1 - Présentation du protocole OSPF

Le protocole OSPF (Open Shortest Path First) a été conçu au sein de l’IETF (Internet Engineering Task Force) à la fin des années 80 pour résoudre les principaux défauts du protocole RIP et entre autres le temps de convergence. Actuellement, ce temps de convergence est d’environ d’une minute avec l’utilisation d’un protocole tel que OSPF. Il est donc certain que ce protocole a permis de réduire considérablement le temps de convergence du protocole RIP mais hélas pas suffisamment pour certaines applications pour lesquelles des temps de convergence de l’ordre d’une minute sont encore trop importants. C’est pourquoi une solution complémentaire a été apportée au protocole OSPF, c’est le calcul préalable d’un chemin de secours disjoint du premier chemin utilisé pour chaque destination possible sur le réseau. C’est l’algorithme TDSP (Two Disjoint Shortest Paths) qui est chargé de cette mission.

2 - Caractéristiques et fonctionnement du protocole OSPF

Le protocole OSPF présente deux caractéristiques importantes :

- c’est un protocole ouvert, c'est-à-dire qu’il n’a pas de copyright.

- il utilise l’algorithme SPF (Short Path First) dans ses calculs de route pour déterminer le plus court chemin.

- principe d’adjacence : deux routeurs sont dits adjacents s’ils ont synchronisé leurs bases de données topologiques.

 

Le protocole OSPF fait parti de la seconde génération de protocole de routage (Link-state Protocole). Il est beaucoup plus complexe que RIP mais ses performances et sa stabilité sont supérieures. Le protocole OSPF utilise une base de données distribuées qui permet de garder en mémoire l’état des liaisons. Ces informations forment une description de la topologie du réseau et de l’état de l’infrastructure.

Pour bien comprendre le fonctionnement du protocole OSPF, il est nécessaire de s’intéresser aux notions suivantes.

- notion de système autonome : Un système autonome est un ensemble de réseaux qui utilisent un protocole de routage commun et qui dépend d’une autorité d’administration unique. OSPF est un protocole de routage intra-domaine, c'est-à-dire qu’il ne diffuse les informations de routage qu’entre les routeurs appartenant à un même système autonome.

- notion de zone (area) : Un système autonome géré par le protocole OSPF est divisé en plusieurs zones de routages qui contiennent des routeurs et des hôtes. Cette division du système autonome en plusieurs zones introduit ce que l’on appelle le routage hiérarchique. Chaque zone possède sa propre topologie et ne connaît pas les topologies des autres zones du système autonome. La zone appelée « zone backbone » est une zone particulière. Elle est constituée de plusieurs routeurs interconnectés et doit être le centre de toutes les zones. Autrement dit, toutes les zones doivent être connectées physiquement au backbone.

Pour mieux interpréter cette notion de zone et de « zone backbone », voici un petit schéma illustratif :

Nous pouvons voir que sur ce schéma, le système autonome est découpé en trois zones plus le backbone. Ainsi, comme expliqué ci-dessus, les routeurs de la zone1 ne connaissent pas les routeurs de la zone2, ni ceux de la zone3. De même, la zone1 ne connaît pas la topologie des zones 2 et 3. L’intérêt de définir des zones est de limiter le trafic de routage, de réduire la fréquence des calculs du plus court chemin par l’algorithme SPF, d’avoir une table de routage plus petite, ce qui accélère la convergence de celle-ci.


3 - Topologie et sous protocoles de OSPF

Dans les réseaux gérés par OSPF, l’un des routeurs connectés sur le réseau doit être élu routeur désigné (DR pour Designated Router) et un autre doit être élu routeur désigné de secours (BDR pour Backup Designated Router). Ces élections de routeurs permettent ainsi de réduire le trafic de mise à jour de routage.

En effet, le DR et le BDR agissent comme un point central de contact pour les échanges d’informations d’état de lien. Plutôt que les routeurs échangent leurs informations d’état de lien avec tous les autre routeurs, chaque routeur doit établir une communication avec le DR et le BDR. Ces derniers utilisent ensuite le processus d’inondation (expliqué un peu plus loin) pour renvoyer ces informations à tous les autres routeurs.

Le BDR remplit exactement les mêmes tâches que le DR mais seulement si celui-ci tombe en panne. Pour élire le DR et e BDR, les routeurs comparent leur priorité durant le processus d’échange des paquets Hello. Le routeur avec la priorité la plus grande est élu DR et le deuxième routeur avec la priorité la plus haute est élu BDR.

En ce qui concerne les sous protocoles, OSPF en compte trois, à savoir Hello, échange et inondation.

