Chapter 3. Configuring OSPF in a Single Area

1. Chapter 3.Configuring OSPF in a Single Area

2. Table of Contents • OSPF Overview • OSPF Terminology • OSPF Operation in a Broadcast Multiaccess Topology • OSPF Operation in a Point-to-Point Topology • OSPF Operation in an NBMA Topology • Configuring OSPF in a Single Area • Verifying OSPF Operation • Summary

3. OSPF Overview • OSPF in an IP Packet

4. OSPF(Open Short Path First)Overview • OSPF(Open Shortest Path First)는 IETF(Internet Engineering Task Force)의 IGP(Interior Gateway Protocol) Working Group에 의해, IP 네트웍을 위해 개발되었다. 이 Working Group은 인터넷, 대단위, 국제적 네트웍에서의 사용을 위한 SPF(Shortest Path First : 간혹 개발자의 이름을 따 Dijkstra 알고리즘이라 불린다) 알고리즘에 기초한 IGP를 디자인 하기 위해 1988년에 형성되었다. • OSPF는 규모가 크고 성장하는 네트워크를 위해 고안 되었다.RIP의 한계를 극복하기 위해서 고안 되었다.(라우터가 50개 이상인 경우에는 OSPF의 사용을 검토해 볼 필요가 있다.) • OSPF는 Link State Protocol로서 현재의 버전은 OSPF version 2이다.(RFC 2328: April 1998, RFC 1247: 1991) • IGP(Interior Gateway Protocol)이다.

5. OSPF(Open Short Path First)Overview • Convergence의 속도 : Routing Change가 즉시 Flooding 되어 각 라우터에서 Parallel하게 계산 되므로 대단히 빠르다. • VLSM 및 CIDR을 지원한다. • Network Reachability : OSPF는 Reachability Limitation이 없다. • Use of Bandwidth : 네트워크에 변화가 있을 때만 Multicast로 Link State Update를 한다.(매 30분 간격으로 모든 라우터간의 sync를 확인하기 위한 Update도 있다.: 모든 LSA에는 각각 Aging Timer(Default 30분)가 있어 Timeout이 되면 LSA를 발생시켰던 라우터가 LSA를 다시 보낸다.) • Method of path selection : OSPF는 Bandwidth에 기초한 Cost Value를 Path Selection에 사용한다.OSPF는 Equal-Cost Multiple Path를 지원한다.

6. 4 • 1 • 4 • C • B • A • 2 • 2 • D • 1 • E • F • 2 • 2 • G Dijkstra Overview • Shortest Path First (SPF) Algorithm • Link state database • TENT database • Tentative triples (ID, path cost, direction) • PATH database • Best path triples (ID, path cost, direction) • Forwarding database

8. 4 • 1 • 4 • C • B • A • 2 • 2 • D • 1 • E • F • 2 • 2 • G Dijkstra Overview G A B C D E F B/4 G/2 A/4 C/1 B/1 D/4 E/2 C/4 E/1 C/2 D/1 F/2 E/2 G/2 A/2 F/2

9. B • D • C • E • F • G • A • C Dijkstra Overview • (0) • Now fill in G • FG is removed • AG is in path • (4) • (1) • (4) • (3) • (6) • (5) Dijkstra Protocols - CLNS/DECnet Phase 5 (connectionless mode network Service) - IS-IS (intermediate sytem- to – Intermediate system) - OSPF - NLSP

11. OSPF in an IP Packet 89 - OSPF 6 - TCP 17 - UDP Frame Payload C R C Frame Header IP Header Protocol Number Packet Payload • OSPF는 Link-State Routing Protocol이다. • Routing Information의 전달을 위해서 IP Packet을 사용한다. • IP Protocol Number 89번을 사용한다. • OSPF Current Version은 Version 2이다.

