OSPF Ein Internet Routing Protokoll. Dirk Jacob, Seite 2 Inhalt ëOSPF Überblick ëLink State...

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OSPF Ein Internet Routing Protokoll

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  • OSPF Ein Internet Routing Protokoll
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  • Dirk Jacob, Seite 2 Inhalt OSPF berblick Link State Advertisements Link State Datenbank OSPF Pakete Synchronisation von Link State Datenbanken Routing Tabelle Netzwerk-Typen Hierarchisches Routing Externe Routing Informationen OSPF Erweiterungen OSPF Paket-Typen
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  • Dirk Jacob, Seite 3 OSPF berblick OSPF = Open Shortest Path First benutzt Dijkstras SPF Algorithmus offener Standard, entwickelt von der IETF aktuell: Version 2, RFC 2328 Interior Gateway Protocol zum Routing innerhalb eines AS Link State Protokoll Vorteile: Schneller Datenbankabgleich bei Topologie-nderungen untersttzt groe Netzwerke geringe Anflligkeit gegenber fehlerhaften Routing- Informationen
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  • Dirk Jacob, Seite 4 OSPF Features Konzept der Areas fr hierarchische Topologien und Reduzierung der CPU- und Speicherlast auf den Routern unabhngig von IP-Subnetz-Klassen beliebige, dimensionslose Metrik Load Balancing bei Pfaden mit gleichen Kosten spezielle reservierte Multicast-Adressen reduzieren Auswirkungen auf Nicht-OSPF Gerte Authentifizierung External Route Tags Mglichkeit des TOS-Routing (aus RFC 2328 gestrichen, da nicht genutzt)
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  • Dirk Jacob, Seite 5 OSPF Funktionsweise Router identifizieren beim Start ihre Nachbarn nicht alle angrenzenden Router werden auch zu Nachbarn (adjacents) Abgleich der Link State Datenbanken mit den Nachbarn periodische Keepalives zur Aufrechterhaltung der Nachbarschaft periodische Link State Updates, um die Datenbanken konsistent zu halten Flooding von LSAs bei Topologienderungen
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  • Dirk Jacob, Seite 6 Einfaches Beispiel Point-To-Point Verbindungen Kosten fr jede Verbindung 1 Datenbanken synchronisiert jeder Router kennt krzesten Pfad zu jedem anderen Router 10.1.1.1 hat zwei Routen mit gleichen Kosten nach 10.1.1.6 Verbindung zwischen 10.1.1.2 und 10.1.1.4 fllt aus LSAs werden ber das ganze Netz verteilt nachdem DB Synchronisiert nur noch eine krzeste Route 10.1.1.110.1.1.410.1.1.2 10.1.1.3 10.1.1.6 10.1.1.5 X
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  • Dirk Jacob, Seite 7 Link State Advertisements Router verschicken LSA fr jeden ihrer Links beschreiben damit den fr sie sichtbaren Teil der Topologie alle LSAs zusammen ergeben die Link State Datenbank Advertising Router LS Typ Link State ID LS ChecksummeLnge LS Sequence Number 8888 32 Bits LSA Daten AlterOptionen verschiedene Arten von LSAs zur Implementierung der einzelnen Features
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  • Dirk Jacob, Seite 8 Identifikation von LSAs eindeutige Identifikation durch LS Typ Link State ID Advertising Router LSA Instanzen werden identifiziert durch LS Sequence Number LSA Inhalt verifiziert durch LS Checksumme Fletcher Checksumme ber komplettes LSA, auer Alter-Feld Schutz gegen Corruption Identitt von Paketen gleichen Alters mit gleicher Sequence Number
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  • Dirk Jacob, Seite 9 LSA Header Felder Alter Alter eines LSA in Sekunden erneutes Flooding nach 30 Minuten Maximales Alter 60 Minuten Optionen Flags, die eine besondere Handhabung von LSAs anzeigen Lnge
