Routing Overview - Phần 1
Routing Overview - Phần 1 Để thiết kế một hệ thống mạng có khả năng phát triển trong tương lai là một yêu cầu hết sức quan trọng, hai vấn đề đầu tiên được quan tâm đó là Load Balancing và Route Summarization, rất nhiều công việc khác phụ thuộc vào bạn sử dụng Routing Protocol. Trong bài viết này tôi sẽ trình bày với các bạn một cách tổng quan nhất về Routing Protocol. Khi nói về Routing Protocol trước hết chúng ta phải hiểu vai trò của nó trong hệ thống mạng. Routing Protocol là các nguyên tắc để các Routers trong hệ thống mạng chia sẻ dữ liệu routing (routing information). Đó là các Protocol hết sức phổ biến của TCP/IP và không chỉ có một Routing Protocol, số lượng Routing Protocol khoảng trên 6 protocol nổi bật. Mỗi Routing Protocol có những tính năng và những ưu, nhược điểm khác nhau, tuỳ vào thiết kế hệ thống mạng chúng ta phải chọn Routing Protocol cho thích hợp đáp ứng các yêu cầu như Network Performance, khi tìm hiểu về Routing Protocol trước tiên bạn cần phải quan tâm tới các thuộc tính chung của các protocol đó và đưa ra các so sánh: - Convergence times - Overhead - Scalability features Trong bài viết này tôi sẽ giới thiệu với các bạn các quy trình routing bao gồm - Default routing - Floating static routes - Convergence và route calculation. 1. Routing. 1.1. Routing Foundamental. Công việc chính của một router là quyết định đường đi tốt nhất để chuyển một gói tinh tới đích. Một router sẽ phải học các đường (paths) hay các route từ việc cấu hình bằng tay bởi người quản trị hay có thể tự động update từ các routers khác trong hệ thống dựa vào các routing protocols. Routers dữ bảng định tuyến (routing table) tại RAM. Một bảng định tuyến là danh sách các đường định tuyến. Router sử dụng bảng định tuyến để quyết định đường để chuyển gói tin, để xem thông tin bảng định tuyến bạn có thể gõ "show ip route". Trong bảng định tuyến chứa các thông tin về các mạng và đưa ra cổng cần thiết trên router để forward gói tin đến mạng đó. Trên hình trên router với tên gọi RTA khi nhận được một gói tin tới 192.168.4.46, nó sẽ tìm kiếm địa chỉ mạng là 192.168.4.0/24 trong bảng định tuyến. RTA sau đó sẽ lựa chọn cổng để chuyển gói tin đi ra theo cổng đó, ví như trong trường hợp này sẽ gói tin sẽ được chuyển sang cổng Ethernet0. Nếu RTA nhận được một gói tin tới 10.3.21.5 nó sẽ gửi gói tin đó tới cổng Serial0 (S0). Một vài dòng đầu trong hình trên thể hiện các mã được miêu tả và phân loại bằng cách nào router học bảng định tuyến. Trong bảng này thể hiện có 4 đường được kết nối trực tiếp. Chúng có tên viết tắt ngắn gọn là chữ C trong bảng định 1 Nguyễn Ngọc Châu CCNA 12 chautuanngoc@gmail.com tuyến. RTA sẽ huỷ toàn bộ các gói tin nào nếu gói tin đó được chuyển tới một địa chỉ không có trong bảng định tuyến. Để router có thể forward tới nhiều địa chỉ thì bạn phải cập nhận bảng định tuyến bằng cách cấu hình router. Và thông tin trong bảng định tuyến có thể được thay đổi theo hai cách: - Static routing - Người quản trị trực tiếp định nghĩa định tuyến tới các mạng dựa trên địa chỉ của mạng đó. - Dynamic routing – Router sẽ dựa vào các routing protocols để thay đổi thông tin trong bảng định tuyến, phụ thuộc vào việc lựa chọn đường đi tốt nhất cho gói tin. Trong cấu hình static routes người quản trị trực tiếp thay đổi bảng định tuyến bằng cách thêm vào hoặc xoá đi việc định tuyến tới những mạng cụ thể. Trong cấu hình dynamic routes Router sẽ tự động cập nhật bảng định tuyến từ các router khác, chúng chia sẻ dữ liệu định tuyến với nhau và từ đó router sẽ tự động thay đổi thông tin của bảng định tuyến với việc