OSPF의 이웃 형성·경로 계산·장애 수렴

01학습 범위와 예제 네트워크

• 링크 상태 프로토콜OSPF는 링크 상태 정보를 영역 안에 배포하고 각 라우터가 자신을 출발점으로 최단 경로를 계산하는 프로토콜이다. 여기서는 OSPFv2의 IPv4 내부 경로를 중심으로 다룬다.

  • 따라서 같은 영역의 LSDB가 동기화되어 있어도 각 라우터의 다음 홉과 라우팅 테이블은 같지 않을 수 있다.
  • 출발점이 다르기 때문이다.
• 예제 토폴로지예제는 하나의 area에 R1·R2·R3·R4가 있고 목적지 N이 R4에 연결된 구조다. R1→R2 cost는 10, R2→R4는 10, R1→R3은 5, R3→R4는 30, R4→N은 1이라고 둔다.

  • 양방향 그림이라도 계산에서는 출발 방향의 인터페이스 cost를 합산한다.
  • 정상 시 R1의 후보는 21과 36이며 R2 쪽을 택한다.
  • R2-R4가 끊어지면 남은 후보 36으로 바뀌는 과정을 이후 단계에서 추적한다.

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수업의 Area와 DR/BDR 구성도

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이 자료에서 읽어낼 것

1. R3가 두 영역에 걸쳐 그려져 있습니다. Area 0과 비백본 영역을 연결하는 ABR 역할과 각 네트워크에서 맡은 DR/BDR 역할을 구분합니다.
2. 그림의 R3는 한쪽에서 DR, 다른 쪽에서 BDR로 표시됩니다. DR/BDR은 라우터 전체나 영역 전체에 하나씩 지정하는 직책이 아니라 해당 네트워크에서 선출하는 역할입니다.
3. Frame Relay처럼 다중 접근 특성을 가진 구성에서는 설정된 OSPF 네트워크 유형을 확인해야 합니다. DR가 모든 사용자 트래픽의 필수 경유점이라는 의미는 아닙니다.

RFC 2328: OSPFv2 ↗

02식별자·헤더·Hello에서 확인할 필드

• Router ID·헤더OSPFv2는 TCP나 UDP 포트가 아니라 IPv4 프로토콜 번호 89로 식별된다. 기본 공통 헤더는 24바이트이며 Version, Packet Type, Packet Length, Router ID, Area ID, Checksum, 인증 관련 필드를 포함한다.

  • Router ID는 32비트 식별자이고 인터페이스 주소와 같은 목적은 아니다.
  • Cisco의 process ID는 로컬 프로세스 번호이므로 두 이웃에서 달라도 되지만 같은 OSPF 도메인 안의 Router ID 중복은 피해야 한다.
• Hello 필드Hello에는 네트워크 마스크, Hello/Dead 간격, 옵션, 우선순위, DR·BDR, 이웃 목록 등이 담긴다. 상대 Hello의 이웃 목록에 자신의 Router ID가 실리면 양방향 인식의 증거가 된다.

  • 다만 모든 필드의 일치 규칙을 모든 네트워크 유형에 동일하게 적용하면 안 된다.
  • 공통 링크의 area와 인증, 필요한 타이머·옵션, 주소와 유형을 함께 확인한다.
  • 이후 데이터베이스 교환에서 확인하는 MTU 조건도 Hello 성공과 별도로 남아 있다.

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Hello 패킷에서 양방향 인식의 단서 찾기

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1. Source OSPF Router 5.5.5.5는 Router ID입니다. 이를 곧바로 패킷의 출발지 IP 주소와 같은 값으로 해석하지 않습니다.
2. Hello 10초, Dead 40초가 보입니다. 이 값은 해당 실습의 설정이며 모든 네트워크 유형에서 고정되는 보편값은 아닙니다.
3. 3.3.3.3이 이웃 목록에 들어 있습니다. Router ID가 3.3.3.3인 수신 라우터라면 자신의 ID가 상대 Hello에 들어 있는지 확인해 양방향 인식의 근거로 삼습니다. 이 목록만으로 Full 상태를 입증할 수는 없습니다.
4. DR과 BDR은 0.0.0.0입니다. 미선출 상황 또는 DR을 쓰지 않는 네트워크 유형 등 맥락을 확인해야 하며 이 값만으로 장애를 단정하지 않습니다.