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  • Dirk Jacob, Seite 10 Beispiel: Router LSA den Seriellen Router Interfaces wurden keine IP-Adressen zugewiesen keine IP Subnetze fr serielle Verbindungen Interfaces haben Nummer und Kosten 10.1.1.110.1.1.410.1.1.2 10.1.1.3 10.1.1.6 10.1.1.5 (1,3) (2,5) (1,3)(1,6) (3,3) (2,10) (3,10) (2,3) (1,1) (2,6) (3,3) (1,1)(2,1) (3,1) (2,3) (1,5)
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  • Dirk Jacob, Seite 11 Beispiel: Router LSA (2) Advertising Router = 10.1.1.1 Typ = 1 Link State ID = 10.1.1.1 Checksumme = 0x9b47Lnge = 60 Sequence Number = 0x80000006 8888 32 Bits Alter = 0Optionen 000x00000000Anzahl Links = 3 Link ID =10.1.1.2 Link Daten = Interf. Index 1 # TOS = 0Link Typ = 1Link-Kosten = 3 Link ID =10.1.1.3 Link Daten = Interf. Index 2 # TOS = 0Link Typ = 1Link-Kosten = 5 Link ID =10.1.1.1 Link Daten = 255.255.255.255 # TOS = 0Link Typ = 3Link-Kosten = 0 Link Typ 1: Peer-to-peer Link Typ 3: Stub Network
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  • Dirk Jacob, Seite 12 Link State Datenbank LSAs zusammen bilden Link State Datenbank nach entdecken eines benachbarten Routers werden Datenbanken untereinander ausgetauscht danach Synchronisation durch Reliable Flooding LS Datenbank gibt komplette Beschreibung des Netzwerks und des Zustands aller Router Quelle zur Berechnung der Routing Tabelle
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  • Dirk Jacob, Seite 13 Beispiel Link State DB des Netzwerks aus dem vorigen Beispiel: LS-Type Router-LSA Link State ID 10.1.1.1 10.1.1.2 10.1.1.3 10.1.1.4 10.1.1.5 10.1.1.6 Adv. Router 10.1.1.1 10.1.1.2 10.1.1.3 10.1.1.4 10.1.1.5 10.1.1.6 Checksum 0x9b47 0x219e 0x6b53 0xe39a 0xd2a6 0x05c3 Seq. No. 0x80000006 0x80000007 0x80000003 0x8000003a 0x80000038 0x80000005 Age 0 1618 1712 20 18 1680
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  • Dirk Jacob, Seite 14 OSPF Pakete IP Header (Protocol #89) OSPF Paket OSPF Paket Header OSPF Paket Data 5 Pakettypen: Hello Database Description Link State Request Link State Update Link State Acknowledgement bertragung ber IP, Protokoll #89 bertragung direkt an Nachbarn oder ber Multicast Adressen OSPF Pakete werden nur zwischen Nachbarn im Netz ausgetauscht, niemals auerhalb ihres Ursprungs-Netzes weiter gerouted (TTL=1)
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  • Dirk Jacob, Seite 15 OSPF Header VersionTyp Area ID Lnge Router ID ChecksummeAuType Authentifizierung*) Paket Daten 8888 32 Bits Key IDAuth. Length0x0000 Cryptogr. Sequence Number *) falls AuType = 2:
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  • Dirk Jacob, Seite 16 Identifizieren von Nachbarn Nachbarn sind die Router, mit denen ein Router direkt Informationen austauscht periodisches Senden von Hello-Paketen ber alle Interfaces Hello Protokoll auch zum erkennen fehlerhafter Links sicherstellen mehrerer Vorausetzungen bidirektionale Kommunikation bereinstimmung verschiedener Parameter erkennen und aushandeln verschiedener Erweiterungen in bestimmten Netzwerktypen zustzliche Funktion
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  • Dirk Jacob, Seite 17 Datenbank-Synchronisation zentraler Punkt, da alle Router identische Datenbanken haben mssen 2 Arten von Synchronisation: Initiale Synchronisation, wenn das Nachbarschafts-Verhltnis aufgebaut wird Kontinuierliche Synchronisation, um die Konsistenz der Datenbanken zu gewhrleisten (flooding)
