Dieses Tutorial erklärt OSPF Metric calculation formula und SPF algorithm Schritt für Schritt im Detail mit Beispielen. Lernen Sie, wie der SPF (Shortest Path First) Algorithmus die kumulativen Kosten einer Route berechnet, um den Shortest Path Tree (SPT) zu erstellen und wie die OSPF Metric Formel durch Ändern des Referenzbandbreitenwertes manipuliert werden kann.
Shortest Path First (SPF) Algorithmus
Wie wir wissen, generiert ein OSPF Router bei der Initialisierung oder aufgrund einer Änderung der Routing Information eine LSA. Diese LSA (Link State Advertisement) enthält die Sammlung aller Link-States auf diesem Router. Der Router propagiert diese LSA im Netzwerk. Jeder Router, der diese LSA empfängt, speichert eine Kopie davon in seiner LSA-Datenbank und gibt diese LSA dann an andere Router weiter.
Nach der Aktualisierung der Datenbank wählt der Router für jedes Ziel eine einzelne beste Route aus allen verfügbaren Routen aus. Der Router verwendet den SPF-Algorithmus, um die beste Route auszuwählen.
Genauso wie andere Routing-Algorithmen verwendet auch SPF eine metrische Komponente, die Kosten genannt wird, um die beste Route für die Routing-Tabelle auszuwählen.
Dieses Tutorial ist der letzte Teil unseres Artikels „OSPF Routing Protocol Explained with examples“. Sie können andere Teile dieses Artikels hier lesen.
OSPF Grundlegende Terminologie erklärt
Dieses Tutorial ist der erste Teil dieses Artikels. In diesem Teil wird die grundlegende Terminologie von OSPF erklärt, wie z.B. Feature, Vorteil und Nachteil, Autonomes System, Area Konzept, ABR, IR, Link, State, LSA und LSDB mit Beispielen.
OSPF Neighborship Condition and Requirement
Dieses Tutorial ist der zweite Teil dieses Artikels. Eine OSPF-Nachbarschaft wird nur dann zwischen zwei Routern aufgebaut, wenn die Konfigurationswerte von Area ID, Authentication, Hello und Dead interval, Stub Area und MTU übereinstimmen. Dieser Teil erklärt diese Parameter und die OSPF-Nachbarschaft im Detail mit Beispielen.
OSPF-Nachbarschaftszustände erklärt mit Beispiel
Dieses Tutorial ist der dritte Teil dieses Artikels. Der OSPF-Nachbarschaftsprozess durchläuft die sieben Zustände: OSPF State down, OSPF State Init, OSPF State two ways, OSPF State Exstart, OSPF State Exchange, OSPF State Loading und OSPF State full. Dieser Teil erklärt diese Zustände mit DR BDR Auswahlprozess im Detail mit Beispielen.
OSPF Konfiguration Schritt für Schritt Anleitung
Dieses Tutorial ist der vierte Teil dieses Artikels. Der Konfigurationsteil von OSPF beinhaltet Prozess-ID, Area-ID und Wildcard-Maske, was die Einrichtung etwas erschwert. Dieser Teil erklärt diese Parameter im Detail mit Beispielen.
OSPF Metric cost
Logisch gesehen wird ein Paket beim Durchqueren einer seriellen 56Kbps-Verbindung mehr Overhead haben als beim Durchqueren einer 100Mbps Ethernet-Verbindung. Dementsprechend wird es weniger Zeit benötigen, um eine Verbindung mit höherer Bandbreite zu durchqueren als eine Verbindung mit geringerer Bandbreite. OSPF verwendet diese Logik, um die Kosten zu berechnen. Die Kosten sind das umgekehrte Verhältnis zur Bandbreite. Eine höhere Bandbreite hat niedrigere Kosten. Niedrigere Bandbreite hat höhere Kosten.
OSPF verwendet folgende Formel zur Berechnung der Kosten
Kosten = Referenzbandbreite / Schnittstellenbandbreite in bps.
