Universidad de Costa RicaFacultad de IngenieraEscuela de Ingeniera ElctricaIE-0425 Redes de Computadoras

Trabajo final:

Protocolo OFS

Por:Ernesto Cspedes Montero A31355Daniel Mndez Manuel Ruh Guvara

julio 2014

Introduccin

OSPF es un protocolo basado en el protoocolo de enrutamiento SPF de estado de enlace o de base de datos distribuida.

Conceptos

Sistema AutonomoUn sistema autnomo es un grupo de routers que intercambian informacin de rutas utilizando un mismo protocolo de enrutamientoAreas Un sistema autnomo se puede dividir en reas, esto es agrupar un grupo de redes y hosts. En otras palabras un rea es un grupo de redes, hosts y los routers con interfaces en las redes incluidas. Un rea tiene su propia base de datos de topologa, y esta topologa es invisible hacia afuera del rea. Esta caracterstica ayuda a reducir el trfico generado por el protocolo de enrutamiento.

Routers Internos Son routers en donde todas sus interfaces pertenecen a redes en una misma rea.

Routers de Borde Un router de borde es un router que se ha conectado a diversas reas, este router tiene una base de datos distinta para cada rea a la cual pertenece.

Routers de backboneUn router de backbone corresponde a todos los router que pertenecen a mltiples reas, as como los que tienen redes en sus interfaces que no pertenecen a ninguna rea. Estos routers son los que se encargan de enviar informacin de ruteo entre reas diferentes

Router DesignadoEs un router designado en una red multi acceso con dos o mas routers. Este router tiene la responsabilidad de generar avisos sobre el estado de los enlaces para toda la red,

Enrutamiento intra-reaEnrutamiento intra-rea se refiere a las conexiones que se realizan en una misma rea, sea un enrutamiento intra-rea el paquete se enruta solamente con la informacin obtenida en la misma rea en la que fue generado el paquete.

Enrutamiento inter-reaSe refiere al enrutamiento de un paquete entre dos reas. Este enrutamiento se da en tres pasos, primero se enruta el paquete internamente dentro del rea donde se origin el paquete hacia el router de borde, luego el paquete es enrutado a travs del backbone, donde llega al router de borde correspondiente. Y por ltimo se enruta el paquete dentro del rea destino hacia el destino final.

Router de lmite de sistema autnomoEste router intercambia informacin con otros routers en otros sistemas autnomos. El camino enviar paquetes al router de lmite del sistema autnomo es conocido por todos los routers dentro del sistema autnomo.

Definicin algoritmo de Dijkstra

Se conocen varios algoritmos de clculo de la ruta ms corta entre dos nodos de un grafo. ste se debe a Dijkstra (1959). Cada nodo se etiqueta (entre parntesis) con su distancia al nodo de origen a travs de la mejor ruta conocida. Inicialmente no se conocen rutas, por lo que todos los nodos tienen la etiqueta infinito. A medida que avanza el algoritmo y se encuentran rutas, las etiquetas pueden cambiar, reflejando mejores rutas. Una etiqueta puede ser tentativa o permanente. Inicialmente todas las etiquetas son tentativas. Una vez que se descubre que una etiqueta representa la ruta ms corta posible del origen a ese nodo, se vuelve permanente y no cambia ms.

Otras definiciones:

Un Sistema Autnomo se define como un grupo de redes IP que poseen una poltica de rutas propia e independiente. Esta definicin hace referencia a la caracterstica fundamental de un sistema Autnomo: realiza su propia gestin del trfico que fluye entre l y los restantes sistemas Autnomos que forman Internet. An considerando que el ISP poda soportar mltiples sistemas autnomos, Internet solo considera la poltica de definicin de trayectorias establecida por el ISP. Por lo tanto, el ISP debera contar con un ASN registrado. Un nmero de AS o ASN se asigna a cada AS para ser utilizado por el esquema de encaminamiento BGP, este nmero identifica de manera nica a cada red dentro del Internet.

Los sistemas autnomos pueden agruparse en tres categoras, dependiendo de sus conexiones y modo de operacin.

SA stub: se conecta nicamente con un sistema autnomo.