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  • Dirk Jacob, Seite 18 Initiale Synchronisation Explizite bertragung der gesamten Datenbank, wenn Nachbarschaftsverhltnis aufgebaut wird abhngig vom Netzwerk-Typ (spter) Synchronisatzion, wenn bi-direktionale Kommunikation besteht Senden aller LS Header aus der eigenen LSDB an den Nachbarn OSPF Database Description Pakete Flooding aller zuknftigen LSAs ber die Verbindung immer nur ein DD Paket zur selben Zeit, Senden des nchsten Pakets erst nach Acknowledge durch Senden eines entsprechenden DD Pakets des Nachbarn bestimmen, welche LSAs in der eigenen DB fehlen und Anfordern dieser Pakete mit Link State Request Paketen Nachbar flooded diese in Link State Update Paketen danach bereit fr Daten-Verkehr ber die Verbindung (fully adjacent)
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  • Dirk Jacob, Seite 19 Beispiel 10.1.1.4 10.1.1.6 OSPF Hello OSPF Hello: I heard 10.1.1.6 Database Description: Sequence = x DD: Sequence = x, 5 LSA Headers = (router-LSA, 10.1.1.1, 0x80000004), (router-LSA, 10.1.1.2, 0x80000007), (router-LSA, 10.1.1.3, 0x80000003), (router-LSA, 10.1.1.4, 0x8000003b), (router-LSA, 10.1.1.5, 0x80000039), (router-LSA, 10.1.1.6, 0x80000005) DD: Sequence = x+1, 1 LSA Header = (router-LSA, 10.1.1.6, 0x80000001) DD: Sequence = x+1 Router aus vorherigen Beispielen sind synchronisiert 10.1.1.6 wird neu gestartet
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  • Dirk Jacob, Seite 20 Beispiel (2) 10.1.1.4 10.1.1.6 LS Update: LSAs = (router-LSA, 10.1.1.1, 0x80000004), (router-LSA, 10.1.1.2, 0x80000007), (router-LSA, 10.1.1.3, 0x80000003), (router-LSA, 10.1.1.4, 0x8000003b), (router-LSA, 10.1.1.5, 0x80000039), (router-LSA, 10.1.1.6, 0x80000005) LS Request: LSAs = (router-LSA, 10.1.1.1), (router-LSA, 10.1.1.2), (router-LSA, 10.1.1.3), (router-LSA, 10.1.1.4), (router-LSA, 10.1.1.5), (router-LSA, 10.1.1.6) LS Update: LSA = (router-LSA, 10.1.1.6, 0x80000006)
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  • Dirk Jacob, Seite 21 Reliable Flooding 10.1.1.3 schickt LS Update 10.1.1.110.1.1.410.1.1.2 10.1.1.3 10.1.1.6 10.1.1.5 gleiche Kopie eines LSA ist implizites Ack generell: delayed Acks alle LSAs mssen implizit oder explizit acknowledged werden
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  • Dirk Jacob, Seite 22 Robustheit des Flooding Flooding ber alle Links nicht nur ber Spanning Tree einzelne gestrte Links stren nicht die Synchronisation LSA-Refreshs nach 30 Minuten, um Fehler in Router-Datenbanken zu korrigieren bertragungsfehler werden durch Checksumme erkannt solche LSAs nicht acknowledgen LS Alterung zwingt zum regelmigen Austausch der LSAs in den Datenbanken nach max. 1h ist auf jeden Fall aktuelle LSA in der Datenbank LSAs knnen hchstens alle 5s aktualisiert werden keine Annahme von LSAs die weniger als 1s vorher bereits angenommen wurden
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  • Dirk Jacob, Seite 23 Berechnung der Routing Tabelle Link State Datenbank ist ein gerichteter Graph mit Kosten fr jeden Link Dijkstras SPF Algorithmus zur Berechnung der krzesten Pfade zu allen Zielen gleichzeitig: addiere Router zum Shortest-Path-Tree fge alle Nachbarn zur Candidate List hinzu addiere den Router mit den kleinsten Kosten zum Tree fge die Nachbarn dieses Routers an die Candidate List an wenn noch nicht vorhanden wenn Kosten niedriger als im bisherigen Listeneintrag wiederhole, bis die Candidate List leer ist Laufzeit O(l*log(n))
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  • Dirk Jacob, Seite 24 Beispiel 10.1.1.110.1.1.410.1.1.2 10.1.1.3 10.1.1.6 10.1.1.5 3 3 3 3 3 3 1 1 1 1 10 6 6 5 5 10.1.1.110.1.1.410.1.1.2 10.1.1.3 10.1.1.6 10.1.1.5 33 1 1 6 5 10.1.1.5 (1, 10.1.1.5) 10.1.1.2 (3, 10.1.1.2) 10.1.1.1 (5, 10.1.1.1) 10.1.1.2 (3, 10.1.1.2) 10.1.1.4 (4, 10.1.1.5) 10.1.1.1 (5, 10.1.1.1) 10.1.1.6 (11, 10.1.1.5) 10.1.1.4 (4, 10.1.1.5/2) 10.1.1.1 (5, 10.1.1.1) 10.1.1.6 (11, 10.1.1.5) 10.1.1.1 (5, 10.1.1.1) 10.1.1.6 (10, 10.1.1.5/2) Liste leer.
