Protokol Routing OSPF — Cara Kerja

Istilah dalam OSPF yang perlu dipelajari sebelum melangkah

Photo by Shubham Dhage on Unsplash

OSPF adalah protokol Link State Routing, dan masuk dalam keluarga protokol IGP (Interior Gateway Protocol). Fungsinya utamanya adalah untuk mendistribusikan informasi routing di dalam sebuah AS (Autonomous System).

Dua tulisan sebelumnya sudah membahas tentang OSPF :

Protokol Routing OSPF — Perkenalan

Protokol Routing OSPF — Area

Ada beberapa istilah istilah yang perlu diketahui sebelum melangkah lebih jauh.

Langkah kerja OSPF

OSPF bekerja dengan empat langkah dasar :

1. Menemukan Neighbor. Masing-masing router akan mengirimkan paket multicast, atau ‘Hello’ Packet, untuk menemukan neighbor.
2. Bertukar informasi topologi (LSDB). Masing-masing router mengirimkan paket multicast berisi DBD.
3. Kalkulasi jalur terbaik dengan algoritma SPF. Masing-masing router menghitung path terbaik dari database topologi.
4. Pembentukan tabel routing. Hasil perhitungan SPF digunakan untuk membuat tabel routing.

Paket Hello

Router dengan protokol OSPF aktif, akan mencari router lain yang juga mengaktifkan OSPF. Setiap router akan mengirimkan paket “Hello”.

Paket Hello ini berisi dua kelompok informasi yang diperlukan untuk membentuk hubungan OSPF. Kelompok pertama sifatnya adalah informasi, masing-masing adalah :

• Router ID
• Daftar neighbor
• Subnet mask
• Prioritas router
• Informasi Designated Router dan informasi Backup Designated Router.

Kelompok kedua, adalah informasi yang wajib dan harus sesuai dan cocok antar router, untuk membentuk hubungan neighbor. Masing-masing adalah :

• Interval Hello dan interval Router dead
• Area ID
• Informasi autentikasi, jika ada.

Jika informasi diatas tidak saling cocok atau match, maka pasangan neighbor tidak akan terbentuk.

Ketika router yang menerima paket Hello, dan mendapatkan respon dengan informasi yang sama, neighbor akan terbentuk.

Paket Hello dari semua router

Neighbor

Hubungan neighbor antar router ini akan dipakai untuk bertukar informasi routing. Hubungan ini disebut adjacency.

Tidak semua neighbor router akan membentuk adjacency, hanya router yang dipilih saja menjadi adjacent router dalam OSPF.

Kriteria utama dalam pembentukan neighbor adalah kecocokan paket Hello, terutama Area ID, interval dan autentikas.

Setelah adjacency terbentuk, antar neighbor akan memulai pertukaran informasi link state atau Link State Announcement (LSA), dengan mengirimkan LSP, atau Link State Packet.

LSA ini berisi informasi mengenai topologi network, dan link cost.

Proses flooding LSA

Sampai tahap ini, OSPF sudah membentuk tabel database adjacency, yang berisi informasi mengenai router neighbor yang sudah melakukan komunikasi dua arah.

Tabel ini dapat dilihat dengan perintah :

show ip ospf neighbor #vyos/cisco
show ospf neighbor #junos
router ospf neighbor print #routeros

Link Cost

OSPF menentukan jalur terbaik, best path, dengan mengihitung link cost, dan memilih link cost terendah untuk mencapai router tujuan.

Cisco IOS, menentukan link cost ini secara otomatis, dengan perhitungan Cost = 100000000/bw dalam bps. Beberapa vendor membuat strategi sendiri dalam penentuan link cost. Tapi kebanyakan menggunakan rumus yang sama dengan Cisco.

Penentuan cost ini harus diperhitungkan, karena sangat menentukan path terbaik. Pada beberapa kasus network yang kompleks, kesalahaan perhitungan cost akan membuat hasil diluar harapan.

OSPF akan melakukan load balance pada dua path dengan cost yang sama, atau ECMP (Equal Cost Multi Path)

Dalam perhitungan cost, semakin kecil cost, maka akan semakin menjadi prioritas untuk dipilih,

Nilai umum link cost OSPF berdasarkan kapasitas link

Perhitungan link cost OSPF, jika tidak diperhatikan dan diperhitungkan, akan menimbulkan masalah pada kasus network seperti diagram dibawah.

