[ Network Type]

Network Type	Hello | Dead Interval	Neighbor	DR Election
Broadcast	10s | 40s	Auto	O
Point-to-Point	10s | 40s	Auto	X
Non-Broadcast	30s | 120s	Manual	O
Point-to-Multipoint	30s | 120s	Auto	X

• Dead Interval time = Hello Interval time * 4
• 네트워크 타입이 서로 달라도 Hello Interval과 Dead Interval이 동일하면 Neighbor 성립이 가능하다.
• 네트워크 타입이 달라도 모든 라우터가 DR을 선출하거나 선출하지 않아야한다.
• 인접라우터끼리 Broadcast <-> Point-to-Point 로 설정됐다면 라우팅 정보를 교환하지 않는다.
• 인접라우터끼리 Broadcast <-> NonBroadcast로 설정됐다면 라우팅 정보를 교환한다.
• 신속한 Neighbor 관계 성립을 위해 네트워크 타입을 설정할 필요가 있다.

[ Metric  계산 ]

Metric은 100Mbps / Bandwidth 로 계산한다.
만일 계산된 값이 1보다 작다면, 1로 처리한다. (소수점처리X)

그림을 보자. 컴퓨터끼리 통신을 할 수 있는 경로가 2개다.
경로1 Cost: 100/100 + 100/10 + 100/100 = 1 + 10 + 1 = 12
경로2 Cost: 100/100 + 100/1 + 100/100 = 1 + 100 + 1 = 102
결국, 낮은 Cost를 갖고 있는 위쪽 경로로 통신하게 된다.

그러나 Bandwidth가 1000Mbps일 때, 문제가 발생될 수 있다.

경로1 Cost: 1 + 100/1000 + 1 = 1 + 1 + 1 = 3
경로2 Cost: 1 + 100/100 + 1 = 1 + 1 + 1 = 3
경로1을 보면 100/1000, 즉 0.1이다.
하지만 1 이하는 1로 처리한다고 했다. 이 규칙 때문에 Bandwidth에는 차이가 있지만 Cost값이 동일하게 계산되는 것이다.
라우터 입장에선 Cost가 같으니 Load-Balancing을 하게 될 것이며, 경로1을 지나는 데이터는 느리게 전송될 것이다.

그래서 이런 문제점을 해결하기 위해 기본 Bandwidth을 1000Mbps로 설정한다. 그렇다면 Metric 계산식은 당연히 아래와 같이 계산한다.

Metric  = 1000Mbps / Bandwidth

[ OSPF Load-Balancing ]

OSPF에서 목적지 서브넷까지 경로가 여러개일 경우 최대 16개 경로까지 지원한다. (기본 설정된 개수는 4개이다.)

[ OSPF 라우팅 코드 ]

O – 같은 Area에서 온 라우팅 정보 (Type 1 LSA)
O IA – 다른 Area에서 온 라우팅 정보 (Type 3 LSA)
O E1 – ASBR을 통해 들어온 외부 라우팅, 각 경로 Cost 계산
(Type 5 LSA)
O E2 – ASBR을 통해 들어온 외부 라우팅, 고정 Cost (Type 5 LSA)
O N1 – NSSA를 통해 들어온 외부 라우팅, 각 경로 Cost 계산
(Type 7 LSA)
O N2 – NSSA를 통해 들어온 외부 라우팅, 고정 Cost (Type 7 LSA)

[ 인증 ]

인가되지 않은 라우터와의 Neighbor 성립을 방지하거나, 라우팅 정보 위변조 방지를 위해 사용한다. 당연하게도 인증정보가 서로 불일치하다면 라우터는 Neighbor 성립을 하지 않는다.