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  • Dirk Jacob, Seite 25 Netzwerk-Typen bisher nur einfache Point-to-Point Verbindungen viele andere Netzwerk-Technologien (Ethernet, Token Ring,...) spezifische Anforderungen an OSPF Unterschiede in: Aufbau und Aufrechterhaltung von Nachbarschafts- Verhltnissen Datenbank Synchronisierung Reprsentation in der Link State Datenbank Point-To-Point Broadcast Nonbroadcast Multiaccess Point-to-Multipoint
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  • Dirk Jacob, Seite 26 IP Subnetze IP Subnetze bestehen aus Netzwerk-Adresse und Subnetz Maske IP-Routing auf Subnetz Ebene, nicht auf Host Ebene Verkehr zwischen IP Subnetzen geht ber Router Pakete knnen zwischen Hosts/Routern im gleichen Subnetz verschickt werden Datenaustausch zwischen Routern nur, wenn sie an ein gemeinsames Subnetz angeschlossen sind OSPF Hellos werden nur akzeptiert, wenn: gleiche Subnet-Mask beide Interfaces gehren zum gleichen IP Subnetz
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  • Dirk Jacob, Seite 27 Broadcast Subnets Netzwerk, in dem ein Paket von allen anderen im Netz empfangen wird (z.B. Ethernet) Nachbarschaftsverhltnisse: OSPF Router gehren der Multicast Gruppe AllSPFRouters (224.0.0.5) an Hello Pakete werden an diese Adresse geschickt ermglicht automatisches Erkennen von Nachbarn, ohne deren IP Adressen kennen zu mssen Reduzieren von Hello-Paketen, da alle angrenzenden Router mit einem Hello Paket erreicht werden wenn Multicast nicht untersttzt wird, werden Hellos als Broadcast verschickt (also auch an Nicht-OSPF Knoten)
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  • Dirk Jacob, Seite 28 Broadcast Subnets (2) Datenbank-Synchronisation: viel Last durch unntige Last, wenn jeder Router LSAs an jeden anderen Router verschickt Konzept des Designated Routers, der das Netzwerk reprsentiert Router bilden nur Nachbarschaftsverhltnis mit dem DR Backup DR steht bereit, falls der DR ausfllt Designated Routers haben Multicast Adresse 224.0.0.6 (AllDRouters)
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  • Dirk Jacob, Seite 29 Wahl des DR und BDR Router wird aktiv und bestimmt alle Nachbarn wenn aktiver DR und BDR, diese bernehmen kein BDR, dann wird der Router mit der hchsten Prioritt BDR bei gleicher Prioritt, Router mit der grten ID kein DR, dann BDR zum DR whlen und Prozedur fr BDR wiederholen erste beide zur Wahl stehende Router werden DR und BDR nur Router mit Prioritt > 0 mit bidirektionaler Kommunikation stehen zur Wahl steht kein Router zur Wahl, dann kein DR und BDR keine Adjacencies nur ein Router, dann DR und kein BDR
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  • Dirk Jacob, Seite 30 Network LSAs Network LSA reprsentiert das gesamte Broadcast Subnetz Router LSAs haben einen Link zur Network LSA Reduktion der Links von n*(n-1) auf n*2 DR verbreitet Network LSA Link State ID = IP-Adresse des DR
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  • Dirk Jacob, Seite 31 Network LSA Pakete Advertising Router Typ = 2 Link State ID ChecksummeLnge Sequence Number 8888 32 Bits AlterOptionen Netzwerk Maske Router
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  • Dirk Jacob, Seite 32 NBMA Subnets NBMA Subnetze erlauben beliebigen Routern direkt miteinander zu kommunizieren, bieten aber kein Broadcast (z.B. ATM,...) NBMA Netze knnen als Point-to-Multipoint Netze modelliert werden aber auch hnliche Mechanismen wie bei Broadcast Netzen kein Broadcast mglich, also mssen benachbarte Router von Hand konfiguriert werden nur in Routern mit Prioritt >0, da nur diese DR werden knnen und alle anderen kennen mssen diese whlen dann DR und BDR DR schickt Hellos an die brigen Router, die dann per Unicast antworten knnen Datenbank Synchronisation wie bei Broadcast Netzen Reprsentation in der Datenbank auch hier mit Network LSA
