Tiểu luận hệ thống viễn thông unicast routing protocols

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC - TIỂU LUẬN MÔN TRUYỀN SỐ LIỆU MẠNG MÁY TÍNH VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG TÌM HIỂU VỀ UNICAST ROUNTING PROTOCOLS CBHD : Sinh viên : Mã số sinh viên : Hà Nội – Năm 2021 LỜI MỞ ĐẦU Trong thời kì bùng nổ công nghệ số đại ngày nay, vấn đề truyền, trao đổi thông tin khơng cịn xa lạ chí trước tình hình dịch bệnh diễn ra, hoạt động thực từ xa, trực tuyến việc truyền, trao đổi thông tin trở thành nhu cầu thiết yếu hết Vậy thơng tin truyền trao đổi nào? Điều thực trừu tương gây băn khoăn cho em trước đến với học phần Truyền số liệu máy tính Nhờ học phần mà em biết giao thức định tuyến giao thức quy định cách làm để giao tiếp với nhau, cho phép tự lựa chọn tuyến đường truyền tin Trong tiểu luận này, em tìm hiểu loại giao thức phổ biến mà hay dùng cho máy tính, giao thức định tuyến unicast thơng tin truyền định hướng, có trao đổi thơng tin thơng tin gửi từ điểm đến điểm khác, nghĩa có người gửi người nhận Bài tiểu luận “Tìm hiểu unicast rounting protocols” tổng hợp kiến thức em đúc kết sau kết thúc học phần Truyền số liệu máy tính, kết hợp với nghiên cứu tài liệu liên quan qua sách internet Tiểu luận bao gồm nội dung giới thiệu, phân tích chi tiết giao thức định tuyến unicast Để hoàn thiện tiểu luận này, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy…người tận tình hướng dẫn chúng em suốt q trình mơn học Cảm ơn thầy nhiều chu đáo tâm huyết giảng giúp chúng em tiếp thu thật nhiều kiến thức bổ ích cách đơn giản, dễ hiểu chi tiết Mặc dù cố gắng kiến thức hạn hẹp nên tiểu luận em tránh khỏi sai sót Em mong nhận góp ý từ thầy để tiểu luận hoàn thiện xác Em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU MỤC LỤC NỘI DUNG .4 Tổng quan Unicast Rounting Protocols Đặc tính giao thức unicast 2.1 Tối ưu hóa 2.2 Định tuyến miền 2.3 Định tuyến vector khoảng cách 2.4 Định tuyến trạng thái liên kết 12 2.5 Định tuyến đường dẫn vector .17 KẾT LUẬN 19 NỘI DUNG Tổng quan Unicast Rounting Protocols Trước hết, giao thức định tuyến (rounting protocols) giao thức quy định cách làm để giao tiếp với nhau, cho phép ta lựa chọn tuyến đường hai nút mạng máy tính, lựa chọn tuyến đường thực thuật toán định tuyến Hình 1 Giao thức định tuyến Một chức cung cấp giao thức liên mạng (Internet Protocol – IP giao thức hướng liệu sử dụng máy chủ nguồn đích để truyền liệu liên mạng chuyển mạch gói) khả hình thành liê kết mạng vật lý với Một hệ thống thực chức gọi định tuyến (IP Router) Trong mạng nội máy tính liên kết giao tiếp với thông qua định tuyến, định tuyến có chức định tuyến gói tin Để thực điều đó, định tuyến phải có hệ thống đường đến vùng mạng hình thành giao thức định tuyến dựa thuật toán định để quy định tìm đường định tuyến gói tin Một bảng định tuyến tĩnh động Một bảng tĩnh bảng có mục nhập thủ công Mặt khác, bảng động bảng cập nhật tự động có thay đổi internet Ngày nay, internet cần bảng định tuyến động Các bảng cần cập nhật có thay đổi internet Ví dụ: chúng cần cập nhật định tuyến gặp cố chúng cần cập nhật tìm thấy tuyến đường tốt Hình Ví dụ unicast Trong giao tiếp unicast, có nguồn đích Mối quan hệ nguồn đích 1-1 Trong kiểu giao tiếp này, địa nguồn địa đích, IP datagram, địa unicast gán cho máy chủ (chính xác giao diện máy chủ) Kiểu truyền thơng tin hữu ích có tham gia người gửi người