13. RIP, IGRP, OSPF, EIGRP, BGP PDU Diagram 17 – UDP 520 - RIP Frame Payload C R C Frame Header Packet Payload IP Header Protocol Number UDP Header Port No. Datagram Payload 88 – EIGRP 89 – OSPF 9 - IGRP Frame Payload C R C Frame Header IP Header Protocol Number Packet Payload 179 - BGP 6 - TCP Frame Payload C R C Frame Header Packet Payload IP Header Protocol Number TCP Header Port No. Segment Payload

14. OSPF Terminology • Link-State and OSPF Components

15. Autonomous System Neighbors Interfaces Area 1 Cost = 10 Area 0 Cost = 6 Cost = 1785 Neighborship Database Lists Neighbors Topology Database Lists All Routes Routing Table Lists Best Routes OSPF Component • Area는 Interface별로 정의 된다. • Area내의 모든 라우터는 동일한 Topology Database를 갖는다. • Cost는 100M의 Link가 1의 값을 갖는다. ip ospf cost 명령을 사용하여 수동으로 설정이 가능하다. cost= 10000 0000/bandwith in bps • 예를 들어, 10M 이더넷의 경우 10 EXP8/10 EXP7 = 10 이고, T1 라인의 경우 10 EXP8/1544000 = 64 이다.

16. OSPF Topologies Broadcast Multiaccess (Ethernet 등 LAN) Point-to-Point (전용선) X.25Frame Relay NBMA

17. OSPF Operation in a Broadcast Multiaccess Topology • Designated Router and Backup Designated Router • OSPF Startup • Choosing Routes • Maintaining Routing Information

18. Contents of OSPF Hello Packet • Hello Protocol은 Neighbor Relationship을 맺고 유지한다. • Hello Packet은 OSPF에 참가한 Interface로부터 주기적으로 멀티캐스트( 224.0.0.5) 된다 D E • Hello Packet에 있는 Information Hello Router ID Hello/dead intervals Neighbors Area-ID Router priority DR IP address BDR IP address Authentication password Stub area flag B A C * afadjfjorqpoeru 39547439070713 * Hello * * * Entry는 neighboring router간에 반드시 일치해야 한다. 일치하지 않는 경우는 Adjacency를 맺을 수 없다.

20. 1 1 2 4 4 2 2 8 Variable Packet Length Router ID Area ID Version Number Authentica -tion Type Authent-ication Type Checksum Data OSPF Packet Header • OSPF Packet Type : OSPF Packet의 Type을 나타낸다. • Type 1, Hello : Hello Packet이다. Neighbor Relationship을 맺고 유지하는데 사용된다. • Type 2, DBD(Database Description) : Topology Database의 내용에 대한 전체적인 Description으로 Adjacency가 초기화 될 때, 라우터간에 교환된다. • Type 3, LSR(Link State Request) : 자신의 Topology Database가 Neighbor Router의 DBD에 표시된 LSA Sequence 번호보다 오래 된 경우, Topology Database에 대한 요청을 보내는 경우에 사용된다. • Type 4, LSU(Link State Update) : LSR Packet에 대한 응답 패킷으로 LSA(Link State Advertisement)를 담고 있다. 하나의 LSU에 복수의 LSA를 포함할 수 있다. • Type 5, LSA(Link State Acknowledgement) : LSU에 대한 Ack Packet이다.

22. Type 2, DBD(Database Description) : Topology Database의 내용에 대한 전체적인 Description으로 Adjacency가 초기화 될 때, 라우터간에 교환된다.

23. Type 3, LSR(Link State Request) : 자신의 Topology Database가 Neighbor Router의 DBD에 표시된 LSA Sequence 번호보다 오래 된 경우, Topology Database에 대한 요청을 보내는 경우에 사용된다.

24. LSA #1

28. Adjacency with DR and BDR DR BDR • Ethernet 등 LAN 환경에서는 DR, BDR을 선출하여 그것들을 중심으로 LSA를 교환한다. • Hello Packet을 사용하여 Segment를 대표하는 DR, BDR을 선출한다. • 이후 각각의 라우터는 DR, BDR과의 Adjacency를 확보한다. • BDR은 라우터 들로부터 LSA를 받지만 Flooding 시키지 않는다. DR Fail 시에 DR로 작동한다.

29. P=3 P=2 DR BDR Hello P=1 P=1 P=0 Election of DR and BDR • Hello packet은 IP multicast(224.0.0.5)를 사용하여 교환된다. • Interface의 Default OSPF priority는 1이다.OSPF Priority가 동일한 경우 가장 높은 라우터 ID를 갖는 라우터가 DR로 선출된다. • OSPF의 우선 순위가 높은 라우터, 또는 Router ID가 높은 라우터가 네트워크 상에 나타나도 DR, BDR은 바뀌지 않는다. • debug ip ospf adj 명령을 통해 DR/BDR Election Process를 관찰할 수 있다.