RFC 2328: OSPFv2 ↗

03OSPF 메시지와 인접 관계의 상태 전환

• Type 1·2Hello는 발견·생존 확인, Database Description(DBD)은 LSDB의 요약 목록 교환에 사용한다.
• Type 3·4·5Link State Request는 필요한 LSA 요청, Link State Update는 하나 이상의 LSA 본문 전달, Link State Acknowledgment는 수신 확인이다.
• 서로 다른 번호 체계OSPF 패킷 Type과 LSA Type은 별개다. 패킷 Type 4인 LSU가 LSA Type 4만 담는 것은 아니다.
• 경로별 예외NBMA에는 Attempt 같은 상태가 있다. 아래는 인접 관계가 필요한 상대와 정상 동기화하는 대표 순서이며 모든 이웃이 Full로 가는 것은 아니다.

1. Down → InitHello를 수신하지만 상대 Hello의 이웃 목록에서 자신을 아직 찾지 못하면 Init이다.
2. Init → 2-Way상대의 이웃 목록에서 자신을 확인하면 양방향 통신을 확인한다. 네트워크 유형·DR 관계에 따라 여기서 머무는 정상 이웃도 있다.
3. ExStart인접 관계를 만들 상대와 DBD 교환의 주도 관계 및 초기 순서를 정한다. OSPFv2에서는 Router ID가 큰 쪽이 master가 되며, 이 DBD 역할은 DR·BDR 선출과 별개다.
4. ExchangeDBD로 LSDB 요약을 교환하며 자신에게 없거나 오래된 LSA를 식별한다.
5. Loading요청할 LSA가 남으면 Loading에서 LSR·LSU로 부족한 본문을 채우고 필요한 확인을 수행한다. DBD 교환 종료 시 Request List가 이미 비어 있으면 Loading 없이 바로 Full로 전환한다.
6. Full필요한 LSDB 동기화가 완료된다. Full이라는 이웃 상태와 실제 목적지 경로·전달 성공은 따로 확인한다.

04DR·BDR과 Full이 아닌 정상 상태

• DR·BDR·DROTHER브로드캐스트 다중 접속 구간에서 모든 라우터가 서로 Full이 되면 관리할 인접 관계가 커진다. DR은 이 구간의 LSA 교환을 조정하고 Type 2 Network LSA를 생성하며 BDR은 DR 장애를 대비한다.

  • 일반 라우터인 DROther끼리는 2-Way에 머물 수 있고 DR·BDR과는 Full을 만든다.
  • 반면 점대점 링크에는 이와 같은 DR·BDR 선출을 적용하지 않는다.
• 선출 조건선출에는 인터페이스 우선순위와 Router ID가 관여하며 우선순위 0은 선출 대상에서 제외된다. 기존 DR이 있는 상태에 더 높은 우선순위의 라우터가 들어와도 곧바로 자리를 빼앗는 방식이 아니다.

  • 동시 시작을 가정한 '가장 큰 Router ID가 DR'이라는 암기만으로 현재 역할을 예측할 수 없다.
  • DR은 일반 사용자 데이터가 반드시 거쳐야 하는 게이트웨이가 아니라 제어 평면의 역할이라는 점도 구분한다.

05LSA에서 LSDB, SPF, 실제 전달까지

• LSA·LSDB·SPFLSA는 토폴로지나 도달성 정보를 담는 광고 단위이고 LSDB는 그 정보를 저장하는 데이터베이스다. OSPFv2의 Type 1 Router LSA는 각 라우터가 area별로 만들고, Type 2 Network LSA는 DR이 해당 다중 접속망을 나타내기 위해 만든다.

  • 둘의 flooding 범위는 영역이다.
  • Type 2가 한 세그먼트를 설명한다고 해서 그 세그먼트 밖으로 전파되지 않는다는 뜻은 아니다.
• 영역·외부 경로ABR의 Type 3는 영역 간 네트워크 도달성을, Type 4는 외부 경로를 만든 ASBR에 대한 도달성을 전달한다. ASBR의 Type 5는 외부 경로이고 영역 유형에 따라 전파가 제한된다.

  • NSSA의 Type 7 같은 확장도 있으므로 모든 LSDB에 같은 목록이 나타나야 한다고 요구하지 않는다.
  • SPF는 LSDB를 이용해 내부 최단 경로 구조를 계산하고, 경로 선택 결과가 RIB에 채택된 뒤 전달용 FIB에 반영된다.
  • LSDB 존재, RIB 설치, 실제 패킷 전달은 각각 확인할 단계다.

