Khái quát...67 Trang 6 OSI – TCP/IP Trang 7 Mô hình OSI mô tả bảy tầng mà hệ thống máy tính sử dụng để giao tiếp qua mạng.Mô hình OSI được thiết kế dựa vào nguyên lý tầng cấp, lý giải
OSI
Mô hình OSI mô tả bảy tầng mà hệ thống máy tính sử dụng để giao tiếp qua mạng.
Mô hình OSI được thiết kế dựa vào nguyên lý tầng cấp, lý giải một cách trừu tượng kỹ thuật kết nối truyền thông giữa các máy vi tính và thiết kế giao thức mạng giữa chúng dựa trên khái niệm chia hệ thống liên lạc thành bảy lớp trừu tượng, mỗi lớp xếp chồng lên lớp cuối cùng. a) Các giao thức trong mô hình OSI
- Giao thức hướng liên kết: Trước khi bắt đầu quá trình truyền dữ liệu, các thực thể trong cùng một tầng của 2 hệ thống khác nhau cần phải thiết lập một liên kết logic chung Chúng tiến hành trao đổi, thương lượng với nhau về tập các tham số sẽ sử dụng trong quá trình truyền dữ liệu, có thể là cắt bớt hoặc hợp nhất dữ liệu, liên kết sẽ được hủy bỏ Việc thiết lập liên kết logic này sễ giúp nâng cao độ tin cậy và an toàn.
- Giao thức không liên kết: Với các giao thức không liên kết chỉ có giai đoạn duy nhất truyền dữ liệu và dữ liệu khi này được truyền độc lập trên cái tuyến khác nhau. b) Vai trò của 7 lớp trong mô hình OSI
- Tầng ứng dụng: Tầng ứng dụng là lớp trên cùng, xác định giao diện giữa người sử dụng và môi trường OSI Tầng ứng dụng được sử dụng bởi phần mềm người dùng cuối như trình duyệt web và ứng dụng email Nó cung cấp các giao thức cho phép phần mềm gửi, nhận thông tin và trình bày dữ liệu có ý nghĩa cho người dùng Một số giao thức: HTTP, SMTP, DNS, FTP…
- Tầng trình bày: Chịu trách nhiệm chuyển đổi và định dạng dữ liệu từ dạng hiện tại của nó sang một định dạng đồng nhất và chung cho việc truyền tải qua mạng; mã hóa và nén dữ liệu trước khi truyền đi để tối ưu hóa băng thông mạng và tăng tốc độ truyền tải
- Tầng phiên: Chịu trách nhiệm thiết lập, quản lý và kết thúc phiên làm việc giữa các ứng dụng truyền thông Nó đảm bảo rằng các ứng dụng có thể tương tác và truyền thông với nhau một cách đồng bộ và tin cậy.
- Tầng vận chuyển: Giao tiếp đầu cuối giữa hai thiết bị, lấy dữ liệu từ lớp phiên và chia nó thành các phần được gọi là phân đoạn trước khi gửi đến tầng mạng Chịu trách nhiệm điều khiển luồng và kiểm soát lỗi Một số giao thức: TCP, UDP
- Tầng mạng: Tạo điều kiện thuận lợi cho việc truyền dữ liệu giữa hai mạng khác nhau; Sử dụng địa chỉ logic (địa chỉ IP) để xác định nguồn và đích của các gói tin trong mạng; Quyết định các đường đi tối ưu để chuyển tiếp gói tin từ nguồn đến đích trong mạng; phân chia các dữ liệu lớn thành các đơn vị nhỏ hơn gọi là các đoạn (segment) Một số giao thức: IP, ICMP, ARP, …, RIP, OSPF…
- Tầng liên kết dữ liệu: Tạo/gỡ bỏ khung thông tin (Frames); gắn các định danh vào các gói tin (địa chỉ MAC); quản lý quyền truy cập vào phương tiện truyền thông chia sẻ giữa các thiết bị trong mạng; kiểm soát lỗi và điều khiển luồng Một số giao thức: Ethernet, Wifi…
- Tầng vật lý: chịu trách nhiệm truyền dữ liệu qua các phương tiện truyền thông vật lý như cáp, điện, sóng radio, hoặc tia sáng; quản lý tốc độ truyền dữ liệu giữa các thiết bị kết nối; đảm bảo rằng các thiết bị truyền và nhận dữ liệu đồng bộ với nhau; đảm bảo các yêu cầu truyền/nhận các chuỗi bit qua các phương tiện vật lý.
TCP/IP
TCP/IP là sự kết hợp giữa 2 giao thức Trong đó IP (Giao thức liên mạng) cho phép các gói tin được gửi đến đích đã định sẵn, bằng cách thêm các thông tin dẫn đường vào các gói tin để các gói tin được đến đúng đích đã định sẵn ban đầu Và giao thức TCP (Giao thức truyền vận) đóng vai trò kiểm tra và đảm bảo sự an toàn cho mỗi gói tin khi đi qua mỗi trạm Trong quá trình này, nếu giao thức TCP nhận thấy gói tin bị lỗi, một tín hiệu sẽ được truyền đi và yêu cầu hệ thống gửi lại một gói tin khác.
- Tầng ứng dụng: đảm nhận vai trò giao tiếp dữ liệu giữa 2 máy khác nhau thông qua các dịch vụ mạng khác nhau.
- Tầng vận chuyển: Như trong mô hình OSI.
- Tầng Internet: Như trong mô hình OSI.
- Tầng Network Access: sự kết hợp giữa tầng vật lý và tầng liên kết dữ liệu của mô hình OSI Chịu trách nhiệm truyền dữ liệu giữa hai thiết bị trong cùng một mạng Tại đây, các gói dữ liệu được đóng vào khung (gọi là
Frame) và được định tuyến đi đến đích đã được chỉ định ban đầu.
Quy trình đóng gói và khử đóng gói
Trong mô hình OSI, quá trình đóng gói và khử đóng gói (encapsulation và decapsulation) diễn ra khi dữ liệu đi qua các tầng trong quá trình truyền tải Mỗi tầng trong mô hình đóng gói dữ liệu của nó vào một header (tiêu đề) riêng và gửi nó xuống tầng dưới Ngược lại, tại tầng nhận, tiêu đề được khử đóng gói và dữ liệu được truyền lên tầng trên.
Giới thiệu khái quát
- Ethernet là công nghệ truyền thống để kết nối các thiết bị trong mạng cục bộ có dây (LAN) hoặc mạng diện rộng (WAN) Nó cho phép các thiết bị giao tiếp với nhau thông qua một giao thức Giao thức này là một tập hợp các quy tắc hoặc ngôn ngữ mạng chung.
- So với công nghệ mạng LAN không dây (WLAN), Ethernet thường ít bị gián đoạn hơn Nó cũng có thể cung cấp mức độ kiểm soát và bảo mật mạng cao hơn so với công nghệ không dây vì các thiết bị phải được kết nối vật lý bằng hệ thống cáp.
- Hiện nay, công nghệ Internet hoạt động ở 2 lớp: vật lý và liên kết dữ liệu trên mô hình OSI
- Cổng Ethernet: Cổng Ethernet là lỗ để cắm cáp Ethernet trên các thiết bị mạng máy tính Mục đích của chúng là kết nối phần cứng mạng có dây trong mạng Ethernet LAN hoặc mạng WAN Cổng Ethernet nằm ở mặt sau của máy tính, ở mặt sau hay mặt bên của laptop Router, hub và modem cũng có thể có vài cổng Ethernet để cung cấp kết nối có dây cho nhiều thiết bị trên mạng.
- Cáp Ethernet: Có 3 loại cáp chính là CAT5E, CAT6, CAT6A CAT5E là loại cáp có thể truyền tải dữ liệu vô cùng tối ưu lên đến 1000 Mbps, điều này giúp quá trình sử dụng của bạn trở nên thoải mái hơn Ngoài ra, nó còn có đặc tính ưu việt là ít nhiễm chéo giúp quá trình mượt mà và luôn ổn định Về
CAT6 thì điểm nổi bật có phần tương tự với loại cáp CAT5E đều mang đến người dùng trải nghiệm ổn định Tuy nhiên, CAT6 lại có băng thông gấp 2,5 lần so với CAT5E Đây được xem là loại cáp Ethernet hiện đại bậc nhất ngày nay với đặc tính tránh nhiễu sóng hiệu quả nhờ vỏ ngoài khá dày Bên cạnh đó, CAT6A còn có hai đặc điểm vô cùng nổi bật chính là: Băng thông đạt mức 500 MHz gấp đôi so với CAT6; Trong phạm vi 100m, CAT6A sẽ hỗ trợ khả năng truyền tín hiệu lên đến 1000 Mbps.
Cách thức hoạt động
Ethernet frame
Ethernet frame là một khái niệm trong công nghệ Ethernet, nó đề cập đến cấu trúc dữ liệu được sử dụng để truyền gói tin qua mạng Ethernet Frame Ethernet bao gồm các trường quan trọng để xác định nguồn, đích và dữ liệu trong gói tin.
Ethernet header là một phần của Ethernet frame và nằm ở đầu của frame Nó chứa các thông tin quan trọng để xác định và kiểm soát việc truyền dữ liệu qua mạng Ethernet Ethernet header bao gồm các trường sau: a) Preamble:
- Là một chuỗi bit đặc biệt được sử dụng để đồng bộ hóa và chuẩn bị cho việc nhận và xử lý frame, có giá trị là 10101010 b) SFD (Start Frame Delimiter)
- Giúp các thiết bị mạng nhận biết được sự chuyển từ Preamble sang Ethernet header (10101011)
- Đảm bảo sự đồng bộ hóa giữa các thiết bị mạng khi truyền dữ liệu qua Ethernet. c) Địa chỉ MAC đích và nguồn
- Địa chỉ MAC nguồn (Source MAC Address): Đây là một trường có kích thước 6 byte (48 bit), chứa địa chỉ MAC của thiết bị gửi frame Địa chỉ
MAC nguồn xác định nguồn gốc của frame, cho phép thiết bị nhận biết thiết bị gửi dữ liệu.
- Địa chỉ MAC đích (Destination MAC Address): Đây cũng là một trường có kích thước 6 byte (48 bit), chứa địa chỉ MAC của thiết bị đích mà frame được gửi đến Địa chỉ MAC đích xác định thiết bị mà frame sẽ được gửi đến.
- Cả hai địa chỉ MAC (nguồn và đích) được biểu diễn dưới dạng một chuỗi 48 bit, thường được viết dưới dạng các cặp ký tự thập lục phân (hexadecimal).
- Qua các địa chỉ MAC, các thiết bị trong mạng Ethernet có thể xác định nguồn và đích của frame và định tuyến gói tin đến đích tương ứng. d) Type (or Length)
- Type là trường có độ dài 2 byte (16 bit) được sử dụng để xác định loại dữ liệu (protocol) trong Ethernet frame.
- Giá trị của trường Type xác định loại giao thức (protocol) hoặc loại dữ liệu mà frame chứa Một số giá trị EtherType phổ biến bao gồm:
0x86DD chứa dữ liệu IPv6
- Cho phép các thiết bị mạng nhận biết và xử lý frame theo cách phù hợp với loại dữ liệu đó.
- FCS (Frame Check Sequence) có độ dài 32 bit được sử dụng để kiểm tra tính toàn vẹn của dữ liệu trong frame Nó giúp xác định xem dữ liệu trong frame có bị hỏng trong quá trình truyền không.
- Trước khi gửi frame đi, thiết bị gửi tính toán giá trị FCS dựa trên các trường dữ liệu trong frame Sau đó, giá trị FCS được gắn vào trường FCS của frame Khi frame được nhận, thiết bị nhận tính toán lại giá trị FCS từ các trường dữ liệu trong frame và so sánh nó với giá trị FCS được nhận trong trường FCS của frame Nếu hai giá trị FCS khớp nhau, điều đó cho thấy rằng dữ liệu trong frame đã được truyền mà không bị hỏng Ngược lại, nếu hai giá trị FCS không khớp nhau, điều đó cho thấy rằng dữ liệu trong frame có khả năng bị hỏng trong quá trình truyền.
