Cisco OSPF

Open Shortest Path First (RFC 2328) är ett link-state routing protokoll och vilket betyder att enheterna känner till alla länkar i topologin och deras operational states och lagrar detta i en LSDB. Routrar måste ha ett OSPF-id för att kunna skicka meddelanden. OSPF kommunicerar med multicast som alltid har ttl satt till 1 alternativt unicast på vissa nätverkstyper. OSPF använder IP protokoll #89. Se även OSPFv3.

Type: Link State

Algorithm: Dijkstra

AD: 110

Metric: Cost (Bandwidth)

Protocols: IP

Packets: 5

Metric

OSPF använder 100MBit/s som referensbandbredd för att räkna ut cost på varje interface. Man kan ändra detta till t.ex. 100G.

router ospf 1
 auto-cost reference-bandwidth 100000  #Mbits per second
show ip ospf interface | i Cost

Om man stänger av auto-cost får alla länkar samma cost (10) oavsett bandbredd, så som IS-IS fungerar.

Preferens
Det är viktigt att känna till att olika typer av routes har olika preferens och detta går före metric. I vissa fall går detta att ändra.

1. intra-area
2. inter-area
3. external
4. nssa-external

Packets

Alla paket kan vara unicast eller multicast, det avgörs av nätverkstyp.

• Hello: Används för att upptäcka grannar. Innehåller mask, timers, flaggor (capabilities), DR/BDR (om det finns) och router-ID för grannar.

Exempel:

• Database Description: Innehåller LSA headers under den initiala topologi-synken. Används först för att avgöra master/slave i grannskapet, högst router-id blir master.

Exempel:

• Link-State Request: Innehåller vilka LSA:er som avsändaren vill ha alla detaljer om.

Exempel:

• Link-State Update: Innehåller alla typer och detaljer om LSA:er och skickas på förfrågan eller vid topologiändring

Exempel:

• Link-State Acknowledgment: LSU confirmation.

Exempel:

Grannskap

OSPF-grannskap har bestämda tillstånd och neighbors måste komma överens om:

• Subnät/Mask
• Area
• Timers
• Olika router-ID
• Flaggor: Stub, NSSA
• MTU (kollas endast på broadcast-nätverk)
• Authentication type
• Kompatibla nätverkstyper, DR-election eller ej

Neighbor states
Kronologisk ordning

• Down: Initial state. Om det inte kommer in några OSPF-paket under Dead interval blir grannen down.
• Attempt: Gäller endast NBMA och point-to-multipoint nonbroadcast.
• Init: Ett hello (utan mottagarens router-ID) har tagits emot.
• 2-way: Ett hello med mottagarens router-ID har tagits emot.
• ExStart: Utbyta tomma DD för att bestämma master/slave.
• Exchange: Utbyta database description
• Loading: LSA:er tankas över
• Full: Allt klart

LSA-typer

LSUer innehåller link-state advertisements, dessa beskriver länkar och enheter i nätverket. Det är endast den router som en LSA härstammar ifrån som får modifiera eller ta bort LSA:n. Andra routrar måste processa och skicka den omodifierad vidare inom sitt flodding scope, de får ej droppa den innan maximum lifetime har gått ut. Detta säkerställer att alla routrar har identiska LSDB men det medför också att man blir begränsad i var man kan aggregera och filtrera routes. För att ta bort en LSA snabbt sätts age till 3600 sekunder (maximum lifetime) och den kommer då att tas bort direkt. En LSA header är vanligtvis 20 bytes.

De vanligaste LSAerna.

• Type 1, Router:
  Alla routrar skapar och floodar en LSA som representerar sig själv. Det finns information om vilka interface och grannar som finns i den arean. Floodas endast inom origin area. ABR sätter B-biten och ASBR sätter E-biten för att informera arean om sin roll.

show ip ospf database router
show ip ospf database router | i Link

• Type 2, Network:
  Dessa representerar transit subnät och skapas endast om det finns en DR på det subnätet, dvs multiaccess-segment. LSID sätts till DRs interface IP på subnätet men innehåller också information (RID) om alla grannar till DR på det subnätet. Floodas endast inom origin area.

show ip ospf database network

Note: Typ 1 och 2 räcker för att alla routrar inom arean ska kunna känna till topologin och köra SPF för att bestämma bästa vägarna.

