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CCNA (Routers & Switches)

OSPF (Open Shortest Path First)

En una red pequeña las rutas estáticas alcanzan: escribirlas a mano y listo. Pero cuando los routers crecen o la topología cambia, mantenerlas a mano es un error a la espera de ocurrir. Los protocolos de enrutamiento dinámico se encargan solos: los routers intercambian información entre sí y calculan las rutas. Este documento cubre OSPF, el protocolo estándar con más detalle; EIGRP y RIP están en EIGRP y RIP.

Fundamentos: LSA y LSDB

Section titled “Fundamentos: LSA y LSDB”

OSPF (Open Shortest Path First) es de estado de enlace para IPv4 (OSPFv2): Al router se le permite construir un mapa completo de la topología y calcula la mejor ruta con el algoritmo SPF (Dijkstra), permitiendole escalar mejor.

  • LSA (Link-State Advertisement): el mensaje que un router envía a sus vecinos para anunciar el estado de sus propios enlaces.
  • LSDB (Link-State Database): la base de datos donde cada router guarda todas las LSA que generó él mismo y las que recibió de los demás.

Cada router OSPF mantiene tres tablas distintas que reflejan tres fases del proceso — conocer a los vecinos, conocer la topología completa y decidir por dónde reenviar:

Base de datos Qué almacena Comando
Adjacency Database Estado de cada vecino (ID, prioridad, estado, IP) show ip ospf neighbor
Link-State Database Todas las LSA recibidas del área (topología) show ip ospf database
Forwarding Database Mejores rutas calculadas por SPF (tabla de rutas) show ip route ospf

La primera se llena con los hello packets; la segunda, con el intercambio de LSA hasta llegar a Full; la tercera es el resultado del algoritmo SPF sobre la segunda. Si la LSDB de un router no está sincronizada (por ejemplo, dos vecinos stuck en ExStart/Exchange), la tabla de reenvío no puede calcular rutas correctas hacia esa zona.

Área única

Section titled “Área única”

Toda red OSPF empieza aquí: un solo área, la 0 (el backbone). Tenemos 4 routers (R1 a R4) conectados al mismo switch, para que si uno falla los demás sigan dando salida — sin punto único de falla.

graph TD
    subgraph "Segmento Ethernet multiacceso — Área 0"
        R1["R1"]
        R2["R2"]
        R3["R3"]
        R4["R4"]
    end
    R1 <--> R2
    R1 <--> R3
    R1 <--> R4
    R2 <--> R3
    R2 <--> R4
    R3 <--> R4

Cómo se sincronizan los vecinos

Section titled “Cómo se sincronizan los vecinos”

Un vecino es cualquier router con el que intercambias hello packets (multicast 224.0.0.5) por un enlace directo. Pero verse no es lo mismo que estar sincronizado — eso pasa por una serie de estados:

Down → Init → 2-Way → ExStart → Exchange → Loading → Full

  • Down es “no sé que existe”
  • 2-Way es “nos vemos mutuamente”
  • solo en Full las LSDB de ambos routers quedan idénticas.

El paso de un estado al siguiente lo impulsan cinco tipos de paquetes OSPF — cada uno tiene una función concreta en el proceso de descubrimiento y sincronización:

Paquete Función Estado asociado
Hello Establece y mantiene la adyacencia: descubre vecinos, verifica que siguen activos y negocia parámetros (Hello/Dead intervals, área, etc.). Init → 2-Way
DBD Database Description: contiene una lista abreviada del LSDB del router emisor — solo cabeceras de las LSA que posee, no el contenido completo. ExStart/Exchange
LSR Link-State Request: el router lo usa para solicitar más información — pide las LSA completas que identificó como faltantes en el DBD del vecino. Exchange/Loading
LSU Link-State Update: anuncia nueva información — lleva las LSA completas pedidas por el vecino o generadas por un cambio local en la topología. Loading
LSack Link-State Acknowledgment: confirma la recepción de un LSU; sin esta confirmación, el emisor reenvía el LSU. Loading → Full

Así, de 2-Way a Full el proceso es: primero intercambian DBD para comparar qué LSAs tiene cada uno; luego intercambian LSR/LSU/LSack para completar las que faltan; al terminar ambas LSDB son idénticas y el estado llega a Full.

Aquí es donde el segmento multiacceso complica las cosas: si los 4 routers sincronizaran Full entre todos, serían n(n−1)/2=6n(n-1)/2 = 6 adyacencias, cada una duplicando tráfico de sincronización. OSPF lo resuelve eligiendo dos referencias por segmento:

Rol Qué hace
DR Designated Router: centraliza la sincronización del segmento
BDR Backup DR: espera en caliente, asume al instante si el DR falla
DROTHER El resto: solo llega a Full con el DR y el BDR, con los demás DROTHER se queda en 2-Way

Con DR/BDR las adyacencias bajan de n(n−1)/2n(n-1)/2 a 2n−32n-3 — en este segmento, de 6 a 5.