Die Referenzbandbreite wurde in der OSPF-Dokumentation (RFC 2338) als beliebiger Wert definiert. Die Hersteller müssen ihre eigene Referenzbandbreite verwenden. Cisco verwendet 100Mbps (108) Bandbreite als Referenzbandbreite. Mit dieser Bandbreite würde unsere Gleichung lauten
Kosten = 108/Schnittstellenbandbreite in bps
Schlüsselpunkte
- Kosten ist ein positiver ganzzahliger Wert.
- Jeder Dezimalwert wird auf die nächste positive ganze Zahl zurückgerundet.
- Jeder Wert unter 1 wird als 1 betrachtet.
Nun kennen wir die Gleichung, lassen Sie uns ein wenig rechnen und die Standardkosten einiger wesentlicher Schnittstellen herausfinden.
Standardkosten wesentlicher Schnittstellen.
| Schnittstellentyp | Bandbreite | Metrische Berechnung | Kosten |
| Ethernet Link | 10Mbps | 100000000/10000000 = 10 | 10 |
| FastEthernet Link | 100Mbps | 100000000/100000000 = 1 | 1 |
| Serial Link | 1544Kbps(default) | 100000000/1544000 = 64.76 | 64 |
Kosten der gemeinsamen Leitungen
| Leitung | Bandbreite | Metrische Berechnung | Kosten |
| 56 Kbps Leitung | 56Kbps | 100000000/56000 = 1785.71 | 1785 |
| 64 Kbps Leitung | 64Kbps | 100000000/64000 = 1562.5 | 1562 |
| 128 Kbps Leitung | 128Kbps | 100000000/128000 = 781.25 | 781 |
| 512 Kbps Leitung | 512 Kbps | 100000000/512000 = 195.31 | 195 |
| 1 Mbps Leitung | 1Mbps | 100000000/1000000 = 100 | 100 |
| 10 Mbps Leitung | 10Mbps | 100000000/10000000 = 10 | 10 |
| 100 Mbps Leitung | 100Mbps | 100000000/100000000 = 1 | 1 |
| 1 Gbps Leitung | 1Gbps | 100000000/100000000 0= 0.1 | 1 |
| 10 Gbps Leitung | 10Gbps | 100000000/10000000000 = 0.01 | 1 |
SPT (Shortest Path Tree)
OSPF-Router baut einen Shortest Path Tree auf. SPT ist wie ein Stammbaum, bei dem der Router die Wurzel und die Zielnetze die Blätter sind. Der SPF-Algorithmus berechnet die Kosten der Zweige zwischen den Blättern und der Wurzel. Der Zweig mit den niedrigsten Kosten wird verwendet, um das Blatt zu erreichen. In der Fachsprache wird die Route, die den niedrigsten kumulativen Kostenwert zwischen Quelle und Ziel hat, für die Routing-Tabelle ausgewählt.
Kumulative Kosten = Summe der Kosten aller ausgehenden Schnittstellen in der Route
Beste Route für die Routing-Tabelle = Route mit den niedrigsten kumulativen Kosten
Zusammenfassung
- OSPF verwendet den SPT-Baum, um die beste Route für die Routing-Tabelle zu berechnen.
- Ein SPT-Baum kann nicht über das Gebiet hinaus wachsen. Wenn ein Router also Schnittstellen in mehreren Bereichen hat, muss er für jeden Bereich einen eigenen Baum erstellen.
- Der OSPF-Algorithmus berechnet alle möglichen Routen vom Quellrouter zum Zielnetz.
- Die kumulativen Kosten sind die Summe aller Kosten der ausgehenden OSPF-Schnittstellen im Pfad.
- Bei der Berechnung der kumulativen Kosten berücksichtigt OSPF nur ausgehende Schnittstellen im Pfad. Es addiert nicht die Kosten der eingehenden Schnittstellen zu den kumulativen Kosten.
- Wenn mehrere Routen existieren, vergleicht SPF die kumulativen Kosten. Die Route mit den niedrigsten kumulativen Kosten wird für die Routing-Tabelle ausgewählt.
Nun haben wir ein grundlegendes Verständnis des SPF-Algorithmus. Im verbleibenden Teil dieses Tutorials werden wir lernen, wie der SPF-Algorithmus die beste Route aus den verfügbaren Routen auswählt.
Erstellen Sie ein Übungslabor, wie in der folgenden Abbildung dargestellt, oder laden Sie dieses vorbereitete Übungslabor herunter und laden Sie es in Practice Tracer.