• Type 3, Net Summary:
  Typ 1 och 2 går ej till andra areor utan istället skapar ABR (router med ben i 2 areor) typ 3 LSA:er (en ABR genererar aldrig summary LSA om den inte har ett ben i area 0). Det som annonseras är samma men den enda infon som skickas med är: subnät, mask och costen för ABR att nå dit. Typ 3 LSA:er korsar aldrig areor, istället har ABR en intern OSPF-routingtabell som innehåller allt som har kommit i backbone-arean och för varje intra- eller inter-area route skapas det nya typ 3 LSAer som floodas i nonbackbone-arean. OBS ABR accepterar endast typ 3 LSA:er från backbone area, detta för att förhindra routingloopar.

show ip ospf border-routers
show ip ospf database summary

• Type 4, ASBR Summary:
  När en ABR floodar vidare en typ 5 LSA in i sin area vet inte övriga routrar i arean hur långt det är till ASBR. Därför skapar den en LSA typ 4 som den också floodar. Den innehåller ASBRs RID och ABRs cost till ASBR. Typ 4 LSA:er behöver inte finnas i samma area som ASBR eftersom där berättar ASBR om sig själv med typ 1 LSA med E-biten satt utan dessa behövs i övriga areor.

show ip ospf database asbr-summary

• Type 5, AS External:
  När en ASBR skickar in en extern route skapar den en typ 5 LSA som innehåller metric och metric type. Det som är intressant för övriga routrar att veta är hur långt det är till ASBR och ifall det finns flera vägar som är lika används alla. Finns det flera ASBR används den som är närmast internt enligt SPF.

show ip ospf border-routers
show ip ospf database external

Det finns två typer av externa routes, E1 (increment metric) och E2 (do not increment metric). Detta avgörs beroende på vad ASBR sätter för flagga på LSAn. Default på Cisco är E2 för redistribution, dock är E1 prefered över E2. Externa routes måste även innehålla en Forwarding Address. Vanligtvis sätts 0.0.0.0, det innebär att det ska skickas till ASBR själv. Det finns dock situationer när man vill ha något annat (nonzero) för att undvika suboptimal routing. Denna adress måste kännas till intra- eller interarea annars installeras inte routen i routingtabellen.

• Type 7, NSSA External:

Floodas inom egna NSSA-arean, översätts till LSA typ 5 av ABR med högst RID för att lämna arean.

show ip ospf database nssa-external

Se alla LSA:er och RIB.

show ip ospf database
show ip ospf rib
show ip ospf topology-info

Kolla vilka LSA:er en viss nod annonserar ut.

show ip ospf database adv-router <RID>

• Others: Typ 6 (MOSPF) och 8 stöds inte på Cisco-routrar och 9-11 är Opaque.

Area types

Att dela upp sitt nätverk i OSPF-areor är grunden för att göra OSPF mer skalbart eftersom det sparar på SPF-beräkningar. Förutom vanliga areor finns det flera andra typer.

Stub
Alla areor behöver inte känna till alla externa nätverk. Då kan man reducera overhead genom att ha areor där man endast skickar in LSA typ 3. Dvs det finns ingen ASBR och LSA typ 4 och 5 stoppas vid ABR. Skulle det komma en LSA 4/5 från någon så ignoreras den. För att hitta ut ur arean så skickar ABR:er in default route med en LSA typ 3.

router ospf 1
 area 1 stub

Stub bit is sent in hello packets

Totally Stubby
Totally stubby är samma som stubby fast alla LSA typ 3 blockas också förutom default routen. Inga LSA typ 3,4,5 gör att LSDB reduceras ytterligare.
ABR

area 1 stub no-summary

Others

area 1 stub

NSSA
Om man vill effektivisera OSPF samtidigt som man behöver injicera in routes från något att protokoll genom någon router i en stubby area så kommer det inte att funka eftersom LSA 4/5 ignoreras. Då får man använda en not-so-stubby area och då skapar ASBR LSA typ 7 istället. NSSA är en kompromiss som tillåter att externa routes kan laddas upp till backbone-arean medans all information från övriga areor ej behöver tas in i arean. I en NSSA kommer inte default routen att annonseras default som i övriga stubby areas.