Secara perhitungan, jalur terbaik, yang dipilih oleh OSPF, dari R1 menuju ke R4, akan melalui R8, walaupun jalur lain mempunyai kapasitas link yang jauh lebih besar.

R1 — R8 — R4, kapasitas link 1 Gbps, total cost 2 R1 — R2 — R3 — R4, kapasitas link 10 Gbps, total cost 3 R1 — R5 — R6 — R7 — R4, kapasitas link 100 Gbps, total cost 4

Pada beberapa router, OSPF akan memilih path terpendek, yaitu R1 — R8 — R4, tapi pada beberapa router akan melakukan ECMP, dan beberapa akan memilih link 100Gbps, walaupun cost lebih besar.

Selain nilai default, link cost bisa ditentukan melalui konfigurasi.

Tetap disarankan untuk tetap merubah referensi cost sesuai dengan kebutuhan.

Link State Database (LSDB)

Setelah bertukar paket Hello, dan terbentuk adjacency, setiap router akan melakukan pengiriman paket LSA, atau Link State Advertisement.

Masing-masing router yang menerima LSA akan melakukan update dan sinkronisasi Link State Databases (LSDB).

LSDB pada sebuah router, merupakan kumpulan dari LSA yang diterima dari semua neighbor. Dan merupakan peta topologi dari OSPF network. Semua router pada satu area OSPF akan mempunyai LSDB yang sama.

Secara sederhana LSDB dari diagram network contoh akan berisi :

- Link to R2 (cost 1)  
- Link to R3 (cost 1)
- Link to R4 (cost 1) 
- Link to R5 (cost 5)

[Router-LSA: R2]  
- Link to R1 (cost 1)  
- Link to R4 (cost 5)

[Router-LSA: R3]  
- Link to R1 (cost 1)  

[Router-LSA: R4]  
- Link to R1 (cost 1)  
- Link to R4 (cost 1)

[Router-LSA: R5]  
- Link to R1 (cost 5)  
- Link to R6 (cost 5)
- Link to R7 (Cost 5)  

[Router-LSA: R6]  
- Link to R5 (cost 5)  

[Router-LSA: R7]  
- Link to R5 (cost 5)  

Sampai tahap ini, OSPF sudah membentuk tabel database link-state, yang berisi informasi topologi network.

Tabel ini dapat dilihat dengan perintah :

show ip ospf database #vyos/cisco
show ospf database #junos
router ospf lsa print #routeros

Perlu diingat, LSDB bukan tabel routing, hanya merupakan data peta topologi.

Proses LSA, LSDB, Kalkulasi SPF, Tabel routing

Konvergensi

Setelah semua router melakukan sinkronisasi LSDB, dan semua router sudah mempunyai peta topologi dari network, masing-masing akan mulai melakukan perhitungan jalur terbaik, berdasarkan algoritma SPF, untuk membentuk tabel routing.

Pada R1, hasil perhitungan SPF akan menjadi berikut :

Destination: 10.0.2.0/24 Shortest Path: R1 - R2 Cost: 1
Destination: 10.0.3.0/24 Shortest Path: R1 - R3 Cost: 1
Destination: 10.0.4.0/24 Shortest Path: R1 - R4 Cost: 1
Destination: 10.0.5.0/24 Shortest Path: R1 - R5 Cost: 1
Destination: 10.0.6.0/24 Shortest Path: R1 - R5 - R6 Cost: 10
Destination: 10.0.7.0/24 Shortest Path: R1 - R5 - R7 Cost: 10

Sedangkan jika dilihat dari sisi R3 :

Destination: 10.0.1.0/24 Shortest Path: R3 - R1 Cost: 1
Destination: 10.0.2.0/24 Shortest Path: R3 - R1 Cost: 2
Destination: 10.0.4.0/24 Shortest Path: R3 - R1 Cost: 2
Destination: 10.0.5.0/24 Shortest Path: R3 - R1 Cost: 6
Destination: 10.0.6.0/24 Shortest Path: R3 - R1 Cost: 11
Destination: 10.0.7.0/24 Shortest Path: R3 - R1 Cost: 11

Routing tabel pada masing-masing router akan berbeda dan menunjukan bagaimana router tersebut mengirim paket ke router lain.

Tabel routing dapat dilihat dengan perintah :

show ip route ospf #vyos/cisco
show route protocol ospf #junos
ip route print where ospf #routeros

Pada saat dibutuhkan update, seperti jika ada perubahan topologi, penambahan router, atau terjadi router atau link off, OSPF menggunakan mekanisme flooding. LSA akan dikirimkan kembali (dengan flooding) dan proses perhitungan ulang tabel routing akan terjadi.