nhận Vì vậy, ngắn hạn, bạn gọi truyền mộtmột Ví dụ, thiết bị có địa IP 10.1.2.0 mạng muốn gửi luồng lưu lượng (gói liệu) đến thiết bị có địa IP 20.12.4.2 mạng kia, unicast xuất Đây hình thức truyền liệu phổ biến qua mạng Hình Unicasting Hình Đường ngắn giao thức unicast Định tuyến Unicast: Trong định tuyến unicast, định tuyến nhận gói để chuyển tiếp, cần phải tìm đường ngắn đến đích gói Bộ định tuyến tham khảo bảng định tuyến cho điểm đến cụ thể Mục tương ứng với đích điểm bắt đầu đường ngắn Bộ định tuyến biết đường ngắn cho điểm đến, có nghĩa định tuyến có đường ngắn để đến tất điểm đến cách tối ưu Nói cách khác, dòng bảng định tuyến đường ngắn nhất; toàn bảng định tuyến đường dẫn ngắn Trong định tuyến unicast, định tuyến cần đường dẫn ngắn để chuyển tiếp gói tin; nhiên, định tuyến có đường dẫn ngắn riêng Có nhiều giao thức unicast khác TCP, HTTP, v.v  TCP giao thức unicast sử dụng phổ biến Nó giao thức định hướng kết nối chuyển tiếp báo nhận từ phía người nhận  HTTP viết tắt Hyper Text Transfer Protocol Nó giao thức hướng đối tượng để giao tiếp Có ba giao thức để định tuyến unicast: - Định tuyến vector khoảng cách - Định tuyến trạng thái liên kết - Định tuyến đường dẫn vector Đặc tính giao thức unicast 2.1 Tối ưu hóa Một định tuyến nhận gói từ mạng chuyển đến mạng khác Một định tuyến thường gắn vào số mạng Một cách tiếp cận ấn định chi phí cho việc truyền qua mạng Gọi chi phí số liệu Tuy nhiên, số liệu gán cho mạng phụ thuộc vào loại giao thức Một số giao thức đơn giản, chẳng hạn Giao thức Thông tin Định tuyến (RIP), coi tất mạng bình đẳng Chi phí truyền qua mạng nhau; số bước nhảy Vì vậy, gói qua 10 mạng để đến đích, tổng chi phí 10 bước nhảy 2.2 Định tuyến miền Một mạng internet lớn đến mức giao thức định tuyến xử lý nhiệm vụ cập nhật bảng định tuyến tất định tuyến Vì lý này, internet chia thành hệ thống tự trị Hệ thống tự trị (AS) nhóm mạng định tuyến quyền quan quản lý Định tuyến bên hệ thống tự trị gọi định tuyến miền nội Định tuyến hệ thống tự trị gọi định tuyến liên miền Một số giao thức định tuyến nội miền liên miền sử dụng - Hai giao thức định tuyến miền: Vector khoảng cách trạng thái liên kết - Một giao thức định tuyến liên miền: vector đường dẫn Hình Hệ thống tự trị Giao thức thông tin định tuyến (RIP) triển khai giao thức vectơ khoảng cách Open Shortest Path First (OSPF) triển khai giao thức trạng thái liên kết Border Gateway Protocol (BGP) triển khai giao thức vectơ đường dẫn Hình 2 Các giao thức định tuyến phổ biến 2.3 Định tuyến vector khoảng cách Trong định tuyến vectơ khoảng cách, tuyến đường có chi phí thấp hai nút tuyến đường có khoảng cách tối thiểu Trong giao thức này, tên nó, nút trì vectơ (bảng) có khoảng cách tối thiểu đến nút Bảng nút hướng dẫn gói đến nút mong muốn cách hiển thị điểm dừng tuyến (định tuyến bước tiếp theo) Hình Bảng định tuyến vector khoảng cách Bảng cho nút A cho thấy cách ta tiếp cận nút từ nút Ví dụ, chi phí ta để đến nút E Tuyến đường qua C Khởi tạo: Các bảng hình ổn định; nút biết cách tiếp cận nút khác chi phí Tuy nhiên, vào lúc bắt đầu, khơng phải trường hợp Mỗi nút biết khoảng cách nút lân cận trực tiếp nó, nút kết nối trực tiếp với Vì vậy, tại, ta giả định nút gửi thơng điệp đến nút lân cận tìm khoảng cách nút lân cận Khoảng cách cho mục nhập lân cận đánh dấu vô hạn (không thể truy cập) Chia sẻ: Toàn ý tưởng định tuyến véc tơ khoảng cách chia