Dia 6: OSPF em Profundidade — Áreas, LSA, DR/BDR e Configuração

OSPF (Open Shortest Path First) é o protocolo de encaminhamento interior mais implementado em redes empresariais. Ao contrário do RIP (visto no Dia 5), que propaga apenas distâncias em saltos, o OSPF constrói um mapa completo da topologia — cada router sabe exactamente como a rede está ligada e calcula o melhor caminho em milissegundos. A especificação canónica é o RFC 2328 (OSPFv2 para IPv4) e o RFC 5340 (OSPFv3 para IPv6). Este artigo percorre a teoria completa — áreas, LSA, DR/BDR — e termina com configuração prática usando FRRouting, a stack de encaminhamento open-source mais usada em Linux.

O Que é OSPF e Como Funciona

OSPF é um protocolo link-state (estado de ligação). Isto significa que cada router não recebe apenas “o salto X está a N distância” (como no RIP), mas sim uma descrição completa de cada ligação na rede: que routers existem, que interfaces têm, que sub-redes anunciam, e quanto custa cada ligação. Com esta informação, cada router constrói independentemente o mesmo mapa topológico e corre o algoritmo Dijkstra para calcular a árvore de caminhos mais curtos a partir de si próprio.

As características centrais do OSPF são:

• Protocolo interior (IGP): desenhado para encaminhar dentro de um Sistema Autónomo (AS), não entre ASs como o BGP (que veremos no Dia 7).
• Sem saltos máximos: o RIP limite-se a 15 saltos; o OSPF escala para centenas de routers numa área.
• Custo métrico: o custo de cada ligação é configurável (por defeito, derivado da largura de banda: custo = 100 Mbps / largura de banda da interface). Um link de 100 Mbps tem custo 1; um link de 10 Mbps tem custo 10.
• Convergência rápida: quando um link cai, as LSAs (Link-State Advertisements) actualizadas inundam a área em milissegundos — tipicamente 1-2 segundos contra os 30+ segundos do RIP.
• Tráfego multicast: OSPF usa os endereços multicast 224.0.0.5 (todos os routers OSPF) e 224.0.0.6 (DR/BDR apenas) em vez de broadcast — mais eficiente em redes partilhadas.
• Suporte VLSM e CIDR: o OSPF transporta a máscara de sub-rede completa em cada LSA, ao contrário do RIP v1 que só suportava redes classful.
• Autenticação: suporta autenticação por password simples ou MD5/HMAC-SHA (obrigatória em produção).

A analogia clássica: o RIP é como perguntar a alguém “a que distância fica a cidade X?” e receber “a 5 horas”. O OSPF é como ter um mapa rodoviário completo com todas as estradas, portagens, e velocidades máximas — e calcular o melhor itinerário a partir desse mapa. Naturalmente, o mapa é mais preciso.

Existem três versões do protocolo:

• OSPFv2 (RFC 2328) — o mais comum, funciona sobre IPv4.
• OSPFv3 (RFC 5340) — desenhado originalmente para IPv6, suporta também IPv4 com as extensões do RFC 6860.
• OSPFv3 com Address Families — a versão moderna que unifica suporte IPv4 e IPv6 num único processo.

O Algoritmo Dijkstra (SPF)

O coração do OSPF é o algoritmo Shortest Path First (SPF), publicado por Edsger Dijkstra em 1959. Cada router executa este algoritmo localmente sobre a sua base de dados link-state (LSDB) para construir a árvore de caminhos mais curtos até cada destino conhecido.

O processo funciona em três fases:

1. Recolha de LSAs: cada router recebe LSAs de todos os vizinhos OSPF na mesma área. Estas LSAs descrevem ligações, custos e redes. Ao fim desta fase, todos os routers na área têm exactamente a mesma LSDB — o mesmo mapa.
2. Cálculo SPF: o router corre o algoritmo Dijkstra sobre a LSDB, usando-se a si próprio como raiz. O resultado é uma árvore onde cada ramo representa o caminho mais curto para um destino, e o custo total é a soma dos custos de cada ligação ao longo do caminho.
3. Inserção na tabela de encaminhamento: as rotas resultantes da árvore SPF são instaladas na tabela de encaminhamento (FIB) do kernel. Se houver empate (caminhos com custo igual), o OSPF suporta Equal-Cost Multi-Path (ECMP) — o tráfego é balanceado entre os caminhos.