Laden Sie die OSPF-Praxistopologie mit der OSPF-Konfiguration herunter
Zugriff auf die CLI-Eingabeaufforderung von Router0.
Führen Sie den Befehl show ip route ospf im privilegierten Modus aus, um alle gelernten Routen über das OSPF-Protokoll anzuzeigen.
Wie die Ausgabe zeigt, hat Router0 sechs Routen von OSPF in der Routing-Tabelle. Wir werden jede Route durchgehen und herausfinden, warum sie von OSPF als beste Route für die Routing-Tabelle ausgewählt wurde.
Route 20.0.0.0
Wir haben drei Routen, um das Netzwerk 20.0.0.0/8 zu erreichen. Lassen Sie uns die kumulativen Kosten jeder Route berechnen.
Über die Route R0-R1-R2-R6
Über Route R0 – R3 – R4 – R6
Über Route R0 – R5 – R6
| Router | Ausgangsschnittstelle | Bandbreite | Metrische Berechnung | Kosten |
| R0 | Fa0/1 | 100Mbps | 100000000/100000000 = 1 | 1 |
| R5 | Fa0/0 | 100Mbps | 100000000/100000000 = 1 | 1 |
| R0 | Fa0/1 | 100Mbps | 100000000/100000000 = 1 | 1 |
| Kumulative Kosten der Route (1+ 1 + 1) =3 | ||||
Unter diesen Routen, hat die Route R0-R5-R6 die niedrigsten kumulativen Kosten. Daher wurde sie als beste Route für die Routing-Tabelle ausgewählt.
Route 192.168.0.4
Über Route R0 – R1
R0’s Serial 0/0/0 cost (1562) + R1’s Serial 0/0/1 cost (1562) = 3124 (Cumulative cost)
Über Route R0 – R3 – R4 – R6 – R2
Über Route R0 – R5 – R6 – R2
Unter diesen Routen, Die Route R0 – R5 – R6 – R2 hat die niedrigsten Kosten und wurde daher für die Routing-Tabelle ausgewählt.
Route 192.168.0.8
Über Route R0 – R1
R0’s Serielle 0/0/0 Kosten (1562) + R1’s Serielle 0/0/1 Kosten (1562) + R2’s Serielle 0/0/0 (1562) = 4686 (Kumulative Kosten)
Über Route R0 – R3 – R4 – R6
R0’s Serielle 0/0/1 Kosten (64) + R3’s Serielle 0/0/0 Kosten (64) + R4’s Serial 0/0/1 cost (64) + R6’s Serial 0/0/0 cost (64) = 256 (Cumulative cost)
Über Route R0 – R5 – R6
Ro’s FastEthernet 0/1 cost (1) + R5’s FastEthernet 0/0 cost (1) + R6’s Serial 0/0/0 cost (64) = 66 (Cumulative cost)
Zwischen diesen Routen, Die Route R0 – R5 – R6 hat die niedrigsten Kosten und wurde daher für die Routing-Tabelle ausgewählt.
Route 192.168.1.4
Über Route R0 – R1 – R2 – R6
R0’s Seriell 0/0/0 Kosten (1562) + R1’s Seriell 0/0/1 (1562) + R2’s Seriell 0/0/0 (1562) + R6’s FastEthernet 0/0 (1) = 4687 (Kumulative Kosten)
Über R0 – R3 – R4 – R6
R0’s Serielle 0/0/1 Kosten (64) + R3’s Serielle 0/0/0 Kosten (64) + R4’s Serielle 0/0/1 Kosten (64) + R6’s FastEthernet 0/0 (1) = 193
Via R0 – R5
R0’s FastEthernet 0/1 Kosten (1) + R5’s FastEthernet 0/0 Kosten (1) = 2
Unter diesen Routen, Die Route R0 – R5 hat die niedrigsten Kosten und wurde daher als beste Route ausgewählt.