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  • Dirk Jacob, Seite 33 Point-to-Multipoint Subnets berall Anwendbar, wo auch NBMA Subnetze anwendbar sind (ATM,...) normalerweise verbindungs-gebundene Netzwerke nicht alle Router mssen paarweise kommunizieren knnen einzelne Verbindungen werden dabei wie Point-to-Point Links behandelt Aufbau von Nachbarschaft wie bei Point-to-Point Links Nachbarschaft mit allen Routern zu denen bidirektionale Kommunikation besteht Datenbank-Synchronisation wie bei Point-to-Point Links in der Router LSA: eine point-to-point Verbindung zu jedem Nachbarn ein Stub Network fr seine eigene IP-Adresse
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  • Dirk Jacob, Seite 34 Hierarchisches Routing groe AS fhren zu groen Link State Datenbanken hohe Anforderungen an Speicher und Prozessoren der Router hohe Bandbreiten beim Austausch von Routing Informationen Partitionieren des Netzes in einzelne Teile Hierarchie oberste Ebene: Routing ist flach, alle Router kennen alle Netzwerksegmente aber: nur rudimentaere Kenntnisse ber andere Partitionen weiterreichen von Paketen an die jeweils hhere Stufe, wenn Zieladresse nicht bekannt mglicherweise wird der Weg von Quelle zu Ziel lnger
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  • Dirk Jacob, Seite 35 OSPF Areas in OSPF zwei Hierarchiestufen Areas jede Area hat eigene Link State Datenbank Routing innerhalb der Area ist flach Details ber die Topologie der Area sind auerhalb der Area nicht bekannt Router-LSAs und Network-LSAs werden nicht ber Area Grenzen hinweg geflooded Router, die zu mehreren Areas gehren heien Area Border Routers ABRs tauschen Informationen ber Areas in Network Summary LSAs aus in Summary LSAs werden Adressen aus der Area zu einem Longest Prefix zusammengefat Link State ID ist die Prefix-Adresse (z.B. 10.2.0.0) Kosten = Kosten vm ABR zum teuersten Ziel-Netz
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  • Dirk Jacob, Seite 36 Network Summary LSA Advertising Router Typ = 3 o. 4 Link State ID ChecksummeLnge Sequence Number 8888 32 Bits AlterOptionen Netzwerk Maske 0x00Kosten TOSTOS-Metrik 0x00Kosten
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  • Dirk Jacob, Seite 37 Area Organisation alle Areas mssen mit der Backbone Area (Area ID 0) verbunden sein ABRs schicken Summary LSAs ihrer Areas in den Backbone fr jedes Ziel wird die beste Summary LSA in die eigene Area geschickt nicht unbedingt physikalische Links an Backbone erforderlich virtuelle Links
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  • Dirk Jacob, Seite 38 Virtuelle Links logischer Anschlu von Areas an den Backbone Summary LSAs werden durch einen Tunnel durch eine Area transportiert Datenpackete werden nicht ber Backbone gerouted, falls dieser nicht auf dem krzesten Weg liegt virtuelle Links vergleichbar mit Punkt-zu-Punkt Links Area 0 Area 1 Area 2
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  • Dirk Jacob, Seite 39 Externe Routing Information Internet besteht aus Autonomen Systemen OSPF innerhalb von AS Grenze einer OSPF Domain zur Auenwelt ist AS Boundary Router Routing Information aus anderen Routing Protokollen kann von ASBRs mit eingebracht werden um den besten Weg aus dem eigenen Netz heraus zu finden AS External LSAs zwei Arten von Externem Traffic Intra-Area Inter-Area Type 1 External (Kosten bis zum ASBR + Externe Kosten) Type 2 External (nur externe Kosten)
