báo cáo bài tập lớn môn mạng máy tính nâng cao đề số 2 tìm hiểu các giao thức định tuyến ospf

Nội dung & yêu cầu- Tìm hiểu về định tuyến và vài trò của định tuyến.- Phân loại các giao thức định tuyến.- Hoạt động của giao thức OSPF- Đặc điểm của giao thức định tuyến- Cài đặt phần

ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

Môn: MẠNG MÁY TÍNH NÂNG CAO

ĐỀ SỐ 2:

Tìm hiểu các giao thức định tuyến OSPF

GVHD: Th.s Nguyễn Thành Huy

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Thị Thu Uyên -1910A01

Lê Mạnh Quân – 1910A01

Hà Nội - Năm 2023

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

TRUNG TÂM ĐÀO TẠO TRỰC TUYẾN

ĐỀ BÀI TẬP LỚN

MẠNG NÂNG CAO

Đề số: 02

1 Tên đề tài : Tìm hiểu các giao thức định tuyến OSPF

2 Nội dung & yêu cầu

- Tìm hiểu về định tuyến và vài trò của định tuyến.

- Phân loại các giao thức định tuyến.

- Hoạt động của giao thức OSPF

- Đặc điểm của giao thức định tuyến

- Cài đặt phần mềm mô phỏng.

- Phân tích hoạt động mạng mô phỏng.

3 Tài liệu tham khảo

[1] TCP Illustrated – Volume 1, Kevin R Fall, W Richard Stevens, Pearson Education Inc, 2012

[2] Computer Networks, TanenBaum, Wetherall, Peason Education Inc, 2011 [3] Computer Networking A top-down approach, Kurose, Ross, 2017

[4] Privacy preservation using spherical chord, Doyal Tapan Mukherjee, Master Thesis, Misouri University, 2014.

[5] A brief introduction and analysis of the Gnutella protocol, Gayatri Tribhuvan, University of Freiburg

[6] Cisco Packet Tracer – avaiable at :

https://www.netacad.com/courses/packet-tracer

MỤC LỤC

I, Tìm hiểu về định tuyến và vài trò của định tuyến 4

1 Định tuyến 4

2 Vai trò của bộ định tuyến 5

3 Bảng định tuyến 5

4 Đơn vị định tuyến (routing metric) 6

II, Phân loại các giao thức định tuyến 6

III, Hoạt động của giao thức OSPF (Open Shortest Path First) 9

 Chọn Router – id 10

 Thiết lập quan hệ láng giềng (neighbor) 11

 Trao đổi LSDB 12

 Tính toán xây dựng bảng định tuyến 12

IV, Đặc điểm của giao thức OSPF 12

V, Cài đặt phần mềm mô phỏng 13

I, Tìm hiểu về định tuyến và vài trò của định tuyến.

1. Định tuyến

Định tuyến là quá trình lựa chọn đường dẫn trong bất kỳ mạng nào Một mạng máy

tính được tạo thành từ nhiều máy được gọi là các nút và các đường dẫn hoặc liên

kết để kết nối những nút đó Quá trình giao tiếp giữa hai nút trong một mạng được kết nối với nhau có thể diễn ra thông qua nhiều đường dẫn khác nhau Định tuyến

là quá trình lựa chọn đường dẫn tốt nhất bằng một số quy tắc định trước

Router dựa vào địa chỉ IP đích (destination IP) trong các gói tin và sử dụng bảng định tuyến (routing table) để xác định đường đi cho chúng

Hình 1

Trong bảng định tuyến, mỗi mạng mà router có thể chuyển đi (mạng đích) thể hiện bằng một dòng Mỗi mạng này có được có thể do chúng đang kết nối trực tiếp với router đang xét hay router học được thông qua việc cấu hình định tuyến

2 Vai trò của bộ định tuyến

Các bộ định tuyến chủ yếu đảm nhận ba chức năng chính

- Xác định đường dẫn

Bộ định tuyến xác định đường dẫn mà dữ liệu sẽ đi khi dữ liệu di chuyển từ nguồn đến điểm đích Bộ định tuyến cố gắng tìm đường dẫn tốt nhất bằng cách phân tích các chỉ số mạng như độ trì hoãn, dung lượng và tốc độ

