Behovet av en DR och BDR

OSPF databas synkronisering      |     OSPF singel area

I multiaccess-nätverk, såsom Ethernet, används en Designated Router (DR) och en Backup Designated Router (BDR) för att effektivisera hanteringen av OSPF-grannskap och minska antalet Link-State Advertisements (LSA) som sprids i nätverket.

Varför är DR och BDR nödvändiga?

Minska antalet grannrelationer

I ett Ethernet-nätverk kan flera OSPF-routrar vara anslutna till samma segment. Om varje router skulle bilda grannrelationer med alla andra routrar, skulle det skapa en stor mängd OSPF-trafik.

Matematisk beräkning av grannrelationer:

Antalet grannrelationer i ett multiaccess-nätverk beräknas med formeln:

Antal grannskap = (n(n-1))/2

Exempel: Om det finns 5 routrar i ett nätverk (n = 5), blir antalet grannrelationer:

(5(5−1))/2 = (5(4))/2 = 20/2 = 10 grannrelationer

När antalet routrar ökar, växer antalet grannrelationer exponentiellt. Med en DR och BDR bildar varje router endast grannrelationer med dessa två, vilket drastiskt minskar OSPF-trafiken.

Minska LSA-flooding

När en förändring sker i nätverkstopologin skickar varje router Link-State Advertisements (LSAs) för att uppdatera sina databaser. Utan en DR och BDR skulle varje router behöva skicka LSAs till alla andra routrar, vilket leder till:

  • Hög CPU- och bandbreddsanvändning

  • Onödig flooding

Exempel utan DR/BDR (5 routrar):

  • Varje router skickar LSAs till 4 andra routrar.
  • Totalt skickas 5 × 4 = 20 LSAs direkt.
  • Varje router som tar emot en LSA måste uppdatera sin Link-State Database (LSDB) och skicka vidare uppdateringar, vilket ökar LSU-trafiken.

(5 (5 – 1)) / 2 = 10

Det betyder att varje router skickar LSAs till 4 andra routrar, vilket resulterar i 20 LSAs totalt (5 × 4 = 20).

När dessa LSAs tas emot sker följande:

    1. Varje router uppdaterar sin Link-State Database (LSDB).
    2. Om LSDB ändras, skickas uppdateringar till grannar, för att säkerställa att alla routrar har den senaste topologin.
    3. Processen upprepas, vilket genererar fler Link-State Updates (LSU) i nätverket.

Denna redundanta flooding leder till ökad trafikbelastning, där routrar vidarebefordrar LSAs som redan har tagits emot, vilket kan överbelasta nätverket.

LSA-utspriden med en DR

När antalet routrar i ett nätverk ökar, ökar även antalet Link-State Advertisements (LSAs) som måste utbytas. Utan en Designated Router (DR) kan detta leda till omfattande flooding, vilket påverkar nätverksprestandan och OSPF:s effektivitet.

Problem med omfattande LSA-flooding

För att förstå varför LSA-flooding är problematiskt, kan vi analysera ett scenario utan en DR:

  1. R2 skickar en LSA – Denna LSA når alla routrar i nätverket.
  2. Routrarna bearbetar och vidarebefordrar LSAn  – Varje router uppdaterar sin Link-State Database (LSDB). LSAn skickas vidare till alla grannar.
  3. Flooding och kedjereaktion – Alla routrar skickar LSAn vidare, vilket skapar en exponentiellt växande trafikbelastning. När fler routrar läggs till nätverket, ökar antalet LSAs dramatiskt. Detta leder till onödig flooding och hög CPU-belastning på varje router.

Exempel på kedjereaktionen

  1. Första LSA:
    • R2 skickar en LSA till sina direkt anslutna grannar: R1, R3, R4 och R5.
    • LSA:n innehåller information om en ny eller uppdaterad länk i nätverket.
  2. Mottagning och vidarebefordran:
    • R1, R3, R4 och R5 uppdaterar sina LSDB:er.
    • Varje router skickar LSAn vidare till sina grannar för att synkronisera nätverket.
  3. Flooding:
    • Processen upprepas tills alla routrar har synkroniserade LSDB:er.
    • Detta skapar onödig trafik och belastning.

DR och BDR löser flooding-problemet

I ett multiaccess-nätverk, såsom Ethernet, används en Designated Router (DR) och en Backup Designated Router (BDR) för att hantera OSPF-trafik mer effektivt.

Så fungerar det med DR och BDR:

  • Alla routrar skickar LSAs endast till DR och BDR, istället för till alla grannar.
  • DR sammanställer och skickar en enda LSU-uppdatering till alla routrar.
  • Istället för massiva mängder LSAs och LSU-paket, sprids uppdateringar på ett kontrollerat och skalbart sätt.

Roller i ett multiaccess-nätverk

I OSPF-miljöer används specifika roller för att optimera spridningen av Link-State Advertisements (LSAs) och minska nätverkstrafikens belastning.

  1. Designated Router (DR):
    • DR fungerar som en central samlings- och distributionspunkt för alla LSAs i nätverket.
    • Alla routrar skickar sina LSAs till DR, som sedan vidarebefordrar dem till alla andra routrar.
    • Fördelar:
    • Minskar antalet grannrelationer i nätverket.
    • Reducerar mängden flooding, vilket förbättrar OSPF:s prestanda.
    • Effektiviserar synkroniseringen av Link-State Databases (LSDBs)
  2. Backup Designated Router (BDR):
    • BDR fungerar som en reserv, redo att ta över DR:s roll om den misslyckas.
    • Precis som DR tar BDR emot alla LSAs, men den skickar inte ut några uppdateringar förrän DR går offline.
    • Fördelar:
    • Säkerställer nätverksstabilitet genom automatisk redundans.
    • Förhindrar stora omkonfigurationer vid fel på DR.
  3. DROTHER (Designated Router Other):
    • Alla routrar i nätverket som inte är DR eller BDR klassificeras som DROTHERs.
    • Dessa routrar skickar och tar emot LSAs enbart via DR och BDR.
    • Fördelar: 
    • Minskar onödig OSPF-trafik genom att undvika direktkommunikation mellan alla routrar.
    • Håller nätverket mer organiserat och reducerar belastningen på varje enskild router.

Observera: Designated Router (DR) används endast för att sprida Link-State Advertisements (LSAs) i ett multiaccess-nätverk. DR fungerar inte som en central punkt för att vidarebefordra vanliga data- eller användarpaket.

OSPF databas synkronisering      |     OSPF singel area