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  • Dirk Jacob, Seite 40 AS External LSA Advertising Router Typ = 5 Link State ID ChecksummeLnge Sequence Number 8888 32 Bits AlterOptionen Netzwerk Maske EKosten0000000 Forwarding Adresse External Route Tag ETOS MetrikTOS Forwarding Adresse External Route Tag Netzwerk Maske EKosten0000000 Forwarding Adresse External Route Tag
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  • Dirk Jacob, Seite 41 Areas und Externe Routen AS External LSAs werden ber Area Grenzen geflooded zustzlich werden ASBR-Summary LSAs von den ABRs in ihren Areas verteilt
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  • Dirk Jacob, Seite 42 Area Typen Verschiedene Area Typen, um Link State Datenbanken weiter verkleinern zu knnen Stub Areas AS External LSAs werden dorthin nicht bertragen Routing zu externen Zielen ber Default Routen keine ASBRs keine virtuellen Links Summary LSAs optional NSSAs Erweiterung zu Stub Areas kleine Anzahl externer Rouen erlaubt NSSA External LSAs werden an der NSSA-Grenze in AS-External LSAs bersetzt NSSA-Grenze ist Einbahnstrae fr Externe Routing-Information
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  • Dirk Jacob, Seite 43 NSSA External LSA Advertising Router Typ = 7 Link State ID ChecksummeLnge Sequence Number 8888 32 Bits AlterOptionen Netzwerk Maske EKostenTOS Forwarding Adresse External Route Tag Netzwerk Maske EKostenTOS Forwarding Adresse External Route Tag
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  • Dirk Jacob, Seite 44 OSPF Erweiterungen *DCEAN/PMCET* OSPF Optionen: DC = Untersttzung von Whlleitungen (RFC 1793) EA = Empfang und Weiterleitung von External Attribute LSAs N = NSSA External LSAs werden untersttzt (in Hello Paketen) P = Pakete vom Typ 7 in Typ 5 bersetzen (in NSSA External LSAs) MC = Forwarding von IP Multicast Paketen (MOSPF) E = Annehmen von AS External LSAs T = Untersttzung von TOS wenn Optionen nicht bereinstimmen evtl. kein Nachbarschaftsverhltnis kein Flooding von neuen LSA-Typen, wenn vom Nachbar nicht untersttzt evtl. Ignorieren bestimmter LSAs bei der Berechnung der Routing Tabelle
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  • Dirk Jacob, Seite 45 Hello Paket OptionsRouter Prio. Area ID Lnge Router ID ChecksummeAuType Authentifizierung Netzwerk Maske 8888 32 Bits Hello Interval Router Dead Interval Designated Router Backup Designated Router Neighbour VersionTyp=1
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  • Dirk Jacob, Seite 46 Database Description Paket Options00000 Area ID Lnge Router ID ChecksummeAuType Authentifizierung 8888 32 Bits Interface MTUl DD Sequence Number LSA Headers VersionTyp=2 IMMS
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  • Dirk Jacob, Seite 47 Link State Request Area ID Lnge Router ID ChecksummeAuType Authentifizierung Link State Type 8888 32 Bits Link State ID Advertising Router VersionTyp=3 Link State Type Link State ID Advertising Router
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  • Dirk Jacob, Seite 48 Link State Update Area ID Lnge Router ID ChecksummeAuType Authentifizierung Anzahl LSAs 8888 32 Bits LSAs VersionTyp=4
  • Folie 49
  • Dirk Jacob, Seite 49 Link State Acknowledgement Area ID Lnge Router ID ChecksummeAuType Authentifizierung 8888 32 Bits LSA Headers VersionTyp=5
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  • Dirk Jacob, Seite 50 ENDE.