PROJETO INTEGRADO GTI2012M-04. Administração de Redes III

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1 Trabalho: PROJETO INTEGRADO GTI2012M-04 Cadeira: Administração de Redes III Data: 23/03/2013 Aluno: Revisões: 1.2 Impresso em 22/04/2013 Página 1 de 22

2 RESUMO Este documento faz uma análise técnica das vantagens e desvantagens de utilizar protocolos de roteamento estado de enlace, dando destaque ao protocolo de roteamento OSPF (Open Shortest Path First). Palavras-chave: Análise técnica, protocolos de roteamento, estado de enlace, OSPF. Impresso em 22/04/2013 Página 2 de 22

3 ABSTRACT This document makes a technical analysis of the advantages and disadvantages of implementing link-state routing protocols with a strong focus on OSPF (Open Shortest Path First). Key words: technical analysis, routing protocols, link-state, OSPF Impresso em 22/04/2013 Página 3 de 22

4 LISTA DE IMAGENS Imagem 1-1 Formação de adjacências...11 Imagem 1-2 Troca de LSA em áreas Backbone...14 Imagem 1-3 Troca de LSA em áreas Stub...15 Imagem 1-4 Troca de LSA em áreas totalmente stubby...16 Imagem 1-5 Troca de LSA em áreas Not-so-stubby...16 Imagem 1-5 Links Virtuais...17 Imagem 1-6 Tipos de Roteadores...18 Impresso em 22/04/2013 Página 4 de 22

5 LISTA DE TABELAS Tabela Custo das interfaces OSPF... 9 Tabela Tipos mais comuns de LSA...12 Tabela Tipos de Roteadores...19 Impresso em 22/04/2013 Página 5 de 22

6 ÍNDICE 1. INTRODUÇÃO INTRODUÇÃO AO OSPF OSPF VERSÃO OSPF VERSÃO CARACTERISTICAS COMUNS AS DUAS VERSÕES METRICAS DO OSPF ADJACENCIAS E HELLO TIMERS DO OSPF ROTEADORES DESIGNADOS (DRs) LINK-SATE ADVERTISEMENT (LSA) TIPOS DE ÁREAS DO OSPF Backbone Area Stub Area Not-so-stubby Area Links Virtuais TIPOS DE ROTEADORES OSPF AUTENTICAÇÃO NO OSPF AUTENTICAÇÃO SIMPLES AUTENTICAÇÃO COM CRIPTOGRAFIA VANTAGENS DE DESVANTAGENS DO OSPF VANTAGENS DESVANTAGENS CONCLUSÃO BIBLIOGRAFIA Impresso em 22/04/2013 Página 6 de 22

7 1. INTRODUÇÃO Segundo o Wikipedia, os protocolos de roteamento estado de enlace nasceram da necessidade de se encontra novas rotas no caso de falha ou congestionamento dos links de dados. Em 1974 o Ph. D. John M. McQuillan publicou sua dicertação nominada ADAPTIVE ROUTING ALGORITHMS FOR DISTRIBUTED COMPUTER NETWORKS onde é abordado o primeiro conceito sobre protocolos de roteamento estado de enlace. O mecanismo proposto por McQuillan calculava as rotas de maneira mais eficiente quando ocorria uma mudança na rede tornando assim a tabela de roteamento mais estável. Anteriormente o Cientista da Computação holandês Edsger Wybe Dijkstra publicou em 1959 o algoritmo de pesquisa de grafos que ficou conhecido como algoritmo de dijkstra ou SPF (Shortest Path First). Esse algoritmo é a base para os protocolos de roteamento estado de enlace OSPF e IS-IS INTRODUÇÃO AO OSPF O OSPF faz parte do grupo dos Interior Gateway Protocol (IGP), sendo o protocolo de roteamento estado de enlace mais utilizado em grandes empresas enquanto o seu concorrente direto IS-IS (Intermediate System to Intermediate System) tem hoje sua utilização mais restrita ao ambiente de provedores de acesso. Atualmente o OSPF possui duas versões, OSPFv2 para redes IPv4 4 conforme descrito na RFC 2328 e o OSPFv3 para redes IPv6 5 conforme descrito na RFC A lógica de atuação do OSPF pode ser dividida em três etapas. A primeira etapa é descobrir quem são seus vizinhos. Este processo se dá através do envio de mensagens de Hello por todas as suas interfaces ativas. As mensagens de Hello são enviadas a cada 10 segundos para identificar se na outra ponta do link existe um outro dispositivo executando o OSPF. Em redes NBMA (Non-Broadcast Multiaccess) esse intervalo é de 30 segundos. O OSPF também utiliza um contador de tempo para identificar se o roteador Impresso em 22/04/2013 Página 7 de 22