So sánh giữa Ethernet và Wifi
Mạng wifi ra đời có thể xem là cách mạng đối với thế giới số Mạng wifi kết nối không cần dùng dây Thay vào đó tất cả mọi dữ liệu đều được truyền tải qua tín hiệu không dây a) Kết nối Ethernet:
- Dữ liệu được truyền qua cáp.
- Tính di động hạn chế bởi các thiết bị phải kết nối với nhau bằng cáp vật lý.
- Tốc độ truyền dữ liệu, độ tin cậy và bảo mật cao hơn wifi.
- Tín hiệu ổn định và dữ liệu không cần phải mã hóa
- Độ trễ thấp tuy nhiên quá trình cài đặt lại phức tạp hơn wifi. a) Kết nối wifi:
- Thay vì cáp thì dữ liệu được truyền qua tín hiệu không dây.
- Tính di động tốt hơn và khoảng cách truyền tải xa hơn.
- Tốc độ truyền chậm hơn Ethernet đồng thời mức độ tin cậy, bảo mật cũng thấp hơn.
- Thuận tiện với người dùng bởi Internet có mặt khắp mọi nơi.
- Tốc độ truyền tín hiệu không ổn định, dễ bị nhiễu.
- Độ trễ cao hơn Ethernet và dữ liệu phải được mã hóa.
- So với Ethernet thì wifi cài đặt đơn giản hơn.
Giao thức ARP
ARP (viết tắt của cụm từ Address Resolution Protocol) là giao thức mạng được dùng để tìm ra địa chỉ phần cứng (địa chỉ MAC) của thiết bị từ một địa chỉ IP nguồn Nó được sử dụng khi một thiết bị giao tiếp với các thiết bị khác dựa trên nền tảng local network Ví dụ như trên mạng Ethernet mà hệ thống yêu cầu địa chỉ vật lý trước khi thực hiện gửi packets
Quá trình hoạt động của ARP sẽ bắt đầu khi có một thiết bị nguồn trong mạng IP có nhu cầu gửi một gói tin IP Trước hết, phải xác định được địa chỉ IP đích của gói tin có đang nằm trong mạng nội bộ của thiết bị đó hay không Nếu đúng, quá trình gửi trực tiếp gói tin đến thiết bị đích sẽ được thực hiện
Trong trường hợp IP đích đang nằm trên mạng khác thì thiết bị phả gửi gói tin đến router nằm trong mạng nội bộ để router này làm nhiệm vụ forward gói tin Dựa vào địa chỉ MAC, việc gửi gói tin trong cùng mạng có thể thực hiện thông qua Switch. Sau khi gói tin đã hoàn thành việc đóng gói thì mới bắt đầu được chuyển qua quá trình phân giải địa chỉ ARP và sẽ được thực hiện chuyển đi sau đó.
Các hệ điều hành nằm trong mạng IPv4 đều giữ một bộ nhớ cache ARP Khi có yêu cầu cần thực hiện, máy chủ sẽ hoạt động địa chỉ MAC để gửi gói tin đến một máy chủ khác trong mạng LAN, quá tình kiểm tra cache sẽ được ARP thực hiện để xem bản dịch địa chỉ MAC đã có hay chưa.
Nhìn chung, có thể nó ARP là một quá trình có 2 chiều request/response giữa các thiết bị để tìm ra địa chỉ phần cứng của một thiết bị từ địa chỉ IP nguồn Thiết bị nguồn sẽ request bằng cách gửi một bản local broadcast lên trên toàn mạng Còn thiết bị đích sẽ response bằng một bản tin unicast để trả lại cho thiết bị nguồn.
Khái quát
PPPoE (Point-to-Point Protocol over Ethernet) là một phương pháp kết nối Internet thông qua giao thức PPP trên mạng Ethernet Nó được sử dụng phổ biến trong các mạng xDSL (Digital Subscriber Line) để thiết lập kết nối Internet từ máy tính cá nhân đến nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP).
Trong một mạng sử dụng PPPoE, quá trình kết nối Internet diễn ra như sau:
- Thiết lập kết nối PPPoE: Máy tính cá nhân (khách hàng) sẽ gửi yêu cầu kết nối PPPoE đến một PPPoE Access Concentrator (PAC) của ISP Thông thường, thông tin đăng nhập (username và password) được cung cấp để xác thực và xác định tài khoản của khách hàng.
- Xác thực và thiết lập phiên PPP: Sau khi PAC xác thực thông tin đăng nhập của khách hàng, một phiên PPP (PPP session) sẽ được thiết lập giữa máy tính cá nhân và PAC Quá trình xác thực có thể sử dụng các phương pháp như PAP (Password Authentication Protocol) hoặc CHAP (Challenge Handshake Authentication Protocol).
- Thiết lập kết nối Ethernet: Khi phiên PPP được thiết lập thành công, một kết nối Ethernet ảo sẽ được tạo ra giữa máy tính cá nhân và PAC Điều này cho phép gói tin PPP được đóng gói và truyền qua mạng Ethernet từ khách hàng đến PAC và ngược lại.
- Truyền dữ liệu qua kết nối PPPoE: Khi kết nối PPPoE đã được thiết lập, máy tính cá nhân có thể truyền dữ liệu qua kết nối này Gói tin từ ứng dụng trên máy tính sẽ được đóng gói trong gói tin PPP và được chuyển đến PAC. PAC sẽ chuyển gói tin này qua mạng Internet đến các thiết bị mạng khác của ISP.
- Ngắt kết nối PPPoE: Khi không cần thiết sử dụng kết nối PPPoE nữa, máy tính cá nhân có thể ngắt kết nối bằng cách gửi yêu cầu ngắt kết nối đến PAC.PAC sẽ xác nhận và đóng kết nối PPPoE.
Cách thức hoạt động của PPPoE
Cách thức hoạt động của PPPoE
Quy trình làm việc của PPPoE bao gồm hai giai đoạn chính:
- Giai đoạn Discovery (Khám phá) - Trong giai đoạn này, PPPoE client xác định địa chỉ MAC Ethernet cục bộ và thiết lập ID phiên Và các host định vị nhiều PPPoE server, sau đó cho phép người dùng chọn một máy chủ.
- Giai đoạn Session (Phiên) - Khi giai đoạn khám phá hoàn tất thành công, cả host và server được chọn đều có thông tin về kết nối PPP qua Ethernet Sau đó, PPPoE cho phép dữ liệu được truyền qua liên kết PPP trong các PPPoE header Do đó,một phiên được thiết lập giữa một người dùng cá nhân và trang web từ xa, có thể được giám sát Trong khi đó, việc thanh toán của người dùng do PPPoE lập và ghi lại.
Các ứng dụng của PPPoE
Giao thức này cho phép nhiều client sử dụng cùng một mạng kết nối với một server duy nhất Hơn nữa, PPPOE là một giao thức mạng có khả năng cung cấp các tính năng mạng cơ bản như: xác thực, mã hóa và nén dữ liệu Do đó, PPPOE là một trong những phương tiện cung cấp đường truyền truy cập Internet được ưa thích nhất.
Khái quát
OSPF (Open Shortest Path First) là một giao thức định tuyến trong mạng IP (Internet Protocol) sử dụng thuật toán SPF (Shortest Path First) để tính toán và chọn lựa con đường ngắn nhất giữa các mạng.
OSPF được sử dụng rộng rãi trong các mạng lớn và phức tạp như mạng doanh nghiệp và mạng ISP (Internet Service Provider) Nó cho phép các router trong mạng hợp tác để trao đổi thông tin định tuyến và xây dựng bảng định tuyến để xác định con đường tốt nhất để chuyển tiếp gói tin đến đích.
Khác với giao thức RIP và EIGRP, OSPF mang những đặc điểm của giao thức link-state Nó có ưu điểm là hội tụ nhanh, hỗ trợ được mạng có kích thước lớn và không xảy ra routing loop Là giao thức định tuyến dạng classless nên hỗ trợ VLSM và mạng không liên tục (discontigous network) OSPF sử dụng địa chỉ multicast 224.0.0.5 và 224.0.0.6 (DR và BDR router) để gửi các thông điệp hello và update.
Một số điểm quan trọng cơ bản về OSPF:
- Link-state protocol: OSPF là một giao thức dựa trên trạng thái liên kết
(link-state), trong đó các router gửi thông báo LSAs (Link-State Advertisements) để chia sẻ thông tin về các kết nối mạng của chúng Các router sẽ sử dụng thông tin này để xây dựng bảng định tuyến và tính toán con đường tốt nhất.
- Area: OSPF chia mạng thành các khu vực (area) để tăng hiệu suất và giảm tải cho quá trình định tuyến Mỗi khu vực có một bảng định tuyến riêng và chỉ cần biết thông tin định tuyến của các khu vực lân cận, giảm tải cho các router trong mạng lớn.
- Multi path: OSPF hỗ trợ đa đường (multi-path), cho phép nhiều con đường cùng được sử dụng để chuyển tiếp dữ liệu Điều này tăng cường sự linh hoạt và khả năng chịu lỗi của mạng.
- Hiệu năng: OSPF sử dụng các cơ chế như định tuyến liên kết tốc độ cao
(fast convergence) và tiết kiệm băng thông để đảm bảo hiệu suất cao và tối ưu hóa mạng.
- Độ tin cậy: OSPF sử dụng các cơ chế kiểm tra định kỳ (hello packets) và cơ chế phát hiện lỗi (dead interval) để giám sát kết nối và đảm bảo tính tin cậy của mạng.
Với OSPF, các router trong mạng tự động trao đổi thông tin định tuyến và tính toán con đường tốt nhất, đảm bảo việc chuyển tiếp gói tin hiệu quả và linh hoạt.
Quy trình trở thành hàng xóm OSPF của nhau
Bao gồm 7 bước: Down, In it, 2-way, exstart, exchange, loading, full.
Tóm tắt cơ bản về các bước:
- Down: Trạng thái của hàng xóm là không hoạt động
- In-it: Hello packet đã được gửi nhưng Router ID của hàng xóm vẫn chưa có trong bản tin Hello
- 2-way: Router đã nhận được bản tin Hello với Router ID của chính nó ở trong đó Bây giờ chúng đã là láng giềng, sẵn sàng chia sẻ LSA với nhau
- Exstart: Chọn xem router nào sẽ là “master”, “slave” (để chia sẻ LSA)
- Exchange: Các router so sánh thông tin mà họ nhận được trong LSDB để xác định LSA nào họ phải nhận từ láng giềng.
- Loading: Router gửi yêu cầu để láng giầng gửi thêm bất kì LSA nào còn thiếu.
- Full: Duy trì trạng thái hàng xóm (Keep alived) bằng cách gửi bản tin Hello mỗi 40 giây)
Một số câu lệnh cấu hình cơ bản
- Kích hoạt OSPF trên một giao diện:
Router(config)# router ospf [process-id]
Router(config-router)# network [network-address] [wildcard-mask] area [area- id]
[process-id]: ID quá trình OSPF (tùy chọn).
[network-address]: Địa chỉ IP của mạng được cấu hình để tham gia OSPF.
[wildcard-mask]: Wildcard mask tương ứng với mạng.
[area-id]: ID của khu vực OSPF.
- Cấu hình OSPF trên các giao diện đã được kích hoạt:
Router(config)# router ospf [process-id]
Router(config-router)# network [network-address] [wildcard-mask] area [area- id] Điều này chỉ áp dụng khi OSPF đã được kích hoạt trước đó và bạn muốn thêm các mạng vào quá trình OSPF đang chạy.
- Cấu hình OSPF Router ID:
Router(config)# router ospf [process-id]
Router(config-router)# router-id [router-id]
Trong đó [router-id] là ID duy nhất của Router trong quá trình OSPF Nếu không cung cấp Router ID, OSPF sẽ tự động chọn một Router ID dựa trên các địa chỉ IP hiện có.
- Cấu hình thiết lập OSPF với các hàng xóm (neighbors):
Router(config)# router ospf [process-id]
Router(config-router)# neighbor [neighbor-ip-address]
[neighbor-ip-address] là địa chỉ IP của hàng xóm OSPF.