- Chuyển tiếp dữ liệu

Bộ định tuyến chuyển tiếp dữ liệu đến thiết bị tiếp theo trên đường dẫn đã chọn để cuối cùng là đến điểm đích của nó Thiết bị và bộ định tuyến có thể nằm trên cùng một mạng hoặc trên các mạng khác nhau

Hình 2

- Cân bằng tải

Đôi khi, bộ định tuyến có thể gửi bản sao của cùng một gói dữ liệu bằng cách sử dụng nhiều đường dẫn khác nhau Bộ định tuyến làm thế này để giảm lỗi do tổn thất dữ liệu, tạo khả năng dự phòng và quản lý lưu lượng truy cập

3 Bảng định tuyến

Chứa thông tin về trạng thái của đường đi, được cập nhật từ các giao thức định tuyến

Các thông tin gồm:

 Protocol type: đặc tả giao thức định tuyến được sử dụng

 Next-hop associations – địa chỉ của router kế tiếp khi chuyển tiếp gói tin

 Routing metric: đơn vị được sử dụng làm “chi phí” của quá trình định tuyến

 VD: RIP sử dụng hop count; IGRP sử dụng băng thông, tải, trễ để làm đơn vị đo trong quá trình định tuyến

4 Đơn vị định tuyến (routing metric)

 Bandwidth (băng thông)

 Delay: độ trễ tối đa để gửi gói tin giữa 2 thiết bị đầu cuối

 Load (tải): tần suất hoạt động của tài nguyên mạng

 Reliability (độ tin cậy): đánh giá bằng khả năng chịu lỗi của mạng

 Hop count: số bước “nhảy” từ nguồn đến đích

 Ticks: độ trễ của gói tin sử dụng IBM PC (1 tick ~ 1/18s)

 Cost: thường tính bằng dung lượng / lưu lượng dữ liệu gửi qua router

II, Phân loại các giao thức định tuyến

- Giao thức được định tuyến: là các giao thức được cung cấp đầy đủ thông tin địa chỉ tầng mạng để cho phép các gói tin di chuyển từ nguồn đến đích VD: IP, IPX, AppleTalk, …

- Các giao thức thực thi các thuật toán định tuyến nhằm xây dựng đường đi tối

ưu cho các gói tin, xây dựng bảng định tuyến

Phân loại:

 Theo cách xây dựng: Định tuyến tĩnh, Định tuyến động

 Theo giải thuật định tuyến:

 Distance vector:

- Thực hiện tìm đường dẫn bằng giải thuật Bellman-Ford

- Tính toán phân tán

- Từng nút mạng trao đổi thông tim với các nút lân cận

 Link State: OSPF vs IS-IS

- Mỗi nút thu thập thông tin vê liên kết với các nút khác

- Mỗi nút sử dụng giải thuật Dijkstra tìm đường ngắn nhất tới mọi đỉnh

 Theo phạm vi:

Hệ tự trị (autonomous system): mỗi hệ tự trị có thể dung các giao thức định tuyến, hệ tự trị mà các hệ thống mạng kết nối với nhau, mỗi hệ tự trị sử dụng một giao thức định tuyến riêng bên trong

- Nội vùng (Interior gateway protocol): Giao thức định tuyến trong 1 hệ tự trị là giao thức định tuyến nội vùng

- Ngoại vùng (Exterior gateway protocol): Giao thức định tuyến giữa các hệ tự trị được gọi là giao thức ngoại vùng

 Theo cách tính: Định tuyến nguồn , Định tuyến hop-by-hop

 Theo đích đến:

- Anycast: một địa chỉ được gán cho nhiều nút nhận Dữ liệu từ router nguồn sẽ được chuyển cho 1 router đích “gần nhất” trong

số các nút đích

- Broadcast Routing: dữ liệu được truyền từ một nguồn đến tất cả các router đích

a) Mạng gốc;

b) Cây khung;

c) Cây tìm đường với cây khung.