8 vizinho ainda está ativo ou se foi perdida a conexão. Esse intervalo se da o nome de Dead Interval que em uma tradução livre seria algo como intervalo de morte. Esse contador se inicia após o recebimento do último Hello enviado pelo vizinho, tem um tempo de expiração de 40 segundos e 120 segundos em redes NBMA. Após, expirado o Dead Interval o roteador remove seu vizinho de sua tabela de adjacência. A segunda etapa é a troca de informações sobre a topologia da rede entre os roteadores que rodam o OSPF. Essa troca se dá através do envio de LSR (Link-state Request) e LSU (Linkstate Update). A terceira etapa é o calculo das rotas. Nessa etapa o roteador analisa sua tabela de topologia e calcula as rotas utilizando o algoritmo SPF. Após o termino do calculo, o roteador adiciona em sua tabela de roteamento as rotas com menor custo para as redes que ele conhece OSPF VERSÃO 2 A RFC 2328 define o OSPFv2 como sendo um protocolo de roteamento que utiliza o algoritmo SFP (Shortest Path First). Esse algoritmo foi desenvolvido pelo cientista da computação holandês Edsger W. Dijkstra para calcular a rota com menor custo a um determinado destino. O OSPFv2 utiliza o protocolo de camada 2 IPv4 para o roteamento de pacotes e foi desenvolvido para trabalhar em grandes redes onde os protocolos vetor de distancia não conseguem atender. O OSPFv2 utiliza os pacotes de Hello para montar sua tabela de roteamento e aprender sobre os roteadores vizinhos a ele. Quando o processo do OSPF é iniciado em um roteador o mesmo envia para todas as suas interfaces ativas um pacote de Hello que contem informações sobre sua identidade, as redes que estão diretamente conectadas a ele e os temporizadores de Hello e dead inerval. Impresso em 22/04/2013 Página 8 de 22

9 1.3. OSPF VERSÃO 3 A RFC 2740 descreve o OSPFv3 como sendo um protocolo de roteamento que utiliza o protocolo da camada 2 IPv6 para o roteamento de pacotes. Os algoritmos e mecanismos utilizados no OSPFv3 são os mesmos do OSPFv2. O OSPFv3 não é compatível com o OSPFv2. 2. CARACTERISTICAS COMUNS AS DUAS VERSÕES 2.1. METRICAS DO OSPF RFC 2328 descreve a métrica como sendo o custo que está associado com o lado de saída de cada interface do roteador. A referencia padrão de largura de banda utilizada pelo OSPF para o calculo do custo é 10 8 (custo = 10 8 /largura de banda). Como o OSPF foi desenvolvido antes das tecnologias de transmissão de dados em alta velocidade, ele utiliza como padrão links de 100Mbps e os atribui custo 1. Os fabricantes de equipamentos de redes possibilitam alterar o valor do custo, mas isso é altamente desaconselhável. Tabela 2-1 Custo das interfaces OSPF Tipo de Interface Custo OSPF 10 Gigabit Ethernet.01 => 1 Gigabit Ethernet.1 => 1 OC-3 (155 Mbps) => 1 Fast Ethernet 10 8 /10 8 = 1 T kbps kbps 390 (CCDA Official Cert Guide(4th Edition), p 392) Impresso em 22/04/2013 Página 9 de 22