- Cấu hình các bộ lọc (filters) OSPF:
Router(config)# router ospf [process-id]
Router(config-router)# distribute-list [access-list-number | access-list-name] {in | out} [interface-type interface-number]
[access-list-number | access-list-name] là số hoặc tên của danh sách truy cập (access list) để áp dụng bộ lọc in áp dụng bộ lọc khi gói tin vào router và out áp dụng bộ lọc khi gói tin rời khỏi router [interface-type interface-number] xác định giao diện áp dụng bộ lọc.
- Cấu hình bảo mật OSPF bằng mật khẩu:
Router(config)# router ospf [process-id]
Router(config-router)# area [area-id] authentication message-digest
Router(config-router)# interface [interface-type interface-number]
Router(config-if)# ip ospf message-digest-key [key-id] md5 [password]
[area-id] là ID của khu vực OSPF [interface-type interface-number] là giao diện được cấu hình bảo mật [key-id] là ID của khóa bảo mật [password] là mật khẩu sử dụng để xác thực OSPF.
Giới thiệu
- IS-IS (Intermediate System to Intermediate System) là một giao thức định tuyến nội bộ (Interior Gateway Protocol - IGP) được sử dụng trong mạng máy tính để trao đổi thông tin định tuyến giữa các thiết bị mạng (router) trong cùng một hệ thống (autonomous system).
- Giao thức IS-IS dựa trên thuật toán định tuyến mạng liên kết trạng thái (Link-State), trong đó các thiết bị định tuyến gửi thông điệp cho nhau để chia sẻ thông tin về mạng Dựa trên thông tin này, các thiết bị định tuyến xây dựng và duy trì bảng định tuyến của mình.
- IS-IS sử dụng các tiêu chí như độ trễ (delay), băng thông và trạng thái của các liên kết để tính toán đường định tuyến tốt nhất Nó cung cấp khả năng mở rộng và hiệu suất cao, và có khả năng hoạt động trong môi trường mạng phức tạp.
- IS-IS được sử dụng chủ yếu trong các mạng lõi (core networks) và mạng lớn có quy mô lớn, nơi nhu cầu định tuyến phức tạp và đáng tin cậy là quan trọng.
Topology cơ bản của IS-IS
- Giống như OSPF, IS-IS cũng thực hiện neighbor adjacencies, areas, trao đổi link-state packets, xây dựng link-state database và chạy thuật toán Dijkstra để tìm đường đi tốt nhất tới đích.
- Khi OSPF và IS-IS được phát triển thì IP chưa được thịnh hành như ngày nay Khi mọi người nghĩ về OSI thì mặc định họ nghĩ đến mô hình OSI, nhưng tổ chức ISO đã tạo ra một thứ tương tự như IP và UDP được gọi là: CLNP, CLNS
- IP trong mô hình OSI tương đương CLNP (Connectionless-mode Network Protocol) Lớp Network trong mô hình OSI được gọi là CLNP và được sử dụng cho CLNS
- UDP trong mô hình OSI tương đương CLNS (Connectionless-modeNetwork Service) IS-IS là 1 giao thức hoạt động trên OSI, nó sử dụng
CLNS như 1 Router-ID để nhóm các Router vào các Area Thực tế CLNS chỉ có ý nghĩa tượng trưng
- IS – IS hỗ trợ 2 mức định tuyến:
Level 1: Xây dựng topology chung của các System ID trong cùng 1 area với đường đi tốt nhất
Level 2: Trao đổi thông tin giữa các area Xác định lưu lượng đến 1 area với đường đi tốt nhất
Một số thuật ngữ trong IS-IS
- NSAP (Network Service Access Point Address): tương tự như Router ID trong OSPF
- NET (Network Entity Title): Là định danh duy nhất cho mỗi IS-IS router
Bởi vì các giao thức khác phát triển cho IP nên hầu như các giao thức khác chọn IP cao nhất là định danh, tuy nhiên IS-IS thì không, NET dược dựa trên NSAP và được cấu hình thủ công
Địa chỉ Network ISO
IS-IS sử dụng địa chỉ Network ISO Mỗi địa chỉ định danh một kết nối tới mạng, ví dụ là một giao diện của router, địa chỉ này được gọi là NSAP (Network service access point).
IS-IS hỗ trợ nhiều địa chỉ NSAP trên loopback interface.
Một thiết bị end system có thể có nhiều địa chỉ NSAP, trong trường hợp đó, các địa chỉ chỉ khác nhau bởi byte cuối cùng Mỗi một NSAP tượng trưng cho một dịch vụ có sẵn tại node đó.
Mỗi thực thể mạng cũng có một địa chỉ mạng đặc biệt được gọi là NET (Network Entity Title) Về mặt cấu trúc, NET giống hệt với địa chỉ NSAP nhưng có bộ chọn n là 00 Hầu hết các end system và intermediate system đều có một NET Các intermediate system tham gia vào nhiều area có thể có nhiều NET.
Ví dụ: 49.0012.0000.0000.0001.00 Trong đó AFI I, Area , system ID = 1, NSEL=0, trong đó
- AFI (Authority and format Identifier): giá trị 49: được dự trữ cho Private network, nếu cấu hình giá trị này thì IDI là option
- System Identifier: 0000.0000.0001, đây phải là duy nhất trong mạng. (System ID
Các mức độ định tuyến
- Level 0: dùng giao tiếp End system tới Intermediate System (ES –IS: router với máy)
- Level 1: dùng để trao đổi thông tin trong một Area Sử dụng LSP level 1 tương tự như LSA 1&2 trong OSPF (internal area)
- Level 2: dùng để trao đổi thông tin backbone giữa các Area Sử dụng LSP level 2 tương tự như LSA 3,4,5 trong OSPF (other area)
- Level 3: được sử dụng giữa Autonomous System (AS) và khu vựcInterdomain Routing Protocol (IDRP) => Giữa các IS-IS domain
Các kiểu router
Một Router trong IS-IS được coi là thuộc 1 area khi toàn bộ Router đó nằm trong 1 area, nó không giống như OSPF là router có các giao diện nằm trong các area khác nhau
Có 3 kiểu router thường dùng trong IS-IS:
- Level 1 router: Sử dụng LSP để xây dựng topology cho khu vực nó thuộc về, area local Nó tạo ra level 1 link-state database và cây SPF cho vùng đó
- Level 2 router: Sử dụng LSP để xây dựng topology giữa các area khác nhau (tương đương router backbone trong OSPF)
- Level 1-2 router: Đây là router thực hiện cả 2 vai trò Nó tạo ra 2 database riêng biệt cho level 1 và 2 và 2 cây SPF cho 2 mỗi database đó (tương đương ABR trên OSPF)
Các router cấu hình IS-IS cũng thực hiện gửi ra hello và thiết lập hàng xóm với nhau, những Router cùng level mới thực hiện điều này
Các router chạy level 1 không thể nhìn thấy các route trong area khác, các router backbone thì biết được tuyến đường trong các area khác Vậy làm sao để các router level 1 có thể đi sang area khác?
Level 1-2 router sẽ set 1 bit đặc biệt trong LSP gửi cho level 1 router, gọi là
“attached bit”, khi router level 1 thấy thì nó sẽ tự động sinh ra 1 default route chỉ về level 1-2 router
Các loại bản tin trong IS-IS
Có 3 loại bản tin trong IS-IS a) Hello packet: thiết lập và duy trì Adjacency: bản tin thiết lập và duy trì phiên IS-IS b) LSP (Link state packet): tương tự LSA trong OSPF - chịu trách nhiệm phân phối các tuyến đường c) SNP (Sequence Number PDUs): bản tin điều khiển phân phối của LSP và cung cấp cơ chế đồng bộ giữa các database của router trong area, trong đó:
- CSNP (Complete SNP): Có danh sách của tất cả các LSP trong database, nó được gửi đi cho những Router khác bị miss hoặc thông tin hết hạn
- PSNP (Partial SNP): Được sử dụng để yêu cầu một hoặc nhiều LSP và hoặc cũng được dùng để xác nhận một hoặc nhiều LSP
DIS
Giống như một DR trong OSPF, ở IS-IS một DIS được dùng để mô phỏng các kết nối point to point đi qua môi trường multi-point Do vậy một DIS đôi khi còn được gọi là một pseudonode (nút ảo). a) Cách thức bầu ra DIS router
- SNSA cao nhất: Nếu là trong mạng LAN, SNSA là địa chỉ MAC; Nếu là trên 1 Frame Relay, đây là System ID b) Cách thức hoạt động
- Nếu không thay đổi Priority thì Router nào có MAC cao nhất sẽ được chọn là DIS router
- DIS router chịu trách nhiệm cho việc tạo ra Pseudonode Pseudonode là một node ảo được tạo ra bởi DIS
- Nhiệm vụ của Pseudonode: Tạo và cập nhật LSP Pseudonode về tất cả các kết nối tới các hàng xóm Các LSP Pseudonode gửi đi bao gồm danh sách tất cả các hàng xóm mà nó được kết nối có metric = 0; bản tin Pseudonode LSP có địa chỉ đích là multicast
Intergrated IS-IS
Integrated IS-IS (Intermediate System to Intermediate System) là một giao thức định tuyến nội bộ được sử dụng trong mạng viễn thông để chuyển tiếp dữ liệu giữa các hệ thống trung gian (intermediate systems).
IS-IS ban đầu được phát triển để đáp ứng nhu cầu định tuyến trong mạng OSI (Open Systems Interconnection) 7 lớp Tuy nhiên, sau đó nó đã được mở rộng để hỗ trợ việc định tuyến trong TCP/IP Giao thức IS-IS chủ yếu sử dụng trong mạng WAN (Wide Area Network) và MPLS (Multiprotocol Label Switching) để định tuyến dữ liệu.
Integrated IS-IS có thể hỗ trợ việc định tuyến IPv4 và IPv6 trong cùng một mạng, và nó cung cấp tính năng định tuyến phức tạp như định tuyến đa vùng (multi-area routing) và định tuyến tạm thời (route summarization) Nó cũng có khả năng xác định các đường đi đa đường kết nối (multipath) và hỗ trợ các tính năng bảo mật như xác thực (authentication) và mã hóa (encryption).
IS-IS tạo ra 2 bảng: 1 cho IP và 1 cho CLNS
- Khi đẩy gói đi nó sẽ tra vào bảng routing IP tương ứng với con router nào.
- Sau đó nó sẽ tra bảng địa chỉ CLNS để tìm ra chính xác vị trí con router định tuyến IS-IS.
- Tất cả thông tin IP thực chất sẽ được bọc trong PDU (CLNS protocol) để chuyển gói đi chứ không gửi trong ip packet.
- Mỗi router chạy IS-IS chỉ có duy nhất một address CLNP (địa chỉ CLNP đại diên cho một router, chứ không đại diện cho từng interface).
Một số câu lệnh cấu hình ISIS cơ bản
- Cấu hình Router ID cho ISIS:
Router(config-router)# net [router-id]
[router-id] là ID duy nhất của Router trong quá trình ISIS Thường được đặt là địa chỉ IP của Router.
- Cấu hình các mạng được thông báo bởi ISIS:
Router(config-router)# network [network-address] [netmask]
[network-address] là địa chỉ IP của mạng cần được thông báo [netmask] là mặt nạ mạng tương ứng.
- Cấu hình điểm truyền thông (adjacency) với các hàng xóm ISIS:
Router(config-router)# neighbor [neighbor-ip-address] [interface-type interface- number]
[neighbor-ip-address] là địa chỉ IP của hàng xóm ISIS [interface-type interface- number] là giao diện kết nối với hàng xóm ISIS.
- Cấu hình định tuyến ISIS cho một khu vực (area):
Router(config-router)# isis [area-id]
[area-id] là ID của khu vực ISIS.
- Cấu hình đặc điểm định tuyến ISIS:
Router(config-router)# metric-style [wide | narrow]
Lựa chọn wide để sử dụng kiểu đo metric wide (32-bit) hoặc narrow để sử dụng kiểu đo metric narrow (8-bit).
- Cấu hình bộ lọc (filter) định tuyến ISIS:
Router(config-router)# distribute-list [access-list-number | access-list-name] [in | out]
[access-list-number | access-list-name] là số hoặc tên của danh sách truy cập
(access list) để áp dụng bộ lọc in áp dụng bộ lọc khi gói tin vào router và out áp dụng bộ lọc khi gói tin rời khỏi router.