router ospf 1
 area 1 nssa
 area 1 nssa default-information-originate

NSSA Totally Stubby
NSSA Totally Stubby är samma som NSSA fast alla LSA typ 3 blockas också förutom default routen, samt att default routen injiceras default. Inga LSA typ 3,4,5. Ett ben i area 0 krävs för detta kommando.

area 1 nssa no-summary

Transit
Non-backbone areas kan användas för inter-area transit om det finns en kortare väg igenom dem. Transit är på default men går att stänga av.

router ospf 1
 no capability transit
show ip ospf | i transit

Multi-Area Adjacency
Man kan annonsera samma prefix i två areor genom att använda både network-kommandot och "ip ospf x area"-kommandot under interface.

Nätverkstyper

Det finns olika typer av nätverk och pga hur OSPF fungerar måste man konfigurera det lite olika beroende på typ. T.ex. DR/BDR election hålls endast på broadcast och NBMA. Om frame relay används måste DR och BDR ha PVC till alla andra routrar annars får inte alla uppdateringar. På multiaccess och point-to-point (ethernet) används default nätverkstypen BROADCAST. Beroende på nätverkstyp behövs neighbor-kommandot användas eller ej, non-broadcast needs neighbors.

show ip ospf interface | i protocol|Network Type

Ändra nätverkstyp på ett interface. Det behöver tekniskt sett inte vara samma på båda sidor sålänge det som behövs matchar, t.ex. timers.

interface gi0/0
 ip ospf network ?

Loopback annonseras default som stub endpoint (/32), detta ändras med nätverkstyp point-to-point.

interface lo0
 ip ospf network point-to-point

Designated Router

OSPF optimerar flooding-processen på multiaccess-länkar genom att använda designated routers och backup designated routers. Annars hade varenda router på ett sådant segment behövt upprätta fulla grannskap med alla andra. Med en DR räcker det med att alla utbyter LSDB endast med den, detta resulterar i mindre trafik. Varje router har fullt grannskap med DR och BDR, 2-way med övriga. DR har två syften, det är också så att det är DRs som skapar typ 2 LSAn som representerar multiaccess-segmentet, annars hade det behövts för varje grannskap och det hade inte blivit någon vacker LSDB.

Behöver en DR skicka ut en LSU gör den det till 224.0.0.5 som alla DROther lyssnar på. Behöver en DROther skicka en uppdatering gör den det till 224.0.0.6 som DR och BDR lyssnar på (det är av denna anledning det behövs en BDR). Alla enheter som får en LSU ackar den med en unicast LSAck till avsändaren, med undantag om LSUn kom från sig själv. I topologier utan DR används 224.0.0.5 för allt.

DR election görs mellan 2-way och ExStart i och med att Hellos innehåller DR/BDR om det finns. Om det kommer in en Hello med DR satt till 0.0.0.0 betyder det att det inte finns någon DR än, t.ex. efter ett outage. Då väntar routern en liten stund för att ge andra en chans att komma upp. Detta kallas OSPF wait time och är ställt till samma som Dead time på det interfacet. Under wait time lyssnar routern in RID och prioritet från sina grannar. Val av DR/BDR görs först efter wait time är över. Election görs lokalt på routern utifrån de värden som kommit in. Dock slutar det alltid med att alla har samma.

Finns det en DR RID i ett Hello som kommer in så har någon annat gjort valet och man kan direkt hoppa till election, dvs skippa resten av wait time. Det som görs då är att man fyller den roll som ej är fylld, t.ex. BDR genom att ta den högsta prioriteten och högsta router id som man känner till. Detta gör att det inte finns någon preemption. Däremot kan det tillfälligt existera routrar som är klara med election och som har kommit fram till olika slutsatser. Då byter man DR/BDR till de med högst prio/id när man upptäcker krocken. Om man kör samma prio på alla och stöter på att det inte högsta RID som är DR är det för att den med lägre RID har kommit upp först. Det finns som sagt ingen preemption.

