Chapter 11. OSPF(Open Shortest Path First)

Chapter 11. OSPF(Open Shortest Path First)
1. OSPF란
 - Link-State Routing Protocol의 한 종류로 Link 상태로 최적 경로를 판단하는 Protocol이다.
 - SPF(Shortest Path First) 또는 Dijkstra 알고리즘을 이용해 최적 경로를 계산한다.
 - Convergence Time(수렴시간)
  ‧ 라우터(Router) 간에 서로 변경된 Routing 정보를 주고받는데 걸리는 시간을 말한다.
  ‧ RIP의 수렴시간은 30sec로 오래 걸리지만 OSPF는 네트워크상의 변화가 일어나면 Routing 정보를 바로 전송하기 때문에 빠르다.
 - AD(Advertise Distance) : 110
 - Metric Factors
  ‧ Cost
  ◦ 출발지 라우터(Router)에서 목적지 라우터(Router)까지의 각 라우터(Router)에서 기준 대역폭(Reference Bandwidth : 10⁸)을 나눈 값의 총합
  ◦ Bandwidth(bps)/10⁸

 - 네트워크의 크기
  ‧ RIP은 Hop Count가 15Hop이내이기 때문에 소규모지 네트워크에 쓰인다.
  ‧ OSPF는 Hop Count와 같은 제한이 없다.
 - 네트워크의 대역폭 활용
  ‧ RIP은 30sec마다 Broadcast Address로 Routing 정보를 전송하기 때문에 대역폭 낭비가 크다.
  ‧ OSPF는 네트워크에 변화가 있을 때만 Routing 정보를 전송하기 때문에 대역폭 낭비가 없다.
 - OSPF의 장점
  ‧ Link-State Routing Protocol
  ‧ 수렴시간이 짧아 대규모의 네트워크에 적합
  ‧ Area라는 개념을 이용해 전체 OSPF 네트워크를 작은 영역으로 나누어 관리
  ‧ 네트워크를 작은 영역으로 나눠 관리하기 때문에 빠른 Update와 효율적인 관리가 가능
  ‧ Classless Routing Protocol로 VLSM과 CIDR을 모두 지원
  ‧ Stub이라는 축약기능이 있어 IP주소가 연속되지 않아도 Routing Table의 크기를 획기적으로 축약 가능
  ‧ 표준 Routing Protocol이기 때문에 모든 장비에서 사용 가능
  ‧ 수렴 시간이 전반적으로 빠름
 - OSPF의 단점
  ‧ 네트워크의 종류에 따라 동작하는 방식과 설정이 달라 설정이 이전의 Routing Protocol보다 복잡
  ‧ Routing 정보 계산 및 유지를 위해 CPU, DRAM과 같은 자원을 많이 이용해 부담을 줄 수 있음

 

2. OSPF의 Topology(Network Type)
 - Broadcast Multi-access Topology

  ‧ Broadcast 또는 Multicast 방식을 통해 하나의 Packet만 전송해도 모든 장비에 전송되는 Topology
  ‧ Broadcast Network
  ◦ 하나의 Broadcast Packet을 전송할 경우 동일 네트워크상의 모든 장비에게 전달되는 네트워크
  ‧ Multi-Access Network
  ◦ 하나의 장비를 통해 다수의 장비와 연결된 네트워크
 - Point-to-Point Topology

  ‧ 네트워크상에서 한 쌍의 라우터(Router)만 존재하는 Topology
 - NBMA(Non Broadcast Multi-Access)

  ‧ Broadcast Packet이 지원되지 않는 Multi-Access Network
  ‧ 대부분 내부에 가상회로(Virtual Circuit)방식을 사용한다.
  ‧ NBMA에서는 Broadcast를 사용하여 전송할 경우 가상회로 하나당 하나씩 Broadcast Packet을 전송해야한다.
  ‧ Frame Relay나 X.25 네트워크가 해당된다.