Uma analogia para entender as três fases: imagine que precisa de ir de Lisboa ao Porto. Primeiro, precisa de um mapa actualizado de todas as estradas de Portugal (fase 1 — recolha de LSAs). Depois, calcula o melhor itinerário com base na distância, velocidade e portagem de cada estrada (fase 2 — cálculo SPF). Finalmente, escolhe a rota e conduz (fase 3 — inserção na FIB).

O cálculo SPF é intensivo em CPU. Numa área com 200 routers e 1000 ligações, o Dijkstra executa em milissegundos num router moderno, mas é desencadeado sempre que uma LSA muda — por isso a hierarquia em áreas (secção seguinte) é crítica para reduzir o número de recalculos em redes grandes.

Áreas OSPF — Hierarquia Multi-Área

Uma área OSPF é um conjunto de routers que partilham a mesma base de dados link-state. Dentro de uma área, todos os routers têm a mesma visão completa da topologia. Entre áreas, a informação é sumarizada — em vez de propagar cada ligação individual, as áreas trocam apenas os prefixos de sub-rede. Isto reduz drasticamente o tamanho das LSDBs e a frequência de recalculo SPF, permitindo que o OSPF escale para milhares de routers.

A hierarquia é obrigatória: todo o OSPF tem pelo menos uma área, a Área 0 (Backbone). Todas as outras áreas devem ligar-se à Área 0 — directa ou indirectamente via virtual-link. Sem a Área 0, não há OSPF multi-área funcional.

Para uma PME com 10-30 routers, uma única Área 0 é suficiente. Áreas adicionais justificam-se quando:

• A LSDB excede 50-100 routers numa área (recomendação da Cisco: máximo 100 routers por área para convergência sub-segundo).
• Há filiais remotos com ligações WAN lentas — uma Stub Area reduz tráfego OSPF nesse link.
• Há uma área da rede que importa rotas externas (BGP, rotas estáticas) e se quer isolar essa instabilidade.

As regras de desenho de áreas são:

1. Todas as áreas não-backbone devem ligar-se à Área 0. Se não for possível fisicamente, usa-se um virtual-link temporário.
2. A Área 0 deve ser contígua — um router na Área 0 não pode ser separado de outros routers da Área 0 por uma área não-backbone.
3. Um router pode pertencer a várias áreas, mas só uma pode ser a Área 0. Um router em 2+ áreas é um Area Border Router (ABR).
4. A sumarização entre áreas é configurada no ABR, não nos routers internos.

Tipos de LSA

As Link-State Advertisements (LSAs) são as unidades de informação que os routers OSPF trocam para construir a LSDB. Cada tipo de LSA descreve uma parte diferente da topologia. Compreender os 7 tipos é essencial para diagnosticar problemas de encaminhamento OSPF.

A analogia para os tipos de LSA: imagine que a área local é uma cidade. A LSA tipo 1 é o cadastro de cada prédio (quem lá mora). A LSA tipo 2 descreve uma praça central (que prédios lá dão). A LSA tipo 3 é a informação sumarizada que a cidade envia para o mapa nacional — “aqui fica a cidade X, acessível pela estrada Y”. A LSA tipo 5 é a indicação de uma estrada que vem de outro país (roteamento externo).

Regras práticas de propagação:

• LSA tipos 1 e 2 não atravessam ABRs — ficam na área onde foram geradas.
• LSA tipo 3 é gerada pelo ABR e pode ser sumarizada com area-range (FRRouting) ou area range (Cisco).
• LSA tipo 5 propaga-se por todo o AS OSPF, atravessando ABRs, mas não entra em Stub/Totally Stubby Areas.
• LSA tipo 7 só existe dentro de NSSAs; é convertida em tipo 5 pelo ABR quando sai da NSSA.

DR/BDR — Eleição em Redes Multiacesso

Num segmento multiacesso (Ethernet, por exemplo), todos os routers partilham o mesmo domínio de broadcast. Se cada router trocasse LSAs directamente com todos os outros, o resultado seria O(N²) adjacências — 10 routers significam 45 adjacências, 20 routers significam 190. Para evitar esta explosão, o OSPF elege um Designated Router (DR) e um Backup Designated Router (BDR). Todos os routers formam adjacência apenas com o DR e o BDR — reduzindo o número de adjacências para 2N−2 em vez de N(N−1)/2.

O DR funciona como ponto central de difusão: quando um router quer anunciar uma LSA nova, envia-a ao DR (multicast 224.0.0.6), e o DR redistribui a todos os outros routers (multicast 224.0.0.5). O BDR assume o lugar do DR se este cair — garante continuidade sem nova eleição.