SA de trnsito: se conecta con varios sistemas autnomos y adems permite que se comuniquen entre ellos

SA multihomed: se conecta con varios sistemas autnomos, pero no soporta el trfico de trnsito entre ellos

Cuando los sistemas autnomos son grandes por s mismos y nada sencillos de administrar, OSPF les permite dividirlos en reas numeradas donde un rea es una red o un conjunto de redes inmediatas. Un rea es una generalizacin de una subred. Fuera de un rea, su topologa y detalle no son visibles.

Debido a que en redes de multiacceso pueden existir un nmero significativo de routers, OSPF utiliza un mtodo para evitar la sobrecarga de informacin de routing en la red, de este modo la informacin se centraliza en dos routers:

Router Designado (DR - Desiganted Router): Para todas las redes de multiacceso IP se debe de elegir un DR con el valor de prioridad ms alta. Este DR tiene dos funciones principales.

Mantener adyacencia con todos los dems routers de la red.

Actuar de portavoz de todos los dems routers de la red y anunciar los cambios a las otras redes, por supuesto es el encargado de mantener la informacin centralizada del estado de su red.

Router Designado de Reserva (BDR - Backup Designated Router): El DR puede representar un nico punto de fallo, as que se elige un BDR para proporcionar tolerancia a fallos, es decir una redundancia. As pues el BDR tambin tiene que ser adyacente a todos los dems routers de la red y tiene que estar sincronizado con el DR para que en caso de cada del DR pueda este asumir la responsabilidad de la red.

En redes punto a punto, en las cuales slo existen dos nodos no tiene mucho sentido el que exista ni DR ni BDR, as que en este caso ambos routers funcionan peer-to-peer.

Los routers de un entorno multiacceso, como un entorno ethernet, deben elegir un Router Designado (DR) y un Router Designado de Reserva (BDR) para que representen a la red. El DR lleva a cabo tareas de envi y sincronizacin. El BDR slo actuar si el DR falla. Cada router debe establecer una adyacencia con el DR y el BDR.

Routers Internos (IR): Los routers internos tienen todos sus interfaces en una misma rea. Todos los routers del mismo rea tienen las mismas bases de datos de enlaces, es decir los routers internos del mismo rea al ejecutar el algoritmo SPF utilizan los mismos routers como datos.

Backbone Routers (BR): Los routers de backbone estn situados en los lmites del rea de backbone y tienen al menos un interfaz conectado al rea 0.

Un router OSPF clsico es capaz de enrutar cualquier paquete destinado a cualquier punto del rea en el que se encuentra (enrutamiento intra-area). Para el enrutamiento entre distintas reas del AS (enrutamiento inter-area) y desde el AS hacia el exterior (enrutamiento exterior), OSPF utiliza routers especiales que mantienen una informacin topolgica ms completa que la del rea en la que se sitan. As, pueden distinguirse:

Routers fronterizos de rea o rea Border Routers (ABR): Estos routers como indica su nombre son los routers que tienen enlaces a distintas reas, estos routers mantienen bases de datos del enlace separadas por reas, es decir, tienen una base de datos independiente por rea y ejecutan un SPF independiente por rea, permitiendo enrutar paquetes a cualquier punto de la red (inter-area routing).

Routers fronterizos del AS o Automous System Boundary Routers (ASBR): Estos routers tienen al menos un interfaz con un AS (Sistema Autnomo) distinto. El AS distinto no tiene porqu utilizar OSPF. Los ASBR distribuyen informacin no OSPF a la red OSPF y viceversa cuando es necesario, es decir, a otras redes conectadas al Sistema Autnomo o resto de Internet (external routing).

Por supuesto un routers puede ser de varios tipos a la vez.

Un paquete generado en la red ser enviado, de forma jerrquica, a travs del rea si su destino es conocido por el emisor; al ABR del rea correspondiente si el destino es intra-area; este lo enviar al router del rea de destino, si este se encuentra en el AS; o al ASBR si el destino del paquete es exterior a la red (desconocida por el ABR)

Figura 1: Red de un sistema autnomo

Tipos de enrutamiento intra-rea y inter-area:Intra-rea: Enrutamiento utilizado si la fuente y el destino se encuentran dentro de una misma rea. En este caso el enrutamiento se da a partir de la tipologa propia del rea, es decir que no se utiliza informacin obtenida fuera de esta.