Alla routrar med OSPF priority 1-255 är med i election, 1 är default och sätter man 0 ignoreras DR/BDR election på den enheten. Det är viktigt att DR kan nå alla andra vilket inte är fallet i en hub-and-spoke-topologi där en spoke är DR, se även Cisco DMVPN.

interface gi0/0
 ip ospf priority 50

Konfiguration

Router ID, på Ciscoenheter väljs ID enligt följande ordning:

1. router-id kommandot
2. Högsta IP-adressen på ett no-shut loopback interface (som ej är assignat någon annan OSPF-process)
3. Högsta IP-adressen på ett no-shut interface (som ej är assignat någon annan OSPF-process)

Interfacen behöver inte vara nåbara eller ha något med OSPF att göra utan alla interface jämförs. ID ändras endast när processen startas om eller router-id-kommandot körs.

router-id for this OSPF process (in IPv4 address format)

router ospf 1
 router-id 1.1.1.1

Administrative Distance

router ospf 1
 distance ospf intra-area 110 inter-area 110 external 110
show ip protocols | i Distance

Advertise a maximum metric so that other routers do not prefer the router as an intermediate hop for 60 seconds.

max-metric router-lsa on-startup 60

MTU mismatch

ip ospf mtu-ignore

Allmänna rekommendationer

• Set your maximum LSA settings to keep from killing weak boxes, max-lsa
• Baseline your network so you know how many LSAs normally float around
• Configure LSA warnings to alert of problems
• Crash each type of box on your network in a lab environment so you know what it will do under stress.

MPLS
Om man kör OSPF kan man autoenablea LDP på alla OSPF-interface. Se även Cisco MPLS.

router ospf 1
 mpls ldp autoconfig 
show ip ospf mpls ldp interface

Om man använder IP unnumbered och det finns ett network statement som matchar IP-adressen på primär-interfacet så kommer båda att användas av OSPF i den valda arean.

Adjacency

Logga ändringar i neighbor state

router ospf 1
 log-adjacency-changes
show ip ospf events

Styr grannskap/uppdateringar med passive-interface

passive-interface default
no passive-interface [interface]
show ip ospf interface | i Ethernet|Passive

Specificera granne manuellt, detta måste göras på NBMA och point-to-multipoint nonbroadcast. Det räcker att göra detta på ena sidan för att grannskap ska bildas men best practice är att köra detta på båda sidor.

router ospf 1
 neighbor 10.0.0.2

Per neighbor cost/metric

neighbor 10.0.0.5 cost 1000

Man kan sätta prioritet på sina grannar om man kör unicast. Default är detta 0 men om man har flera neighbor statements och någon har icke-noll så kommer routern att först skicka Hellos till denna. Endast när DR/BDR election är klart så börjar det skickas Hellos till de övriga grannarna. Detta är en mekanism som ökar chansen att DR och BDR blir de routrar man vill. OBS detta har inget med vinnare av DR/BDR att göra.

router ospf 1
 neighbor 10.0.0.5 priority <0-255>

Verify

show ip ospf neighbor
show ip ospf interface brief
show ip ospf neighbor detail | i interface
ping 224.0.0.5

Clearing routing process

clear ip ospf process
debug ip ospf adj

GTSM
TTL Security Check kan konfigureras per process eller per interface.

router ospf 1
 ttl-security all-interfaces
interface gi2
 ip ospf ttl-security 

Graceful restart
En router kan starta om OSPF-grannskap och ändå fortsätta forwarda paket som vanligt med hjälp av Graceful OSPF Restart (RFC 3623). Cisco har även en egen variant av detta som kallas NSF (Non Stop Forwarding) men routrarna har stöd för båda varianterna. Den som restartar hamnar i restart mode och directly connected grannar måste stödja helper mode för att detta ska lira. Helpers måste ignorera att det uteblir Hellos under antydd period och låtsas som att grannskapet är uppe och DR är densamme. Överskrids tidsgränsen rivs adjacency direkt. NSF-aware (helper support) finns på de flesta enheter och är på default. NSF-capable finns på high-end plattformar. GR/NSF utnyttjar att modernare enheter sköter data plane och control plane i olika hårdvara.

router ospf 1
 nsf
 nsr

show ip ospf nsf
show ip ospf nsr

Graceful shutdown
Droppa adjacencies, flusha LSAer och skicka ut Hello med tom neighbor list för att trigga att grannens adjacency går direkt till Init state.

router ospf 1
 shutdown

Per interface

int gi2
 ip ospf shutdown

Authentication

Klassisk OSPF authentication är none/null, clear-text eller MD5. Default är none och man slår på det per interface. Man kan ha multipla nycklar per interface, då gäller högst key id först. Går även att köra authentication på virtual links, se det stycket.