30. Exchange Process 172.16.5.1/24 E0 172.16.5.2/24 E1 A B Down State I am router ID 172.16.5.1 and I see no one.(224.0.0.5) Router B Neighbors List 172.16.5.1/24, int E1 Init State I am router ID 172.16.5.2, and I see 172.16.5.1.(Unicast) Router A Neighbors List 172.16.5.2/24, int E0 Two-Way State • 상대방 라우터가 보내는 Hello Packet의 Neighbor List에 나의 라우터 ID가 나타난 시점이 Two-Way State이다. Two-Way State가 맺어지면 DR 선출 등 Adjacency 설정 절차로 들어간다. Adjacency가 확보되어야 비로소 LSA를 주고 받는다.

31. afadjfjorqpoeru 39547439070713 DBD Discovering Route DR E0 172.16.5.1 E0 172.16.5.3 Exstart State : DR과 DR Other 사이에 Master/Slave 관계가 형성된다. afadjfjorqpoeru 39547439070713 I will start exchange because I have router ID 172.16.5.1. Hello No, I will start exchange because I have a higher router ID. afadjfjorqpoeru 39547439070713 Hello Exchange State : Master(DR)와 Slave(DR Other)간에 DBD를 교환한다. afadjfjorqpoeru 39547439070713 Here is a summary of my link-state database. DBD Here is a summary of my link-state database.

32. Discovering Route DR E0 172.16.5.1 E0172.16.5.3 afadjfjorqpoeru 39547439070713 afadjfjorqpoeru 39547439070713 Thanks for the information! LSAck LSAck Loading State : Slave가 DBD를 점검하여 Master에 LSR을 요청하는 단계이다. afadjfjorqpoeru 39547439070713 I need the complete entry for network 172.16.6.0/24. LSR afadjfjorqpoeru 39547439070713 Here is the entry for network 172.16.6.0/24. LSU afadjfjorqpoeru 39547439070713 Thanks for the information! LSAck Full State : LSR에 대한 LSU를 받은 후 LSAck를 Master가 수신한 상태이다.

40. Choosing Routes 10.1.1.0/24 10.2.2.0/24 10.3.3.0/24 A B C Cost=6 Cost=1 Cost=10 10.4.4.0/24 Topology Table Net Cost Out Interface 10.2.2.0 6 To0 10.3.3.0 7 To0 10.3.3.0 10 E0 This is the best route to 10.3.3.0.

41. OSPF Metric • TOS(Type Of Service)기능이 Enable 되어 있으면 Metric은 Link의 Delay, Throughput, Reliability 이용한다.그러나 많은 메모리가 필요하므로 Cisco 라우터에서는 디폴트로 TOS기능의 활성화 되어 있지 않다.따라서 Link의 대역(Cost 값)만을 이용한다.Cost 값은 경유하는 링크의 누적 값이 된다. • Cost = SUM(10^8/Bandwidth 1, ... ,10^8/Bandwidth N)예) 1.544M serial(64) + 10M ethernet(10) = 74 10M ethernet : 10^8 / 10000000 = 10 1.544M Serial : 10^8 / 1544000 = 64

42. 2 1 x x 3 Maintaining Routing Inforamtion DR LSU I need to update my routing table. 4 LSU B A LSU Link-State Change • Link State에 변화가 있는 경우, Router A가 LSU를 OSPF DR, BDR에 224.0.0.6번으로 Multicast한다. • LSU Update를 받은 DR은 일반 라우터에 224.0.0.5번으로 LSU를 Multicast한다. • LSU Packet에 LSA(Link State Advertise) Entry가 들어 있다. • LSU를 받은 라우터는 Link State Database(Topology Database)를 Update한 후, 일정시간의 Delay(Default 5초) 후에 SPF Algorithm을 작동시켜 새로운 라우팅테이블을 생성한다. 일정시간의 Delay는 Flapping에 대한 대비이다. • 다른 OSPF Interface가 있는 경우, Flooding한다. • timer spf spf-delay-time spf-holdtime 명령(Router Configuration 명령)을 사용하여 SPF Algorithm 작동시 까지의 Delay Time(Default 5초)과 연속적인 재계산 사이의 경유해야 하는 시간(Default 10초)을 설정할 수 있다.