BGP (Border Gateway Protocol) là một giao thức định tuyến sử dụng trong mạng lớn như Internet để định tuyến dữ liệu giữa các mạng con khác nhau.
BGP được sử dụng chủ yếu bởi các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) và tổ chức có mạng lưới phức tạp Giao thức này cho phép các nhà cung cấp dịch vụ Internet trao đổi thông tin về các mạng mà họ quản lý và quyết định con đường tốt nhất để đến các mạng đó.
BGP được sử dụng chủ yếu bởi các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) và tổ chức có mạng lưới phức tạp Giao thức này cho phép các nhà cung cấp dịch vụ Internet trao đổi thông tin về các mạng mà họ quản lý và quyết định con đường tốt nhất để đến các mạng đó.
Các tính năng chính của BGP bao gồm:
- Định tuyến thông qua cơ chế lựa chọn con đường tốt nhất (best path selection): BGP sử dụng các thuật toán và tiêu chí nhất định để chọn con đường tốt nhất để gửi dữ liệu đến mạng đích.
- Chia sẻ thông tin định tuyến giữa các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP): BGP cho phép các ISP trao đổi thông tin về các mạng con của họ để đảm bảo việc định tuyến hiệu quả và đáng tin cậy.
- Định tuyến theo chính sách (policy-based routing): BGP cung cấp khả năng định tuyến dựa trên các chính sách được xác định trước Các chính sách này có thể bao gồm việc ưu tiên các con đường, chặn hoặc giới hạn lưu lượng dữ liệu, hoặc định tuyến dựa trên các yếu tố khác như chi phí mạng.
- Thông báo và cập nhật định tuyến: BGP sử dụng các thông điệp và cơ chế cập nhật để trao đổi thông tin định tuyến giữa các thiết bị mạng.Thông tin định tuyến được truyền qua các bản tin BGP.
Phân biệt BGP và các kiểu giao thức định tuyến khác
Internet là sự kết nối của nhiều AS (Autonomous System) với nhau để trao đổi thông tin giữa chúng Nếu trường hợp hệ thống đặt tại 1 ISP và nhận thông tin IP từ ISP đó thì không cần dùng BGP, nhưng 1 trường hợp khác sẽ cần phải dùng BGP để điều khiển luồng traffic dựa vào nhu cầu thực tế.
Các giao thức định tuyến được sử dụng rất phong phú, được chia thành 2 nhóm sau:
- Định tuyến trong: (IGP: Interior Gateway Protocol) bao gồm RIP, OSPF, EIGRP, IS-IS
- Định tuyến ngoài: (EGP: Exterior Gateway Protocol) là BGP
Autonomous System (AS) là một tập hợp các mạng con (subnetworks) và thiết bị định tuyến (routers) được quản lý bởi cùng một tổ chức hoặc nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP).
AS được định danh bằng một số nguyên duy nhất gọi là ASN, phân biệt và định danh mỗi AS trên toàn cầu AS số có hai loại: ASN 2-byte và ASN 4-byte.
- ASN 2-byte Là một số nguyên có giá trị từ 1 đến 65535 Các AS số này được gọi là AS2 và được sử dụng trong các phiên bản BGP trước đây.
- ASN 4-byte: Là một số nguyên có giá trị từ 1 đến 4294967295 Các AS số này được gọi là AS4 và được sử dụng trong phiên bản BGP hiện đại để đáp ứng nhu cầu định tuyến trong mạng lớn và phức tạp hơn.
AS trong BGP được sử dụng để định danh và xác định nguồn gốc và đích của các mạng con và các tuyến đường định tuyến BGP sử dụng AS số để trao đổi thông tin định tuyến giữa các AS khác nhau Khi các AS trao đổi thông tin định tuyến, họ sẽ chia sẻ AS số của mình và thông tin về các mạng con của mình thông qua các bản tin BGP.
AS trong BGP cũng có thể được sử dụng để áp dụng các chính sách định tuyến Ví dụ, một AS có thể quyết định chặn hoặc ưu tiên một tuyến đường dựa trên AS số của nó hoặc AS số của AS đối tác.
Phân loại
- External BGP (eBGP): được sử dụng giữa các AS, được sử dụng để trao đổi thông tin định tuyến giữa các AS khác nhau.
- Internal BGP (iBGP): được sử dụng trong cùng AS, được sử dụng để trao đổi thông tin định tuyến giữa các router trong cùng một AS.
Dù BGP được thiết kế để chạy định tuyến giữa các AS nhưng để chạy giao thức này, ta vẫn cần phải cấu hình trên từng router cụ thể Trong một AS, một số router thích hợp sẽ được chọn để chạy BGP Các router này sẽ bắt tay với nhau và bắt tay với các router thuộc các AS khác để xây dựng nên mạng lưới các router chạy định tuyến BGP Thông tin định tuyến sẽ được các router BGP quảng bá vào và lan truyền đi trên mạng lưới này Thao tác bắt tay nhau giữa các router chạy BGP được gọi là BGP peering Trong thao tác này, hai router chạy BGP với nhau sẽ gửi cho nhau các gói tin BGP để xây dựng một mối quan hệ neighbor; khi quan hệ neighbor được xây dựng thành công, hai router này có thể bắt đầu trao đổi thông tin định tuyến với nhau.
Giao thức định tuyến BGP sử dụng phương thức truyền tải là TCP Các gói tin BGP sẽ được đóng vào các TCP segment để trao đổi giữa hai router Do đó, để xây dựng một BGP peering giữa hai router, trước hết, một kết nối TCP phải được thiết lập giữa hai router này Router khởi tạo kết nối TCP sẽ sử dụng một port ngẫu nhiên lớn hơn hoặc bằng 1024 và router đón nhận kết nối phải mở port 179 cho TCP
Một điểm đáng chú ý khác khi BGP sử dụng TCP để truyền tải là TCP không hỗ trợ gửi dữ liệu theo nhóm nên việc thiết lập quan hệ neighbor giữa hai router BGP hoàn toàn sử dụng phương thức unicast Điều đó có nghĩa là, người quản trị bắt buộc phải khai báo tường minh địa chỉ IP của từng neighbor mà router đang xét muốn thiết lập peering Các neighbor trong BGP về nguyên tắc phải được khai báo bằng tay (manually) BGP không hỗ trợ thiết lập neighbor một cách tự động bằng phương thức multicast.
Quan hệ láng giềng BGP (hay BGP peering) có thể được thiết lập giữa các router thuộc cùng một AS hoặc giữa các router nằm trên hai AS khác nhau Trường hợp đầu được gọi là iBGP peering (internal BGP) và trường hợp sau được gọi là eBGP peering (external BGP) iBGP peering eBGP peering
Giao thức Path – Vector
Giao thức định tuyến BGP được thiết kế theo phương thức hoạt động của Distance
- vector Tuy nhiên, để đo đạc mức độ tối ưu của tuyến đường, BGP không chỉ sử dụng đơn thuần một giá trị metric như với các giao thức Distance – vector mà nó sử dụng một bộ thông số rất phong phú gọi là Path – Attribute (thuộc tính đường đi) Vì điều này, BGP được gọi là giao thức Path – vector Khi làm việc với BGP, chúng ta có thể sử dụng những đặc trưng của Distance vector để tìm hiểu, thao tác và xử lý sự cố; chỉ có một điểm khác biệt là chúng ta cần phải nắm vững từng loại thuộc tính đường đi của BGP để xác định được các hướng đi tối ưu mà giao thức này sẽ chỉ ra,đường đi của nó đến một mạng bao gồm một danh sách các AS.
Các bảng dữ liệu của BGP
- Bảng neighbor: Bảng này bao gồm thông tin về tất cả các router mà đã thiết lập BGP peering với router đang xét Thông tin sẽ liệt kê ra địa chỉ
IP của router neighbor, trạng thái của quan hệ peering với neighbor này và nhiều vấn đề liên quan khác.
- Bảng BGP: Các router neighbor đã thiết lập peering thành công với router đang xét sẽ gửi tất cả các IP prefix cùng với bộ thông số tốt nhất mà chúng tính được cho router này Router đang xét sẽ đưa toàn bộ thông tin nhận được vào một "kho chứa” là bảng BGP Là một giao thức được xây dựng theo phương thức distance – vector, một router BGP chỉ quảng bá cho láng giềng những "route” tốt nhất mà nó có Do vậy, bảng BGP của một router là kho chứa những thông tin định tuyến tốt nhất mà các láng giềng gửi tặng.
- Bảng định tuyến: Router BGP sẽ sử dụng một tiến trình có tên gọi là Tiến trình chọn đường BGP (BGP path selection process) quét qua toàn bộ bảng BGP vừa nêu Tiến trình này sẽ chọn ra những route tốt nhất trong các route được lưu trong bảng BGP để đưa vào bảng định tuyến sử dụng làm đường đi chính thức đến các địa chỉ mạng đích, đồng thời routerBGP sẽ tiếp tục quảng bá những route tốt nhất vừa chọn này đến các neighbor kế tiếp Như đã nêu ở trên, bảng BGP vốn đã chứa trong nó các route tốt nhất do các neighbor quảng bá cho router đang xét, vậy thì, bảng định tuyến của BGP là nơi chưa những route "tốt nhất được lấy ra từ những cái tốt nhất” bởi tiến trình chọn đường BGP.
Cách thức hoạt động
Các thiết bị tìm đường (router) sử dụng BGP kết nối từng cặp (peering) với nhau bằng cách thiết lập phiên làm việc trên giao thức TCP qua cổng 179 Phiên kết nối này được duy trì bằng việc gửi các thông điệp keep-alive 19 byte mỗi 60 giây (mặc định).
Có bốn loại thông điệp BGP khi giao tiếp giữa các router với nhau là open (mở phiên kết nối), update (thông báo hoặc rút lại một đường đi), notification (thông báo lỗi), keep-alive (duy trì phiên kết nối)
- Open: Thiết lập BGP peering
- Keep-alive: Các router giám sát sự tồn tại của nhau nhằm có phản ứng thích hợp khi xảy ra sự cố
- Update: Thông điệp truyền tải thông tin về các địa chỉ mạng và các thuộc tính đường đi đính kèm theo các địa chỉ mạng ấy.
- Notification: Thông điệp cảnh báo lỗi trong BGP peering Khi xảy ra lỗi, các router sẽ gửi cho nhau các thông điệp loại này với mã lỗi thích hợp. Các thứ tự ưu tiên trong cơ chế tìm đường của BGP:
- Chọn đường đi tường minh trong bảng trước(so với đường đi mặc định)
- Chọn đường đi có trọng số cao nhất (weight) (chỉ với router của Cisco)
- Chọn đường đi có độ ưu tiên cục bộ cao nhất (local preference)
- Chọn đường đi do chính người quản trị mạng cài đặt trên router (static route, có thuộc tính origin là INCOMPLETE)
- Chọn đường đi đi qua ít AS nhất (AS path ngắn nhất)
- Chọn đường đi có nguồn gốc bên trong trước (origin = IGP < EGP)
- Chọn đường đi có độ ưu tiên gần/xa thấp nhất MED (Multi exit discriminator)
- Chọn đường đi ra bên ngoài trước (external path)
- Chọn đường đi có độ đo IGP đến hop tiếp theo thấp nhất (IGP metric to the next hop)
- Chọn đường đi tồn tại trong bảng lâu nhất (oldest one)
- Chọn đường đi đến router tiếp theo có BGP ID thấp nhất
Một số câu lệnh cấu hình BGP cơ bản
Router(config)# router bgp [AS-number]
[AS-number] là số AS (Autonomous System) mà Router đó tham gia.
- Cấu hình Router ID cho BGP:
Router(config-router)# bgp router-id [router-id]
[router-id] là ID duy nhất của Router trong quá trình BGP Thường được đặt là địa chỉ IP của Router.
- Cấu hình các hàng xóm BGP:
Router(config-router)# neighbor [neighbor-ip-address] remote-as [AS-number]
[neighbor-ip-address] là địa chỉ IP của hàng xóm BGP [AS-number] là số AS của hàng xóm BGP.
