них.
- Задача 4: рассчитать маршруты
Оптимальный путь — это не всегда самый короткий, но самый эффективный с учетом текущих условий.Навигатор выбирает маршрут, где меньше пробок, даже если он немного длиннее.
- Задача 5: обновить данные
Если что-то в сети меняется, например выходит из строя соединение или появляется новый маршрутизатор, OSPF сразу это фиксирует. Маршрутизатор отправляет всем соседям обновление о новых изменениях. Все маршрутизаторы обновляют свою карту и пересчитывают маршруты.
Если на дороге случилась авария, навигатор сообщает об этом другим и предлагает новый маршрут. - Задача 6: передать данные
Теперь маршрутизаторы знают, какой путь лучший, и отправляют данные по рассчитанным маршрутам. Если что-то изменится, маршрутизатор сразу адаптируется.
Если вы отправляете посылку, курьер точно знает, через какие дороги ехать, чтобы доставить ее быстрее.
Типы интерфейсов и сетей — в чём разница
Типы сетей описывают, как маршрутизаторы контактируют друг с другом в рамках сети.
Типы интерфейсов определяют, как маршрутизатор взаимодействует с физической или логической сетью. Интерфейс — это точка подключения маршрутизатора к сети.
Вот типы интерфейсов.
| Название | Описание | Пример |
| Точка-точка (Point-to-Point) | Это соединение между двумя маршрутизаторами. На таком интерфейсе всегда присутствует только один сосед, и он не требует выбор DR |
Прямое соединение между двумя устройствами через кабель |
| Широковещательный (Broadcast) | Это сеть, где все маршрутизаторы могут видеть друг друга и отправлять сообщения одновременно всем | Стандартная Ethernet-сеть |
| NBMA (Non-Broadcast Multi-Access) | Сеть с несколькими устройствами, где нет функции широковещания | Взаимодействие маршрутизаторов организуется вручную |
| Точка-многоточка (Point-to-Multipoint) | Один маршрутизатор соединен с несколькими устройствами через виртуальные соединения | Соединение центрального офиса с филиалами через одну сеть |
| Виртуальные соединения (Virtual Links) | Используются, чтобы подключить удаленные области OSPF к магистральной зоне (Area 0) | Если прямое соединение отсутствует |
А вот типы сетей.
Широковещательная сеть (Broadcast): маршрутизаторы могут отправлять данные всем остальным устройствам в сети одновременно. Пример: Ethernet.
NBMA (Non-Broadcast Multi-Access): сеть с несколькими устройствами, но без функции широковещания. Пример: Frame Relay.
Точка-точка (Point-to-Point): соединение между двумя маршрутизаторами напрямую.
Точка-многоточка (Point-to-Multipoint): один маршрутизатор связан с несколькими устройствами через виртуальные соединения.
Важно: сети и интерфейсы — разные понятия, хотя они связаны между собой.
Выделенные маршрутизаторы
DR и BDR — основные маршрутизаторы протокола, работа протокола без них просто невозможна. Вот чем они отличаются.
Маршрутизатор (DR)
DR (назначенный маршрутизатор) — это маршрутизатор, который отвечает за распределение данных по всей зоне.
Маршрутизатор (BDR)
BDR (резервный разработанный маршрутизатор) — это резервный маршрутизатор, который выполняет те же функции в случае сбоя DR.
Представьте DR в качестве координатора проекта, который делится важной информацией с командой, и BDR в качестве его помощника, готового взяться за эту работу.
Установка отношений соседства
Если другие маршрутизаторы в сети настроены, они автоматически установят связь с вашим маршрутизатором через hello-пакеты.
Зоны OSPF
Зона — это условное объединение маршрутизаторов для обмена данными. В пределах одной зоны маршрутизаторы обмениваются сетевой информацией и используют общий идентификатор.
Зона напоминает группу, где все участники работают сообща и знают, кто и что собирается менять.
OSPF LSA — объявление о состоянии сети
LSA и LSU — это то, как маршрутизаторы взаимодействуют.
LSA (Link State Advertisement) — это сообщение, которое маршрутизатор отправляет, чтобы «рассказать» о состоянии своих подключений (каналов). Например: «Мое соединение с устройством X стабильно» или «Канал Y отключен».
LSU (Link State Update) — это контейнер, который передает одно или несколько сообщений LSA. Он используется для обмена статусами сети.
Реализации OSPF в Cisco и Juniper
| Характеристика | Cisco | Juniper |
| Синтаксис | Простой и интуитивный, гибкая настройка | Более строгий, настройка через интерфейсы |
| Router ID | Настраивается в процессе OSPF | Настраивается глобально (routing-options) |
| Объявление сети | Через network или на уровне интерфейсов | Только на уровне интерфейсов |
| Удобство настройки | Удобен для быстрого старта | Более детализирован, подходит для сложных сетей |
| Управление зонами | Гибко поддерживает все типы зон OSPF | Также поддерживает все типы зон |
| Отображение состояния | Использует show ip ospf для диагностики | Использует show ospf для мониторинга |
Главное: как научиться разбираться с OSPF
- Изучите, что такое и как работает OSPF (маршрутизация на основе состояния канала, алгоритм SPF).
- Поймите, как работают выделенные маршрутизаторы и какие есть характеристики протокола OSPF.
- Разберитесь с ключевыми понятиями: зоны (areas), соседство (neighbors), Designated Router (DR), Router ID.
- Узнайте, как реализуется работа протокола OSPF.
- Посмотрите, как реализуется OSPF в Cisco и Juniper.
Добавить комментарий