lựa chọn ra đường đi tốt nhất tới một mạng. Tuy nhiên mỗi phương pháp static routing hay dynamic routing đều có mặt ưu điểm và nhược điểm riêng, bạn là nhà quản trị bạn cần phải lựa chọn phương thức routing để xây dựng một hệ thống mạng hợp lý. 1.2. Static Routing. Static routing được sử dụng trong hệ thống mạng không có nhiều kết nối (nói cách khác khi một gói tin đi từ nguồn tới đích sẽ không phải lựa chọn quá nhiều đường đi). Static routing tốn ít tài nguyên bộ nhớ và quá trình xử lý trên router. Trong một hệ thống mạng lớn, các nhà quản trị thường cấu hình satic routes trên các "access router" tại các nhánh nhỏ trong hệ thống mạng. Tại các nhánh nhỏ của mạng khi chỉ có một đường in và một đường out. Hình dưới đây thể hiện static route tới mạng 172.24.4.0/24. Để cấu hình static routing trên một router của Cisco, sử dụng câu lệnh: "ip route". Câu lệnh này được sử dụng có cấu trúc như sau: Router(config)#ip route destination-prefix destination-prefix-mask {address | interface} [distance] [tag tag] [permanent] Tham biến Miêu tả Destination-prefix Địa chỉ mạng của mạng đích Destination-prefix-mask Subnet mask của mạng đích Address Địa chỉ IP của next hop có thể chuyển gói tin đó đến địa chỉ đích Interface Cổng out trên router để gói tin có thể tới đích Distance Option cho Administrative distance Tag tag Thông số có thể được tính toán và có thể điều khiển route maps permanent Lựa chọn cụ thể việc route này có thể không bị xoá nếu trong trường hợp cổng trên router bị tắt. Dựa vào static route bạn có thể thêm vào bảng định tuyến sử dụng hai cách trong câu lệnh ip route: (chúng ta có thể lựa chọn địa chỉ IP của Next hop - địa chỉ IP trên cổng của router kết nối trực tiếp với router này, hoặc chúng ta chỉ cần chọn cổng mà gói tin đến mạng đích sẽ phải đi qua). RTA(config)#ip route 10.6.0.0 255.255.0.0 s1 Hoặc: RTA(config)#ip route 10.7.0.0 255.255.0.0 10.4.0.2 2 Nguyễn Ngọc Châu CCNA 12 chautuanngoc@gmail.com Cả hai câu lệnh này đều thực hiện trong môi trường "global configuration" để thực hiện cấu hình static route. Trong ví dụ đầu tiên địa chỉ mạng đích là 10.6.0.0/16, để gói tin trực tiếp đi chúng ta phải lựa chọn cổng out cho gói tin, trong trường hợp này đó là cổng S1 trên router. Một kết nối trực tiếp cũng được map trực tiếp vào cổng này. Trong ví dụ tiếp theo có địa chỉ mạng 10.7.0.0/16 với địa chỉ next hop là 10.4.0.2. Mỗi câu lệnh khi cấu hình static route sẽ thêm thông tin trực tiếp vào bảng định tuyến. Trong hình trên để route tới 10.6.0.0 được cấu hình bởi static route sẽ có biểu tượng phía trước là chữ S. Tuy nhiên nó được thể hiện tương tự như một kết nối trực tiếp. Trong bảng định tuyến hiển thị cấu hình forward các gói tin tới mạng 10.6.0.0 tới cổng S1. Và trong bảng định tuyến được cấu hình satic route cho mạng 10.7.0.0 được cấu hình dựa trên địa chỉ next hop đó là địa chỉ 10.4.0.2 trên một router khác. Vậy sự khác nhau giữa hai dạng cấu hình satic route này như thế nào. Khi sử dụng một routing protocol như RIP hay IGRP, satic routes hiển thị như các kết nối trực tiếp và sẽ tự phát các gói quảng bá cho các routers khác cập nhật bảng định tuyến. Nhưng trong cấu hình static sử dụng địa chỉ IP của next hop thì router sẽ không quảng bá vì coi đây không phải là những kết nối trực tiếp. Do vậy các thông tin của satic route có thể được các routing protocol sử dụng để quảng bá các mạng của mình cho các routers khác. Khi một cổng kết nối bị tắt, toàn bộ cấu hình satic route chỉ tới cổng này đều bị xoá trong bảng định tuyến (IP routing table). Nếu router không tìm được địa chỉ IP của next hop thì satic route