- Cấu hình mạng được quảng bá bởi BGP:
Router(config-router)# network [network-address]
[network-address] là địa chỉ IP của mạng được quảng bá bởi BGP.
- Cấu hình bộ lọc (filter) định tuyến BGP:
Router(config-router)# distribute-list [access-list-number | access-list-name] [in | out]
[access-list-number | access-list-name] là số hoặc tên của danh sách truy cập (access list) để áp dụng bộ lọc in áp dụng bộ lọc khi gói tin vào router và out áp dụng bộ lọc khi gói tin rời khỏi router.
- Cấu hình chính sách định tuyến (routing policy) BGP:
Router(config-router)# neighbor [neighbor-ip-address] route-map [route-map- name] {in | out}
[neighbor-ip-address] là địa chỉ IP của hàng xóm BGP [route-map-name] là tên của ánh xạ định tuyến (route map).
- Cấu hình các thuộc tính BGP:
Router(config-router)# neighbor [neighbor-ip-address] next-hop-self next-hop-self cho phép Router đặt địa chỉ next-hop trong thông báo BGP là chính nó.
LAN
Các loại mạng LAN cơ bản
Có hai loại mạng LAN chính: mạng LAN có dây (Wire LAN) và mạng LAN không dây (Wireless LAN hay WLAN)
- Mạng LAN có dây sử dụng thiết bị chuyển mạch và cáp Ethernet để kết nối thiết bị đầu cuối, máy chủ và thiết bị Internet vạn vật (IoT) với mạng công ty Đối với các doanh nghiệp nhỏ chỉ có một số thiết bị, mạng LAN có dây có thể bao gồm một bộ chuyển mạch LAN không được quản lý với đủ cổng
Ethernet để kết nối tất cả các thiết bị Nhưng các mạng LAN lớn hơn kết nối hàng nghìn thiết bị yêu cầu các bước cấu hình, phần cứng và phần cứng bổ sung để đảm bảo mạng hoạt động tối ưu Đây là lúc khái niệm về mạng LAN ảo (VLAN) ra đời.
- Mạng LAN không dây sử dụng đặc điểm kỹ thuật IEEE 802.11 để truyền dữ liệu giữa các thiết bị đầu cuối và mạng bằng phổ không dây Trong nhiều trường hợp, mạng LAN không dây được ưu tiên hơn so với kết nối mạng LAN có dây vì tính linh hoạt và tiết kiệm chi phí, vì không cần thiết phải chạy hệ thống cáp trong toàn bộ tòa nhà Các công ty đánh giá mạng WLAN như một phương tiện kết nối chính thường có những người dùng hoàn toàn phụ thuộc vào điện thoại thông minh, máy tính bảng và các thiết bị di động khác.
Cách thức hoạt động của mạng LAN
Các thiết bị mạng trong mạng LAN được kết nối với nhau thông qua các phương tiện truyền thông vật lý như cáp mạng Ethernet, cáp quang, hoặc kết nối không dây (Wi-Fi) Cáp mạng thường được sử dụng để kết nối thiết bị với switch hoặc router, trong khi kết nối không dây được sử dụng cho các thiết bị không dây.
Mạng LAN yêu cầu một thiết bị điều khiển mạng, thường là một switch hoặc router, để quản lý lưu lượng mạng và chuyển tiếp dữ liệu giữa các thiết bị Thiết bị điều khiển mạng cấp cho mỗi thiết bị mạng một địa chỉ IP (Internet Protocol) duy nhất để nhận diện và giao tiếp với nhau.
VLAN
Các lợi ích của VLAN
Với VLAN, các thiết bị trong cùng một VLAN có thể giao tiếp với nhau nhưng không giao tiếp với các thiết bị ở các VLAN khác, tạo ra sự cô lập và an toàn giữa các mạng LAN ảo Điều này có thể cung cấp nhiều lợi ích, bao gồm:
- Cô lập lưu lượng mạng: Các VLAN cho phép chia tách lưu lượng mạng thành các phân đoạn logic, giúp ngăn chặn lưu lượng không mong muốn lan truyền đến các mạng LAN khác.
- Quản lý linh hoạt: VLAN cho phép quản lý mạng dễ dàng hơn bằng cách phân chia mạng thành các phân đoạn nhỏ hơn, từ đó giảm thiểu lưu lượng mạng và đơn giản hóa việc quản lý.
- Tăng tính bảo mật: Với VLAN, có thể thiết lập các chính sách bảo mật riêng biệt cho từng VLAN, ngăn chặn truy cập trái phép từ các VLAN khác và cung cấp mức độ bảo mật cao hơn cho dữ liệu trong mạng.
- Tối ưu hóa lưu lượng mạng: Bằng cách phân chia mạng LAN thành các
VLAN, có thể tối ưu hóa việc truyền tải dữ liệu và giảm thiểu lưu lượng truyền tải không cần thiết trên mạng.
Các thiết bị trong cùng một VLAN sẽ có thể giao tiếp trực tiếp với nhau, trong khi các thiết bị ở các VLAN khác sẽ không thể giao tiếp trực tiếp với nhau, trừ khi có một thiết bị chuyển tiếp dữ liệu như router hoặc thiết bị chuyển mạch đa VLAN (VLAN-aware switch) để kết nối các VLAN lại với nhau.
Trunking
Là một kết nối mạng được sử dụng để truyền dữ liệu giữa các switch hoặc các thiết bị mạng khác trong các mạng VLAN khác nhau Trunk cho phép truyền lưu lượng từ nhiều VLAN qua cùng một kết nối vật lý, tạo ra một đường truyền mạng đa VLAN.
Khi các switch được kết nối với nhau thông qua trunk, chúng có thể truyền dữ liệu giữa các VLAN bằng cách sử dụng giao thức VLAN Tagging Giao thức này thêm một VLAN tag (còn được gọi là VLAN ID) vào khung dữ liệu để xác định VLAN mà khung dữ liệu thuộc về Khi khung dữ liệu đến tại switch đích, nó sẽ được xử lý dựa trên VLAN tag để đảm bảo nó được chuyển tới đúng VLAN.
Trunk cho phép chuyển lưu lượng giữa các VLAN khác nhau, đảm bảo rằng các khung dữ liệu thuộc về cùng một VLAN sẽ chỉ được chuyển đến các cổng trong cùng VLAN đó Điều này giúp tăng tính bảo mật và hiệu suất trong mạng VLAN lớn, nơi có nhiều VLAN tồn tại.
Router on a switch
Router on a Stick là một kiến trúc mạng được sử dụng để kết nối các mạng VLAN khác nhau thông qua một router và một kết nối vật lý duy nhất Nó cho phép router xử lý dữ liệu giữa các VLAN mà không cần cấu hình các giao diện vật lý riêng biệt cho mỗi VLAN.
Trong kiến trúc Router on a Stick, một cổng trên router được cấu hình như một kết nối trunk để kết nối với một switch Các VLAN khác nhau được cấu hình trên switch, và thông qua kết nối trunk, các khung dữ liệu từ các VLAN này được gửi đến router Router sử dụng giao thức VLAN Tagging (thông thường là IEEE
802.1Q) để nhận diện và xử lý các khung dữ liệu từ các VLAN khác nhau.
Khi một khung dữ liệu từ VLAN cụ thể được gửi đến router thông qua kết nối trunk, router sẽ kiểm tra VLAN tag trong khung dữ liệu để xác định VLAN mà khung dữ liệu thuộc về Sau đó, router sẽ thực hiện các chức năng định tuyến và xử lý dữ liệu như thông thường Sau khi xử lý, router sẽ gửi khung dữ liệu trở lại switch thông qua kết nối trunk, và switch sẽ chuyển nó đến cổng phù hợp trên switch để gửi đến các thiết bị trong VLAN tương ứng.
Native VLAN
Native VLAN là VLAN mặc định được cấu hình trên kết nối trunk giữa các switch Khi một khung dữ liệu không có VLAN tag được gửi qua kết nối trunk, nó được coi là thuộc về native VLAN.
Mục đích chính của native VLAN là hỗ trợ khả năng tương thích giữa các thiết bị mạng Trên một kết nối trunk, nếu switch gửi một khung dữ liệu không có VLAN tag, switch đích sẽ hiểu rằng khung dữ liệu thuộc về native VLAN và nó sẽ được xử lý tương ứng.
VTP (VLAN Trunking Protocol)
Là một giao thức trong mạng VLAN (Virtual Local Area Network) được sử dụng để tự động đồng bộ hóa thông tin VLAN giữa các switch trong mạng Với VTP, các cấu hình VLAN như tên VLAN, số VLAN và các thông tin liên quan được chia sẻ tự động và đồng bộ hóa giữa các switch.
Với VTP, một switch trong mạng được cấu hình làm VTP server, trong khi các switch khác được cấu hình làm VTP clients VTP server lưu trữ thông tin VLAN và gửi nó đến các VTP clients trong mạng Khi có sự thay đổi trong cấu hình VLAN trên VTP server, nó sẽ tự động gửi thông tin đến các VTP clients để cập nhật các cấu hình VLAN của chúng.
Một số điểm quan trọng về VTP:
- Domain: Mạng VLAN sử dụng VTP được chia thành các domain VLAN.
Các switch trong cùng một domain VLAN sẽ chia sẻ thông tin VLAN với nhau.
- Mode: Có ba chế độ VTP: server, client và transparent VTP server là nơi lưu trữ và quản lý thông tin VLAN VTP client nhận thông tin VLAN từVTP server và không thể chỉnh sửa thông tin VTP transparent không tham gia đồng bộ hóa thông tin VLAN, nhưng vẫn truyền thông tin VLAN qua các cổng trunk.
- Revision number: Mỗi lần thay đổi cấu hình VLAN trên VTP server, số phiên bản (revision number) sẽ tăng lên Khi VTP client nhận được thông tin mới từ VTP server, nó so sánh số phiên bản và chỉ chấp nhận thông tinVLAN mới hơn.
STP
Các bước thiết lập
- Bầu chọn root bridge: Thông số quyết định: Bridge-ID, bao gồm priority
(nhỏ nhất) và địa chỉ MAC (nhỏ nhất)
- Bầu chọn root port: Là port cung cấp đường về Root-switch mà có tổng path-cost là nhỏ nhất, cổng nào kết nối switch mà switch đó có bridge ID nhỏ nhất -> port đó sẽ được chọn làm Root-port.
- Bầu chọn Designated port: Tất cả các port của Root-sw đều là Designated port; Trên 1 phân đoạn nếu port đối diện là Root-port thì mình là Designated port
- Bầu chọn Non-Designated port: Interface có root cost nhỏ nhất, hoặc là interface có Bridge ID thấp nhất.
Một ví dụ về việc bầu chọn các port
Khi có sự thay đổi trong mạng, STP sẽ chủ động cập nhật cây bao trùm để đảm bảo rằng mạng vẫn duy trì một cấu trúc không có vòng lặp Các switch gửi thông báo BPDUs (Bridge Protocol Data Units) qua các cổng của mình để trao đổi thông tin về cây bao trùm và tham gia quá trình xây dựng và duy trì cây bao trùm.
Multicast
Tổng quát
Multicast là một kiểu truyền tải dữ liệu trên mạng mà cho phép một thiết bị hoặc máy chủ gửi một tin nhắn hoặc dữ liệu tới nhiều thiết bị hoặc máy chủ khác cùng một lúc Điều này cho phép tăng hiệu suất và tiết kiệm tài nguyên khi không cần gửi tin nhắn riêng cho mỗi thiết bị hoặc máy chủ.
Trong mạng, multicast được sử dụng để truyền thông tin từ một nguồn đến một nhóm đích, giúp tiết kiệm băng thông mạng và tài nguyên hệ thống Thay vì gửi nhiều bản sao của cùng một thông điệp cho từng thiết bị đích riêng lẻ, multicast cho phép gửi một bản tin duy nhất và nhận nó trên nhiều thiết bị đích cùng một lúc.