sẻ thông tin nút láng giềng Mặc dù nút A nút E, nút C có Vì vậy, nút C chia sẻ bảng định tuyến với A, nút A biết cách đến nút E Mặt khác, nút C cách đến nút D, nút A có Nếu nút A chia sẻ bảng định tuyến với nút C, nút C biết cách đến nút D Nói cách khác, nút A C, với tư cách người hàng xóm trực tiếp, cải thiện bảng định tuyến chúng chúng giúp đỡ lẫn Hình Khởi tạo giao thức định tuyến vector khoảng cách Đang cập nhật: Khi nút nhận bảng hai cột từ người hàng xóm, cần cập nhật bảng định tuyến Cập nhật thực ba bước: Bước 1: Nút nhận cần thêm chi phí nút gửi cho giá trị cột thứ hai Logic rõ ràng Nếu nút C tuyên bố khoảng cách tới điểm đến x mi khoảng cách A C y mi, khoảng cách A điểm đến đó, thơng qua C, x + y mi Bước 2: Nút nhận cần thêm tên nút gửi vào hàng làm cột thứ ba nút nhận sử dụng thông tin từ hàng Nút gửi nút tuyến Bước 3: Nút nhận cần so sánh hàng bảng cũ với hàng tương ứng phiên sửa đổi bảng nhận a) Nếu mục nhập nút khác, nút nhận chọn hàng có chi phí nhỏ Nếu có dây buộc giữ lại cũ b) Nếu mục nhập nút giống nhau, nút nhận chọn hàng Ví dụ: giả sử nút C trước quảng cáo tuyến đường đến nút X với khoảng cách Hình Cập nhật giao thức vector khoảng cách Tính khơng ổn định vịng lặp hai nút: Một vấn đề với định tuyến vectơ khoảng cách không ổn định, có nghĩa mạng sử dụng giao thức trở nên khơng ổn định Để hiểu vấn đề, ta xem kịch mô tả Hình Vịng lặp hai nút Giải pháp rõ ràng xác định lại vô cực thành số nhỏ hơn, chẳng hạn 100 Đối với kịch trước, hệ thống ổn định vòng chưa đầy 20 giây cập nhật Trên thực tế, hầu hết triển khai giao thức vectơ khoảng cách xác định khoảng cách nút I xác định 16 vô Tuy nhiên, điều có nghĩa định tuyến véc tơ khoảng cách sử dụng hệ thống lớn Kích thước mạng, theo hướng, khơng vượt 15 bước Hình Split horizon Một giải pháp khác gọi đường chân trời tách đôi Trong chiến lược này, thay làm tràn ngập bảng thông qua giao diện, nút gửi phần bảng qua giao diện Theo bảng nó, nút B cho đường tối ưu để đến X qua A, nút B không cần phải quảng cáo mẩu thông tin cho A; thơng tin có góc từ A (A biết) Lấy thơng tin từ nút A, sửa đổi gửi lại cho nút A tạo nhầm lẫn Trong kịch chúng tôi, nút B loại bỏ dịng cuối bảng định tuyến trước gửi đến A Trong trường hợp này, nút A giữ giá trị vô khoảng cách đến X 2.4 Định tuyến trạng thái liên kết Định tuyến trạng thái liên kết có triết lý khác với định tuyến theo vectơ khoảng cách Trong định tuyến trạng thái liên kết, nút miền có toàn cấu trúc liên kết miền, danh sách nút liên kết, cách chúng kết nối bao gồm loại, chi phí (số liệu) điều kiện liên kết (lên xuống) -the nút sử dụng thuật toán Dijkstra để xây dựng bảng định tuyến Định tuyến trạng thái liên kết họ giao thức định tuyến thứ hai Trong định tuyến vectơ khoảng cách sử dụng thuật toán phân tán để tính tốn bảng định tuyến chúng, định tuyến trạng thái liên kết sử dụng định tuyến trạng thái liên kết để trao đổi thông báo cho phép định tuyến tìm hiểu tồn cấu trúc liên kết mạng Dựa cấu trúc liên kết học này, định tuyến sau tính tốn bảng định tuyến cách sử dụng tính tốn đường ngắn Hình Khái niệm định tuyến trạng thái liên kết Hình bên cho thấy miền đơn giản có năm nút Mỗi nút sử dụng cấu trúc liên kết để tạo bảng định tuyến, bảng định tuyến cho nút tính tốn dựa diễn giải khác cấu trúc liên kết Điều tương tự đồ thành phố Mặc dù người có đồ, người cần đường khác để đến điểm đến cụ thể Xây dựng bảng định