Inter-Area: Enrutamiento utilizado si la fuente y el destino se encuentran en reas distintas del sistema autnomo, el trayecto conste en llegar al backbone, atravesarlo para llegar al rea destino y por ltimo alcanzar el destino.

Funcionamiento del algoritmo Dijkstra

Para ilustrar el funcionamiento del algoritmo de etiquetado, se explicara buscando en este caso el camino ms corto entre el nodo A y el nodo H, imagen a imagen se explicara todo.

Figura 2: Nodo de inicio

En la figura 2 se define el nodo de Referencia o nodo de origen, el nodo A es seleccionado como nodo de Origen, todas las distancias calculadas luego sern referentes a este nodo.

Figura 3: Etiquetado nodos adyacentes al nodo A

En la figura tres observamos el clculo de las etiquetas adyacentes, en esta caso para el nodo C tenemos que la etiqueta es [1,A], el 1 indica la distancia con su nodo de referencia ms la distancia que ya tena este nodo (la etiqueta de A es [0,-] indicando ser el nodo inicial), y A indica de qu nodo de referencia viene. En el caso del nodo B es igual un tres que indica una distancia de 3 + 0 calor de la etiqueta de su nodo de referencia, y una A indicando especficamente cual es el nodo de referencia.

Figura 4: Seleccin del siguiente nodo de referencia

El siguiente paso muy importante es seleccionar de las etiquetas generadas la ms pequea, en este caso la del nodo C para utilizarlo ahora como nodo de referencia

Figura 5: Clculo de etiquetas adyacentes al nodo C

En la figura 5 se observa el clculo de las etiquetas adyacentes a C, este clculo es el mismo explicado en la figura 3, solo que con el nodo de referencia igual a C, en este caso para F la etiqueta es 5 + 1, indicando la distancia de 5 entre C y F, y la distancia que ya tena el nodo de referencia C en este caso 1, y asi igual para el clculo de la etiqueta del nodo D

Figura 6: Seleccin del dono D como nodo de referencia

En la figura 6 se nota como existen dos nodos con etiquetas del mismo tamao, B y D, las dos son 3, es este caso solo seleccionamos una aleatoriamente, D en esta situacin.

Figura 7: Etiquetas adyacentes al nodo D

En la figura 7 vemos un caso especial del clculo de las etiquetas, al calcular desde el nodo C las etiquetas para F, E y B, vemos que en los nodos F y B se generan dos etiquetas, en este caso solo debemos seleccionar la que tenga el menor valor y eliminar la otra.

Figura 8: Nodo B como nodo de referencia y clculo de las etiquetas adyacentes al nodo B

En la figura 8 vemos que el siguiente nodo a ser el nodo de referencia sera el nodo B pues tiene una etiqueta de 3 la cual es la menor de todas la que no hemos procesado, eh inmediatamente se calcula la etiqueta del nodo G

Figura 9: Nodo F como nodo de referencia y clculo de las etiquetas adyacentes al nodo F

En la figura 9 vemos que el siguiente nodo a ser el nodo de referencia es el nodo F con etiqueta 5, igual se calcula la etiqueta de H inmediatamente.

Figura 10: Nodo E como nodo de referencia y clculo de las etiquetas adyacentes al nodo E

En la figura 10 vemos como siguiente nodo de referencia al nodo E, en clculo de la etiqueta de H es el de siempre solo que como vemos la etiqueta resultante tiene el mismo valor que la ya presente por lo cual no borramos ninguna, y en el caso de la etiqueta del nodo G no se calcul pues dara [9,E] y esta se eliminar de inmediato al ser mayor que 8 la etiqueta ya presente en el nodo G.

figura 11: Todas las etiquetas calculadas

Los nodos H y G no se usan como referencia pues cualquier etiqueta que calculemos utilizando a ellas como referencia daran etiquetas mayores a las ya calculadas.

Como ltimo paso calculamos los caminos ms cortos a base de las etiquetas. Ntese que lo que se explicar a continuacin funciona para calcular el camino ms corto de cualquier nodo del grafo al nodo A.

