Tento výukový program podrobně vysvětluje vzorec pro výpočet metrických nákladů OSPF a algoritmus SPF krok za krokem s příklady. Zjistěte, jak algoritmus SPF (Shortest Path First) počítá kumulativní náklady na trasu pro sestavení stromu nejkratších cest (SPT) a jak lze manipulovat se vzorcem metriky OSPF změnou hodnoty referenční šířky pásma.
Algoritmus SPF (Shortest Path First)
Jak víme, při inicializaci nebo v důsledku jakékoli změny směrovacích informací směrovač OSPF generuje LSA. Tento LSA (Link State Advertisement) obsahuje soubor všech stavů spojení na daném směrovači. Směrovač tento LSA šíří v síti. Každý směrovač, který obdrží tento LSA, uloží jeho kopii do své databáze LSA a poté tento LSA rozešle ostatním směrovačům.
Po aktualizaci databáze vybere směrovač ze všech dostupných tras jednu nejlepší trasu pro každý cíl. Směrovač používá k výběru nejlepší trasy algoritmus SPF.
Stejně jako ostatní směrovací algoritmy i SPF používá k výběru nejlepší trasy do směrovací tabulky složku metriky zvanou cost.
Tento návod je poslední částí našeho článku „Vysvětlení směrovacího protokolu OSPF s příklady“. Další části tohoto článku si můžete přečíst zde.
Vysvětlení základní terminologie OSPF
Tento tutoriál je první částí tohoto článku. V této části jsme si vysvětlili základní terminologii protokolu OSPF, jako je Feature , Advantage a Disadvantage, Autonomous System, Area concept, ABR, IR, Link, State ,LSA a LSDB s příkladem.
OSPF Neighborship Condition and Requirement
Tento tutoriál je druhou částí tohoto článku. Sousedství OSPF je vytvořeno mezi dvěma směrovači pouze v případě, že se shodují konfigurační hodnoty Area ID, Authentication, Hello a Dead interval, Stub Area a MTU. Tato část podrobně vysvětluje tyto parametry a sousedství OSPF na příkladech.
OSPF Neighbor States Explained with Example
Tento tutoriál je třetí částí tohoto článku. Proces adjacence OSPF prochází sedmi stavy: OSPF State down, OSPF State Init, OSPF State two way, OSPF State Exstart, OSPF State Exchange, OSPF State Loading a OSPF State full. Tato část podrobně vysvětluje tyto stavy s procesem výběru DR BDR na příkladech.
Průvodce konfigurací OSPF krok za krokem
Tento návod je čtvrtou částí tohoto článku. Konfigurační část protokolu OSPF zahrnuje ID procesu, ID oblasti a masku se zástupnými znaky, které jeho nastavení trochu ztěžují. V této části jsou tyto parametry podrobně vysvětleny na příkladech.
OSPF Metric cost
Logicky bude paket čelit větší režii při průchodu 56Kb/s sériovou linkou než při průchodu 100Mb/s ethernetovou linkou. Respektive bude trvat méně času při přechodu přes linku s vyšší šířkou pásma než přes linku s nižší šířkou pásma. OSPF používá tuto logiku pro výpočet nákladů. Náklady jsou nepřímo úměrné šířce pásma. Větší šířka pásma má nižší náklady. Nižší šířka pásma má vyšší náklady.
OSPF používá k výpočtu nákladů následující vzorec
Cost = referenční šířka pásma / šířka pásma rozhraní v bps.
Referenční šířka pásma byla v dokumentaci OSPF (RFC 2338) definována jako libovolná hodnota. Prodejci musí používat vlastní referenční šířku pásma. Společnost Cisco používá jako referenční šířku pásma 100 Mb/s (108). S touto šířkou pásma by naše rovnice byla
Cost = 108/šířka pásma rozhraní v bps
Klíčové body
- Cost je kladná celočíselná hodnota.
- Každá desetinná hodnota by byla zaokrouhlena zpět na nejbližší kladné celé číslo.
- Každá hodnota nižší než 1 by byla považována za 1.
Teď už rovnici známe, pojďme si to trochu spočítat a zjistit výchozí náklady některých základních rozhraní.