10 2.2. ADJACENCIAS E HELLO TIMERS DO OSPF O OSPF envia mensagens de Hello por todas as suas interfaces ativas. O intervalo padrão para o envio das mensagens de Hello é de 10 segundos em redes multi-acesso e de 30 segundos em redes NBMA (non-broadcast multiaccess). As mensagens de Hello são enviadas para o endereço de Multicast e contem informações como ID do roteador, ID da área, autenticação e prioridade do roteador. Após dois roteadores trocarem mensagens de Hello eles estabelecem adjacência e iniciam comunicação através do endereço multicast Em redes broadcast (Ethernet) ocorre à eleição de um roteador designado (DR) e um roteador designado de backup (BDR) ROTEADORES DESIGNADOS (DRs) Em redes multi acesso um roteador é eleito para ser o DR. A função do DR é coletar todas as LSA (Link-State Advertisement) e encaminha-las para os demais roteadores membros área. Desta forma se reduz o trafego gerado pela troca de LSA entre os roteadores. Além do DR também é eleito um roteador designado de backup (BDR). O BDR assume todas as funções do DR no caso de falha do mesmo. Os roteadores membros da área só formão adjacência com os roteadores DR e BDR. OS roteadores membros enviam LSA para o DR e BDR através do endereço multicast e o DR retransmite as LSA através do endereço multicast O processo de eleição do DR e BDR se dá através da prioridade de cada interface OSPF. O valor padrão é 1 e quem tiver a maior prioridade se torna o DR. A prioridade é determinada através do endereço IP de cada interface dos roteadores que estão diretamente conectadas rede OSPF. O roteador que tem a interface com o endereço IP mais elevado vence. Por esse motivo, é recomendado que se configure interfaces de loopback nos roteadores que se Impresso em 22/04/2013 Página 10 de 22

11 deseja que assumam a função de DR, pois as interfaces de loopback tem precedência sobre as interfaces físicas. Outra forma de definir o DR é alterando manualmente o valor padrão de prioridade do roteador. Esse valor varia de 0 (zero) a 255. Sendo o roteador com o maior valor o escolhido como DR. Roteadores com valor de prioridade configurados como 0 (zero), não participam da eleição do DR e BRD. Na imagem abaixo as linhas pontilhadas mostra as adjacências. Imagem 1-1 Formação de adjacências (CCDA Official Cert Guide (4th Edition), p 396) Na topologia da imagem 1-1, o roteador B tem prioridade 10 é eleito como DR e o roteador C tem prioridade 8 e é eleito como BDR. Os roteadores A e C são roteadores membro e não formam adjacência entre si. Se introduzirmos um novo roteador com a prioridade mais alta que o DR, ele não assumiria a posição de DR ou BDR, isso só ocorreria se o DR e o BDR atuais ficassem indisponíveis. Impresso em 22/04/2013 Página 11 de 22

12 2.4. LINK-SATE ADVERTISEMENT (LSA) Os roteadores que executam o OSPF utilizam LSA para troca de informações sobre suas topologias de roteamento. As LSA s são trocadas dentro de uma mesma área, entre áreas e por todo sistema autônomo (AS) 1. O OSPF utiliza diferentes tipos de LSA de acordo com a função do roteador, DRs, ABRs 2 e ASBRs 3. A tabela 1-2 descreve os tipos mais comuns de LSA. Tabela 2-2 Tipos mais comuns de LSA Codigo Tipo Descrição Tipo 1 Router LSA Cada roteador divulga uma lista com seus links e metricas para os outros roteadores membros da mesma área. Tipo 2 Network LSA Esse tipo de LSA é gerada pelo DR, contem a lista com todos os roteadores que pertencem a área Tipo 3 Summary LSA LSA gerada pelo ABR (Area Border Router). Divulga informações sobre destinos que estão fora da área Tipo 4 ASBR-Summary LSA Esse tipo de LSA é gerada pelo ABR e lista todos os ASBR (Autonomous Sistem Boundary Routers). Tipo 5 LSA Externa Esse tipo de LSA contem informações importadas de outros protocolos de roteamento. Tipo 7 LSA externa para NSSA (Not-so-stubby Area) Essa LSA é gerada pelo ASBR de uma rede Notso-stubby e não é divulgada para todo o AS, apensa para a NSSA (CCDA Official Cert Guide (4th Edition), p 396/397) Impresso em 22/04/2013 Página 12 de 22