Route 192.168.2.4
Über Route R0 – R1 – R2 – R6 – R4
Über Route R0 – R5 – R6 – R4
R0’s FastEthernet 0/1 cost (1) + R5’s FastEthernet 0/0 cost (1) + R6’s Serial 0/0/1 (64) + R4’s Serial 0/0/0 cost (64) = 130
Über Route R0 – R3
R0’s Serial 0/0/1 cost (64) + R3’s serial 0/0/0 cost (64) = 128
Unter diesen Routen, Die Route R0 – R3 hat die niedrigsten Kosten für das Ziel 192.168.2.4.
Route 192.168.2.8
Über Route R0 – R3 – R4
R0’s Serielle 0/0/1 Kosten (64) + R3’s Serielle 0/0/0 Kosten (64) + R4’s Serielle 0/0/1 Kosten (64) = 192
Über Route R0 – R1 – R2 – R6
Ro’s Serielle 0/0/0 Kosten (1562) + R1’s Serielle 0/0/1 Kosten (1562) + R2’s Serielle 0/0/0 Kosten (1562) + R6’s Serielle 0/0/1 Kosten (64) = 4750
Über Route R0 – R5 – R6
R0’s FastEthernet 0/1 Kosten (1) + R5’s FastEthernet 0/0 Kosten (1) + R6’s Serielle 0/0/1 Kosten (64) = 66
Route R0 – R5 – R6 hat den niedrigsten Kostenwert.
Nach der Auswahl der besten Route für jedes Ziel OSPF-Netzwerk siehe folgende Abbildung.
OSPF Route cost Manipulation
Wir können die OSPF Route cost auf zwei Arten manipulieren.
- Durch Ändern der Bandbreite der Schnittstelle
- Durch Ändern des Referenzbandbreitenwerts
Durch Ändern der Bandbreite der Schnittstelle
Der Sub-Interface-Modus-Befehl Bandbreite wird verwendet, um die Bandbreite der unterstützten Schnittstelle einzustellen.
Wenn die Bandbreite durch diesen Befehl eingestellt ist, wird OSPF sie verwenden. Wenn die Bandbreite nicht eingestellt ist, wird die Standardbandbreite der Schnittstelle verwendet.
Wenn wir eine Schnittstelle aktivieren, weist der Router ihr automatisch einen Bandbreitenwert zu, der auf ihrem Typ basiert. Zum Beispiel hat die serielle Schnittstelle einen Standardbandbreitenwert von 1544k. Solange wir diesen Wert nicht mit dem Befehl bandwidth ändern, wird er dort verwendet, wo er benötigt wird.
Lassen Sie mich noch eine Sache zur Bandbreite klarstellen. Das Ändern der Standardbandbreite mit dem Befehl bandwidth ändert nicht die tatsächliche Bandbreite der Schnittstelle. Weder die Standardbandbreite noch die mit dem Bandbreitenbefehl eingestellte Bandbreite hat irgendetwas mit der tatsächlichen Bandbreite der Schicht 1 zu tun.
Welchen Zweck erfüllt dieser Befehl dann?
Dieser Befehl wird nur verwendet, um das Routingprotokoll zu beeinflussen, das die Bandbreite bei der Routenauswahl verwendet, wie z.B. OSPF und EIGRP.
Wir haben bereits ein Beispiel für diese Methode in unserem Beispiel gesehen. Wir haben die Standardbandbreite (1544Kbps) auf der seriellen 0/0/0 von R0, der seriellen 0/0/1 von R1 und der seriellen 0/0/0 von R2 in eine benutzerdefinierte Bandbreite (64kbps) geändert. Aufgrund dieser Änderung hat R0 einen anderen Router für das 192.168.0.4 Netzwerk genommen.
Lassen Sie uns dies genauer verstehen.
Aktuelle Kosten für das Ziel 192.168.0.4 von R0
Über Route R0 – R1
R0’s Serielle 0/0/0 Kosten (1562) + R1’s Serielle 0/0/1 Kosten (1562) = 3124 (Kumulative Kosten)
Über Route R0 – R5 – R6 – R2
Über Route R0 – R3 – R4 – R6 – R2
Unter diesen Routen, Route R0 – R5 – R6 – R2 hat die niedrigsten Kosten und wurde daher für die Routing-Tabelle ausgewählt.
Nun … Welche Route hätten wir gewählt, wenn wir die Standardbandbreite verwendet hätten?