Enable clear-text authentication on area 0

router ospf 1
 area 0 authentication
interface gi0/1
 ip ospf authentication-key [password]

Enable MD5 authentication on area 0

 area 0 authentication message-digest
interface gi0/1
 ip ospf message-digest-key 10 md5 [password]

Enable MD5 authentication on an interface

interface gi0/1
 ip ospf authentication message-digest
 ip ospf message-digest-key 10 md5 [password]

Verify

 show ip ospf interface | i Ethernet|authentication

Extended cryptographic authentication finns i modernare implementationer av OSPF och har stöd för key-chains och SHA-HMAC. Nyckel med högst id används ifall det finns flera nycklar som är aktiva. Key-chain

key chain HACKER
 key 1
  key-string SECRET
  cryptographic-algorithm hmac-sha-512

Per interface, det finns inget area-kommando som slår på key-chain auth på alla interface som vid klassisk konfiguration.

int gi2
 ip ospf authentication key-chain HACKER

Default Routing

Kräver gateway of last resort.

default-information originate

Om man inte har någon gateway of last resort kan man ändå annonsera ut en default route.

default-information originate always

NSSA
En NSSA ABR genererar inte en default route by default (om den inte konfas som totally stubby) eftersom man inte vet om gateway of last resort ska vara i en annan area eller externt (type 7). En NSSA ASBR måste ha en default route i routingtabellen för att kunna skicka ut en default route. En NSSA ABR behöver inte det:

area 1 nssa default-information-originate

Summarization

OSPF-routrar inom samma area måste ha identiska LSDB efter att flooding är färdigt vilket gör att summering endast tillåts vid ABR eller ASBR. Med hjälp av not-advertise i slutet av kommandona kan man styra om de mer specifika prefixen ska annonseras också eller ej.

ABR

router ospf 1
 area 10 range 10.10.0.0 255.255.252.0

Area 10 säger var summeringen kommer ifrån så den skickas till alla andra areor. Cost för summeringen tas från den component route med lägst metric om man inte anger något specifikt.

ASBR

router ospf 1
 summary-address 10.10.0.0 255.255.252.0

Discard
Default installeras det en discard route när man summerar för att förhindra att det forwarderas trafik som man inte har någon specifik route för.

no discard-route external

Convergence

Tuning protocol parameters per interface.

ip ospf hello-interval seconds
ip ospf dead-interval seconds
ip ospf retransmission-interval seconds
ip ospf transmit-delay seconds

Fast Hellos

ip ospf dead-interval minimal hello-multiplier 3

Timers: LSA & SPF

router ospf 1
 timers throttle spf 100 1000 10000
 timers pacing flood 50
 timers paciong retransmission 75
 timers throttle lsa all 10 4000 6000
 timers lsa arrival 2000

Med Group Pacing kan LSA:er "samåka" i refresh-paket.

Stäng av periodic refresh av LSA:er på ett interface.

ip ospf flood-reduction

iSPF
SPF-algoritmen behöver inte köras för alla länkar varje gång det sker en topologi-förändring. Med incremental SPF körs endast algoritmen för de delar som har påverkats av förändringen för att spara CPU-cykler. Detta går att styra individuellt på enheterna med ispf-kommandot. Det kan vara svårt att veta exakt hur mycket skillnad detta gör men generellt ju större topologi ju större skillnad.

router ospf 1
 ispf
show ip ospf | i Incremental

BFD
Se även BFD.

router ospf 1
 bfd all-interfaces

Disable per interface

int gig2
 ip ospf bfd disable

Prefix Suppression
För att få Loopback till Loopback-konnektivitet mellan alla routrar med minimal belastning på routingtabellen kan man skippa att ha med OSPF-länknäten i RIB. Alla noder bör stödja detta.