này cũng sẽ bị xoá khỏi bảng định tuyến. Một phương pháp khác bạn có thể map một satic IP tới cổng loopback trên router. Chú Ý: như một rule, địa chỉ next hop address có thể sẽ luôn được sử dụng khi bạn cấu hình satic route trên một cổng có nhiều kết nối như cổng Ethernet. Một cổng trên router kết nối vào một mạng có nhiều kết nối thì địa chỉ next hop trên router bên cạnh cũng sẽ nhận được các traffic từ mạng bên kia. Static routing không thích hợp khi sử dụng trong môi trường mạng lớn, phức tạp và có nhiều đường hỗ trợ redundant (có thể gọi là đường backupu). Các routers trong một hệ thống mạng phức tạp sẽ có thể tự động thay đổi bảng định tuyến và lựa chọn đường đi tốt nhất cho gói tin từ nguồn tới đích. Và khi đó dynamic routing là một lựa chọn tốt hơn satic routes. 1.3. Configuration Dynamic Routing. Dynamic routing trong mô hình TCP/IP có thể sử dụng một hoặc nhiều giao thức khác nhau. Tuy nhiên các giao thức này sẽ có những sự khác nhau và chúng ta sẽ tìm hiểu chúng ở dưới đây. Routing protocols được thiết kế cho một hệ thống tự trị (autonomous system) và giữa chúng được phân chia được phân loại như Interior Gateway Protocols (IGPs) và giao thức làm việc giữa các vùng tự trị được xếp vào nhóm Exterior gateway protocols (EGPs). Trong bảng dưới đây là danh sách các protocol hỗ trợ EGPs và IGP. Trong bài viết này tôi sẽ trọng tâm trong các giao thức IGPs. Các giao thức của EGPs, cụ thể như BGP4, sẽ được gới thiệu trong các bài viết sau. Các protocol có thể được chia ra làm hai mảng riêng biệt là: Distance vector hay link-state routing protocols, phụ thuộc vào cách chúng làm việc. 3 Nguyễn Ngọc Châu CCNA 12 chautuanngoc@gmail.com Routing protocols cho IPX và AppleTalk. Một số mô hình mạng không sử dụng IP cho các máy tính, một số tổ chức vẫn hỗ trợ những protocol khác như Novell IPX và AppleTalk. Một công nghệ kế thừa và được hỗ trợ và phát triển. Nhiều tổ chức vẫn tiếp tục sử dụng và hỗ trợ IPX và AppleTalk bởi họ còn có các ứng dụng như máy in, các phần mềm, máy chủ. Mặc dù Cisco EIGRP là một giao thức hỗ trợ IPX và AppleTalk, đây là một giao thức rất quan trọng trong ba giao thức được phát triển bởi nhà sản xuất này. Có ba giao thức là IPX hay Novell RIP, NetWare Link Service Protocol (NLSP), và AppleTalk Routing Table Maintenance Protocol (RTMP). Đây là các routing protocol được phát triển dành riêng cho AppleTalk và Novell của các nhà sản xuất. Dưới đây là danh sách các routing protocol cho IPX và AppleTalk. IP routing protocols và bảng định tuyến. Câu lệnh trong Ciso IOS hỗ trợ dynamic routing và các routing protocol. Trong bảng dưới đây thể hiện thông tin trong bảng định tuyến của một router sử dụng bốn giao thức định tuyến là, RIP, IGRP, EIGRP và OSPF. Chú ý rằng hầu hết các tổ chức hay roanh nghiệp thường không sử dụng nhiều hơn một hoặc hai giao thức định tuyến. Trong hình dưới đây là một ví dụ về thông tin trong bảng định tuyến của mạng 192.168.1.0/24. Trong bảng định tuyến khi mạng không được kết nối trực tiếp sẽ có hai thông số [administrative distance/metric]. Với ví dụ này [120/3] có nghĩa là administrative distance là 120 và metric là 3. Trong hình dưới đây với thông số này thể hiện chỉ có một RIP route tới mạng này và metric thể hiện hop count tới mạng đích. 4 Nguyễn Ngọc Châu CCNA 12 chautuanngoc@gmail.com Router sử dụng metric để định, hay là một đơn vị tính toán, để định tuyến. Khi có nhiều routes tới một mạng đích và các route này đều sử dụng cùng một routing protocol thì cấu hình route nào có metric nhỏ nhất sẽ coi là đường đi tốt nhất cho gói tin. Hop count là cái duy nhất để tính metric