Kosten für das Ziel 192.168.0.4 von R0 mit Standardbandbreite.
Über Route R0 – R1
R0’s Serial 0/0/0 Kosten (64) + R1’s Serial 0/0/1 Kosten (64) = 128 (Kumulative Kosten)
Über Route R0 – R5 – R6 – R2
Über Route R0 – R3 – R4 – R6 – R2
Unter diesen Routen, Die Route R0 – R1 hat den niedrigsten Kostenwert und wird daher in der Routing-Tabelle ausgewählt. Indem wir also die Schnittstellenbandbreite ändern, beeinflussen wir den Prozess der Routenauswahl.
Indem wir den Wert der Referenzbandbreite ändern
Wie ich bereits erwähnt habe, verwendet OSPF standardmäßig eine Bandbreite von 100 Mbps als Referenzbandbreite. Eine Änderung dieses Wertes würde auch die Kosten der Route verändern. Wenn wir 1000Mbps als Referenzbandbreite verwenden, würden die Kosten für eine 100Mbps-Verbindung zu 10 werden. Das hört sich gut an, besonders wenn wir Links mit höherer Bandbreite in unserem Netzwerk haben. Schauen Sie sich zum Beispiel die folgende Abbildung an:
Welche Route wird R2 nehmen, um das Netzwerk 10.0.0.0/8 zu erreichen?
Route R2 – R3
In dieser Route haben wir zwei Ausgangspunkte. Beide Punkte haben standardmäßig 1oo Mbps Geschwindigkeit.
R2’s FastEthernet Kosten (100000000/100000000) = 1
R3’s FastEthernet Kosten (100000000/100000000) = 1
Kosten dieser Route 1 + 1 = 2
Route R2 – R1 – R3
In dieser Route haben wir drei Exitpunkte. Zwei Exit-Punkte (R2 und R1) haben 1 Gbps Link.
R2’s FastEthernet cost (100000000/1000000000) = .1 (Alles unter 1 würde als 1 betrachtet werden)
R3’s FastEthernet (100000000/1000000000) = .1 (Alles unter 1 wird als 1 betrachtet)
R3’s FastEthernet cost (100000000/100000000) = 1
Cost of this route 1 + 1 + 1 = 3
With default reference bandwidth R2 will choose Route R2 – R3, which is not good.
Wir können die Referenzbandbreite mit dem Befehl auto-cost reference-bandwidth ref-band anpassen.
Wir müssen die Referenzbandbreite auf allen Routern des Netzwerks anpassen. Eine nicht angepasste Referenzbandbreite kann dazu führen, dass die Router den SPF-Algorithmus ständig ausführen, was zu einem ernsthaften Leistungsproblem führen kann.
Die Referenzbandbreite wird in Mbps zugewiesen. Gültiger Bereich ist 1 bis 4294967. Die Standardreferenzbandbreite beträgt 100 Mbps.
Bedauerlicherweise enthält Packet Tracer diesen Befehl nicht. Für die Praxis dieses Befehls verwenden Sie bitte eine andere Simulatorsoftware, die diesen Befehl unterstützt, oder verwenden Sie einen echten Router.
Lassen Sie uns die Referenzbandbreite auf 1000Mbps auf allen drei Routern mit folgenden Befehlen ändern
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 #
Routenkosten mit neuer Referenz bandwidth
{module in_art_slot_10}
Route R2 – R3
R2’s FastEthernet cost (1000000000/100000000) = 10
R3’s FastEthernet cost (1000000000/100000000) = 10
Kosten dieser Route 10 + 10 = 20
Route R2 – R1 – R3
R2’s FastEthernet Kosten (1000000000/1000000000) = 1
R3’s FastEthernet (1000000000/1000000000) = 1
R3’s FastEthernet cost (1000000000/100000000) = 10
Cost of this route 1 + 1 + 10 = 12
In diesem Fall wird Route R2-R1-R3 ausgewählt werden, was die kürzeste Route zum Ziel ist.
Das war’s für diesen Artikel. Ich hoffe, Sie haben jetzt ein besseres Verständnis des OSPF-Routing-Protokolls. Im nächsten Artikel werde ich Access List im Detail mit Beispielen erklären.