Výchozí náklady základních rozhraní.
| Typ rozhraní | šířka pásma | Metrický výpočet | Náklady |
| Ethernet Link | 10Mbps | 100000000/10000000 = 10 | 10 |
| FastEthernet Link | 100Mbps | 100000000/100000000 = 1 | 1 |
| Seriál Link | 1544Kbps(výchozí) | 100000000/1544000 = 64.76 | 64 |
Cena společných linek
| Linka | Šířka pásma | Metrický výpočet | Náklady |
| Linka 56 Kb/s | 56Kb/s | 100000000/56000 = 1785.71 | 1785 |
| 64 Kbps linka | 64Kbps | 100000000/64000 = 1562,5 | 1562 |
| 128 Kbps linka | 128Kbps | 100000000/128000 = 781.25 | 781 |
| 512 Kbps linka | 512 Kbps | 100000000/512000 = 195.31 | 195 |
| 1 Mbps linka | 1Mbps | 100000000/1000000 = 100 | 100 |
| 10 Mbps linka | 10Mbps | 100000000/10000000 = 10 | 10 |
| 100 Mbps linka | 100Mbps | 100000000/100000000 = 1 | 1 |
| 1 Gbps linka | 1Gbps | 100000000/100000000 0= 0.1 | 1 |
| 10 Gbps linka | 10Gbps | 100000000/10000000000 = 0.01 | 1 |
SPT (Shortest Path Tree)
OSPF router sestavuje strom nejkratších cest. SPT je stejně jako rodokmen, kde směrovač je kořen a cílové sítě jsou listy. Algoritmus SPF počítá cenu větve mezi listy a kořenem. Větev s nejnižšími náklady se použije k dosažení listu. Odborně řečeno, do směrovací tabulky bude vybrána trasa, která má nejnižší kumulativní hodnotu nákladů mezi zdrojem a cílem.
Kumulativní náklady = součet nákladů všech odchozích rozhraní v trase
Nejlepší trasa pro směrovací tabulku = trasa, která má nejnižší kumulativní náklady
Shrnutí
- OSPF používá k výpočtu nejlepší trasy pro směrovací tabulku strom SPT.
- Strom SPT nemůže růst mimo oblast. Pokud má tedy směrovač rozhraní ve více oblastech, musí vytvořit samostatný strom pro každou oblast.
- Algoritmus SPF počítá všechny možné trasy ze zdrojového směrovače do cílové sítě.
- Kumulativní náklady jsou součtem všech nákladů na odchozí rozhraní OSPF v cestě.
- Při výpočtu kumulativních nákladů bere OSPF v úvahu pouze odchozí rozhraní v cestě. Do kumulativních nákladů nesčítá náklady příchozích rozhraní.
- Pokud existuje více tras, SPF porovnává kumulativní náklady. Do směrovací tabulky bude vybrána trasa, která má nejnižší kumulativní náklady.
Nyní máme základní znalosti algoritmu SPF. Ve zbývající části tohoto tutoriálu se naučíme, jak algoritmus SPF vybírá nejlepší trasu z dostupných tras.
Vytvořte si cvičnou laboratoř podle následujícího obrázku nebo si stáhněte tuto předpřipravenou cvičnou laboratoř a nahrajte ji do practice traceru.
Stáhněte si cvičnou topologii OSPF s konfigurací OSPF
Přistupte k výzvě CLI směrovače Router0.
Spusťte příkaz show ip route ospf z režimu oprávnění a zobrazte všechny naučené trasy prostřednictvím protokolu OSPF.
Jak ukazuje výstup, směrovač Router0 má ve směrovací tabulce šest tras z protokolu OSPF. Projdeme každou trasu a zjistíme, proč byla vybrána jako nejlepší trasa do směrovací tabulky protokolu OSPF.
Trasa 20.0.0.0
Máme tři trasy, kterými se dostaneme do sítě 20.0.0.0/8. Vypočítejme kumulativní náklady každé trasy.
Přes trasu R0-R1-R2-R6
Via route R0 – R3 – R4 – R6
Via route R0 – R5 – R6
| Router | Exit Interface | Šířka pásma | Metrický výpočet | Náklady |
| R0 | Fa0/1 | 100Mbps | 100000000/100000000 = 1 | 1 |
| R5 | Fa0/0 | 100Mbps | 100000000/100000000 = 1 | 1 |
| R0 | Fa0/1 | 100Mbps | 100000000/100000000 = 1 | 1 |
| Kumulativní cena trasy (1+ 1 + 1) =3 | ||||
Mezi těmito trasami, má trasa R0-R5-R6 nejnižší kumulativní náklady. Byla tedy vybrána jako nejlepší trasa pro směrovací tabulku.
Trasa 192.168.0.4
Přes trasu R0 – R1
Cena R0 Serial 0/0/0 (1562) + cena R1 Serial 0/0/1 (1562) = 3124 (kumulativní cena)
Přes trasu R0 – R3 – R4 – R6 – R2
Přes trasu R0 – R5 – R6 – R2
Z těchto tras, Trasa R0 – R5 – R6 – R2 má nejnižší náklady, proto byla vybrána do směrovací tabulky.