A eleição DR/BDR segue estas regras, por ordem de prioridade:

1. Prioridade de interface (configurável, 0-255). O router com prioridade mais alta ganha. Prioridade 0 desqualifica o router — nunca é DR/BDR.
2. Router ID mais alto em caso de empate de prioridade. O Router ID é um endereço IPv4 de 32 bits, tipicamente o maior IP de loopback ou o maior IP de interface.

Notas importantes sobre a eleição:

• A eleição não é preemptiva — se um router com prioridade mais alta entra depois da eleição, não toma o lugar do DR actual. É preciso reiniciar o processo OSPF ou aguardar falha do DR.
• Em redes ponto-a-ponto (links seriais, túneis) não há DR/BDR — não é necessário porque só há dois routers.
• Configurar a prioridade do router mais potente com valor alto e dos routers periféricos com 0 é uma prática comum em PME para garantir que o núcleo seja sempre o DR.

Para mais detalhes sobre o conceito de Designated Router, a Wikipedia tem um artigo estruturado que cobre as variações entre protocolos.

Tipos de Router OSPF

Conforme a posição na hierarquia de áreas, um router OSPF pode ter um de quatro papéis (que se sobrepõem — um router pode ser vários ao mesmo tempo):

A analogia para os tipos de router: o Internal Router é um funcionário que só trabalha num departamento. O ABR é o gerente que coordena dois departamentos. O ASBR é o representante que lida com empresas externas. Um router pode ser ABR e ASBR simultaneamente — é comum em PME ter um router na fronteira que liga a Área 0 a uma área remota e importa rotas de um ISP via BGP.

Configuração OSPF com FRRouting em Linux

FRRouting (FRR) é a stack de encaminhamento dinâmico mais usada em Linux, sucessora do Quagga e do Zebra. Suporta OSPFv2, OSPFv3, BGP, IS-IS, RIP e outros. É o equivalente open-source do daemon de encaminhamento do Cisco IOS, com uma sintaxe de configuração quase idêntica. O projecto mantém-se activo em frrouting.org e a documentação de desenvolvimento está disponível em docs.frrouting.org.

Vamos configurar um cenário PME simples: três routers Linux (R1, R2, R3) na Área 0, partilhando um segmento Ethernet 10.0.0.0/24. R1 tem uma sub-rede local 192.168.10.0/24, R2 tem 192.168.20.0/24, e R3 tem 192.168.30.0/24.

Primeiro, instalar o FRRouting. O comando varia conforme a distribuição:

# Debian/Ubuntu
apt update && apt install -y frr frr-pythontools

# RHEL/Alma/Rocky
dnf install -y frr

# Arch Linux
pacman -S frr

Depois de instalar, activar o OSPF no daemon de configuração do FRR. O ficheiro /etc/frr/daemons controla quais protocolos ficam ativos. Cada protocolo tem uma linha com yes ou no:

# /etc/frr/daemons — activar OSPF
ospfd=yes
ospf6d=yes   # se usar IPv6
zebra=yes    # obrigatório — integra FRR com o kernel
bgpd=no      # desactivado neste exemplo (veremos BGP no Dia 7)

Reiniciar o serviço FRR para aplicar:

systemctl restart frr
systemctl enable frr

A configuração de OSPF faz-se via vtysh, a shell interactiva do FRR (sintaxe quase idêntica ao Cisco IOS). O comando a seguir configura R1 — o router com ID 1.1.1.1, ligado à área 0, com duas interfaces (10.0.0.1 no segmento partilhado e 192.168.10.1 na sub-rede local). A linha network activa OSPF em todas as interfaces que caiem na faixa indicada:

# Entrar na shell do FRR
vtysh

# Configuração do R1 (Router ID 1.1.1.1)
configure terminal
router ospf
  router-id 1.1.1.1
  network 10.0.0.0/24 area 0
  network 192.168.10.0/24 area 0
  passive-interface eth1         # eth1 é a LAN local — não envia OSPF para fora
  default-information originate  # anunciar rota por defeito (se R1 for gateway Internet)
exit
exit
write memory  # guardar configuração

Parâmetros chave do bloco acima:

• router-id 1.1.1.1 — define o identificador único do router. Deve ser estável (não mudar com reinícios). Boa prática: usar um IP de loopback.
• network 10.0.0.0/24 area 0 — activa OSPF em interfaces com IP nessa faixa e atribui-as à área 0.
• passive-interface eth1 — a interface eth1 continua a anunciar a sua sub-rede na área, mas não envia nem recebe pacotes OSPF. Usa-se em interfaces LAN onde não há vizinhos OSPF — evita tráfego desnecessário e reduz risco de adjacência não autorizada.
• default-information originate — injeta uma rota 0.0.0.0/0 no OSPF, anunciando este router como gateway por defeito para a Internet. Só faz sentido no router que tem a ligação ao ISP.