trong IP RIP. Trong ví dụ trên hop count là 3, kết nối trực tiếp hop count tính là 0 và khi đi qua một router hop count sẽ cộng thêm 1. Mỗi routing protocol có cách tính metrics khác nhau. EIGRP sử dụng tích hợp rất nhiều yếu tố như băng thông và độ tin cậy trong đường truyền để tính toán metric. Sử dụng các thiết lập mặc định, EIGRP sẽ tính toán metric route tới mạng 192.168.1.0 là 3.219.456. Nếu router RTA nhận được một RIP update và một EIGRP update của cùng một mạng, thì router sẽ so sánh tới administrative distance metric để so sánh giữa hai routing protocol. Quá trình này như việc so sánh ba của táo với ba triệu quả cam việc lựa chọn sẽ dễ hơn bởi khác routing protocol. Khi một router nhận được một update từ hai routing protocol về cùng một mạng, nó sẽ không so sánh về metric của hai routing protocol. Router sẽ sử dụng administrative distance để quyết định lựa chọn routing protocol nào. Cisco IOS gán một default administrative distance cho toàn bộ các routing protocol. Một routing protocol có thông số administrative distance nhỏ hơn sẽ được coi là routing protocol có độ tin cậy cao hơn. 1.4. Distance Vector Routing. Routing protocols có thể được phân loại là: distance vector hoặc link-state routing protocols. Việc phân loại này dựa vào thuật toán, hay phương pháp, mà router sử dụng để tính toán và cập nhật, trao đổi bảng định tuyến với nhau. Giao thức định tuyến dạng Distance vector dựa trên thuật toán Bellman-Ford. Routers được cấu hình sử dụng một distance vector routing protocol sẽ gửi toàn bộ bảng định tuyến tới các router bên cạnh (neighbor routers). Trong hình dưới đây là một ví dụ về distance vector protocols, như RIP và IGRP, chúng broadcast toàn bộ bảng định tuyến trên toàn bộ các cổng được cấu hình. Broadcast này có thể được coi như multicasting. Routers sử dụng các giao thức này sẽ không biết chính xác các router bên cạnh mà nó giao tiếp. Một neighbor router nhận được một broadcast để update, router này sẽ so sánh với thông tin trong bảng định tuyến hiện giờ. Nếu trong các thông tin đó có một mạng mới, hay đường tới một mạng mới mà với metric tốt hơn, chúng sẽ cập nhật vào bảng định tuyến. Sau đó router này sẽ tiếp tục broadcast thông tin trong bảng định tuyến của mình cho các router kế tiếp của nó. Distance vector routing protocol có liên quan tới "distance - khoảng cách" và "vector - đoạn thẳng có hướng", hay trực tiếp tới mạng đích. Trước khi gửi một update, mỗi router sẽ thêm các thông số distance và route metric. Khi một router nhận được một update, chúng sẽ học về và thêm thông tin vào bảng định tuyến và thông tin về cổng nhận update. Sau đó router sẽ sử dụng cổng nào để truyền gói tin tới mạng đích đó. 5 Nguyễn Ngọc Châu CCNA 12 chautuanngoc@gmail.com Tính đơn giản trong các giao thức định tuyến dạng distance vector là hai điểm nổi bật chính so với các giao thức ở dạng link-state. Việc cấu hình các giao thức định tuyến dạng distance vector là rất đơn giản và chúng sẽ sử dụng ít bộ nhớ và tiến trình sử lý. RIPv1 hỗ trợ hầu hết các nhà sản suất khác nhau hay trong các môi trường sử dụng nhiều công nghệ từ nhiều nhà sản xuất.Tính đơn giản của distance vector routing protocol đã không hỗ trợ khả năng mở rộng của mạng. RIPv1 và IGRP là các dạng classful routing protocol, điều này có nghĩa là chúng sẽ không gửi các thông tin về subnet trong quá trình update thông tin định tuyến. Chúng không hỗ trợ tính năng mở rộng khi sử dụng Variable Length Subnet Masking (VLSM) hay superneting. Thông thường, các distance vector routing protocol có tốc độ hội tụ mạng chậm hơn các link-state protocols. Hầu hết