Trasa 192.168.0.8
Přes trasu R0 – R1
R0 Serial 0/0/0 cost (1562) + R1 Serial 0/0/1 cost (1562) + R2 Serial 0/0/0 cost (1562) = 4686 (kumulativní náklady)
Přes trasu R0 – R3 – R4 – R6
R0 Serial 0/0/1 cost (64) + R3 Serial 0/0/0 cost (64) + R4 Serial 0/0/1 náklady (64) + R6 Serial 0/0/0 náklady (64) = 256 (kumulativní náklady)
Via Route R0 – R5 – R6
Ro FastEthernet 0/1 náklady (1) + R5 FastEthernet 0/0 náklady (1) + R6 Serial 0/0/0 náklady (64) = 66 (kumulativní náklady)
Mezi těmito trasami, R0 – R5 – R6 má nejnižší náklady, proto byla vybrána do směrovací tabulky.
Trasa 192.168.1.4
Přes trasu R0 – R1 – R2 – R6
Cena R0 Serial 0/0/0 (1562) + R1 Serial 0/0/1 (1562) + R2 Serial 0/0/0 (1562) + R6 FastEthernet 0/0 (1) = 4687 (kumulativní cena)
Přes trasu R0 – R3 – R4 – R6
R0. Serial 0/0/1 náklady (64) + R3 Serial 0/0/0 náklady (64) + R4 Serial 0/0/1 náklady (64) + R6 FastEthernet 0/0 (1) = 193
Via R0 – R5
R0 FastEthernet 0/1 náklady (1) + R5 FastEthernet 0/0 náklady (1) = 2
Mezi těmito trasami, R0 – R5 má nejnižší náklady, proto byla vybrána jako nejlepší trasa.
Trasa 192.168.2.4
Přes trasu R0 – R1 – R2 – R6 – R4
Přes trasu R0 – R5 – R6 – R4
R0 FastEthernet 0/1 náklady (1) + R5 FastEthernet 0/0 náklady (1) + R6 Serial 0/0/1 (64) + Serial 0/0/0 R4’s cost (64) = 130
Via Route R0 – R3
R0’s Serial 0/0/1 cost (64) + R3’s Serial 0/0/0 cost (64) = 128
Mezi těmito trasami, Trasa R0 – R3 má pro cíl 192 nejnižší náklady.168.2.4.
Trasa 192.168.2.8
Cesta R0 – R3 – R4
Cesta R0 Serial 0/0/1 cost (64) + R3 Serial 0/0/0 cost (64) + R4 Serial 0/0/1 cost (64) = 192
Cesta R0 – R1 – R2 – R6
Ro Serial 0/0/0 cost (1562) + R1 Serial 0/0/1 cost (1562) + R2’s Serial 0/0/0 cost (1562) + R6’s Serial 0/0/1 cost (64) = 4750
Via Route R0 – R5 – R6
R0’s FastEthernet 0/1 cost (1) + R5’s FastEthernet 0/0 cost (1) + R6’s Serial 0/0/1 cost (64) = 66
Route R0 – R5 – R6 has the lowest cost value.
Po výběru nejlepší trasy pro každou cílovou síť OSPF se podívejte, jak vypadá následující obrázek.
Manipulace s náklady na trasu OSPF
S náklady na trasu OSPF můžeme manipulovat dvěma způsoby.
- Změnou šířky pásma rozhraní
- Změnou referenční hodnoty šířky pásma
Změnou šířky pásma rozhraní
Příkaz Bandwidth v režimu dílčího rozhraní slouží k nastavení šířky pásma podporovaného rozhraní.
Pokud je šířka pásma nastavena prostřednictvím tohoto příkazu, bude ji OSPF používat. Není-li šířka pásma nastavena, použije se výchozí šířka pásma rozhraní.
Pokud rozhraní povolíme, směrovač mu automaticky přiřadí hodnotu šířky pásma podle jeho typu. Například sériové rozhraní má výchozí hodnotu šířky pásma 1544k. Dokud tuto hodnotu nezměníme příkazem bandwidth, bude se používat tam, kde je to potřeba.
Ujasním si ještě jednu věc ohledně šířky pásma. Změna výchozí šířky pásma pomocí příkazu bandwidth nezmění skutečnou šířku pásma rozhraní. Ani výchozí šířka pásma, ani šířka pásma nastavená příkazem bandwidth nemá nic společného se skutečnou šířkou pásma linky první vrstvy.
Jaký účel tedy tento příkaz řeší?
Tento příkaz slouží pouze k ovlivnění směrovacího protokolu, který používá šířku pásma v procesu výběru trasy, například OSPF a EIGRP.
Příklad této metody jsme již viděli v našem příkladu. Na sériové lince R0 0/0/0, sériové lince R1 0/0/1 a sériové lince R2 0/0/0 jsme změnili výchozí šířku pásma (1544 Kb/s) na vlastní šířku pásma (64 kb/s). Kvůli této změně si R0 vzal další směrovač pro síť 192.168.0.4.