tuyến: Trong định tuyến trạng thái liên kết, bốn nhóm hành động yêu cầu để đảm bảo nút có bảng định tuyến hiển thị nút có chi phí thấp cho nút khác a) Tạo trạng thái liên kết nút, gọi gói trạng thái liên kết (LSP) b) Phổ biến LSP tới định tuyến khác, gọi ngập lụt, cách hiệu đáng tin cậy c) Hình thành đường ngắn cho nút d) Tính tốn bảng định tuyến dựa đường ngắn Hình Cấu trúc liên kết Các loại liên kết: Trong thuật ngữ OSPF, kết nối gọi liên kết Bốn loại liên kết xác định: điểm-điểm, tạm thời, sơ khai ảo Hình 10 Các loại liên kết Một liên kết điểm-điểm kết nối hai định tuyến mà khơng có máy chủ định tuyến khác Nói cách khác, mục đích liên kết (mạng) kết nối hai định tuyến Ví dụ kiểu liên kết hai định tuyến kết nối đường dây điện thoại đường dây T Không cần định địa mạng cho loại liên kết Về mặt đồ họa, định tuyến biểu diễn nút liên kết biểu diễn cạnh hai chiều kết nối nút Các số, thường giống nhau, hiển thị hai đầu, cho hướng Nói cách khác, định tuyến có hàng xóm phía bên liên kết Đặc điểm giao thức định tuyến trạng thái liên kết:  Gói trạng thái liên kết - Một gói nhỏ chứa thơng tin định tuyến  Cơ sở liệu trạng thái liên kết - Một thông tin thu thập thu thập từ gói trạng thái liên kết  Thuật tốn đường ngắn (thuật toán Dijkstra) - Một phép tính thực sở liệu cho kết đường ngắn  Bảng định tuyến - Danh sách đường dẫn giao diện biết Tính tốn đường ngắn Để tìm đường ngắn nhất, nút cần chạy thuật toán Dijkstra tiếng Thuật toán tiếng sử dụng bước sau: Bước 1: Nút lấy chọn làm nút gốc cây, điều tạo với nút đặt tổng chi phí nút thành số giá trị dựa thông tin Cơ sở liệu trạng thái liên kết Bước 2: Bây nút chọn nút, số tất nút cấu trúc giống cây, gần gốc thêm nút vào Hình dạng thay đổi Bước 3: Sau nút thêm vào cây, chi phí tất nút khơng có cần cập nhật đường dẫn bị thay đổi Bước 4: Nút lặp lại Bước Bước tất nút thêm vào Giao thức Trạng thái Liên kết so với giao thức Vectơ Khoảng cách có: - Nó yêu cầy lượng lớn nhớ - Tính tốn đường ngắn u cầu nhiều vòng kết nối CPU - Nếu mạng sử dụng băng thơng; nhanh chóng phản ứng với thay đổi cấu trúc liên kết - Tất mục sở liệu phải gửi đến hàng xóm để tạo thành gói trạng thái liên kết - Tất hàng xóm phải tin cậy cấu trúc liên kết - Cơ chế xác thực sử dụng để tránh cố cố khơng mong muốn - Khơng có kỹ thuật phân chia đường chân trời khả thi định tuyến trạng thái liên kết Mở giao thức định tuyến đường dẫn ngắn (OSPF) - Open Shortest Path First (OSPF) giao thức định tuyến unicast phát triển nhóm cơng tác Lực lượng Đặc nhiệm Kỹ thuật Internet (IETF) - Nó giao thức định tuyến nội nguồn - Nó giao thức mã nguồn mở - Nó tương tự Giao thức thông tin định tuyến (RIP) - OSPF giao thức định tuyến khơng phân lớp, có nghĩa cập nhật nó, bao gồm mạng tuyến đường mà biết, đó, cho phép mặt nạ mạng có độ dài thay đổi Với mặt nạ mạng có độ dài thay đổi, mạng IP chia thành nhiều mạng với nhiều kích cỡ khác Điều cung cấp cho quản trị viên mạng linh hoạt cấu hình mạng Các cập nhật đa tuyến địa cụ thể (224.0.0.5 224.0.0.6) - OSPF thực chương trình lớp mạng sử dụng dịch vụ cung cấp Giao thức Internet - Sơ đồ IP mang thông điệp từ OSPF đặt giá trị trường giao thức thành 89 - OSPF dựa thuật tốn SPF, đơi gọi thuật tốn Dijkstra - OSPF có hai phiên - phiên phiên Phiên sử dụng hầu hết Thông báo OSPF - OSPF giao thức phức tạp Nó sử dụng năm loại thông điệp khác Những điều sau: - Thơng báo Hello (Loại 1) - Nó