Camino ms corto entre el Nodo A y el nodo H: en este caso lo que hacemos es ver la etiqueta del nodo destino, en el nodo H tenemos dos etiquetas iguales estas lo nico que indican es que hay dos caminos con igual distancia hasta el nodo A, tomemos la primera etiqueta [8,F].

La distancia es la marcada en el etiqueta, tiene un valor de 8, el clculo del camino es el siguiente, vemos en la etiqueta el nodo de referencia marcado en ella, en esta etiqueta es F, luego vamos al nodo F vemos su etiqueta y de igual forma vemos el nodo de referencia en ella el cual es D, de igual manera vamos al nodo D y hacemos lo mismo, as de manera repetitiva hasta llegar al nodo A. En el nodo D es C, en el nodo C es A y listo tenemos el camino.

Distancia A->H = 8Camino = A->C->D->F->H

En el caso de la etiqueta del Nodo H [8,E] es lo mismo:

nodo final H, la etiqueta dice que el anterior nodo es el E, en el nodo E nodo dice que el anterior es el D, en el nodo D dice que el anterior es el C, en el nodo C dice que el anterior es el A. Listo ya tenemos el camino trazado de A->H.

Distancia A->H = 8Camino = A->C->D->E->H

Como se dijo anteriormente as se puede ver la distancia y el camino del nodo A cualquier otro nodo del grafo.

Existen cinco tipos de mensajes (paquetes de control) del protocolo OSPF

HELLO o Saludo: se usa para Identificar a los vecinos, para crear una base de datos en mapa local.

Enviar seales de , al resto de routers para mantener el mapa local .

Elegir un router designado para una red multienvo

Encontrar al router designado existente.

Enviar seales de

Database Description Packets o Descripcin de la base de datos: se usa para intercambiar informacin para que un router pueda descubrir los datos que le faltan durante la fase de inicializacin o sincronizacin cuando dos nodos han establecido una conectividad.

Link State Request o Peticin del estado del enlace: se usa para pedir datos que un router se ha dado cuenta que le faltan en su base de datos o que estn obsoletos durante la fase de intercambio de informacin entre dos routers.

Link State Request o Actualizacin del estado del enlace: se usa como respuesta a los mensajes de Peticin de estado del enlace y tambin para informar dinmicamente de los cambios en la topologa de la red. El emisor retransmitir hasta que se confirme con un mensaje de ACK.

Link State ACK o ACK del estado del enlace: se usa para confirmar la recepcin de una Actualizacin del estado del enlace.

Mtrica utilizada en el protocolo:

OSPF utiliza el costo como mtrica para determinar la mejor ruta, siendo la mejor ruta la del costo ms bajo. Un costo se asocia con el resultado de cada interfaz de router. Cuanto ms bajo sea el costo, ms probabilidad hay de que la interfaz sea utilizada para enviar datos

El costo de una ruta en el protocolo OSPF se determina tambin como el valor acumulado desde un router hasta el siguiente

El clculo del costo de la ruta est basado en el ancho de banda de una interfaz. La frmula para calcular la mtrica para OSPF est dada por:

Tpicamente, la velocidad real de un enlace es diferente al ancho de banda por defecto, lo que conlleva a que el valor de ancho de banda refleje la velocidad real de enlace.Bibliografa

Tanenbaum, Andrew S. (2003). Redes de Computadoras. Pearson Education, Inc, Mxico, 4ta. Edicin.

John T. Moy. (1998). OSPF: Anatomy of an Internet Routing Protocol, Addison - Wesley.

Presentacion Web, OSPF Conceptos y protocolos de enrutamiento, http://www.slideshare.net/malienlaf/capitulo-11-ospf, pagina revisada 11/07/2014

Pagina Web, Example Networks1: Dijkstra's Algorithm for Shortest Route Problems, http://optlab-server.sce.carleton.ca/POAnimations2007/DijkstrasAlgo.html, pagina revisada 11/07/2014

Documento Web, Example Networks1: Dijkstras Algorithm for Shortest Paths, http://www.cs.umd.edu/class/fall2013/cmsc451/Lects/lect06.pdf , pagina revisada 11/07/2014