- Multicast Routing: một địa chỉ có thể được gán cho nhiều router đích Nút nguồn gửi dữ liệu cho tất cả các đích này trong qusa trình truyền, nhận

- Unicast: một địa chỉ tương đương với 1 router đích Một nút khi cần truyền dữ liệu sẽ chỉ gửi tới 1 nút đích có địa chỉ tương ứng

 Theo loại mạng: mạng quang, mạng cảm biến sensor, mạng di động

 Theo chất lượng: dự phòng, đảm bảo bằng chất lượng dịch vụ, …

 Ngoài ra còn có Giao thức IPv4, IPv6, TCP ( Transmission Control

Protocol)

III, Hoạt động của giao thức OSPF (Open Shortest Path First)

Hình 3

OSPF là một giao thức định tuyến được sử dụng rộng rãi và được hỗ trợ Đây là một giao thức định tuyến nội, có nghĩa là nó được sử dụng trong một khu vực hoặc một mạng Nó dựa trên thuật toán link state routing, trong đó mỗi bộ định tuyến chứa thông tin của mọi domain và dựa trên thông tin này, nó xác định đường đi ngắn nhất Mục tiêu của định tuyến là tìm hiểu các tuyến đường

OSPF đạt được bằng cách tìm hiểu về mọi bộ định tuyến và mạng con trong toàn

bộ mạng Mọi bộ định tuyến đều chứa thông tin giống nhau về mạng Cách bộ định tuyến tìm hiểu thông tin này bằng cách gửi LSA (Link State Advertisements) Các LSA này chứa thông tin về mọi bộ định tuyến, mạng con và thông tin mạng khác Khi các LSA đã bị đầy, OSPF lưu trữ thông tin trong cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết được gọi là LSDB Mục tiêu chính là có cùng thông tin về mọi bộ định tuyến trong một LSDB

 OSPF hoạt động như nào?

Router chạy theo giao thức định tuyến OSPF thì nó phải trải qua 4 bước sau:

 Router ID

 Thiết lập quan hệ láng giềng (Neighbor)

 Trao đổi LSDB (Link State Database)

 Xây dựng bảng định tuyến

Cụ thể:

 Chọn Router – id

Để chạy OSPF nó phải tạo ra 1 định danh để chạy gọi là Router-id có định dạng của một địa chỉ IP A.B.C.D (vd: IPv4:192.168.1.1) Để tạo ra Router-id có 2 cách sau đây:

Cách 1: Router tự động tạo

 Dựa vào interface nào có địa chỉ IP cao nhất thì nó lấy IP đó làm Router-id

Ví dụ: Router có f0/0=10.0.0.1 f0/1=172.16.1.1 s0/0/0=192.168.1.1

=> Router-id = 192.168.1.1

 Nếu Router có Loopback tồn tại và cho tham gia định tuyến thì Router-id ưu tiên cho Loopback trước

Ví dụ: lookback 0=4.1.1.1 ;lookback1=4.2.2.2; f0/0=172.16.1.1;

f0/1=192.168.1.1

=> Router-id = 4.2.2.2

Cách 2 : Tự cấu hình

 Định danh Router-id không nhất thiết là phải chọn IP có trên interface

Ví dụ: lookback 0=4.1.1.1 ;lookback1=4.2.2.2; f0/0=172.16.1.1;

f0/1=192.168.1.1

Bạn có thể cấu hình để chọn Router-id = 100.100.100.100 Ip này không thuộc interface nào của router cả

 Lệnh cấu hình thực hiện như sau:

Router (config) # router ospf 1

Router (config-router) # router-id A.B.C.D

 Thiết lập quan hệ láng giềng (neighbor)