La elección sigue este orden:

  1. Mayor prioridad gana (ip ospf priority, por defecto 1). Prioridad 0 saca al puerto de la elección: nunca será DR ni BDR.
  2. Si empatan, gana el Router ID más alto.
  3. El segundo mejor puntaje queda como BDR.

Y dos detalles que suelen generar confusión: la elección no es preventiva — un router con mejor prioridad que llega después no le quita el puesto al DR activo, solo puede aspirar la próxima vez que quede vacante — y si el DR cae, el BDR asume de inmediato y recién ahí se elige un BDR nuevo.

R1(config)# interface GigabitEthernet0/1
R1(config-if)# ip ospf priority 200

La métrica: coste

Section titled “La métrica: coste”

OSPF usa el coste de cada enlace, inversamente proporcional a su ancho de banda:

coste=banda de referenciaancho de banda del enlace\text{coste} = \frac{\text{banda de referencia}}{\text{ancho de banda del enlace}}

Con la banda de referencia por defecto de 100 Mbps:

Enlace Banda Coste
10 Mbps 10.000 100
100 Mbps 100.000 10
1 Gbps 1.000.000 1
10 Gbps 10.000.000 1

La ruta más corta es la de menor coste acumulado. Con enlaces de 1 Gbps o más, varios terminan con coste 1 y OSPF deja de distinguirlos — por eso, al tener fibra o enlaces de 10 Gbps, conviene subir la banda de referencia:

R1(config-router)# auto-cost reference-bandwidth 10000

Router ID

Section titled “Router ID”

El Router ID es el identificador único de cada router dentro del proceso OSPF: se escribe con formato de IP (1.1.1.1) aunque no tiene por qué ser una dirección asignada a ninguna interfaz. Lo usan los vecinos para reconocerlo y sirve de desempate en elecciones de DR/BDR.

Si no se fija a mano, se determina automáticamente en este orden:

  1. La dirección del comando router-id (si está configurada).
  2. La IP más alta entre las interfaces loopback.
  3. La IP más alta de las interfaces físicas activas.

Qué pasa si no hay ninguna opción: para arrancar, el proceso OSPF necesita de dónde sacar un RID — si al iniciarlo no existe ninguna interfaz activa con IP (y tampoco router-id configurado), el proceso no puede levantarse hasta que exista una fuente válida o se fije el RID a mano.

Una vez elegido, el RID no cambia solo — ni agregando loopbacks ni subiendo IPs. Para aplicar uno nuevo hay que reiniciar el proceso:

R1(config-router)# router-id 1.1.1.1
R1# clear ip ospf process

Dejarlo al azar es un problema clásico: si el RID salió de una IP física y esa interfaz cae, el siguiente reinicio del proceso puede elegir otro RID y forzar una nueva elección de DR/BDR sin que nadie tocara nada. Por eso se fija explícitamente en los cuatro routers.

Configuración

Section titled “Configuración”

Los 4 routers comparten la LAN 192.168.10.0/24 por GigabitEthernet0/1. R3 además tiene una LAN de servidores detrás (10.0.30.0/24) que también va a anunciar por OSPF.

graph TD
    %% Estilos de Nodos
    classDef dr fill:#d4edda,stroke:#28a745,stroke-width:2px,color:#155724;
    classDef bdr fill:#cce5ff,stroke:#004085,stroke-width:2px,color:#004085;
    classDef drother fill:#f8f9fa,stroke:#6c757d,stroke-width:2px,color:#383d41;
    classDef lan fill:#fff3cd,stroke:#ffeeba,stroke-width:2px,color:#856404;

    %% Elementos Centrales
    SW(("Switch L2 / Segmento Multiacceso<br><b>192.168.10.0/24 (Área 0)</b>")):::lan

    %% Routers
    R1["<b>R1</b><br>RID: 1.1.1.1<br>Prioridad: 200<br><b>Rol: DR</b>"]:::dr
    R2["<b>R2</b><br>RID: 2.2.2.2<br>Prioridad: 100<br><b>Rol: BDR</b>"]:::bdr
    R3["<b>R3</b><br>RID: 3.3.3.3<br>Prioridad: 1<br><b>Rol: DROTHER</b>"]:::drother
    R4["<b>R4</b><br>RID: 4.4.4.4<br>Prioridad: 1<br><b>Rol: DROTHER</b>"]:::drother

    %% Redes Adicionales
    LAN_SERV["<b>LAN Servidores</b><br>10.0.30.0/24<br><i>(Pasiva por default)</i>"]:::lan

    %% Conexiones
    R1 -- "Gi0/1" --- SW
    R2 -- "Gi0/1" --- SW
    R3 -- "Gi0/1" --- SW
    R4 -- "Gi0/1" --- SW
    R3 -- "Gi0/2" --- LAN_SERV

    subgraph OSPF_AREA_0 [" OSPF Área 0 "]
        SW
        R1
        R2
        R3
        R4
        LAN_SERV
    end