07Cost를 직접 계산하기

• Cost 식Cisco의 일반적인 자동 cost 계산은 참조 대역폭을 인터페이스 대역폭으로 나눈 값을 기반으로 한다. OSPF 표준이 모든 장비에 한 가지 참조 대역폭을 강제하는 것은 아니다.

  • 예를 들어 참조를 1000 Mbps로 정하면 100 Mbps 링크는 10, 1 Gbps 링크는 1로 구분할 수 있다.
  • 고속 링크가 모두 최솟값 1로 뭉개지지 않도록 도메인 전체의 계산 기준을 맞춘다.
  • 명시적인 인터페이스 cost는 자동 계산을 덮을 수 있다.
• 예제 비용예제의 목적지 N까지 R2 경유는 10+10+1=21, R3 경유는 5+30+1=36이다. 첫 링크가 더 싸다는 이유만으로 R3를 선택하지 않는다.

  • R3-R4를 15로 바꾸면 5+15+1=21로 동률이 되며 구현의 다중 경로 한도와 정책에 따라 ECMP가 가능하다.
  • 이 산술은 같은 종류의 내부 경로를 비교한 것이다.
  • 영역 내부·영역 간·외부 E1/E2 등을 모두 단순 합계 하나로 섞어 선택하지 않는다.
  • cost 변경은 물리 전송 속도를 바꾸는 명령과 다르다.

09링크 장애 후 수렴의 순서

• 감지 방식R2–R4의 물리 down은 인터페이스 상태로 감지한다. 링크가 up인 상대 무응답은 Hello·Dead나 별도 감지 수단까지 기다릴 수 있다.
• 수렴의 구성감지 시간에 LSA 생성·전파, 계산 지연, 전달 정보 갱신이 더해진다. SPF 계산 속도 하나로 전체 수렴을 설명할 수 없다.
• 과도기와 복구라우터마다 갱신 시각이 달라 손실·일시 불일치가 생길 수 있다. 복구 시에도 같은 순서로 더 나은 경로를 반영하며 타이머를 줄이는 것이 언제나 안정성을 높이지 않는다.

1. 링크 변화 감지R2–R4의 장애를 관련 라우터가 인식한다. 감지 조건에 따라 새 링크 상태를 생성한다.
2. 새 LSA 배포변경한 LSA를 이웃에 전달한다. 순서 번호·age 등으로 기존 정보와 구별한다.
3. LSDB·경로 재계산각 라우터가 갱신한 LSDB로 필요한 계산을 수행한다. 예제의 R1은 사라진 R2 경유 후보 대신 R3 경유 비용 36을 선택한다.
4. 전달 경로 갱신선택한 경로를 실제 전달 정보에 반영한다. 제어 출력의 변경과 패킷의 새 경로 사용을 연결해 확인한다.

10NBMA 실습: 이웃을 등록해도 DR 설계가 필요하다

• NBMA 타이머Frame Relay multipoint는 Ethernet처럼 모든 참여자에게 multicast가 자동 전달된다고 가정할 수 없다.

  • 실습 캡처의 NON_BROADCAST 출력에는 Hello30·Dead120·Wait120이, point-to-point 출력에는 Hello10·Dead40이 보인다.
  • 따라서 ‘OSPF Hello는 항상 2초’나 ‘neighbor 등록 후 최대 40초면 된다’는 규칙은 성립하지 않는다.
  • 실제 network type과 configured timer를 읽어야 한다.
• ATTEMPT와 PVC실습 사례에서 일부 spoke는 hub와만 PVC가 있었는데 서로를 정적 neighbor로 등록했고 ATTEMPT/DROTHER와 N/A Router ID가 남았다.

  • ATTEMPT는 NBMA에서 설정된 이웃에게 연락을 시도하지만 최근 Hello를 받지 못하는 상태이며 DROTHER끼리의 정상 2-Way를 뜻하지 않는다.
  • DR은 세그먼트의 모든 라우터와 적절한 인접 관계를 가질 수 있어야 한다.
  • hub를 DR 후보로 만들고 spoke의 priority0으로 자격을 제거하는 구성은 이런 도달성 제약과 연결된다.
• 인터페이스 Prioritypriority는 해당 OSPF 논리 인터페이스에서 작동한다. 실습 사례에서 물리 Serial에 준 값을 실제 multipoint 서브인터페이스에 적용하지 않아 의도한 선출이 안 된 사례가 있었다.

  • 값이 더 큰 라우터를 뒤늦게 추가해도 기존 DR을 곧바로 대체하는 선점 동작은 아니므로 설정값과 선출 시점을 함께 해석한다.