Các giao thức multicast phổ biến trong mạng IP là Internet Group Management Protocol (IGMP) và Multicast Listener Discovery (MLD) IGMP và MLD cho phép thiết bị đích thông báo với thiết bị chuyển mạch (switch) rằng chúng muốn tham gia vào một nhóm multicast cụ thể Khi có gói tin multicast được gửi đến, switch sẽ chỉ chuyển gói tin đến các thiết bị đích đã đăng ký tham gia nhóm multicast đó.
Multicast có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng như streaming video trực tiếp,video conference, phân phối nội dung đa phương tiện trên mạng, các dịch vụ truyền hình IPTV và nhiều ứng dụng mạng khác.
Tuy nhiên, multicast cũng đặt ra một số thách thức trong mạng Cần có sự hỗ trợ từ các thiết bị mạng như switch và router để đảm bảo gói tin multicast được chuyển tiếp đúng đích và tránh việc lan truyền không kiểm soát Ngoài ra, cấu hình đúng và quản lý tốt của các nhóm multicast cũng là yếu tố quan trọng để đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả của multicast trong mạng.
Multicast hoạt động gần giống với Broadcasting, tuy nhiên thông tin được gửi tới các thành viên với mục tiêu cụ thể Nhiệm vụ được thực hiện qua việc truyền các bản sao riêng lẻ đến từng người và làm tăng độ trễ của mạng Với mong muốn khắc phục thiếu sót, đa tuyến cho phép lần truyền được chia nhỏ từ nhiều người dùng để làm giảm băng thông tín hiệu.
Hiện nay, Multicast được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau như phương thức truyền trực tiếp, giao thức Internet (IP) hay hỗ trợ ứng dụng webcast, hội nghị truyền hình Mỗi ứng dụng lại mang đến những lợi ích riêng, hỗ trợ con người trong các hoạt động.
Dải địa chỉ IP Multicast
Các dải địa chỉ Multicast trong mạng IPv4 được phân bổ trong phạm vi từ 224.0.0.0 đến 239.255.255.255 Các dải địa chỉ này được chia thành các phạm vi khác nhau để phục vụ cho các mục đích đặc biệt Dưới đây là một số dải địa chỉ multicast quan trọng: a) Dải địa chỉ từ 224.0.0.0 đến 224.0.0.255 được gọi là "Well-Known IPv4 Multicast Addresses" và được sử dụng cho mục đích định nghĩa sẵn bởi Internet Engineering Task Force (IETF) Một số địa chỉ quan trọng trong dải này bao gồm:
- 224.0.0.1: Địa chỉ All Systems Multicast Gói tin được gửi đến địa chỉ này sẽ được chuyển tới tất cả các thiết bị trong mạng.
- 224.0.0.2: Địa chỉ All Routers Multicast Gói tin được gửi đến địa chỉ này sẽ được chuyển tới tất cả các router trong mạng.
- 224.0.0.5: Địa chỉ OSPF All Routers Multicast Sử dụng trong OSPF (Open Shortest Path First) để truyền thông điệp giữa các router.
- 224.0.0.6: Địa chỉ OSPF Designated Routers Multicast Sử dụng trong OSPF để truyền thông điệp giữa các router đã được chỉ định. b) Dải địa chỉ từ 224.0.1.0 đến 238.255.255.255 được gọi là "Globally Scoped Addresses" và được sử dụng cho các ứng dụng multicast chung trên Internet. c) Dải địa chỉ từ 239.0.0.0 đến 239.255.255.255 được gọi là "Administratively Scoped Addresses" và được sử dụng trong các mạng LAN riêng để giới hạn phạm vi multicast trong mạng nội bộ.
Mỗi dải địa chỉ multicast được sử dụng cho mục đích cụ thể và có các quy định và hướng dẫn riêng để đảm bảo việc sử dụng hiệu quả và an toàn của multicast trong mạng.
Địa chỉ MAC multicast
Địa chỉ MAC multicast là một địa chỉ đặc biệt được sử dụng trong mạng Ethernet để gửi các khung dữ liệu đến một nhóm đích multicast cụ thể Địa chỉ MAC multicast được sử dụng trong lớp liên kết dữ liệu của mô hình TCP/IP. Địa chỉ MAC multicast có dạng 6 byte (48-bit) và được gắn vào trường địa chỉ MAC của khung Ethernet Địa chỉ này có dạng 01:00:5E:xx:xx:xx trong đó 24 bit cuối của địa chỉ được sử dụng để định danh nhóm đích multicast cụ thể. Để xác định địa chỉ MAC multicast từ một địa chỉ IP multicast, chúng ta lấy 23 bit cuối của địa chỉ IP và thêm vào 01:00:5E ở đầu Các 23 bit này sẽ tương ứng với
23 bit đầu tiên của địa chỉ MAC multicast. Địa chỉ MAC multicast được sử dụng trong quá trình truyền thông multicast trên mạng Ethernet để định danh nhóm đích và đảm bảo rằng chỉ các thiết bị đã đăng ký tham gia vào nhóm multicast đó mới nhận được khung dữ liệu multicast tương ứng.
IGMP
IGMP Version
IGMP (Internet Group Management Protocol) version 1 là phiên bản ban đầu của giao thức quản lý nhóm Internet IGMP được sử dụng trong mạng IP để cho phép các thiết bị như máy tính hoặc thiết bị mạng thông báo cho các router rằng chúng muốn tham gia vào một nhóm multicast cụ thể.
Trong IGMP version 1, các thiết bị chỉ có thể gửi thông báo IGMP để tham gia vào một nhóm multicast, không có chức năng để rời khỏi nhóm multicast hoặc thực hiện các hoạt động quản lý nhóm khác Điều này có nghĩa là nếu một thiết bị muốn rời khỏi một nhóm multicast, nó cần phải ngừng gửi thông báo IGMP và chờ đến khi phiên của nó hết hạn (thông thường là khoảng 3-4 phút) để được xem như đã rời khỏi nhóm.
IGMP version
IGMP (Internet Group Management Protocol) version 2 là một phiên bản cải tiến của giao thức quản lý nhóm Internet IGMP version 2 được phát triển để cung cấp các tính năng và khả năng mở rộng hơn so với phiên bản trước đó, IGMP version 1.
Một số điểm chính của IGMP version 2 bao gồm:
- Query Interval: IGMP version 2 giảm thời gian giữa các lệnh truy vấn (query) được gửi từ router tới các thiết bị trong mạng Điều này giúp giảm đáng kể thời gian chờ đợi khi một thiết bị muốn tham gia vào một nhóm multicast.
- Leave Group: IGMP version 2 cung cấp khả năng rời khỏi nhóm multicast (leave group) cho các thiết bị Khi một thiết bị không còn quan tâm đến một nhóm multicast nữa, nó có thể gửi thông báo IGMP để rời khỏi nhóm đó. Điều này giúp giảm tải mạng và cải thiện hiệu suất bằng cách loại bỏ các gói dữ liệu không cần thiết.
- Group-specific Queries: IGMP version 2 cho phép router gửi các truy vấn(query) chỉ định nhóm (group-specific queries) để xác định xem có thành viên nào trong nhóm đang hoạt động Điều này giúp giảm tải mạng và cải thiện hiệu suất bằng cách chỉ yêu cầu thông tin từ các nhóm multicast cụ thể.
IGMP version 2 đã trở thành một tiêu chuẩn rộng rãi và được sử dụng rộng rãi trong mạng IP để quản lý và điều khiển nhóm multicast.
IGMP version
IGMPv3 bổ sung một số tính năng quan trọng cho việc quản lý và điều khiển truyền thông multicast Các tính năng chính của IGMPv3 bao gồm:
- Hỗ trợ truyền thông đa phương tiện địa phương (source-specific multicast - SSM): IGMPv3 cho phép các nhóm multicast được xác định bằng cách kết hợp địa chỉ IP nguồn và địa chỉ IP đích, cho phép tạo ra các nhóm multicast địa phương.
- Báo cáo nhóm động (Join/Leave Group): IGMPv3 hỗ trợ cập nhật chính xác hơn các báo cáo gia nhập (join) và rời khỏi (leave) nhóm multicast Các thành viên trong một mạng multicast có thể tham gia hoặc rời khỏi nhóm theo yêu cầu.
- Bảo mật: IGMPv3 bổ sung các tính năng bảo mật như xác thực và mã hóa dữ liệu để đảm bảo tính riêng tư và an ninh trong quá trình truyền thông multicast.
IGMPv3 được sử dụng rộng rãi trong mạng IP hiện đại để quản lý việc truyền thông đa phương tiện nhóm và hỗ trợ các tính năng nâng cao như SSM và bảo mật.
Cách thức hoạt động
Để tham gia vào nhóm Multicasting, các thiết bị sẽ được kết nối với mạng có giao thức IGMP Ngoài ra, để có thể phân biệt được các thiết bị thuộc nhóm
Multicasting nào thì Router sẽ hỗ trợ IGMP lắng nghe đường truyền IGMP từ các thiết bị đó.
IGMP sử dụng các địa chỉ IP có sẵn để phát Multicasting Trong đó, địa chỉ IP Multicasting nằm trong khoảng từ 224.0.0.0 đến 239.255.255.255 và mỗi một nhóm Multicasting sẽ chia sẻ một trong các địa chỉ IP đó.
Khi Router nhận được một loạt các gói được điều hướng đến địa chỉ IP chỉ định chia sẻ Nó sẽ tiến hành nhân bản các gói thành nhiều bản sao, sau đó gửi đến các thiết bị khác trong nhóm Multicasting.
Nhóm Multicasting của IGMP có thể thay đổi linh hoạt cho phép một thiết bị có thể gửi thông điệp IGMP như tham gia nhóm hoặc rời khỏi nhóm Mỗi gói IGMP hoạt động dựa trên IP nên nó sẽ bao gồm cả tiêu đề IGMP và tiêu đề IP Ngoài ra, IGMP không sử dụng các giao thức TCP/UDP.
IGMP Snooping
IGMP là một giao thức lớp mạng cho phép các thiết bị trong nhóm Multicasting có thể nhận và gửi các thông điệp Router hoạt động ở lớp mạng nhưng Switch chỉ có thể nhận biết được L2 là lớp liên kết dữ liệu Vì thế, Switch sẽ không thể nhận biết được thiết bị mạng nào là một phần của Multicasting Tuy nhiên, nó có thể kết thúc quá trình chuyển tiếp lưu lượng Multicasting đến các thiết bị không có nhu cầu sử dụng làm tăng dung lượng băng thông mạng, đồng thời hiệu suất xử lý của thiết bị và mạng diễn ra chậm hơn. Để khắc phục vấn đề này, IGMP snooping sẽ tiến hành bật các nút chuyển sang snoop trên các thông điệp IGMP Một switch L2 không có khả năng nhận biết các thông điệp IGMP nhưng nó có thể nghe thông qua IGMP snooping Điều này giúp xác định vị trí các thông điệp Multicasting được chuyển tiếp và những thiết bị chính xác mới nhận được lưu lượng Multicasting đó.
PIM
PIM-DM
PIM-DM (Protocol Independent Multicast-Dense Mode) là một phiên bản của giao thức PIM (Protocol Independent Multicast) được sử dụng trong các mạng multicast PIM-DM được thiết kế để hoạt động hiệu quả trong các mạng có độ tắc nghẽn thấp và số lượng đích multicast lớn.
Trong PIM-DM, mô hình định tuyến dày đặc (dense mode) được áp dụng Ý tưởng chính của mô hình này là các gói tin đa điểm được chuyển tiếp rộng rãi trong toàn bộ mạng cho đến khi tới được các đích Khi một gói tin multicast được gửi từ nguồn, nó sẽ lan truyền qua tất cả các giao diện của các router trong mạng, trừ khi có sự chặn đường (prune) từ các đích không quan tâm.
PIM-DM sử dụng cơ chế phát hiện rời rạc (flood and prune) để chuyển tiếp gói tin đa điểm Ban đầu, một router sẽ tiếp nhận gói tin và lan truyền nó ra toàn bộ các giao diện trừ khi đã nhận được yêu cầu prune từ một đích Mỗi router sẽ duy trì một bảng thông tin về các đích prune và sử dụng thông tin này để quyết định xem liệu nó có tiếp tục chuyển tiếp gói tin đến một giao diện cụ thể hay không.