A configuração de R2 e R3 segue o mesmo padrão, mudando o Router ID e as sub-redes. Para R2:

# Configuração do R2 (Router ID 2.2.2.2)
configure terminal
router ospf
  router-id 2.2.2.2
  network 10.0.0.0/24 area 0
  network 192.168.20.0/24 area 0
  passive-interface eth1
exit
exit
write memory

Para configurar a prioridade de interface DR/BDR (por exemplo, forçar R1 a ser DR e R2 a ser BDR):

# No R1 — prioridade alta (DR)
configure terminal
interface eth0
  ip ospf priority 200
exit
exit
write memory

# No R2 — prioridade média (BDR)
configure terminal
interface eth0
  ip ospf priority 100
exit
exit
write memory

# No R3 — prioridade 0 (nunca DR/BDR)
configure terminal
interface eth0
  ip ospf priority 0
exit
exit
write memory

Para configurar autenticação MD5 entre vizinhos (obrigatório em produção — sem autenticação, qualquer router na mesma VLAN pode injectar LSAs falsas e desviar tráfego):

# Em TODOS os routers, na interface partilhada (eth0):
configure terminal
interface eth0
  ip ospf authentication message-digest
  ip ospf message-digest-key 1 md5 ChAvE-S3creTA-2026
exit
exit
write memory

A chave MD5 tem de ser idêntica em todos os routers da mesma área que partilham o segmento. Se um router não tiver a chave correcta, a adjacência não se forma — é o sintoma mais comum de “vizinhos que não aparecem”.

Para sumarizar rotas entre áreas (reduzir o número de LSA tipo 3 que entra na Área 0), usa-se no ABR:

# No ABR — sumarizar 192.168.10.0/24 + 192.168.20.0/24
# numa única 192.168.0.0/16
configure terminal
router ospf
  area 0 range 192.168.0.0/16
exit
exit
write memory

Isto reduz as LSAs tipo 3 que a área remota recebe — em vez de duas LSAs individuais (192.168.10.0/24 e 192.168.20.0/24), recebe uma única LSA sumarizada (192.168.0.0/16). Se as sub-redes remotas mudarem, só o ABR recalcula — os routers remotos não são afectados.

Verificação e Diagnóstico

Depois de configurar, é preciso verificar que o OSPF formou adjacências e instalou rotas. Todos os comandos seguintes correm dentro de vtysh:

1. Verificar vizinhos OSPF — o comando mais importante. Lista cada vizinho, o seu Router ID, estado da adjacência e papel (DR/BDR/DROther):

show ip ospf neighbor

# Output esperado:
Neighbor ID     Pri State           Dead Time Address         Interface
2.2.2.2          100 Full/DR        00:00:35 10.0.0.2        eth0
3.3.3.3            0 Full/DROther    00:00:33 10.0.0.3        eth0

O estado Full significa adjacência completa. Estados intermédios (Init, ExStart, Exchange, Loading) indicam que a adjacência ainda está a formar-se ou travou.

2. Verificar a base de dados link-state (LSDB) — mostra todas as LSAs conhecidas, por tipo:

show ip ospf database

# Output esperado:
OSPF Router with ID (1.1.1.1)

Router Link States (Area 0.0.0.0)
Link ID         ADV Router      Age   Seq#       CkSum  Link count
1.1.1.1         1.1.1.1         1200  0x80000003 0x1a2b 2
2.2.2.2         2.2.2.2         1195  0x80000003 0x2b3c 2
3.3.3.3         3.3.3.3         1190  0x80000003 0x3c4d 2

Net Link States (Area 0.0.0.0)
Link ID         ADV Router      Age   Seq#       CkSum
10.0.0.2        2.2.2.2         1195  0x80000001 0x4d5e

O campo Age é o tempo desde que a LSA foi gerada (em segundos). Se todas as idades estiverem a aumentar sem renovação, o router que gerou a LSA caiu ou perdeu adjacência.