인증 ─┬── Area 인증 ─┬─ Type 1: 평문
|           │                           └─ Type 2: MD5
|           │
_          └── Neighbor 인증 ─┬─ Type 1: 평문
_                                                 └─ Type 2: MD5
* Type 0: 인증 미사용

 

[ Stub Area ]

Stub Area는 ABR과 연결된 내부 Area인데 “Type 4 ASBR Summary LSA”와 “Type 5 AS External LSA”를 차단한 Area이다.
즉, 다른 Area에 있는 ASBR의 정보와 재분배된 라우팅 정보(OSPF와 다른 라우팅 프로토콜의 정보)를 Default Routing으로 퉁쳤다고 볼 수 있다.
이렇게 Stub Area를 설정하게 되면 기본 경로를 제공함으로써 LSA 광고량이 감소하고, 라우팅 테이블을 최적화 시킬 수 있다.

Stub Area를 설정하게 되면 라우팅 테이블에 있는 E1, E2 경로는 차단되고, 대신 *IA 경로로 바뀐다.

R1(config)# router ospf 1
R1(config-router)# area 5 stub

R5(config)# router ospf 1
R5(config-router)# area 5 stub

그러나 4가지 주의사항이 있다.
① 백본 Area 0은 Stub Area로 사용할 수 없다.
⇒ 만약 백본 Area가 Summary된다면, 다른 라우터들은 라우팅 경로를 물어볼 수 없게 된다.
② Virtual-Link가 구성된 Transit Area는 Stub Area로 구성할 수 없다.
⇒ 모든 Area는 백본 Area 0과 직접 연결되어있어야 한다. 하지만 어쩔 수 없이 연결할 수 없는 Area들이 있다. 이 때, Virtual-Link를 구성해 논리적으로 백본 Area와 연결시킨다. Virtual-Link를 통해 지나가게 되는 Area를 Transit Area라고 한다.
③ Area 내부에 ASBR이 있으면 Stub Area를 구성할 수 없다. 단, NSSA Area에서는 가능하다.
⇒ Stub Area 자체가 외부 라우팅 프로토콜을 Default로 변환하기 때문에 경로 설정에 문제가 된다.
④ Stub Area에 포함된 라우터는 Stub설정을 해야 Neighbor를 성립할 수 있다.

[ Totally Stub Area ]

기존 Stub Area에서 Type 3 Network Summary LSA도 막은 Area이다. 다른 OSPF Area 정보도 안받는 것이다. 단, 시스코 장비에서만 사용가능하다.

R1(config)# router ospf 1
R1(config-router)# area 5 stub no summary

R5(config)# router ospf 1
R5(config-router)# area 5 stub

Stub Area와 Totally Stub Area를 비교하다가 문득 이런 생각이 들었다.

Totally Stub Area가 Stub Area보다 LSA 정보 하나 더 요약하면 Totally Stub Area를 쓰는게 무조건 좋은거 아닌가?

라는 고민에 빠졌다..
그래서 X전따 카페에.. 자문을 구한 결과, 실제로 Cisco 장비만 사용한다면 Stub Area보다 Totally Area를 사용하는 것이 더 안정성, 성능, 장애처리도 편하다고 한다.

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[ NSSA Area ]

Not-So-Stubby Area

Stub Area에서는 Type4, Type5 LSA 광고를 막기 때문에 외부 네트워크 경로 산출을 하지 않는다.
백본 Area가 아닌 Area에 ASBR이 위치하면 ASBR 외부의 다른 라우팅 프로토콜로 경로가 광고 되지 않는다.
이 문제를 해결하기 위해 NSSA Area를 사용한다.

위 토폴로지를 보면 Area 5는 R1을 통해서만 ospf 정보를 주고 받고, 다른 Area와는 연결되있지 않다. 즉, Stub Area의 조건을 충족한다.
하지만 하필 R5에 외부 라우팅 프로토콜이 설정되어있다.
이처럼 Stub Area를 충족하는데 외부 라우팅 프로토콜을 받아들여야할 때, NSSA Area를 사용한다.

NSSA Area에서 ASBR은 외부 라우팅 정보를 Type 7 LSA로 광고한다.
왜냐면 Type 5 LSA는 막히기 때문이다. (Stub Area처럼)
R5에서 EIGRP 정보를 Type 7로 광고하면 R1은 다시 Type 5로 변환하여 광고한다.

