OSPF (Open Shortest Path First)

OSPF, IS-IS gibi bir link-state yani bir Interior Gateway Protocol'dur. Bu protokolde routerlar tüm topolojinin haritasını oluşturur ve bunu LSDB' de depolar. SPF ile yine IS-IS de olduğu için en kısa yol hesabı yapılır.

IS-IS ve OSPF' de bahsetmiş olduğumuz link-state terimi vardı. Ayrıca yine diğer dynamic routing protokollerin yer aldığı distance-vector bulunmaktadır. Bunlar ne işe yarar?

• Distance Vector (RIP gibi): "şu networkte şu kadar hop yani basamak ile giderim" mantığı ile çalışır.
• Link State: "benim linklerim bunlar, costlar bu şekilde" bilgisini yayan bir mantık ile çalışır.

OSPF' de routerlar: 

• Komşu keşifi yapar.
• Keşif sonrası komşuluk kurar.
• LSDB database' i oluşturur ve tüm bilgileri buraya depolar.
• SPF çalışır ve yol hesabı yapar.
• Routing table' a ilgili hesaplamalar sonrası en iyi rotaları yazar.

OSPF:

• Açık standarttır yani multivendor mantığı ile çalışır.
• Hızlı yakınsama özelliği vardır. (RIP e göre daha çok hızlıdır)
• Classles yani CIDR ve VLSM destekler.
• Area mantığı ile çalışır.
• Route summarization ve filtering özelliği vardır. (Özellikle ABR ve ASBR tarafında)
• Authentication destekler.

OSPF: v2 ve v3 olmak üzere ikiye ayrılır. v2 de IPv4 için kullanılır ve RFC 2328 standartı kapsamındadır. v3' de ise IPv6 için kullanılır. v3 de komşuluklar link-local adreslerle kurulabilmektedir.

OSPF de bilmemiz gereken önemli birkaç terim mevcuttur. Bunlar sırasıyla şu şekildedir...

1.Router ID 

• OSPF routerı tanımlayan 32bit bir ID' ye sahiptir. (IPv4 formatında görünür.) Loopback adresi bir router ID olarak tanımlanabilir. Manuel olarak tanımlanabilir fakat herhangi bir tanım yapılmaz ise cihaz otomatikmen en yüksel value değerine sahip IP adresini router id olarak seçer.
• OSPF domaini içerisinde unique olmak zorundadır.
• Router ID kesinlikle çakışmamalıdır. Bu durum komşuluk oluşmasını engeller.

2.Area

• OSPF topolojisi arealara bölünür. Area0 backbone areadır. Diğer arealar da mutlaka doğrudan ya da dolaylı bir şekilde backbone areaya bağlı olmak zorundadır.
• Area mantığının sebebi cihazlarda yer alan LSDB database alanını küçültmek, SPF yükünü azaltmak ve LSA flood alanını sınırlandırmaktır.

3.LSDB(Link State Database)

• Routerların OSPF ile alakalı verileri tuttuğu database alanıdır.
• Aynı area içerisinde yer alan tüm routerların LSDB' leri aynı olmak zorundadır.
• Routing table SPF sonucu oluşur, LSDB ise topoloji bilgilerini barındırır.

Yukarıda belirtmiş olduğum terimler dışında OSPF paket tipleri bulunmaktadır. OSPF içerisinde toplamda 5 temel paket tipi bulunur. "OSPF Type" denilince akla gelebilir.

1.Hello Packet

• Komşu keşfi ve mevcut komşulukların sürdürülmesi için kullanılan paket tipidir.
• İçerisinde Router ID, Area ID, Hello/Dead Time, network mask, authentication, DR/BDR ve neighbor list gibi bilgiler yer alır.
• Hello paketi komşu varmı, parametreler uyumlumu ya da komşuluk devam ediyor mu gibi durumları sorgulayıp kontrol eder.

2.DBD/DD (Database Description)

• LSDB özet başlıklarını taşır.
• Bende şu LSA typelar var bilgisini taşır.
• Master/Slave sequence number ile ilerler.

3.LSR (Link State Request)

• Şu LSA bende eksik, gönder isteği yapan pakettir.

4.LSU (Link State Update)

• LSA verilerini taşır.
• İçerisinde birden fazla LSA type bilgisi olabilir.

5.LSAck (Link State Acknowledgment)

• Karşı taraftan teslim alınan LSA' ların kontrol ve onayını yapar.
• Flooding güvenirliğini sağlar.

Önemli 2 Not....!

1. OSPF Neighbor: Hello seviyesinde birbirini tanımış iki router demektir.
2. OSPF Adjacency: LSDB senkronizasyonuna girecek kadar tam ilişki kurmuş iki router demektir.

Yani her neighbor, adjacency olmak zorunda değildir. Özellikle brodcast ağlarda DR/BDR mantığı nedeniyle bu duruma dikkat etmemiz gerekir. 

OSPF Neighbor Durumlarını inceleyelim...

