OSPF: Áreas y LSA

OSPF se puede usar sin pensar mucho en los problemas de diseño. Simplemente activas OSPF en todos los routeres, colocas todas las interfaces en la misma área (generalmente el área 0) y funciona!

La siguiente imagen muestra un ejemplo de red de este tipo, con 11 routeres y todas las interfaces en el área 0.

El área 0 o backbone en OSPF
El área 0 o backbone en OSPF

Pero las redes OSPFv2 más grandes no lo pasan bien con un diseño de área única.

Imagina una red empresarial con 900 routeres, en lugar de solo 11 como comenté en el ejemplo anterior, y varios miles de subredes. El resultado será que el tiempo de la CPU para ejecutar el algoritmo SPF llevaría mucho tiempo.

Como resultado, el tiempo de convergencia de OSPFv2 para reaccionar a los cambios en la red, podría ser lento. Los routeres también podrían tener poca memoria RAM. Otros problema que se dan con un diseño de área única son los siguientes:

  • Una topología de red muy grande requiere más memoria en cada router.
  • El algoritmo SPF requiere mayor potencia de procesamiento (CPU) que rece exponencialmente a medida que la base de datos de la topología de red crece.
  • Si cualquier cambio en el estado de la interfaz de la red se da (up a down, o down a up) fuerza a todos los routeres a ejecutar SPF de nuevo.

La solución es tomar una base de datos LSDB grande y dividirla en varias LSDB más pequeñas utilizando las áreas en OSPF.

Con esto SPF hace sus complicadas matemáticas en la topología dentro del área, y solo dentro de esa área.

Por ejemplo, una red con 1000 routeres y 2000 subredes, divididas en 100 áreas, promediaría 10 routeres y 20 subredes por área. El cálculo de SPF en un router solo tendría que procesar la topología de unos 10 routeres y 20 enlaces, en lugar de 1000 routeres y 2000 enlaces.

¿Qué tan grande debe ser una red antes de que OSPF necesite usar áreas?

No existe una respuesta establecida porque el comportamiento del proceso SPF depende en gran medida de la velocidad de procesamiento de la CPU, la cantidad de RAM, el tamaño de la base de datos LSDB, etc.

Algunos documentos a lo largo de los años han enumerado 50 routeres como la línea divisoria en la que una red realmente debería usar múltiples áreas OSPF.

Áreas en OSPF

El diseño del área en OSPF sigue un par de reglas básicas. Para aplicar las reglas, comienza con un dibujo limpio de la red, con routeres y todas las interfaces. Luego, elije el área para cada interfaz del router, de la siguiente manera:

  • Coloca todas las interfaces que están conectadas a la misma subred dentro de la misma área.
  • Un área debe ser contigua.
  • Algunos routeres deben ser internos al área, con todas las interfaces asignadas a esa única área.
  • Algunos routeres deben ser Routeres de Borde de Área, en inglés; Area Border Routers (ABR), porque algunas interfaces se conectan con el área de backbone y otras no.
  • Todas las áreas que no son de backbone deben tener un camino para alcanzar al área de backbone (area 0) teniendo al menos un ABR conectado hacia el área de backbone y el área que no es de backbone.

Nota: El área de backbone es un área especial que forma la parte central de la red a la que se encuentran conectadas el resto de áreas de la misma. Las rutas entre las diferentes áreas circulan siempre por el backbone, por lo tanto todas las áreas deben conectar con el backbone. Si no es posible hacer una conexión directa con el backbone, se puede hacer un enlace virtual entre redes.

Wikipedia

La siguiente imagen muestra un ejemplo de cómo podríamos implementar las áreas de OSPF basándonos en la primera red de ejemplo. En la primera imagen teníamos 11 routeres y sus enlaces. Supongamos que un Ingeniero realiza este trabajo, a la izquierda, el ingeniero colocó cuatro enlaces WAN y las LAN conectadas a los routeres del segmento B1 a B4 en el área 1. De manera similar, colocó los enlaces a los segmentos B11 a B14 y sus LAN en el área 2. Ambas áreas necesitan una conexión al área de la red de backbone (troncal), área 0, por lo que puso las interfaces LAN de D1 y D2 en el área 0, junto con D3, creando el área de backbone.

La imagen también muestra algunos términos importantes de diseño de áreas en OSPF.

Ejemplo de Áreas de OSPF (Multiáreas )
Ejemplo de Multiáreas en OSPF
TérminoDescripción
Routeres de Borde de Área (ABR)Un router OSPF con interfaces conectadas al área de backbone y al menos otra interfaz a otra área
Router de BackboneUn router conectado al área de backbone (incluidos los ABRs)
Router InternoA router en un área (no el área de backbone)
ÁreaA un grupo de routeres y enlaces que comparten los mismos detalles de información de la LSDB, pero no con otros routeres en otras áreas, esto es para mejorar la eficiencia
Área de BackboneUn área de OSPF especial donde todas las demás áreas deben conectarse – area 0
Router Intra-áreaUna ruta a una subred dentro de la misma área del router
Router InteráreaUna ruta a una subred en un área de la que el router no forma parte
Terminología del diseño de la imagen de ejemplo de áreas en OSPF

(OSPFv2) Link-State Advertisements (LSA)

Como vimos en el capítulo anterior, los routeres OSPF utilizan los mensajes LSA (anuncios de estado de enlace) para intercambiar información de la topología de red. Cuando dos vecinos deciden intercambiar rutas, se envían entre sí una lista de todos los LSAs en su respectiva base de datos de topología. Luego, cada router verifica su base de datos y envía un mensaje de solicitud de estado de enlace (LSR) solicitando todos los LSA que no se encuentran en su tabla. Otro router responde con la Actualización de estado de enlace (LSU) que contiene todas las LSA solicitadas por el otro vecino.

La topología en un área incluye routeres y los enlaces entre los routeres. OSPF define los dos primeros tipos de LSA para definir esos detalles exactos, de la siguiente manera:

  • Un LSA router para cada router en el área
  • Un LSA network para cada red que tenga un DR más un vecino del DR

Un tercer tipo de LSA seria la información del ABR sobre cada subred en un área para anunciar en otras áreas, básicamente solo los ID de subred y las máscaras, como un tercer tipo de LSA:

  • Un LSA con el resumen de cada ID de subred que existe en diferentes áreas

Existen Tres Tipos de LSA:

Nombre del LSATipo de LSAPropósito PrincipalContenido del LSA
Router1Describe al routerRID, interfaces, direcciones/máscara IP, estado actual de la interfaz (estatus)
Network2Describe una red que tiene un DRDR y direcciones IP del BDR, ID de la subred,
máscara
Summary3Describe una subred en otra áreaID de la subred, máscara, RID del ABR que anuncia los LSA

Muchas personas tienden a sentirse un poco intimidadas por las LSA de OSPF cuando las conocen por primera vez. Los comandos que enumeran un resumen del contenido de la LSDB, como el comando show ip ospf database, en realidad enumeran mucha información. Los comandos que enumeran los detalles de la LSDB pueden enumerar cantidades abrumadoras de información, y esos detalles parecen estar en algún tipo de código, usando muchos números. Puede parecer un poco desordenado.

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