R1(config)# router ospf 1
R1(config-router)# area 5 nssa [default-information-originate]

R5(config)# router ospf 1
R5(config-router)# area 5 nssa

Type 7 LSA로 선출된 라우팅 경로는 N2 이다.

[ NSSA Totally Area ]

Totally Stub Area와 NSSA Area의 만남.

Type 3,4,5 LSA를 수신하지 않는다.
외부 라우팅 프로토콜 정보는 Type 7을 사용한다.

R1(config)# router ospf 1
R1(config-router)# area 5 nssa no-summary

R5(config)# router ospf 1
R5(config-router)# area 5 nssa

LSA? 넌 뭐니?

OSPF에서 라우팅 정보를 주고 받는다는 건 OSPF 링크 상태에 관한 정보를 주고 받는다는 의미이다.  이 정보(광고)를 LSA라고 한다. 주로 DDP 패킷과 LSU 패킷에 같이 포함되어 전달된다.

LSA Types

LSA 타입은 11가지가 있지만, 실제 사용되는 타입은 1~5, 7로 총 6개의 LSA 타입이 가장 많이 사용된다고 한다. 이 LSA 타입마다 내용이나 플러딩 범위가 다르기 때문에 각각의 LSA타입에 대해 정확히 알아둬야할 필요가 있다.

[LSA 타입]
┌ Type 1:    Router LSA
├ Type 2:    Network LSA
├ Type 3:    Network Summary LSA
├ Type 4:    ASBR Summary LSA
├ Type 5:    AS External LSA
├ Type 6:    Multicast OSPF LSA
├ Type 7:    NSSA External LSA
├ Type 8:    External Attribute LSA
├ Type 9:    –
├ Type 10:    –
└ Type 11:    –

Type 1:  Router LSA

– LSA를 생성하는 라우터:  모든 라우터
– LSA를 받는 라우터 범위: 동일 Area 안에 위치한 모든 라우터
– Link State ID:  LSA를 생성한 라우터의 Router-id
– LSA 내용:  자신과 연결된 Link의 정보

이 LSA를 수신한 라우터는 자신의 LSDB에 저장한다. 이 LSDB를 기반으로 선출된 라우팅 경로는 라우팅 테이블에 ‘O’ 라고 표기된다.

Type 2:  Network LSA

– LSA를 생성하는 라우터:  DR
– LSA를 받는 라우터 범위: 동일 Area 안에 위치한 모든 라우터
– Link State ID:  DR의 인터페이스 IP
– LSA 내용:  DR과 연결된 라우터의 Router-id의 정보

Type 3:  Summary LSA (Network Summary LSA)

– LSA를 생성하는 라우터:  ABR
– LSA를 받는 라우터 범위: 자신의 Area에 있는 라우터
– Link State ID:  다른 Area의 네트워크 ID
– LSA 내용: 다른 Area에 대한 LSA 정보

Type 4:  ASBR Summary LSA

– LSA를 생성하는 라우터:  ABR
– LSA를 받는 라우터 범위: 자신의 Area에 있는 라우터
– Link State ID:  다른 Area에 있는 ASBR의 Router-id
– LSA 내용: 다른 Area에 있는 ASBR의 Router-id와 ASBR까지의 Cost값

Type 5: AS External LSA

– LSA를 생성하는 라우터:  ASBR
– LSA를 받는 라우터 범위: OSPF를 사용하는 라우터
– Link State ID:  OSPF가 아닌 외부 네트워크 ID
– LSA 내용:  OSPF를 사용하지 않는 외부 네트워크의 정보

Type 7: NSSA External LSA

– LSA를 생성하는 라우터:  NSSA ASBR
– LSA를 받는 라우터 범위: NSSA ABR
– Link State ID:  NSSA ASBR에 연결된 외부 네트워크 ID
– LSA 내용: NSSA ASBR에 연결된 외부 네트워크의 정보

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LSA를 받는 라우터의 범위를 보면 ‘동일 Area에 있는 라우터’와 ‘자신의 Area에 있는 라우터’가 있다. 생각하는 관점에 따라 같은 의미라고 생각할 수도 있고 살짝 다른 의미라고 생각할 수도 있으므로 구별하여 정리했다.