Router chạy OSPF sẽ gửi gói tin hello ra tất cả các cổng chạy OSPF, mặc định 10s/ lần Gói tin này được gửi đến địa chỉ multicast dành riêng cho OSPF là 224.0.0.5, đến tất cả các router chạy OSPF khác trên cùng phân đoạn mạng Mục đích của gói tin hello là giúp cho router tìm kiếm láng giềng, thiết lập cũng như duy trì mối quan hệ này

Hai router được gọi là láng giềng phải thỏa mãn các điều kiện sau:

 Cùng Area-id: Khi mạng lớn người ta chia làm nhiều vùng, vùng nào hỏng

thì chỉ vùng đó chịu tác động Mỗi một vùng sẽ đặt cho một Area-id Vùng trung tâm có Area-id phải bằng 0 Mọi vùng khác phải có đường truyền trực tiếp về vùng 0 thì mới truyền được dữ liệu

 Cùng Subnet: 2 IP phải cùng Subnet mới ping và trao đổi được thông tin.

 Phải cùng thông số: Hello/Dead-time ở trên 2 cổng, mặc định là 10s/40s.

 Phải cùng Xác thực trên 2 cổng: Dành cho mạng lớn (metro) Khi đặt xác

thực các router khác không lấy được thông tin

 Phải cùng cờ Stub Area Flag: dành cho OSPF đa vùng.

Để xem được neighbor dùng lệnh: Show IP OSPF Neighbor.

 Trao đổi LSDB

LSDB là một tấm bản đồ mạng và router sẽ căn cứ vào đó để tính toán định tuyến Giữa các router cùng vùng thì LSDB phải hoàn toàn giống nhau Các router sẽ không trao đổi với nhau cả một bảng LSDB mà sẽ trao đổi với nhau từng đơn vị thông tin gọi là LSA (Link State Advertisement) Các đơn vị thông tin này lại được

chứa trong các gói tin cụ thể gọi là LSU (Link State Update) mà các router thực sự trao đổi với nhau

 Tính toán xây dựng bảng định tuyến

Trong OSPF không còn gọi là Metrict, thay vào đó gọi là Cost (Cost trên

interface)

Cost được tính khi đi vào 1 cổng và đi ra không tính

Metric = cost = 108/Bandwidth (đơn vị bps)

Ethernet (BW = 10Mbps) → cost = 10

Fast Ethernet (BW = 100Mbps) → cost = 1

Serial (BW = 1.544Mbps) → cost = 64 (bỏ phần thập phân trong phép chia)

IV, Đặc điểm của giao thức OSPF

Giao thức OSPF có các đặc điểm sau:

 Sử dụng giải thuật đường ngắn nhất

 Chỉ cập nhật khi có sự kiện xảy ra

 Gửi gói thông tin về trạng thái các liên kết cho tất cả các router trong mạng

 Mỗi router cáo cái nhìn đầy đủ về cấu trúc hệ thống mạng

 Hội tụ nhanh

 Không bị vòng lặp

 Phù hợp với các mạng lớn có cấu trúc phức tạp

 Đòi hỏi nhiều bộ nhớ và năng lượng xử lý hơn so với định tuyến theo vecto khoảng cách

 Tốn ít băng thông hơn so với định tuyến theo vecto khoảng cách

 Tất cả các gói tin đều được xác thực

 Đóng gói tin OSPF trực tiếp trong IP

V, Cài đặt phần mềm mô phỏng

o Cài đặt phần mềm mô phỏng trên: Cisco Packet Tracer – avaiable at :

https://www.netacad.com/courses/packet-tracer

Tiến hành thực hiện theo các bước như sau:

Bước 1: Thiết lập mô hình mạng

Bước 2: Đặt IP cho các cổng

Bước 3: Cấu hình định tuyến OSPF

Bước 4: Kiểm tra gói tin

Hình 4: Thiết lập mô hình

Mô hình sử dụng 4 PC, 2 Switch 2960, 3 Router 2811

Hình 5 : Đặt IP cho các PC

Hình 6: Đặt IP các cổng Router

Hình 8: Cấu hình định tuyến OSPF Hình 7: Cấu hình định tuyến OSPF

Hình 9: Kiểm tra gói tin