43. When a Link Changes State

44. LSU LSA Analyzing an LSU Is entry inlink-statedatabase? Is LSA’s seq. # the same? Ignore LSA Yes Yes No No Yes Add to database Is LSA’s seq. # higher? Send LSAck to DR No Send LSU with newer information to source Flood LSA Run SPF to calculate new routing table End End

45. OSPF Operation in a Point-to-Point Topology

46. Point-to-Point Neighborship • Router는 Hello Protocol을 사용하여 Dynamic하게 Neighboring Router를 Detection한다. • No Election: Router가 Communication을 시작하면 Adjacency가 자동으로 이루어지므로 Point-to-Point Neighborship에서는 Election이 필요 없다. • Point-to-Point Neighbor간의 OSPF Packet은 항상 Multicast 224.0.0.5로 보내어 진다. • PRI/BRI 연결에서 OSPF를 사용하는 경우에는 dialer map 명령을 사용하여 Neighbor Router의 IP Address와 전화번호를 Mapping 해주어야 하며, 라우팅 정보 교환을 원하는 경우는 Broadcast 키워드를 사용한다. • Async Link에서 OSPF Routing을 시키는 경우는 async default routing 명령을 사용하여야 라우팅 정보가 Neighbor Router로 넘어 간다.

47. Configuring OSPF in a Single Area Broadcast Network Point-to-Point Network S0 10.2.1.2 E0 10.64.0.1 10.64.0.2 E0 10. 2.1.1 S1 A B C <Output Omitted> interface Ethernet0 ip address 10.64.0.2 255.255.255.0 ! interface Serial0 ip address 10.2.1.2 255.255.255.0 <Output Omitted> router ospf 1 network 10.2.1.2 0.0.0.0 area 0 network 10.64.0.2 0.0.0.0 area 0 <Output Omitted> interface Ethernet0 ip address 10.64.0.1 255.255.255.0 ! <Output Omitted> router ospf 1 network 10.64.0.0 0.0.0.255 area 0 네트워크 Address또는 Interface Address를 할당한다. • 참고 : Process ID를 두개 이상 사용하는 경우는 Neighbor Router와 일치하는 Process ID가 유효하다. • Area_ID은 4 Octet의 Dotted Decimal Format으로 표현할 수 있다. 예를 들어 Backbone Area는 0.0.0.0으로 일반 Area는 192.168.1.0 등으로 표현하여 IP 대역을 표시하게 할 수 있다.

48. Optional OSPF Configuration Command • Router Priority • Router(config-if)# ip ospf priority number • Number는 0에서 255까지 사용이 가능하다.Default는 1이며 0은 DR이나 BDR이 될 수 없음을 의미한다. Router ID • 라우터가 OSPF에 알려지는 Number이다. • Default: OSPF Process가 Startup시의 Active Interface의 IP Address중 가장 높은 IP Address가 Router ID가 된다. • Loopback Interface가 있으면 Override한다. 이 경우 Active Loopback Interface 중 가장 높은 IP Address가 Router ID가 된다. • Router ID는 OSPF Process가 Re-Startup시에 재계산 된다. • Router의 Router ID를 판단하기 위해서는 show ip ospf interface명령을 사용한다.

49. Optional OSPF Configuration Command Traffic Cisco Non-Cisco Router(config-if)#ip ospf cost cost • 나가는 Interface에 Cost를 부여한다. • Non-Cisco Device(OSPF Cost 계산방법이 시스코와 상이할 수 있다.)와의 Interoperability를 위해서 사용될 수 있다. • Cisco Device간에는 Default Cost를 사용한다. • Default cost는 공식 10^8/bandwidth(in bps)로 계산된다.(56K Serial :1785, T1 : 64, Ethernet : 10, Fast Ethernet : 1) • Serial Line의 경우, Default Bandwidth는 1.544Mbps이다.실제 링크 스피드를 명시하기 위하여 bandwidth 명령을 사용한다. • Ethernet 등의 경우도 Bandwidth 설정을 바꾸면 즉시 적용된다.

50. Cost Modification Router(config-router)# auto-cost reference-bandwidth reference-bandwidth • Cost 계산 공식의 분모값(Default 100M=10^8)을 reference-bandwidth 설정 값으로 바꾸어Gigait Ethernet, ATM 등 100Mbps의 속도를 초과하는 Link에 대해 보다 정교한 Cost 값을 갖도록 한다. • Reference-bandwidth의 단위는 Mbps로 Range는 1에서 4294967까지 가능하다.값을 명시하지 않으면 Defualt로100M이다. (reference-bandwidth값이 100이다) • 참고 : ip ospf cost명령을 사용하여 부여한 Cost는 auto-cost에 의해 계산된 값을 항상 Override한다.(우선한다.)