‘동일 Area에 있는 라우터’는 말 그대로 그 LSA가 속한 Area에 광고된다는 의미이다.
‘자신의 Area에 있는 라우터’는 LSA를 다른 Area에서 받고 그걸 중계(?)해줘서 라우터 자신의 Area로 광고한다는 의미이다.

OSPF 동작과정을 보면 각 상태마다 다른 패킷을 주고 받는다.
패킷은 Hello, DDP, LSR, LSU, LSAck으로 총 5가지를 사용한다.
이 글에선 5가지 패킷에 대해 알아본다.

[OSPF의 패킷 종류]

┌ Hello 패킷
│
├ DDP / DBD 패킷
│
├ LSR 패킷
│
├ LSU 패킷
│
└ LSAck 패킷

0. OSPF 공통 패킷

OSPF의 모든 5가지 패킷은 항상 공통으로 들어가는 헤더가 있다.

– Version: OSPF 버전에 대한 필드값이다. ( 2 or3 )
– Type: OSPF 패킷 타입에 대한 필드값이다.( 1: Hello, 2: DDP, 3: LSR, 4: LSU, 5: LSAck)
– Packet Length: 패킷에 대한 길이를 바이트로 표시한다. 헤더 24바이트도 포함시킨다.
– Router-id: 이 패킷을 보내는 라우터의 Router-id이다.
– Area-id: 이 패킷이 속한 Area 번호이다.
– Checksum: 에러검출을 위한 체크섬 값이다.
– AuType: 인증타입 필드값이다.
ㅇ                  패스워드 미사용: 0, Plain-text 사용: 1, MD5 사용: 2
– Authentication: 패킷 무결성 확인을 위한 인증 데이터이다.

1. Hello 패킷

라우터가 처음 Neighbor를 구성하거나 Neighbor 관계 유지를 위해 주기적으로 교환할 때, 사용되는 패킷이다. Hello 패킷의 목적지 IP는 멀티캐스트 224.0.0.5이다.

– Network Mask: 본인 네트워크의 Subnet Mask
– Hello Interval / Dead Interval: 패킷 주기 (수정 가능)
– Options: 라우터가 지원하는 선택적 OSPF 기능을 나타낸다.
– Router Priority: DR/BDR 선출할 때 사용한다. 기본값은 1이고, 0~255 사이 숫자를 넣을 수 있다.
– DR: DR라우터의 Router-id이다. 없으면 0.
– BR: BDR라우터의 Router-id이다. 없으면 0.
– Neighbor: 인접 라우터의 Hello 패킷을 받고 Neighbor List에 등록한 Neighbor 목록이다.

* DR/BDR 선출 시 Router Priority가 0일 경우 선출될 수 없으며, 높은 순서대로 DR/DBR이 선출된다.
** 네트워크 타입 별 패킷 주기
– Hello Timer / Dead Timer  (Dead Timer는 Hello Timer의 4배다.)
Point-to-Point Type : 10 / 40
Broadcast Type: 10 / 40
Non-broadcast Type: 30 / 120
Point-to-Multipoint Type: 30/ 120

2. DDP / DBD 패킷

■ Database Description Packet || Database Description

라우터 자신의  LSA와 Neighbor LSA를 “Link State Database”에 저장한다. 이 LSDB 안의 LSA들을 요약한게 바로 DDP(DBD) 패킷이다.

– Interface MTU: 외부로 가는 interface의 MTU
– Options:
– I-bit: DDP 패킷에서 첫번째 패킷인지 확인하는 필드값이다. 첫번째 패킷이면 1, 두번째 패킷부터 0이다.
– M-bit: DDP패킷에서 마지막 패킷인지 확인하는 필드값이다. 마지막 패킷이면 0, 마지막 패킷이 아니라면 1이다.
– MS-bit: Master 라우터 / Slave 라우터 구별하는 필드값이다. Master는 1, Slave는 0이다.
– DD Sequence Number: DDP 패킷이 순서대로 보관되도록 매기는 데 사용되는 필드이다. 1씩 증가한다.
– LSA Header: 패킷을 보내는 라우터의 LSDB에 대한 정보가 담겨있다.