11LSA의 종류·생성자·범위를 구분하기

• LSA와 메시지LSA는 Link State Advertisement라는 데이터 단위이고 LSU 패킷은 LSA를 담아 전달하는 메시지다. 수신 확인 패킷의 이름은 LSAck이다.

  • LSA 데이터와 이를 운반하거나 확인하는 OSPF 패킷을 구분한다.
  • Type1 Router-LSA는 각 라우터가 area 안의 자기 링크를 설명하며 Type2 Network-LSA는 해당 다중 접속망의 DR이 연결 라우터 집합을 표현한다.
• LSA의 범위Type1·2는 area 범위로 flood된다. Type2가 생성된 ‘세그먼트’와 그 LSA가 전파되는 ‘area’를 구분해야 한다.

  • Type3은 ABR이 다른 area의 네트워크 도달성을 알리고, Type4는 외부 경로를 계산할 때 필요한 ASBR의 도달성을 다른 area에 알린다.
  • Type5는 ASBR이 외부 경로를 광고하고 Type7은 NSSA 내부에서 외부 경로를 표현한다.

12LSDB 출력의 Link ID·ADV Router·Age·Seq

• LSA 키·Sequenceshow ip ospf database의 Router Link States, Net Link States, Summary Net Link States 등 제목은 서로 다른 LSA 종류를 구분한다. Link ID의 의미는 유형에 따라 다르다.

  • Type1에서는 Router ID, Type2에서는 DR의 인터페이스 주소, Type3·5의 일반 네트워크 광고에서는 목적지 프리픽스와 연결된 식별값을 본다.
  • ADV Router는 생성자의 Router ID이며 패킷을 바로 전달한 이웃 주소와 같을 필요가 없다.
• Age·갱신LSA의 동일성은 유형·Link State ID·Advertising Router 조합 등으로 구분한다. Sequence Number는 새 버전을, Age는 경과 시간을, Checksum은 LSA 내용 검사를 돕는다.

  • LSDB에 광고가 있다는 사실만으로 그 목적지가 최종 라우팅 테이블에 설치된다는 뜻은 아니다.
  • 광고의 도달성·경로 유형·계산 결과·다른 경로 출처가 함께 영향을 준다.
  • 같은 area의 LSDB가 동기화되어도 각 라우터가 자신을 루트로 SPF를 계산하므로 next hop은 서로 다를 수 있다.

13외부 경로 E1·E2와 NSSA의 N1·N2

• E1·E2실습 예제에서는 connected 경로를 재분배한 뒤 O E2 [110/20]을, metric-type1로 바꾼 뒤 내부 cost가 더해진 O E1을 관찰했다. E1은 외부 metric과 ASBR 또는 forwarding address까지의 내부 비용을 함께 고려한다.

  • E2는 외부 metric을 우선 비교하고 그 값이 같을 때 내부 비용 등으로 우열을 정한다.
  • E2를 ‘내부 경로는 전혀 계산하지 않는다’고 설명하면 ASBR에 도달할 수 있어야 한다는 조건을 놓친다.
• 경로 코드O는 intra-area, O IA는 inter-area, O E1/E2는 외부 유형, O N1/N2는 NSSA 외부 유형을 표시한다. 이 코드를 AD 값이 각각다르다는 뜻으로 읽지 않는다.

  • 같은 목적지에 대한 OSPF 경로 유형 우선순위와 유형 안의 비용 비교가 있고, 별도로 다른 프로토콜과의 RIB 선택이 있다.
  • E1·N1·E2·N2를 비교할 때는 경로 유형과 도달성 조건을 함께 적용한다.

14Stub·Totally Stub·NSSA의 허용 정보

• Stub 계열일반 stub area는 Type5 외부 LSA를 받지 않고 ABR의 기본 경로를 사용해 외부로 나갈 수 있다. area0를 stub로 만들 수 없고 일반 stub 내부에는 외부 경로를 주입하는 ASBR을 두지 않는다.

  • Stub은 반드시 물리 출구가 하나라는 뜻이 아니라 area의 LSA 정책이며 복수 ABR 설계도 가능하다.
  • 이웃의 area 옵션이 맞지 않으면 인접 관계가 성립하지 않는다.
• NSSANSSA는 Type5를 그대로 받아들이는 area가 아니다. 내부 ASBR이 Type7로 외부 경로를 광고할 수 있으며 조건에 맞는 Type7이 ABR에서 Type5로 변환되어 다른 area로 전달된다.