Global

router ospf 1
 prefix-suppression

Per interface

interface gi2
 ip ospf prefix-suppression

Verify

show ip ospf interface | i Ethernet|Prefix-suppression

Flooding Reduction
OSPF flood reduction stoppar det normala floodandet av LSAer genom att sätta DoNotAge (DNA) biten vilket gör att de inte behöver refreshas med jämna mellanrum.

interface Gi2
 ip ospf flood-reduction

LFA
Loop-Free Alternate Fast Reroute. Single Hop LFA / IP FRR.

show ip ospf fast-reroute

Filtering

Non-local filtering för OSPF kan endast göras på ABR och ASBR.

Intra-area
Filtering påverkar inte LSDB eller flooding utan endast det som hamnar i RIB. Går att göra med en distribute-list dock måste alla routrar vara konfade likadant annars kan det bli blackholing.

access-list 1 deny 172.16.3.1
access-list 1 permit any
router ospf 1
 distribute-list 1 in

Alternativt

summary-address 10.0.0.0 255.255.255.0 not-advertise

Administrative Distance

access-list 10 permit 10.0.0.0 0.0.0.255
router ospf 1
 distance 255 <RID> 0.0.0.0 10

LSA Type-3 Filtering

area 1 range 10.0.0.0 255.255.255.0 not-advertise

Inter-area

ip prefix-list PFXLIST seq 5 deny 10.10.0.0/24
ip prefix-list PFXLIST seq 10 permit 0.0.0.0/0 le 32

router ospf 1
 area 1 filter-list prfix PFXLIST out

Database Filtering
Förhindrar OSPF-processen från att skicka några LSA:er, görs per interface alternativt neighbor. Bör endast användas där all flooding är unnecessary, t.ex. NBMA subnets där det finns många routrar.

ip ospf database-filter all out

Route-Maps*

Virtual Link

OSPF kräver att alla areor är anslutna till area 0. I vissa scenarior kan det vara svårlöst och då kan man använda sig av virtual links för att tunnla OSPF-paket över en annan nonbackbone-area. ABR:n som ej har en direktanslutning till area 0 kan på så sätt få en full kopia av LSDB:n i area 0. Det har inget med data plane att göra utan endast OSPF control plane. En virtual link syns i LSDB som en unnumbered point-to-point länk och LSU:er som skickas har DoNotAge-biten satt. Arean som tunneln går över blir en transit area och den måste vara en vanlig area, dvs ingen stub eller nssa. Detta pga av att data plane går därigenom som vanlig routad trafik så den arean måste känna till allt, intra-, inter- och external routes. VL fungerar som en demand circuit därför bör man ta ner och upp interfacet vid konfigurationsändringar. Interface MTU skickas ej med i DBD-paket över en VL. Virtual link är rekommenderat som backup- eller temporär anslutning.

R1 ABR mellan area 0 och 1

router ospf 1
 network 10.0.1.0 0.0.0.255 area 1
 network 1.1.1.0 0.0.0.255 area 0
 area 1 virtual-link 3.3.3.3  #Router-ID

R3 ABR mellan area 1 och 2

router ospf 1
 network 10.0.1.0 0.0.0.255 area 1
 network 10.0.2.0 0.0.0.255 area 2
 network 3.3.3.0 0.0.0.255 area 2
 area 1 virtual-link 1.1.1.1  #Router-ID

Verify

show ip ospf virtual-links
show ip ospf border-routers

Authentication

area 2 virtual-link 2.2.2.2 authentication message-digest message-digest-key 10 md5 CISCO

Redistribution

Default seed metric: 1 för BGP, 20 för övrigt
Med OSPF behövs ordet subnets annars redistribueras endast classful networks. I nyare IOSer kan "subnets" auto-konfas i vissa lägen, man får kolla konfigurationen.

Static

redistribute static

Default route kan inte redistribueras med redistribute static, inte ens om en route-map används utan default-information originate bör användas.

RIP

redistribute rip subnets

EIGRP

router ospf 1
 redistribute eigrp 1 subnets tag 90

BGP, seed metric för bgp är 1

redistribute bgp 100 subnets

Filtering
LSA type 5 floodas genom hela OSPF-domänen så man får filtrera vid redistributionspunkterna.

route-map RIP_TO_OSPF
 match ip address 10
router ospf 1
 redistribute rip route-map RIP_TO_OSPF

Limit

redistribute maximum-prefix