3. LSR 패킷

■ Link State Request

Neighbor로부터 DDP(DBD)를 수신한 후 자신에게 없는 LSA가 있을 때, 상세 LSA를 요청하는 패킷이다.

– LS Type: LSA 타입이 들어간 필드값이다.
– Link State ID: LSA 타입에 따라 다르다.
– Advertising Router: LSR 패킷을 받는 라우터의 Router-id이다.

4. LSU 패킷

■ Link State Update

LSR 패킷을 받았거나 라우팅에 변동이 생기면, 해당 정보를 전송할 때 사용하는 패킷이다.

– #LSAs: LSU 패킷에 담긴 LSA의 개수이다.
– LSAs: LSA에 대한 전체 정보가 담겨있다.

5. LSAck 패킷

■ Link State Acknowledgement

DDP 패킷, LSU패킷을 정상적으로 수신하면 잘 받았다는 의미에서 사용되는 패킷이다.

– LSA Header: LSA을 잘 받았다는 내용이 담겨있다.

여기까지가 OSPF의 5가지 패킷에 대한 내용이다. 근데 DDP 패킷이나 LSU 패킷 필드에 보면 ‘LSA’라는게 있는데 이게 뭘까?..
다음에는 LSA에 대해 알아봐야겠다!

참고 및 그림 출처: OSPF Packet Types – Google

[ OSPF 동작과정 요약]

┌─   DOWN  ┬  HELLO 패킷
│                    └  네이버 구성 요건
│
├─     INIT
│
├─ Two-Way ─  BR/BDR 선출
│
├─   Exstart   ─  Master/Slave 라우터 선출
│
├─ Exchange ┬  DBD(DDP) 패킷 <–> LSAck 패킷
│                     └  LSDB 비교 후 LSRL 기록
│
├─  Loading  ┬  LSR 패킷
│                    └  LSU 패킷 <–> LSAck 패킷
│
└─     Full     ┬  라우팅 정보 교환 끝
ㅇ                   └  라우터끼리 LSDB 일치

[ OSPF 동작과정 상세 설명 ]

1.     Down State

인접한 라우터에게 Hello 패킷을 송신하지만, 받지는 못한 상태이다. 또는, Dead Interval Time이 끝나기 전까지 Hello 패킷을 수신하지 못한 상태이다. 최초의 상태라고 할 수 있다.

* Attempt State
Non-Broadcast Multi Access 환경에서만 적용되는 상태고, Down State랑 똑같은 상태이다. NBMA 환경에서는 ‘neighbor’ 명령어를 이용해 Neighbor를 구성하는데 이 때, Neighbor에게 패킷을 못받은 상태이다. Neighbor와 연결이 끊긴 상태이기도 하다.

2.     Init State

Neighbor로부터 Hello 패킷을 받았지만, 정작 Neighbor는 자신의 Hello 패킷을 못받은 상태이다. 이 때, Neighbor로부터 수신한 Hello 패킷을 보면 Neighbor List에 나의 Router-id가 없다.

3.     Two-way State

Neighbor끼리 서로 Hello 패킷을 받은 상태이다. 이 상태에서 DR/BDR을 선출한다. 선출하기 위해 Wait Timer동안 대기한다. Wait Timer는 Dead Timer와 값이 동일하다.

* DR/DBR이란
┌DR(Dignated Router): Link State 정보 관리 및 동기화
├BDR(Backup Designated Router): DR 다운 시 백업용 라우터
└DROther: DR, BDR이 아닌 일반 라우터
LSA의 무분별한 플러딩을 막아 불필요한 트래픽을 줄이기 위해 DR/BDR 선출한다. DR 선출 이후 BDR/DROther은 LSA를 DR로만 보내고, DR이 다시 다른 라우터로 전송한다. 이는 즉, DROther는 DR하고만 통신한다.