En R1 (va a ganar como DR, prioridad más alta):

R1(config)# router ospf 1
R1(config-router)# router-id 1.1.1.1
R1(config-router)# passive-interface default
R1(config-router)# no passive-interface GigabitEthernet0/1
R1(config-router)# exit
R1(config)# interface GigabitEthernet0/1
R1(config-if)# ip ospf 1 area 0
R1(config-if)# ip ospf priority 200

En R2 (va a ganar como BDR):

R2(config)# router ospf 1
R2(config-router)# router-id 2.2.2.2
R2(config-router)# passive-interface default
R2(config-router)# no passive-interface GigabitEthernet0/1
R2(config-router)# exit
R2(config)# interface GigabitEthernet0/1
R2(config-if)# ip ospf 1 area 0
R2(config-if)# ip ospf priority 100

En R3 y R4 (quedan como DROTHER, prioridad por defecto: no hace falta tocarla). R3 además habilita OSPF en su LAN de servidores:

R3(config)# router ospf 1
R3(config-router)# router-id 3.3.3.3
R3(config-router)# passive-interface default
R3(config-router)# no passive-interface GigabitEthernet0/1
R3(config-router)# exit
R3(config)# interface GigabitEthernet0/1
R3(config-if)# ip ospf 1 area 0
R3(config)# interface GigabitEthernet0/2
R3(config-if)# ip ospf 1 area 0
R4(config)# router ospf 1
R4(config-router)# router-id 4.4.4.4
R4(config-router)# passive-interface default
R4(config-router)# no passive-interface GigabitEthernet0/1
R4(config-router)# exit
R4(config)# interface GigabitEthernet0/1
R4(config-if)# ip ospf 1 area 0

passive-interface default desactiva los hellos en todas las interfaces — para no mandarlos hacia una LAN de usuarios sin otro router— y no passive-interface los reactiva solo donde sí hace falta adyacencia.

Verificando desde R1:

R1# show ip ospf neighbor
Neighbor ID   Pri   State          Dead Time   Address        Interface
2.2.2.2       100   FULL/BDR       00:00:32    192.168.10.2   GigabitEthernet0/1
3.3.3.3         1   2WAY/DROTHER   00:00:38    192.168.10.3   GigabitEthernet0/1
4.4.4.4         1   2WAY/DROTHER   00:00:35    192.168.10.4   GigabitEthernet0/1


R1# show ip route ospf
O    10.0.30.0/24 [110/11] via 192.168.10.3, 00:03:12, GigabitEthernet0/1

R1 llega a FULL con el BDR y se queda en 2WAY con los DROTHER — el comportamiento esperado, no un fallo. O marca la ruta hacia la LAN de servidores de R3 como aprendida por OSPF, con AD 110.

Preguntas tipo CCNA

Section titled “Preguntas tipo CCNA”

  1. ¿Qué algoritmo usa OSPF y de qué tipo de protocolo es? El algoritmo SPF (Dijkstra); es un protocolo de estado de enlace.

  2. ¿Cómo se determina el Router ID? En orden: el comando router-id, si no la loopback con IP más alta, y si tampoco, la interfaz física activa con IP más alta. Sin ninguna fuente, el proceso OSPF ni siquiera inicia.

  3. ¿Quién gana la elección de DR, y qué pasa con los DROTHER entre sí? Gana la mayor prioridad (desempata el RID más alto). Los DROTHER llegan a Full con el DR y el BDR, pero se quedan en 2-Way entre ellos — no es un fallo, es el diseño.

  4. ¿Qué pasa cuando cae el DR? El BDR asume al instante y recién ahí se elige un BDR nuevo. No hay preemption: un router con mejor prioridad que llegue después no toma el rol hasta la próxima elección.

  5. ¿Cuáles son las tres bases de datos OSPF y qué comando las muestra? La Adjacency Database (vecinos, show ip ospf neighbor), la Link-State Database (topología completa, show ip ospf database) y la Forwarding Database (rutas calculadas, show ip route ospf).

Resumen

Section titled “Resumen”
  • OSPF (estado de enlace): topología completa en la LSDB (armada con LSAs) y rutas calculadas con SPF/Dijkstra.
  • Cada router mantiene tres bases de datos: la Adjacency Database (show ip ospf neighbor), la Link-State Database (show ip ospf database) y la Forwarding Database (show ip route ospf).
  • Área única: ya hace falta resolver coste, Router ID y — en segmentos multiacceso — la elección de DR/BDR, que reduce las adyacencias de n(n−1)/2n(n-1)/2 a 2n−32n-3.
  • Los diseños avanzados — full-mesh punto a punto (sin DR/BDR, sin switches) y multi-área con ABR — están en OSPF avanzado.