Pochopíme to podrobněji.
Aktuální náklady pro cíl 192.168.0.4 z R0
Přes trasu R0 – R1
Náklady R0 Serial 0/0/0 (1562) + náklady R1 Serial 0/0/1 (1562) = 3124 (kumulativní náklady)
Přes trasu R0 – R5 – R6 – R2
Přes trasu R0 – R3 – R4 – R6 – R2
Mezi těmito trasami, Trasa R0 – R5 – R6 – R2 má nejnižší náklady, proto byla vybrána do směrovací tabulky.
No … Která trasa by byla vybrána, kdybychom použili výchozí šířku pásma?
Cena pro cíl 192.168.0.4 z R0 s výchozí šířkou pásma.
Přes trasu R0 – R1
Náklady na sériovou trasu 0/0/0 R0 (64) + náklady na sériovou trasu 0/0/1 R1 (64) = 128 (kumulativní náklady)
Přes trasu R0 – R5 – R6 – R2
Přes trasu R0 – R3 – R4 – R6 – R2
Mezi těmito trasami, Trasa R0 – R1 má nejnižší hodnotu nákladů, takže bude vybrána do směrovací tabulky. Změnou šířky pásma rozhraní jsme tedy vlastně ovlivnili proces výběru trasy.
Změnou hodnoty referenční šířky pásma
Jak jsem se již zmínil, ve výchozím nastavení používá OSPF jako referenční šířku pásma 100Mb/s. V tomto případě se jedná o referenční šířku pásma. Změnou této hodnoty by se změnila i cena trasy. Pokud bychom jako referenční šířku pásma použili 1000Mb/s, náklady na 100Mb/s linku by se změnily na 10. To zní skvěle, zejména pokud máme v síti linky s větší šířkou pásma. Podívejte se například na následující obrázek.
Kterou trasou se R2 dostane do sítě 10.0.0.0/8?
Trasa R2 – R3
V této trase máme dva výstupní body. Oba body mají výchozí rychlost 1oo Mb/s.
Cena FastEthernetu R2 (100000000/100000000) = 1
Cena FastEthernetu R3 (100000000/100000000) = 1
Cena této trasy 1 + 1 = 2
Route R2 – R1 – R3
V této trase máme tři výstupní body. Dva výstupní body (R2 a R1) mají linku o rychlosti 1 Gb/s.
Cesta FastEthernetu R2 (100000000/1000000000) = .1 (Cokoli pod 1 by bylo považováno za 1)
Cesta FastEthernetu R3 (100000000/1000000000) = .1 (Cokoli pod 1 bude považováno za 1)
Cena FastEthernetu R3 (100000000/100000000) = 1
Cena této trasy 1 + 1 + 1 = 3
Při výchozí referenční šířce pásma R2 zvolí trasu R2 – R3, což není dobré.
Můžeme nastavit referenční šířku pásma pomocí příkazu auto-cost reference-bandwidth ref-band.
Musíme nastavit referenční šířku pásma na všech směrovačích sítě. Nesoulad referenční šířky pásma může způsobit, že směrovače budou neustále spouštět algoritmus SPF, což by mohlo způsobit vážný problém s výkonem.
Referenční šířka pásma je přiřazena v Mbps. Platný rozsah je 1 až 4294967. Výchozí referenční šířka pásma je 100 Mb/s.
Tracker paketů bohužel tento příkaz neobsahuje. Pro procvičení tohoto příkazu použijte jiný software simulátoru, který tento příkaz podporuje, nebo použijte skutečný směrovač.
Změníme referenční šířku pásma na 1000Mbps na všech třech směrovačích pomocí následujících příkazů
Router# configure terminalEnter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z.Router (config)#router ospf 1Router (config-router)#auto-cost reference-bandwidth 1000% OSPF: Reference bandwidth is changed. Please ensure reference bandwidth is consistent across all routers.Router (config-router)#exitRouter #
Cena trasy s novou referencí bandwidth
{modul in_art_slot_10}
Route R2 – R3
R2’s FastEthernet cost (1000000000/100000000) = 10
R3’s FastEthernet cost (1000000000/100000000) = 10
Náklady této trasy 10 + 10 = 20
Trasa R2 – R1 – R3
Náklady FastEthernetu R2 (1000000000/1000000000) = 1
Náklady R3 FastEthernet (1000000000/1000000000) = 1
R3’s FastEthernet cost (1000000000/100000000) = 10
Cost této trasy 1 + 1 + 10 = 12
V tomto případě Route R2-R1-R3 bude vybrána, což je nejkratší trasa pro cíl.
To je pro tento článek vše. Doufám, že nyní lépe rozumíte směrovacímu protokolu OSPF. V příštím článku podrobně vysvětlím Access List s příklady.