 

3. OSPF의 DR과 BDR
 - Multi-Access Network에 접속된 라우터(Router)가 1:1로 Routing 정보(LSA)를 교환할 경우 LSA와 LSAck가 많이 발생하기 때문에 중계 역할의 DR과 DR의 Backup용(보조)의 BDR을 선출한다.
 - 네트워크의 OSPF에 각 라우터(Router)가 참여하면 DR과 BDR에게만 해당 라우터(Router)의 Link-State를 알리게 되는데 모든 라우터(Router)들과 Link-State를 교환할 경우 발생하는 트래픽(traffic)을 줄이고 정보의 일치성을 지키기 위해 DR과 BDR에게만 알린다.
 - DR과 BDR은 Broadcast와 NBMA에서만 사용가능하며 Point-to-Point에서는 사용 불가능하다.
 - DR(Designated Router)
  ‧ OSPF를 사용하는 네트워크상에서 Link-State의 중계 역할을 하는 라우터(Router)
 - BDR(Backup Designated Router)
  ‧ OSPF를 사용하는 네트워크상에서 DR에 문제가 생겼을 때 이를 대체할 수 있는 라우터(Router)
 - DR(Designated Router) 선출 방법
  ‧ OSPF Priority가 가장 높은 가장 높은 라우터(Router)가 DR로 선출되고 그 다음으로 높은 라우터(Router)가 BDR로 선출된다.
  ‧ OSPF Priority가 동일할 경우 Router-ID가 높은 것이 DR, BDR로 선출된다.
  ‧ DR이 선출된 이후에 더 높은 OSPF Priority를 가진 라우터(Router)가 추기돼도 DR과 BDR은 변경되지 않는다.
  ‧ DR이 Down되면 BDR이 DR로 변경되고 BDR이 다시 선출된다.
    ※ DR과 BDR이 아닌 나머지 라우터(Router)들을 DROTHER라고 한다.

4. OSPF Packet
 - Hello Packet
  ‧ 인접 라우터(Router) 간 Neighbor 관계를 형성하고 Neighbor 관계를 유지하는데 사용하는 Packet
 - DBD(DataBase Description) Packet
  ‧ OSPF의 Routing 정보(LSA;Link-State Advertisement)의 요약된 정보를 알려줄 때 사용하는 Packet
 - LSR(Link-State Request) Packet
  ‧ Neighbor에게서 수신한 DBD Packet에 해당 라우터(Router)가 모르는 네트워크가 있을 때 Neighbor에게 상세 정보를 요청할 때 사용하는 Packet
 - LSU(Link-State Update) Packet
  ‧ Neighbor로부터 LSR을 받거나 네트워크 상태가 변했을 때 네트워크 정보를 전송할 때 사용하는 Packet
 - LSAck(Link-State Acknowledgement) Packet
  ‧ OSPF Packet을 수신했음을 알려줄 때 사용하는 Packet 

 

5. OSPF 동작방식
 - OSPF를 설정한 라우터(Router)들이 Hello Packet을 교환해 Neighbor 또는 Adjacent Neighbor를 맺는다.
 - Adjacent Neighbor인 라우터(Router)간 Routing 정보(LSA)를 서로 교환한 후 전송받은 LSA를 Link-state Database에 저장한다.
 - LSA를 모두 교환한 후 SPF(Shortest Path First) 또는 Dijikjstra Algorithm을 이용해서 각 목적지 까지의 최적경로를 계산해 Routing Table에 저장한다.
 - 주기적으로 Hello Packet을 교환하면서 정상 동작을 확인한다.
 - 네트워크 상태가 변화면 위 과정을 반복해 Routing Table을 최신화시킨다.
 - Adjacent Neighbor
  ‧ OSPF에서 Routing 정보(LSA)를 서로 교환하는 Neighbor

6. OSPF Area
 - OSPF는 네트워크를 둘 이상의 Area로 나눠서 관리한다.
 - 규모가 작을 경우 하나의 Area만 사용해도 무관하다.
 - Area number
  ‧ Area가 하나일 경우 : 아무 번호나 상관없다.
  ‧ Area가 둘 이상일 경우 : 0번부터 지정해야한다.
 - Backbone Area
  ‧ Area number가 0번인 Area
  ‧ 다른 Area는 Area 0과 물리적으로 연결되어야 한다.
 - OSPF가 대규모 네트워크에 적합한 이유는 Area를 사용해 네트워크를 관리하기 때문이다.
 - Stub Area
  ‧ OSPF를 사용하는 네트워크에서 다른 Area의 Routing 정보(LSA)를 획기적으로 줄여주는 기능
 - Area에 따른 OSPF 라우터(Router)의 종류

  ‧ Backbone Router
  ◦ Backbone Area(Area 0)에 소속된 라우터(Router)
  ‧ Internal Router
  ◦ 하나의 Area에만 소속된 라우터(Router)
  ‧ ABR(Area Border Router)
  ◦ 두 개 이상의 Area들 사이 경계에 있는 라우터(Router)
  ‧ ASBR(AS boundary Router)
  ◦ OSPF를 Routing Protocol로 설정한 네트워크와 다른 Routing Protocol로 설정한 네트워크를 연결하는 AS 경계의 라우터(Router)