Trong PIM-DM, không có một Router Quan sát (RP - Rendezvous Point) như trong PIM-SM Mô hình định tuyến dày đặc cho phép gói tin multicast được chuyển tiếp trực tiếp từ nguồn tới các đích mà không cần một điểm tập trung Tuy nhiên, điều này cũng có thể dẫn đến việc tăng đáng kể lưu lượng mạng và sự trùng lắp gói tin trong mạng.
PIM-DM thích hợp cho các mạng có độ tắc nghẽn thấp và không có yêu cầu đặc biệt về định tuyến Nếu mạng có kích thước lớn và độ tắc nghẽn cao hơn, hoặc có yêu cầu về định tuyến phức tạp hơn, PIM-SM có thể là lựa chọn tốt hơn.
PIM-SM
PIM-SM (Protocol Independent Multicast-Sparse Mode) là một phiên bản của giao thức PIM (Protocol Independent Multicast) được sử dụng trong mạng multicast.PIM-SM được thiết kế để hỗ trợ truyền tải đa điểm hiệu quả trong các mạng có đặc điểm "thưa thớt" (sparse), nghĩa là chỉ có một số ít đích thực sự quan tâm đến gói tin multicast.
Trong PIM-SM, mạng được chia thành các vùng (regions) và có một Router Quan sát (RP - Rendezvous Point) là điểm tập trung cho các nhóm multicast RP đóng vai trò như một nguồn tập trung (rendezvous point) cho các nhóm multicast và quản lý thông tin về các nhóm đó.
Khi một nguồn (source) multicast gửi gói tin, PIM-SM sử dụng cơ chế cây định tuyến (RPT - Rendezvous Point Tree) để chuyển tiếp gói tin từ RP tới các đích trong mạng RPT là một cây định tuyến đặc biệt với RP là nút gốc và các nhánh đi đến các đích multicast.
Ngoài RPT, PIM-SM còn sử dụng cây định tuyến với nguồn (SPT - Shortest Path Tree) để chuyển tiếp gói tin từ nguồn trực tiếp tới các đích Khi một đích multicast yêu cầu kết nối tới một nhóm, router trên đường đến đích sẽ xác định SPT ngắn nhất từ nguồn tới đích và sử dụng nó để chuyển tiếp gói tin.
PIM-SM sử dụng các cơ chế phát hiện (hello messages) và tham gia (join/prune messages) để xác định và duy trì cây định tuyến (RPT và SPT) Hello messages được sử dụng để giao tiếp giữa các router và RP để duy trì thông tin liên quan đến cây định tuyến Join/prune messages được sử dụng để yêu cầu tham gia hoặc rời khỏi một nhóm multicast.
PIM-SM cho phép mở rộng mạng multicast và hỗ trợ các nhóm multicast động (dynamic group) Khi một đích mới tham gia một nhóm, thông tin về nhóm được truyền đến RP và router trên đường đến đích sẽ xác định SPT ngắn nhất mới và chuyển tiếp gói tin.
PIM-SM là một giao thức phổ biến cho việc truyền tải đa điểm trong mạng, đặc biệt là trong mạng lớn và phân tán Nó cung cấp khả năng mở rộng, linh hoạt và độ tin cậy trong việc chuyển tiếp gói tin đa điểm.
MPLS là viết tắt của Multi-Protocol Label Switching, đây là một công nghệ được sử dụng trong các mạng viễn thông để định tuyến gói tin dữ liệu một cách hiệu quả giữa các nút mạng MPLS hoạt động ở các lớp OSI Layer 2 (Data Link Layer) và Layer 3 (Network Layer).
Trong định tuyến IP truyền thống, mỗi bộ định tuyến trong mạng xem xét địa chỉ
IP đích của một gói tin để xác định điểm nhảy tiếp theo trong mạng Tuy nhiên, quá trình này có thể trở nên không hiệu quả khi làm việc với mạng quy mô lớn hoặc khi có yêu cầu cụ thể về kỹ thuật mạng.
MPLS giải quyết các vấn đề này bằng cách thêm các nhãn (label) Thay vì xem xét toàn bộ tiêu đề IP, các bộ định tuyến hỗ trợ MPLS sử dụng nhãn để nhanh chóng xác định điểm nhảy tiếp theo cho một gói tin Khi một gói tin nhập vào mạng MPLS, một nhãn được gán cho nó Mỗi bộ định tuyến trên đường dẫn sau đó chuyển tiếp gói tin dựa trên nhãn, thay vì thực hiện việc tra cứu dựa trên địa chỉ IP. Việc trao đổi nhãn này cho phép việc chuyển tiếp gói tin nhanh chóng và hiệu quả hơn.
MPLS cũng cung cấp các tính năng như kỹ thuật mạng, quản lý chất lượng dịch vụ(QoS) và mạng riêng ảo (VPN) QoS cho phép ưu tiên hóa các loại dữ liệu khác nhau, đảm bảo ứng dụng quan trọng nhận được tài nguyên cần thiết MPLS VPN cho phép tạo mạng riêng ảo kết nối nhiều địa điểm hoặc khách hàng một cách an toàn qua một cơ sở hạ tầng chia sẻ.
Ưu và nhược điểm của MPLS
- Mở rộng: MPLS có khả năng mở rộng nhanh chóng cùng hiệu suất và băng thông sử dụng tốt hơn các định tuyến hoạt động bình thường khác.
- Phương thức vận chuyển an toàn: Bản thân MPLS không cung cấp mã hoá nhưng nó tương tự như một mạng riêng ảo được phân vùng khỏi internet công cộng Điều này giúp MPLS được xem như một phương thức vận chuyển dữ liệu nhanh chóng và an toàn.
- Không bị tấn công từ chối dịch vụ: MPLS có thể dễ dàng tránh được những tấn công từ chối dịch vụ gây ảnh hưởng đến các trang mạng dựa trên
IP thuần tuý. b) Nhược điểm
- Tốn kém chi phí: Chi phí để xây dựng băng thông của MPLS trên mạng đối với các doanh nghiệp vừa và nhỏ cao hơn nhiều so với các băng thông internet thông dụng khác.
- Tính quy mô thấp: MPLS chỉ có thể được xây dựng trên các mạng quy mô nhỏ Việc thiết lập hay mở rộng MPLS là rất khó và mất thời gian với những mạng WAN phức tạp.
- Hạn chế về địa lý: Là một mạng chuyên dụng, MPLS được phân vùng từ internet public tương tự như một phần mạng ISP Do đó, việc triển khai công nghệ này phải phụ thuộc vào vị trí triển khai ISP.
Các cấu trúc MPLS
Trong MPLS (Multiprotocol Label Switching), các nhãn (label) được sử dụng để định danh và chuyển tiếp các gói tin trong mạng Các nhãn này được gắn vào gói tin khi nó nhập vào mạng MPLS và các bộ định tuyến MPLS sử dụng các nhãn này để xác định đường dẫn chính xác cho gói tin.
Mỗi nhãn trong MPLS bao gồm một số bit (thường là 20 bit) Nhãn MPLS có thể chứa thông tin như thông tin định tuyến, quản lý chất lượng dịch vụ (QoS), và thông tin khác để điều khiển việc chuyển tiếp gói tin trong mạng.
Khi một gói tin nhập vào mạng MPLS, router đầu vào sẽ gắn nhãn vào gói tin dựa trên các quy tắc định tuyến Nhãn này được sử dụng để xác định đường dẫn mà gói tin sẽ đi qua trong mạng MPLS Các router trung gian sau đó sẽ dựa vào nhãn để chuyển tiếp gói tin đến router tiếp theo Tại router cuối cùng, nhãn sẽ được gỡ bỏ và gói tin được chuyển tiếp theo địa chỉ đích cuối cùng.
Việc sử dụng nhãn trong MPLS giúp tăng tốc độ và hiệu suất chuyển tiếp gói tin, vì router chỉ cần xem xét và thay đổi nhãn thay vì phải xem xét toàn bộ tiêu đề IP.Ngoài ra, việc sử dụng nhãn cũng cho phép áp dụng các tính năng như traffic engineering, QoS và MPLS VPNs trong mạng MPLS. Định dạng chung của nhãn MPLS
- Label: là nhãn thực sự, có chiều dài là 20 bit.
- Exp: trường Experimental có 3 bit, được dùng để định nghĩa lớp dịch vụ.
- S: bit S là bit bottom-of-stack (dưới cùng của chồng nhãn) Một gói tin có thể có nhiều nhãn, nếu nhãn thêm vào chồng nhãn là cuối cùng thì bit này được thiết lập lên 1.
- TTL: trường Time to live có 8 bit, trường này mang ý nghĩa giống như bên
IP Tức là nó sẽ giảm đi 1 khi qua mỗi hop để ngăn chặn routing loop Đối với các khung PPP hay Ethernet giá trị nhận dạng giao thức P-Id (hoặt Ethetype) được chèn vào đầu khung tương ứng để thông báo khung là MPLS unicast hay multicast b) Ngăn xếp nhãn (Label Stack)
Nhãn của gói tin đi ra gói là nhãn ngõ ra, tương tự cho nhãn của gói tin đi vào gói là nhãn ngõ vào Một gói tin có thể có cả nhãn ngõ ra và ngõ vào, có thể có nhãn ngõ vào mà không có nhãn ngõ ra hoặc là ngược lại.
Thường thường, một gói tin có thể có nhiều nhãn được gọi là chồng nhãn (lable stack) Các nhãn trong chồng nhãn được tổ chức theo kiểu chồng nhãn LIFO (last- in, first-out).
Một gói tin không có gắn nhãn được xem là có chiều sâu chồng nhãn bằng 0. Chiều sâu d của chồng nhãn tương ứng với trình từ của nhãn trong chồng nhãn
với nhãn 1 ở đáy chồng nhãn và nhãn d ở đỉnh của chồng nhãn. Ở nhãn cuối cùng của ngăn xếp, giá trị Bos được thiết lập là 1, còn những nhãn còn lại được thiết lập là 0
Một số ứng dụng MPLS thực tế cần nhiều hơn 1 nhãn trong ngăn xếp nhãn đã chuyển gói tin, ví dụ như MPLS VPN và AtoM đẩy 2 nhãn vào trong ngăn xếp nhãn. c) Cấu trúc 1 nút MPLS
Một nút của MPLS có hai mặt phẳng là mặt phẳng chuyển tiếp MPLS và mặt phẳng điều khiển MPLS.
Cụ thể ý nghĩa từng thành phần được mô tả tiếp như sau:
- Bảng chuyển mạch nhãn LIB (Label Information Base): Được xem là cơ sở dữ liệu cho tất cả các giao thức phân phối nhãn.
- Bảng định tuyến IP RIB : Được xem là cơ sở dữ liệu cho tất cả các giao thức phân phối IP.
- Kỹ thuật chuyển mạch nhãn Cisco Express Forwarding (CEF): Là nền tảng cho MPLS và hoạt động trên các bộ định tuyến của Cisco.
CEF tránh việc viết lại cache trong môi trường lõi IP bằng cách sử dụng một cơ sở thông tin chuyển tiếp FIB để quyết định chuyển mạch Nó phản ánh toàn bộ nội dung của bảng định tuyến IP, ánh xạ 1-1 giữa FIB và bảng định tuyến Khi bộ định tuyến sử dụng CEF, nó duy trì tối thiểu 1 FIB, chứa một ánh xạ các mạng đích trong bảng định tuyến với các trạm kế tiếp tương ứng.
- FIB (Forwarding information based): Sẽ ánh xạ từ một gói tin IP không nhãn thành gói tin MPLS có nhãn ở ngõ vào của router biên hoặc từ gói tin IP không nhãn thành gói tin IP không nhãn ở ngõ ra của router biên, bảng này được hình thành từ bảng routing table, từ giao thức phân phối nhãn LDP và từ bảng tra LFIB.