3. Verificar rotas OSPF instaladas — confirma que as rotas aprendidas via OSPF estão na tabela de encaminhamento:

show ip route ospf

# Output esperado:
O> 192.168.20.0/24 [110/2] via 10.0.0.2, eth0, 00:05:12
O> 192.168.30.0/24 [110/2] via 10.0.0.3, eth0, 00:05:12
O> 0.0.0.0/0 [110/1] via 10.0.0.1, eth0, 00:05:12

A letra O identifica rotas OSPF. O número entre parêntesis rectos [110/2] é a distância administrativa (110, valor por defeito do OSPF) seguida do custo total (2 — dois saltos com custo 1 cada).

4. Verificar detalhes de interface OSPF — mostra a prioridade, temporizadores e estado DR/BDR por interface:

show ip ospf interface eth0

# Output esperado:
eth0 is up
  Internet Address 10.0.0.1/24, Area 0.0.0.0
  Router ID 1.1.1.1, Network Type BROADCAST, Cost: 1
  Transmit Delay is 1 sec, State DR, Priority 200
  Designated Router (ID) 1.1.1.1, Interface address 10.0.0.1
  Backup Designated Router (ID) 2.2.2.2, Interface address 10.0.0.2
  Timer intervals: Hello 10s, Dead 40s, Wait 40s, Retransmit 5s

Os temporizadores Hello (10s) e Dead (40s) têm de ser idênticos entre vizinhos. Se um router tiver Hello=30 e o vizinho Hello=10, a adjacência nunca se forma — é o erro mais comum em OSPF.

Também é possível verificar fora do vtysh, directamente no kernel Linux:

# Verificar tabela de encaminhamento do kernel
ip route show proto ospf

# Verificar pacotes OSPF em tempo real (precisa de tcpdump)
# Se não estiver instalado: apt install tcpdump
tcpdump -i eth0 -n "ip proto 89"

# ip proto 89 é o número do protocolo OSPF
# Deve mostrar pacotes Hello (multicast 224.0.0.5) a cada 10 segundos

Erros Comuns em OSPF

Checklist de Configuração OSPF

Antes de declarar uma implementação OSPF como pronta para produção, verificar cada ponto:

1. Router IDs únicos — nenhum router com ID duplicado em todo o AS OSPF. Usar IPs de loopback estáveis.
2. Área 0 presente e contígua — todos os ABRs têm pelo menos uma interface na Área 0. Sem áreas órfãs.
3. Temporizadores consistentes — Hello e Dead idênticos em todos os vizinhos do mesmo segmento.
4. Autenticação MD5 activa — em todas as interfaces com vizinhos OSPF. Sem password simples em produção.
5. Interfaces passivas — todas as LANs sem vizinhos OSPF marcadas como passive-interface.
6. MTU consistente — verificar com ip link show em ambos os lados de cada adjacência.
7. Sumarização configurada — em ABRs para reduzir LSA tipo 3. Confirmar com show ip ospf database que o número de LSAs tipo 3 baixou.
8. Rota por defeito — default-information originate apenas no router com ligação ao ISP.
9. Convergência testada — desligar um link e medir tempo de convergência (deve ser <5s numa rede bem desenhada).
10. Custos explícitos — em links onde a largura de banda não reflecte o custo desejado (ex: túneis), configurar custo manual com ip ospf cost N.

No Dia 7 veremos BGP — o protocolo que liga sistemas autónomos entre si e que faz a Internet funcionar à escala global. OSPF resolve o encaminhamento dentro de uma organização; BGP resolve o encaminhamento entre organizações. Se já domina OSPF, a transição para BGP é natural — a diferença principal é que BGP usa path-vector em vez de link-state, e a escala é de ordens de grandeza superior.

Para aprofundar OSPF, consulte também o artigo do Dia 8 do Curso de Linux, que cobre configuração de interfaces e encaminhamento estático em Linux — a base sobre a qual o FRRouting opera.

Artigos Relacionados:

• Dia 5: Encaminhamento Estático, RIP e OSPF — introdução ao encaminhamento que precede este artigo
• Dia 4: Ethernet e Switching — camada 2 sobre a qual o OSPF opera
• Dia 1: Fundamentos de Redes — base de OSI/TCP/IP necessária para compreender áreas
• Curso Linux Dia 8: Redes Linux — configuração de interfaces e encaminhamento no kernel Linux
• Curso Linux Dia 9: Firewalls — abrir protocolo OSPF (IP proto 89) no firewall