4.     Exstart State

OSPF 패킷을 주고 받기 전 Adjacent Neighbor을 맺는다. 진짜 Neighbor가 되는 것이다. 이 때, Master 라우터와 Slave 라우터를 선출해 누가 먼저 DBD(DDP) 패킷을 보낼지 정한다. DBD 패킷은 Master라우터가 먼저 보내고, Master라우터만 시퀸스 번호를 수정할 수 있다.
* DBD 패킷에 대해선 추후 OSPF 3: 패킷 종류 편에 정리할 예정이다.

5.     Exchange State

LSDB에 담긴 LSA Header를 DBD(DDP) 패킷에 담아 전송한다. DBD 패킷을 주고받는 과정을 통해 새로운 LSA 상세 정보가 있는지 확인한다. 새로운 정보가 있다면 Link State Request List에 기록한다. DBD 패킷을 받고나면 LSAck 패킷으로 잘 받았다는 응답을 한다. DBD 패킷을 모두 교환하고 LSRL 확인했을 때, 기록된 내용이 있다면 Loading State로 넘어간다. 만일, 기록된 내용이 없다면 Full State로 넘어간다.
* LSDB: Link-State DataBase

6.     Loading State

앞서 언급한 LSRL에 기록된 내용이 있으면, LSR 패킷을 보내 특정 LSA의 상세정보를 요청한다. 이 LSR 패킷을 받은 라우터는 LSA의 상세정보를 LSU 패킷에 담아 전송한다. LSU를 받은 라우터는 잘 받았다는 의미로 LSAck 패킷을 보낸다.

7.     Full State

라우터(Adjacenct Neighbor)끼리 라우팅 정보 교환이 끝난 상태이다. 이 때, 서로 동일한 LSDB를 가지고 있다.

기존에 포스팅했던 RIP와 EIGRP보다 이해해야할 내용이 많은 OSPF다. (RIP와 EIGRP 포스팅 내용은 추후 시간될 때 좀 더 이해하기 쉽게 업데이트할 예정이다. 지금은 너무 대충 써놓은 것 같다.)

O S P F

Open Shortest Path First.

IGP 라우팅 프로토콜 중 하나이고, 경로 선출을 위해 SPF(Shortest Path First) 알고리즘과 Link-State 알고리즘을 사용한다.
또한, Classless를 지원하므로 VLSM이나 CIDR가 필요한 환경에서 사용하기 적합하다.

OSPF의 장점과 단점

[1] 장점
① 라우팅에 변동사항이 생기면 실시간으로 변동된 부분만 공유한다.
② RIP에서 사용되는 홉 카운트의 제약이 없다.
③ Stub Area를 사용해 라우팅 테이블 크기를 줄일 수 있다.

[2] 단점
① 라우팅 설정이 복잡하다.
② 라우팅 정보를 지속적으로 관리/유지해서 자원 소모 비중이 있다.(물론, 현재 나오는 장비들을 보면 큰 문제가 없을 것 같다.)

OSPF 특징

• 동작과정
  OSPF를 라우팅 프로토콜로 쓰게 되면,  한 AREA(영역)에서 인접한 라우터끼리 Neighbor를 맺는다. 이 때, Router-id를 통해 서로를 구별한다. Neighbor를 맺은 뒤 각 라우터들은 서로의 정보를 주고 받게 된다. 이후 이 정보를 통해 각 라우터는 자신의 환경에 맞추어 라우팅을 실시한다.

  다른 라우팅 프로토콜과 비교했을 때, OSPF에서 중요한 포인트는
  ①Area를 사용한다는 것
  ②인접한 라우터와 Neighbor를 맺는다는 것

• 네트워크 분류
  ┌ Broadcast
  ├ Point-to-Point
  ├ Point-to-Multi point
  └ Non-Broadcast
• 라우터의 종류
  – DR, DBR, DROther

크게 5가지로 포스팅을 하도록 하겠다.

• OSPF의 동작방식
• OSPF의 패킷종류와
• OSPF LSA 유형
• OSPF의 Stub Area와 NSSA Area
• OSPF 설계