- LFIB (Label Forwarding Information Base): Là bảng chứa đựng thông tin các nhãn đến các mạng đích, một gói tin có nhãn khi đi vào một router nó sẽ sử dụng bảng tra LFIB để tìm ra hop kế tiếp, ngõ ra của gói tin này có thể là gói tin có nhãn cũng có thể là gói tin không nhãn Hai bảng tra FIB và LFIB có giá trị như bảng routing table trong mạng IP, nhưng trong mạng IP thì bảng routing table có số entry rất lớn khoảng vài ngàn, còn với FIB và LFIB số nhãn mà nó nắm giữa rất ít khoảng vài chục là tối đa. d) FEC – Lớp chuyển tiếp tương đương
Forwarding Equivalence Class: Là khái niệm được dùng để chỉ một nhóm các gói được đối xử như nhau qua mạng MPLS ngay cả khi có sự khác biệt giữa các gói tin này thể hiện trong mào đầu lớp mạng Thuật ngữ FEC được sử dụng trong hoạt động chuyển mạch nhãn FEC được dùng để miêu tả sự kết hợp của các gói riêng biệt với một địa chỉ đích thường là điểm nhận lưu lượng cuối cùng chẳng hạn như một tổng đài host.
Các mô hình MPLS – VPN
Trong kiến trúc L3VPN, các bộ định tuyến khách hàng và của nhà cung cấp được coi là các phần tử ngang hàng Bộ định tuyến biên khác hàng CE cung cấp thông tin định tuyến tới bộ định tuyến biên nhà cung cấp PE PE lưu các thông tin định tuyến trong bảng VRF Mỗi khoản mục của VRF tương ứng với một mạng khách hàng và hoàn toàn biệt lập với các mạng khách hàng khác Người dùng VPN chỉ được phép truy cấp tới các site hoặc máy chủ trong cùng một mạng riêng này.
Các gói tin IP qua miền MPLS được gắn 2 loại nhãn, bao gồm nhãn MPLS chỉ thị đường dẫn chuyển mạch nhãn LSP và nhãn chỉ thị định tuyến/ chuyển tiếp ảo VRF Ngăn xếp nhãn được thiết lập để chứa các nhãn trên Các bộ định tuyến P của nhà cung cấp xử lý nhãn LSP để chuyển tiếp các gói tin qua miền MPLS Nhãn VRF chỉ được xử lý tại thiết bị định tuyến biên PE nối với bộ định tuyến khách hàng.
Mô hình Layer 3 VPN b) Mô hình Layer 2 VPN
L2VPN hướng tới việc thiết lập các đường hầm qua mạng MPLS để xử lý các kiểu lưu lượng khác nhau như Ethernet, FR, ATM và PPP/HDLC Có 2 dạng L2VPN cơ bản là: Điểm tới điểm: tương tự như công nghệ ATM và FR nhằm thiết lập các đường dẫn chuyển mạch ảo qua mạng Điểm tới đa điểm: hỗ trợ các cấu hình mắt lưới và phân cấp Trong mô hình L2VPN các bộ định tuyến CE và PE không nhất thiết phải được coi là ngang hàng Thay vào đó, chỉ cần tồn tại kết nối lớp 2 giữa các bộ định tuyến này Bộ định tuyến PE chuyển mạch các luồng lưu lượng vào trong các đường hầm đã được cấu hình trước tới các bộ định tuyến PE khác.
L2VPN học địa chỉ từ các bộ định tuyến lân cận L2VPN sử dụng ngăn xếp nhãn tương tự như L3VPN Nhãn MPLS bên ngoài được sử dụng để xác định đường dẫn cho lưu lượng qua miền MPLS, còn nhãn kênh ảo VC nhận dạng các mạng LAN ảo, VPN hoặc kết nối tại các điểm cuối L2VPN có ưu điểm quan trọng nhất là cho phép các giao thức lớp cao được truyền trong suốt đối với MPLS Nó có thể hoạt động trên hầu hết các công nghệ lớp 2 gồm ATM, FR, Ethernet Hạn chế của L2VPN là không thể tự động định tuyến giữa các site.
Cách thức hoạt động của MPLS
a) Nguyên lý hoạt động của MPLS
Là tất cả các gói IP sẽ được gắn nhãn (label) và chuyển tiếp theo một đường dẫn LSP Các router trên đường dẫn chỉ căn cứ vào nội dung của nhãn để thực hiện quyết định chuyển tiếp gói mà không cần phải kiểm tra header IP Quan điểm của MPLS là tính thông minh càng đưa ra biên thì mạng càng hoạt động tốt.
Lý do là những thành phần ở mạng lõi phải chịu tải rất cao Thành phần mạng lõi nên có độ thông minh thấp và năng lực chuyển tải cao MPLS phân tách hai chức năng định tuyến và chuyển mạch: Các router ở biên thực hiện định tuyến và gắn nhãn (label) cho gói Còn các router ở mạng lõi chỉ tập trung làm nhiệm vụ chuyển tiếp gói với tốc độ cao dựa vào nhãn Tính thông minh được đẩy ra ngoài biên là một trong những ưu điểm lớn nhất của MPLS. b) Minh họa hoạt động và quá trình xây dựng bảng FIB và LFIB trong mạng MPLS
Bước 1: Giao thức định tuyến (OSPF hay IS IS …) xây dựng bảng routing table.
Bước 2: Các LSR lần lượt gán 1 nhãn cho một dest-IP trong bảng routing Table một cách độc lập.
Bước 3: LSR lần lượt phân tán nhãn cho tất cả các router LSR kế cận.
Bước 4: Tất cả các LSR xây dựng các bảng LIB, LFIB, FIB dựa trên label nhận được. Đầu tiên các router sẽ dùng các giải thuật định tuyến như OSPF hay IS-IS… để tìm đường đi cho gói tin giống như mạng IP thông thường và xây dựng nên bảng routing- table cho mỗi router trong mạng Giả sử, ở đây router A muốn đến mạng
X thì phải qua router B, B chính là Next-hop của router A để đến mạng X.
Sau khi bảng routing table đã hình thành, các router sẽ gán nhãn cho các đích đến có trong bảng routing table của nó, ví dụ ở đây router B sẽ gán nhãn bằng 25 cho mạng X, nghĩa là những nhãn vào có giá trị 25, router B sẽ chuyển nó đến mạng X.
Mô hình hoạt động MPLS
Router B phân tán nhãn 25 cho tất cả các router LSR kế cận nó với ý nghĩa “Nếu bạn muốn đến X thì hãy gán nhãn 25 rồi gửi đến tôi”, cùng lúc đó bảng tra LIB hình thành trong router B và có entry như hình sau.
Mô hình hoạt động MPLS – quảng bá nhãn đến mạng đích
Các router LSR nhận được nhãn được từ router hàng xóm sẽ cập nhập vào bảng LIB, riêng với router biên (Edge LSRs) sẽ cập nhập vào bảng LIB và cả FIB của nó.
Cũng giống như B, router C sẽ gán nhãn là 47 cho Network X và sẽ quảng bá nhãn này cho các router kế cận, C không quảng bá cho router D vì D không chạy MPLS.
Cùng lúc đó router C hình thành 2 bảng tra LIB và LFIB có các entry như trên Sau khi nhận được quảng bá của router C, router B sẽ thêm nhãn 47 vừa nhận được vào trong bảng tra FIB và LIB đồng thời xây dựng bảng tra LFIB có các entry như hình vẽ, router E chỉ thêm nhãn 47 vào trong LIB và FIB.
Như vậy ta đã có được đường đi từ biên router A đến mạng cần đến là mạng X, hay nói cách khác một LSP đã hình thành Bây giờ gói tin có thể truyền theo đường này tới đích như sau: Một gói tin IP từ mạng IP đến router biên Ingress, router A sẽ thực hiện tra bảng FIB của nó để tìm ra nexthop cho gói tin này, ở đây
A sẽ gán nhãn 25 cho gói tin này theo entry có trong bảng FIB của nó và sẽ gởi tới next hop là router B để đến mạng X.
Gói tin với nhãn 25 được truyền đến cho router B, router B sẽ tra bảng LFIB của nó và tìm ra giá trị nhãn ngõ ra cho gói tin có nhãn ngõ vào 25 là 47, router B sẽ chuyển nhãn thành 47 và truyền cho next hop là router C.
Gói tin với nhãn 47 được truyền đến router C, router C sẽ tra bảng LFIB của nó và tìm ra hoạt động tiếp theo cho gói tin có nhãn vào 47 là sẽ pop nhãn ra khỏi gói tin và truyền cho next hop là router D, như vậy gói tin đến D là gói tin IP bình thường không nhãn.
Gói tin IP này đến D, router D sẽ tra bảng routing table của nó và truyền cho mạng X
GPON (Gigabit-capable Passive Optical Network) hay “mạng quang thụ động tốc độ Gigabit” là một công nghệ truyền thông quang học được sử dụng trong mạng truyền dẫn để cung cấp dịch vụ truyền thông, bao gồm Internet, điện thoại và truyền hình GPON được sử dụng phổ biến trong các mạng truyền hình cáp và mạng truyền tải dữ liệu.
GPON sử dụng cáp quang để truyền dữ liệu tốc độ cao thông qua tín hiệu ánh sáng. Cấu trúc mạng GPON bao gồm một bộ chuyển đổi quang (Optical Line Terminal - OLT) và các thiết bị khách hàng (Optical Network Unit - ONU) được kết nối thông qua cáp quang. Ở phía OLT, tín hiệu dữ liệu từ mạng nguồn được chuyển đổi sang tín hiệu quang và truyền đi qua cáp quang đến các ONU Mỗi ONU được cung cấp dịch vụ truyền thông cho một hoặc nhiều khách hàng cuối ONU nhận tín hiệu quang và chuyển đổi chúng thành tín hiệu điện để cung cấp các dịch vụ như Internet, điện thoại và truyền hình cho khách hàng cuối. Ưu điểm của GPON bao gồm tốc độ truyền dẫn rất cao, khả năng truyền tải lớn, khoảng cách truyền dẫn xa và khả năng chia sẻ tài nguyên Nó cũng hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện và các dịch vụ thời gian thực như truyền hình IPTV và điện thoại VoIP.
T-CONT
Trong mạng GPON, T-CONT (Transmission Container) là một khái niệm được sử dụng để đại diện cho một khối dữ liệu truyền tải trên giao diện cáp quang Nó đóng vai trò quản lý và định danh các luồng dữ liệu truyền tải từ OLT (Optical Line Terminal) đến ONU (Optical Network Unit).
Mỗi T-CONT trong GPON được liên kết với một ONU và được cấu hình với một tốc độ truyền dẫn (bit rate) cụ thể Mục đích của việc sử dụng T-CONT là để phân biệt và quản lý lưu lượng dữ liệu khác nhau trong mạng GPON.
Một T-CONT có thể chứa nhiều luồng dữ liệu (GEM - GPON EncapsulationMethod) nhằm hỗ trợ việc đa phương tiện và chia sẻ tài nguyên Mỗi luồng dữ liệu được định danh bằng một GEM port ID để xác định nguồn và đích của dữ liệu trong mạng.
3 Truyền dẫn GPON – đường xuống
- Là kiểu kết nối điểm – đa điểm ( point to multipoint)
- Bất kì tín hiêu gì mà OLT gửi, các ONU đều có thể thấy được
- Được bảo mật bởi mã hóa AES
4 Truyền dẫn GPON – đường lên
Trong mạng GPON, truyền dẫn upstream xảy ra qua một kênh quang (PON - Passive Optical Network) Trong kiến trúc PON, tín hiệu từ các khách hàng được tập trung và kết nối với trung tâm dữ liệu thông qua một hệ thống tạo tín hiệu quang (OLT - Optical Line Terminal) OLT chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện và gửi nó đến trung tâm dữ liệu hoặc trung tâm điều khiển mạng thông qua mạng cáp đồng trục hoặc cáp quang đến.
Mỗi khách hàng được gán một timeslot (khe thời gian) duy nhất trong khung thời gian quang chia sẻ để truyền dữ liệu lên Các khách hàng sử dụng kỹ thuật chia sẻ thời gian (TDM - Time Division Multiplexing) để truyền dữ liệu trong các khe thời gian đã được chỉ định Quá trình này cho phép các khách hàng chia sẻ tài nguyên truyền dẫn quang và cung cấp kết nối mạng đáng tin cậy và hiệu suất cao.