  • Cisco의 no-summary 확장은 일반적인 Type3 요약까지 제한하고 기본 경로를 사용하는 구성을 지원한다.
  • Totally stub과 totally NSSA에서도 ‘모든 Type3이 사라진다’고 말하면 기본 경로 예외를 놓친다.

15ABR 요약·ASBR 요약과 기본 설정 예

• ABR·ASBR 요약OSPF는 같은 area 내부의 링크 상태 정보를 임의 인터페이스에서 RIP처럼 축약하는 방식이 아니다. ABR의 area range는 특정 area의 경로를 다른 area로 광고할 때 집계하고, ASBR의 summary-address는 외부 경로 집계에 사용한다.

  • Null0 summary route는 요약에 포함됐지만 구체 경로가 없는 목적지로 반복 전달하는 일을 막기 위한 폐기 경로와 연결된다.
• OSPF 구성 예아래는 R1의 192.0.2.0/30 링크를 area0,198.51.100.0/24 LAN을 area1로 두는 최소 예다. OSPF process ID10은 로컬 프로세스 식별자이므로 상대도 반드시 10일 필요는 없다.

  • 실제 공유 링크의 area, hello/dead, 인증, network type과 마스크 조건 등이 맞아야 한다.
  • Router ID는 도메인에서 중복되지 않아야 하며 loopback 주소 사용 여부와 별개로 명시할 수 있다.

router ospf 10
 router-id 192.0.2.1
 passive-interface default
 no passive-interface GigabitEthernet0/0
 network 192.0.2.0 0.0.0.3 area 0
 network 198.51.100.0 0.0.0.255 area 1
!
! area1을 일반 stub로 쓸 경우 모든 area1 참여 라우터:
! area 1 stub
!
show ip ospf neighbor
show ip ospf interface
show ip ospf database router
show ip ospf database network
show ip ospf database summary
show ip route ospf

주소가 사전 구성된 IOS 예. 선택적인 area 정책은 모든 참여자와 일관되게 설계한다.

16상태별 장애 해석과 관찰 자료

• 이웃 상태별 원인이웃 자체가 없으면 인터페이스 참여 설정, VLAN·주소 연결성, Hello 수신, protocol 89 정책, passive 설정 등을 먼저 확인한다. Init에서 멈추면 한쪽 방향의 Hello만 도달하는지 살핀다.

  • 2-Way는 먼저 DR 역할과 네트워크 유형을 보고 정상 여부를 판단한다.
  • ExStart·Exchange가 반복되면 MTU, 중복 Router ID, DBD 교환 조건과 패킷 손실을 대조한다.
• 동기화·전달 관찰Loading이 지속되면 LSR에 대한 LSU가 돌아오는지와 재전송을 관찰한다. Full인데 경로가 없다면 LSDB에서 대상 LSA의 유형·범위를 확인하고, 영역 설정·요약·필터·다른 경로 출처를 비교한다.

  • RIB에는 있지만 통신이 실패한다면 FIB·다음 홉 ARP·ACL·귀환 경로로 조사 범위를 옮긴다.
  • show ip ospf neighbor, interface, database, show ip route의 결과를 같은 시점의 자료로 연결해야 상태 변화의 원인을 설명할 수 있다.

17계산과 관측으로 이해 확인하기

• 수치·장애 확인예제에서 R1-R3 cost만 5에서 20으로 바꾸면 정상 후보는 21과 51이다. 주 경로는 그대로지만 장애 뒤 사용할 경로는 더 비싸진다.

  • '현재 경로가 안 바뀌었으므로 설정이 효과가 없다'고 결론 내리면 백업 경로의 변화를 놓친다.
  • 링크를 하나씩 제거한 도면에서 남은 연결과 비용을 다시 계산하고, 실제 테이블의 다음 홉이 그 결과와 일치하는지 비교한다.
• 기록할 상태점검 기록에는 도메인·area, Router ID, 인터페이스 유형, 현재 이웃 상태, 링크 cost, LSA 변화, 최종 다음 홉을 남긴다. 이웃 목록의 Full 한 줄은 데이터 경로 전체의 정상 판정서가 아니다.

  • 반대로 정상인 DROther 간 2-Way를 고치려고 프로세스를 재시작하면 불필요한 수렴을 유발할 수 있다.
  • 상태 이름을 바꾸는 것이 아니라 그 상태가 왜 필요한지를 설명하고, 목적지별 요청과 응답이 전달되는지까지 검증한다.