• Down: Hiç hello paketi alınmamış yani başlangıç halidir.
• Attempt (Özellikle NBMA): Komşu routera unicast hello paketi gönderilmeye çalışılır. NBMA ağlarda karşımıza çıkar. (Frame Relay döneminde kullanılmıştır.)
• Init: Komşu routerdan hello paketi alındı fakat bizim router id, karşı routerın hello paketindeki neighbor listesinde yok demektir. Yani tek yönlü iletişim var demektir.
• 2-Way: Karşı tarafın hello paketinde bizim router id' yi gördük (iki yönlü iletişim sağlandı.) Broadcast/NBMA ağ yapılarında bazı komşular bu neighbor durumunda kalabilir, çünkü sadece DR/BDR ile tam ajdacency kurulur.
• ExStart: DBD exchange başlar. Master/Slave belirlenir. Sequence başlatılır. (MTU mismatch durumundan ötürü ExStart hali ile karşılaşabiliriz.)
• Exchange: DBD paketleri karşılıklı değiş tokuş edilir. LSA başlıkları karşılaştırılır..
• Loading: Eksik kalan LSA paketleri LSR yardımı ile tekrar istenir. LSU ile temin edilir.
• Full: LSDB senkronizasyonu sağlanmış olur. Komşuluk tam anlamıyla kurulmuş olur.

Intra-Area:  Aynı area içinden öğrenilen rotaları belirtir. Routing tablosunda O ile belirtilir.

Inter-Area: ABR üzerinden gelen rotaları belirtir. Routing tablosunda O IA ile belirtilir.

External: Redistribute edilmiş rotaları belirtir. O E1 ya da O E2 şeklinde routing tablosunda belirtilir.

Eğer aynı prefix farklı kaynaklardan öğrenilmeye çalışılırsa; en uzun prefix match, administrative distance ve metric değerleri göz önünde bulundurularak tercih yapılır.

OSPF komşuluğu için aşağıdaki değerlerin karşılıklı match olması gerekmektedir:

• Area ID
• Hello/Dead timer
• Authentication
• Stub/NSSA flag (area type uyumu)
• Network type (çoğu durumda)
• MTU (özellikle ExStart/Exchange’de sorun)
• Subnet/mask (özellikle broadcast segmentlerde)
• Router ID benzersiz olmalı

OSPFv2 de komşuluk kurulumunu koruyabilmek için authentication methodu kullanılabilir. Authentication mantığında simple password, MD5, HMAC/SHA kullanılabilir. Authentication mismatch olursa komşuluk kurulamaz.

OSPFv2 de iki adet multicast adres vardır. Bunlar 224.0.0.5 ve 224.0.0.6 şeklindedir. 224.0.0.5 adresi  tüm OSPF routerları tarafından dinlenir. OSPF'e dahil olan her cihaz bu adresi dinlediği için, genel duyurular burada yapılır.   Komşuluk kurmak ve hattın "hayatta" olduğunu belirtmek için hello paketleri gönderilir. 224.0.0.6 da ise bu adres, sadece DR (Designated Router) ve BDR (Backup Designated Router) tarafından dinlenir. Sadece o ağın seçilmiş lideri (DR) ve yardımcısı (BDR) dinler. Diğer router'lar (DROther) bu adrese gelen paketleri dikkate almazlar.

OSPF Virtual Link: Fiziksel olarak Area 0'a (Backbone) doğrudan bağlı olmayan bir areayı, başka bir area üzerinden geçerek sanal olarak Backbone'a bağlamak için kullanılan bir "tünel" mekanizmasıdır. OSPF'in temel kuralına göre, tüm alanlar (Area 1, 2, 10 vb.) hiyerarşik olarak Area 0'a fiziksel olarak bağlı olmalıdır. Ancak ağ genişlemeleri, şirket birleşmeleri veya plansız büyümeler sonucunda bu bağlantı koptuğunda devreye Virtual Link girer. Virtual Link yapılandırırken şu kurallar hayati önem taşır: 

• Transit Area: Sanal tünelin üzerinden geçeceği bir ara alan (Transit Area) olmalıdır. Bu alan Normal bir alan olmalıdır (Area 0 hariç).
• Stub Kısıtlaması: Transit alan kesinlikle bir Stub Area olamaz. Çünkü Virtual Link, Type 5 LSA gibi paketlerin geçişini gerektirir ve Stub alanlar buna izin vermez.
• Router ID: Yapılandırma IP adresleri üzerinden değil, iki uçtaki yönlendiricinin Router ID'si üzerinden yapılır.
• Maliyet: Sanal bağlantının maliyeti, transit alan üzerinden geçen en kısa yolun maliyetine eşittir.

OSPF Summarization: Yönlendirme tablosundaki çok sayıda spesifik alt ağın (subnet) tek bir büyük ağ adresi altında toplanarak ilan edilmesidir. Amacı, yönlendiricilerin işlemci (CPU) ve bellek (RAM) kullanımını azaltmak, ağdaki LSA trafiğini minimize etmek ve bir linkteki dalgalanmanın (flapping) tüm ağı etkilemesini engellemektir. Bir network Mühendisi olarak büyük ölçekli bir ağ yönetiyorsan özetlemenin şu faydalarını göreceksin: 

• Küçük Yönlendirme Tabloları: 100 tane /24 alt ağ yerine tek bir /16 rota tutulur. Bu, yönlendirme (lookup) hızını artırır.
• Hata İzolasyonu (LSA Throttling): Bir alandaki spesifik bir link kopup geldiğinde, özet rota hala ayakta olduğu için diğer alanlardaki router'lar SPF algoritmasını tekrar çalıştırmaz. Ağ çok daha stabil hale gelir.
• Bant Genişliği Tasarrufu: Daha az LSA paketi gönderildiği için kontrol trafiği azalır.