định tuyến sử dụng để giới thiệu thân với định tuyến khác - Thông báo mô tả sở liệu (Loại 2) - Nó thường gửi để phản hồi lại thơng báo Xin chào - Thông báo yêu cầu trạng thái liên kết (Loại 3) - Nó sử dụng định tuyến cần thơng tin gói Trạng thái liên kết cụ thể - Thông báo cập nhật trạng thái liên kết (Loại 4) - Đây thông báo OSPF để xây dựng Cơ sở liệu trạng thái liên kết - Thông báo xác nhận trạng thái liên kết (Loại 5) - Nó sử dụng để tạo độ tin cậy giao thức OSPF 2.5 Định tuyến đường dẫn vector Định tuyến theo vectơ khoảng cách trạng thái liên kết giao thức định tuyến miền Chúng sử dụng bên hệ thống tự trị, không sử dụng hệ thống tự trị Hai giao thức khơng thích hợp cho việc định tuyến miền chủ yếu khả mở rộng Cả hai giao thức định tuyến trở nên khó thực phạm vi hoạt động trở nên lớn Định tuyến theo vectơ khoảng cách khơng ổn định có nhiều vài bước nhảy miền hoạt động Định tuyến trạng thái liên kết cần lượng tài ngun khổng lồ để tính tốn bảng định tuyến Nó tạo giao thơng đơng đúc lũ lụt Cần có giao thức định tuyến thứ ba mà gọi định tuyến véc tơ đường dẫn Định tuyến vector đường dẫn tỏ hữu ích cho việc định tuyến miền Nguyên tắc định tuyến véc tơ đường dẫn tương tự nguyên tắc định tuyến véc tơ khoảng cách Trong định tuyến vectơ đường dẫn, giả định có nút hệ thống tự trị hoạt động thay mặt cho toàn hệ thống tự trị Khởi tạo: Khi bắt đầu, nút loa biết khả tiếp cận nút bên hệ thống tự trị Nút Al nút loa cho AS1, B1 cho AS2, C1 cho AS3 Dl cho AS4 Node Al tạo bảng ban đầu cho thấy Al đến A5 nằm ASI truy cập thơng qua Nút B1 quảng cáo Bl đến B4 nằm AS2 đạt thơng qua Bl Hình 11 Các bảng định tuyến ban đầu định tuyến vector đường dẫn Như phân tích chi tiết đặc điểm giao thức unicast giao thức định tốn có unicast c) KẾT LUẬN Tiểu luận giới thiệu phân tích giao thức định tuyến unicast cách khách quan chi tiết Em cố gắng hoàn thiện tiểu luận cách tốt kiến thức hiểu biết thực tế chưa nhiều nên khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận xét từ thầy để em làm tốt Ý kiến đánh giá thầy phần thưởng đáng giá giúp em cải thiện không học phần này, nhiều học phần khác mà giúp em mài dũa trước có trải nghiệm thực tế với cơng việc Học phần Truyền số liệu mạng máy tính học phần thú vị bổ ích khơng riêng em mà với tất bạn sinh viên Những kiến thức chuyên môn truyền số liệu mạng máy tính nhận sau học phần cho chúng em nhận thức thực tế hệ thống thực tế phát triển đến đâu, giúp ích cho đời sống xã hội Những kỹ mềm thu sau học phần thu thập tài liệu, làm báo cáo, tiểu luận, làm việc nhóm,…sẽ hành trang theo đường trưởng thành thân Cảm ơn thầy học quý giá, em xin kính chúc thầy sức khỏe để tiếp tục chèo lái thuyền đưa hàng hàng, lớp lớp sinh viên nên người, trở thành kĩ sư tài ba, cơng dân có ích cho xã hội, cho đất nước  ... này, internet chia thành hệ thống tự trị Hệ thống tự trị (AS) nhóm mạng định tuyến quyền quan quản lý Định tuyến bên hệ thống tự trị gọi định tuyến miền nội Định tuyến hệ thống tự trị gọi định tuyến... điểm giao thức unicast giao thức định tốn có unicast c) KẾT LUẬN Tiểu luận giới thiệu phân tích giao thức định tuyến unicast cách khách quan chi tiết Em cố gắng hoàn thiện tiểu luận cách tốt kiến... đường dẫn, chúng tơi giả định có nút hệ thống tự trị hoạt động thay mặt cho toàn hệ thống tự trị Khởi tạo: Khi bắt đầu, nút loa biết khả tiếp cận nút bên hệ thống tự trị Nút Al nút loa cho AS1,