13 As LSAs do tipo 1 e 2 são contidas dentro da mesma área local. LSA do tipo 3 contem uma sumarização de destinos contidos fora da área local mas pertencentes ao mesmo domínio OSPF. LSA do tipo 4 fornece informações de como se acessar os ASBR. LSA do tipo 5 divulga informações de como se chegar a destinos fora do AS. O OSPFv3 utiliza as mesmas LSA que o OSPFv2 e introduz dois novos tipos de LSA: Link LSA e Intra-area-Prefix LSA Link LSA: Esta LSA lista os prefixos IPv6 associados ao link local. Intra-area-prefix: Informa os prefixos IPv6 associados ao roteador TIPOS DE ÁREAS DO OSPF Conforme a rede cresce, o volume de transmissão das LSAs e o espaço para armazena as tabelas do OSPF podem exaurir completamente a memoria e o CPU dos roteadores. Para contornar esse problema, o OSPF divide sua topologia em áreas Backbone Area Também conhecida como área 0, é o ponto central onde todas as outras áreas se conectam. O backbone age come sendo o ponto de conexão entre as demais áreas. Todo o trafego que sai de uma área com destino a outra é roteado para o backbone que por sua vez o direciona para área destino. O texto abaixo é uma tradução livre do post do dia 24/06/2008 do autor Jeremy Stretch publicado no Packet Life.NET (http://packetlife.net/blog/2008/jun/24/ospf-area-types/) Impresso em 22/04/2013 Página 13 de 22

14 Imagem 1-2 Troca de LSA em áreas Backbone (packetlife.net No exemplo acima, o roteador R2 age como sendo o ABR (Area Border Router) entre as áreas 0 e 10. O roteador R3 é o ASBR (Autonomous System Boundary Router) pois está redistribuindo rotas de um domínio externo. As LSAs do tipo 1 e tipo 2 são trocadas entre roteadores que pertencem a mesma área, essas LSAs são responsáveis por montar a árvore SFP. LSAs do tipo 3 e do tipo 5 são enviadas para todas as áreas incluindo o backbone (área 0). Rotas externas são geradas pelo ASBR, enquanto rotas internas podem ser geradas por qualquer roteador executando o OSPF. LSA do tipo 4 são injetadas no backbone por um ABR de uma área que contenha um ASBR, isso ocorre para que todos os outros roteadores no domínio OSPF aprendam sobre o ASBR. (Jeremy Stretch; PacketLife.net) Stub Area Uma área pode ser qualificada como sendo Stub quando possui apenas um ponto de saída ou vários desde que não se necessite que o caminho até o destino seja otimizado. Apenas uma rota padrão de saída é propagada dentro de uma área Stub. Áreas Stub não podem ser utilizadas como área de transito para links virtuais e nem pode possuir ASBRS. Essas restrições são necessárias, pois áreas Stub são utilizadas em partes da rede onde os roteadores não precisam ter em seus Impresso em 22/04/2013 Página 14 de 22

15 banco de dados toda a topologia da rede, por tanto não recebem LSA do tipo 4 e LSA do tipo 5 que são necessárias para links virtuais e ASBRS. O texto abaixo é uma tradução livre do post do dia 24/06/2008 do autor Jeremy Stretch publicado no Packet Life.NET (http://packetlife.net/blog/2008/jun/24/ospf-area-types/) Imagem 1-3 Troca de LSA em áreas Stub (packetlife.net Neste exemplo, os roteadores R2 e R3 compartilham a mesma área stub. O ABR ao invés de propagar rotas externas (LSA tipo 5) para dentro da área stub, ele propaga LSA do tipo 3 contendo uma rota padrão. Dessa forma os roteadores que pertencem à área stub serão capazes de rotear trafego para destinos fora de sua área sem ter que manter toda a topologia da rede em suas tabelas. Para que uma área se torne stub, todos os roteadores devem operar da mesma forma. Como os roteadores de uma área stub não recebem informações sobre rotas externas, o ABR também não encaminham LSA do tipo 4 para dentro da área stub. Roteadores stub não formam adjacência com roteadores não stub. (Jeremy Stretch; PacketLife.net) Totally Stubby Area Da mesma forma como ocorre com as áreas Stub, as áreas totalmente stubby não recebem LSA do tipo 4 e do tipo 5 e também não recebem LSA do tipo 3. Impresso em 22/04/2013 Página 15 de 22