Mekanisme flooding LSA ini adalah salah satu faktor yang harus diperhatikan dalam OSPF. Dalam jaringan yang besar, mekanisme flooding LSA, akan menyebabkan kalkulasi SPF berulang.

Designated Router / Backup Designated Router

Dalam OSPF terdapat dua skenario topologi koneksi antar router, point to point dan point to multipoint.

Pada skenario Point to Point, hanya ada dua router atau satu router lain pada satu link OSPF, membentuk P2P adjacency. Biasanya dipakai pada network yang menggunakan PPP, VPN P2P, atau menggunakan ip subnet /30 atau /31 pada link antar router.

Point to multipoint, atau disebut juga broadcast multi access network (BMA). Merupakan topologi koneksi yang paling umum pada jaringan ethernet atau vlan.

Ada mode ketiga, yaitu non broadcast multi access network (NBMA), biasanya dipakai pada jaringan yang menggunakan frame relay, mpls atau VPN. Mode ini ada, karena jaringan yang dipakai, tidak mendukung multicast atau broadcast.

Dalam skenario nyata, P2P biasanya digunakan pada arsitektur spine leaf, BMA digunakan pada LAN, dan NBMA digunakan pada WAN yang menggunakan teknologi frame relay, atau pada beberapa layanan MPLS.

Dalam OSPF, ada router yang berperan untuk mengatur bagaimana informasi router dibagikan ke router lain.

Router ini diperlukan untuk efisiensi ukuran LSDB dan mencegah ukuran LSDB menjadi sangat besar, yang berakibat router lambat mencapai konvergensi.

Router ini disebut DR atau Designated Router dan BDR, atau Backup Designated Router.

Status DR/BDR pada neighbor

Tanpa adanya DR, setiap router pada satu area perlu membuat hubungan (adjacency) dengan setiap router yang ada. Jumlah adjacency akan mengikuti rumus :

Jika pada satu area terdapat 5 router, maka diperlukan 10 adjacency, 10 router 45 adjacency, dan 20 router 190 adjacency.

Semakin besar jumlah router, maka neighbor database akan semakin besar, dan LSDB juga akan semakin besar. Resource yang dibutuhkan akan semakin besar untuk proses perhitungan konvergensi tabel routing.

DR / BDR ada untuk alasan efisiensi, dan akan membuat setiap router pada area hanya membentuk adjacency dengan DR dan BDR.

Setelah ada DR/BDR maka jumlah adjacency akan menjadi :

Sehingga untuk 5 router diperlukan 7 adjacency, 10 router 17 adjancy, 20 router 37 adjacency.

Adjacency dengan 3 router ospf

DR akan membuat dan melakukan flooding LSA, dan melakukan sinkronisasi LSDB pada semua router.

Adjacency jika tanpa DR/BDR

Adjacency dengan DR/BDR

Router DR dipilih berdasar prioritas pada konfigurasi OSPF, atau menggunakan router ID yang paling tinggi.

Jika ada ada tiga router dengan router ID masing-masing 1.1.1.1, 2.2.2.2, 3.3.3.3 maka otomatis 3.3.3.3 akan menjadi DR.

Menjadi DR dan BDR diperlukan penggunaan resource tambahan. Bila prioritas router 0 maka router tidak akan di pilih sebagai DR BDR. Ini berguna untuk router yang punya resource kecil untuk tidak dijadikan DR BDR.

Praktek terbaik, DR/BDR dipilih pada router dengan resource yang mumpuni.

Penutup

LSDB adalah kumpulan dari LSA yang didapatkan dari semua router OSPF dalam satu area.

LSDB menggambarkan topologi network secara lengkap, dalam satu area.

LSDB bukan tabel routing. Tabel routing merupakan hasil perhitungan LSDB dengan algoritma SPF.

Semakin besar ukuran LSDB, maka semakin besar resource CPU yang dibutuhkan untuk perhitungan SPF.

Perhitungan Link Cost akan mempengaruhi performa network, terutama untuk jaringan yang kompleks.

Designated Router digunakan untuk efisiensi database LSDB.

DR bertugas untuk membuat LSA, melakukan flooding dan sinkronisasi LSDB

Dengan DR, setiap router tidak perlu melakukan adjacency dengan router yang lain.

Adjacency yang sedikit, mempercepat konvergensi dan menghemat penggunaan CPU dan memory router.