ð le protocole Hello : Il a pour but de vérifier que les liaisons sont toutes opérationnelles et permet aux routeurs voisins d’établir une adjacence, d’assurer une communication bidirectionnelle avant d’échanger des informations d’état de lien. Des paquets Hello sont envoyés périodiquement par les routeurs. Ces paquets contiennent comme informations l’identifiant du routeur, l’intervalle Hello, les voisins avec lesquelles le routeur a une adjacence, l’identifiant de la zone dans laquelle se trouve le routeur, et enfin la priorité du routeur.

ð le protocole d’inondation : Celui-ci intervient lorsqu’un état de lien a changé dans le réseau. Un routeur prévient les autres d’un changement en leur envoyant des paquets LSU (Link State Update) qui comprennent les entrées LSAs mises à jour. Les routeurs qui reçoivent les paquets LSUs mettent à jour leurs bases de données topologiques.

ð le protocole d’échange : Est appelé le protocole d’échange le mécanisme utilisé pour découvrir les routes du réseau. Il est réalisé pour que les routeurs passent dans le statut « full state » de communication. Pendant ce protocole d’échange, les routeurs s’envoient un ou plusieurs paquets de description de bases de données topologiques qui comporte les entrées LSAs. A la fin du processus d’échange, les routeurs adjacents sont considérés synchronisés et avec le statut « full state ». A ce moment là, les routeurs ont tous une base de données d’état de lien identique.


4 - Sélection des routes OSPF et commandes principales utilisées pour OSPF

La métrique OSPF par défaut est la bande passante. Chaque liaison reçoit une valeur de métrique basée sur sa bande passante. La métrique d’un lien est l’inverse de la bande passante du lien. Généralement, le coût dans les routeurs Cisco est calculé en utilisant la formule suivante : 10exp8 / bande passante.

Grâce à cette formule, quelques coûts par défaut ont pu être déterminés :

FDDI :coût 1

Token Ring : coût 6

Ethernet : coût 10

T1 : coût 128

Ligne série 56 kbps : coût 1785

Le coût d’un chemin est la somme de toutes les métriques des liaisons parcourues. Le plus court chemin pour aller d’un routeur à une destination est calculé à partir de l’algorithme de Diskjtra. Cet algorithme place le routeur à la racine d’un arbre et calcule le plus court chemin pour atteindre chaque destination. Pour modifier les le coûts d’état de lien, il est nécessaire d’utiliser la commande de configuration d’interface « ip ospf cost ».

Voici à présent un petit récapitulatif des principales commandes utilisées avec le protocole OSPF :

            - ip ospf cost : permet de modifier les coûts d’état de lien

            - no shutdown : pour activer une interface

            - show ip ospf neighbor : indique les routeurs voisins au routeur sur lequel est exécuté la commande

            - show ip route : donne la table de routage d’un routeur

            ð ping et tracert : permet de vérifier la connectivité entre les ordinateurs hôtes de sorte que tous les chemins de routage soient vérifiés


5 - Avantages du protocole OSPF

Nous avons vu en introduction que contrairement au protocole RIP, le protocole OSPF n’envoie pas à ses voisins le nombre de sauts qui les sépare mais l’état de la liaison qui les sépare. De cette manière, chaque routeur est capable de dresser une carte de l’état du réseau et peut par conséquent choisir à tout moment la route la plus appropriée pour transmettre un message donné. Cela évite donc également aux routeurs intermédiaires d’avoir à incrémenter le nombre de sauts ce qui se traduit nécessairement par une information moins abondante et donc une meilleure bande passante disponible qu’avec le protocole RIP. 

6 - Inconvénients du protocole OSPF

Il est important de noter que l’algorithme utilisé par OSPF pour ses calculs de routes est extrêmement gourmand en ressources processeurs. En effet, plus une zone est importante et plus le nombre de calculs exécutés est conséquent. Les problèmes de performances sont donc accrus.

Pour éviter ces problèmes de performances, il existe une solution. En effet, lorsque des modifications interviennent sur le réseau, les routeurs ayant de nombreux de voisins ont beaucoup de travail à accomplir. C’est pourquoi il est conseillé de limiter à cinquante le nombre de routeurs par zone.

7 - Conclusion

Malgré quelques problèmes de performances, notamment en ce qui concerne les ressources processeurs utilisées, le protocole OSPF reste tout de même très satisfaisant avec son calcul du plus court chemin d’abord et sa stabilité. Et rappelons le, OSPF a été conçu pour palier aux défauts du protocole RIP et non pour devenir le protocole le plus efficace dans le domaine du réseau.


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Dernière modification : 28/07/2006.