16 Todo o roteamento com destino fora da área stubby é enviado para a rota padrão informada pelo ABR. Imagem 1-4 Troca de LSA em áreas totalmente stubby (packetlife.net Not-so-stubby Area Áreas stub e totalmente stubby são utilizadas em partes da rede que não necessitam conhecer toda a topologia da rede. Contudo, nenhum dos dois tipos de área podem conter um ASBR, pois LSAs do tipo 4 e do tipo 5 não são permitidas. A RFC 1578 aborda o conceito de áreas Not-so-stubby (NSSA). Imagem 1-5 Troca de LSA em áreas Not-so-stubby (packetlife.net A NSSA utiliza LSA do tipo 7, isso permite que o ASBR divulgue links externos para o ABR, que por sua vez converte a LSA do tipo 7 em LSA do tipo 5 antes de envia-la para o resto do domínio OSPF. Impresso em 22/04/2013 Página 16 de 22

17 Links Virtuais O OSPF necessita que todas as áreas estejam conectadas diretamente a um roteador Backbone, porem em algumas ocasiões por falhas em link WAN ou outro motivo qualquer, essa conexão pode ser interrompida. Podemos utilizar links virtuais para temporariamente contornarmos esse problema. Imagem 1-5 Links Virtuais (CCDA Official Cert Guide (4th Edition), p 399) Conforme exibido na figura acima, a área 2 não está diretamente conectada ao backbone. Um link virtual foi configurado entre os roteadores R1 e R4. O fluxo de trafego do link virtual é unidirecional, portanto deve ser configurado nas duas pontas do link. A área 1 se torna uma área de transito por onde o link virtual é configurado TIPOS DE ROTEADORES OSPF Os roteadores são classificados com base em suas funções dentro da hierarquia do OSFP. Um roteador executando o OSPF pode ser classificado como ABR, ASBR e Backbone ao mesmo tempo. O roteador pode ser classificado como ABR se Impresso em 22/04/2013 Página 17 de 22

18 tiver pelo menos uma de suas interfaces conectadas a Área 0 e outra interface conectada a outra área. O roteador pode ser classificado como Backbone quando uma ou mais interfaces estiverem conectadas a Área 0. O roteador pode ser classificado como ASBR se ele divulgar rotas externas dentro do domínio OSPF que ele tenha aprendido através de outro protocolo de roteamento ou rota estática. (CCDA Official Cert Guide (4th Edition); p 395). Essa classificação dos roteadores se faz necessária devido à arquitetura hierárquica que o OSPF possui. Essa hierarquia possibilita a divisão em áreas, um melhor controle da propagação de rotas e diminui consideravelmente o volume de LSA s trucados entre os roteadores. A imagem abaixo mostra os tipos de roteadores e seu respectivo posicionamento na topologia de rede. Imagem 1-6 Tipos de Roteadores (CCDA Official Cert Guide (4th Edition), p 398) Impresso em 22/04/2013 Página 18 de 22

19 A tabela abaixo explica a função de cada tipo de roteador exibido na imagem acima. Tabela 2-3 Tipos de Roteadores Tipo Descrição Roteador interno Qualquer roteador que tenha todas as suas interfaces na mesma área OSPF. Esses roteadores mantem uma única tabela de estado de link. ABR (Area Border Router) ASBR (Autonomous System Border Router) São roteadores que estão conectados a maos de uma área. Esses roteadores mantem uma tabela de estado de link para cada área. Esses roteadores geram LSA do tipo 3 São os roteadores que propagam LSA do tipo 5 para dentro do domínio OSPF. Essas rotas externas são aprendidas através de outros protocolos de roteamento ou rota estática. Roteadores de Backbone São roteadores com pelo menos uma de suas interfaces conectadas a Área 0. (CCDA Official Cert Guide (4th Edition), p 395) 3. AUTENTICAÇÃO NO OSPF Autenticação no OSPF serve para garantir a autenticidade dos roteadores no momento da formação da adjacência e posterior troca de LSA. Por padrão o OSPF vem com autenticação desabilitada (null). Autenticação pode ser definida por área ou por interface. Autenticação por área significa que todos os roteadores pertencentes a uma determinada área compartilham a mesma senha de autenticação enquanto que por interface cada interface do roteador pode ser configurada com uma senha diferente. Existem duas formas de autenticação. Autenticação simples sem criptografia e autenticação utilizando algoritmo MD5 (message-digest 5). Impresso em 22/04/2013 Página 19 de 22

20 3.1. AUTENTICAÇÃO SIMPLES Na autenticação simples são utilizados textos de 64 bits que são enviados sem qualquer criptografia, esta é uma forma insegura de autenticação, pois, um software de captura de pacotes como Wireshark pode facilmente capturar a senha AUTENTICAÇÃO COM CRIPTOGRAFIA Autenticação com criptografia utiliza o algoritmo MD5 conforme especificado na RFC Essa forma de autenticação é considerada a forma mais segura de se autenticar os roteadores vizinhos, pois, essa forma não envia a senha pela rede e sim um hash que é gerado através da combinação de uma chave (senha) e o ID do roteador e anexado ao pacote OSPF. OBS.: O OSPFv3 não possui um método próprio de autenticação, os campos de autenticação e criptografia foram removidos desta versão. Para implementar autenticação e criptografia o OSPFv3 utiliza os cabeçalhos AH (Authentication Header) e ESP (Encapsulating Security Payload) do IPSec para autenticar e criptografar as informações de roteamento. 4. VANTAGENS DE DESVANTAGENS DO OSPF 4.1. VANTAGENS Cada roteador mantem um tabela de topologia complete da área que ele pertence, permitindo assim uma rápida convergência quando ocorre uma mudança na topologia. Sua arquitetura hierárquica permite que se segmente a rede em diversas áreas limitando assim a propagação de LSA (Link-state Advertisement) que dependendo do porte da rede podem consumir toda a banda disponível nos links. Impresso em 22/04/2013 Página 20 de 22

21 O OSPF é um protocolo aberto, permitindo assim ser suportado por todos os fabricantes de equipamentos de rede de camada 3. Suporta vários tipos de métrica, de forma que a decisão sobre o menor caminho pode ser tomada com base em tempo, ao custo por bit ou confiabilidade. Tornando, portanto, a escolha do melhor caminho mais flexível, uma vez que cada meio tem características diferentes DESVANTAGENS Dependendo do tamanho da rede, o OSPF pode consumir muito recurso de CPU e memória dos roteadores. Isso ocorre, pois, o OSPF requerer que cada roteador tenha o conhecimento de toda a topologia da rede. Em redes muito grandes que são segmentadas em diversas áreas, a administração do OSPF pode demandar muito tempo e profundo conhecimento de sua forma de trabalhar. 5. CONCLUSÃO Os protocolos de estado de enlace são indicados para redes de médio e grande porte onde existe a presença de equipamentos de diversos fabricantes. Sua rápida convergência garante estabilidade e tolerância a falhas. Protocolos de Estado de Enlace como o OSPF possibilitam, a utilização de mecanismos de sumarização de rotas como CIDR e VLSM. São protocolos amplamente utilizados em redes corporativas de diversos portes. Sua arquitetura aberta permite que desenvolvedores continuem a melhorar seu algoritmo. Impresso em 22/04/2013 Página 21 de 22

22 6. BIBLIOGRAFIA BRUNO, Anthony; JORDAN, Steven: CCDA Official Cert Guide; FILIPPETTI, Marco Aurélio: CCNA Guia Completo de Estudo; ODOM, Wendell: CCNP ROUTE Official Certification Guide; STRETCH, Jeremy: PacketLife.net; Impresso em 22/04/2013 Página 22 de 22

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