sự phức tạp và các mạng yêu cầu tính mở rộng cao cần thiết sử dụng các routing protocol với độ hội tụ thông tin nhanh giữa các router và trạnh thái của mạng cần phải nhanh chóng ổn định. Tuy nhiên distance vector routing protocol lại không làm được điều đó. RIP hỗ trợ tối đa là 15 hops giữa hai đích, nó giới hạn độ lớn của mạng. IGRP hỗ trợ tối đa là 255-hop. IGRP được phát triển bởi Cisco và không hỗ trợ nhiều routing protocol từ nhiều nhà sản xuất khác nên cũng ít được sử dụng. Bởi vì sự giới hạn từ các routing protocols dạng distance vector nên các nhà quản trị mạng thường sử dụng link-sate routing trong các mạng phức tap. 1.5. Link-State Routing protocols. Link-sate routing protocols thường có tính năng mở rộng cao và có tốc độ hội tụ nhanh hơn sử dụng cá giao thức định tuyến như RIP và IGRP. Link-state routing protocol cần nhiều bộ nhớ và quá trình xử lý hơn từ router và cần có sự hiểu biết và kinh nghiệm từ người quản trị hơn khi sử dụng distance vector routing protocol. Link-state protocols dựa trên thuật toán Dijkestra, bình thường nó còn được gọi là thuật toán Shortest Path First (SPF). Một link-state routing protocol phổ thổng là Open Shortest Path First (OSPF). Nội dung chi tiết về OSPF tôi sẽ trình bày trong các bài viết sau. Các router chạy một giao thức link-state điều này liên quan trực tiếp tới trạng thái (state) của một cổng trên router khác trong hệ thống mạng. Một link-state router xây dựng toàn bộ dữ liệu về tất cả các trạng thái từ tất cả các router trong một vùng. Một nghĩa khác, một link-state router lấy đủ các thông tin để chúng có thể vẽ lên một bản đồ của hệ thống mạng. Mỗi router sau khi chay thuật toán SPF trong bản đò do chúng xây dựng, hay dữ liệu về link-state, để nhận ra một đường đi tốt nhất để thiết lập trong routing table. Hệ thống mạng được xây dựng như một cái cây mà gốc là chính router đó, mỗi router được coi là gốc của mạng và từ đó nó tìm đường đi ngắn nhất tới các mạng sau khi xây dựng được bản đồ hệ thống mạng và chạy thuật toán SPF. 6 Nguyễn Ngọc Châu CCNA 12 chautuanngoc@gmail.com Để thay thế cho việc học các routes sau đó broadcast các routes này như các distance vector routing protocol, link-state routers quảng bá trạng thái của các liên kết của nó cho toàn bộ các router khác trong cung một vùng để chúng xây dựng một dữ liệu link-state. Toàn bộ quá trình quảng bá này được gọi là Link-state Advertiesements (LSAs). Không như distance vector routers, link-state routers có thể thiết lập những mỗi quan hệ đặc biệt giữa các router khác để đảm bảo rằng thông tin LSA được truyền một cách hiệu quả nhất. Ban đầu với rất nhiều thông tin của LSAs được cung cấp bởi các routers dựa vào các thông tin cần thiết đó router xây dựng lên cơ sở dữ liệu link-sate. Routing update xảy ra chỉ khi có sự thay đổi của một link-sate hoặc khi không có sự thay đổi nào sau một khoảng thời gian nhất định. Nếu một link-sate được thay đổi, ngay lập tức quá router sẽ gửi thông tin đó cho các router khác update thông tin. Thông tin được truyền khi đó chỉ bao gồm link-state đã bị thay đổi, không phải là toàn bộ bảng định tuyến (routing table). Một nhà quản trị cần phải quan tâm tới việc tối ưu hoá đường truyền như các đường truyền WAN, việc truyền các thông tin về link-state sẽ nhỏ hơn rất nhiều so với truyền cả bảng định tuyến như việc sử dụng distance vector routing protocol. Tác dụng của link-state routing đó là khả năng hội tụ nhanh và tối ưu hoá băng thông so với các giao thức định tuyến dạng distance vector. Các giao thức Link-state hỗ trợ Classless Interdomain Routing (CIDR), Variable-length Subnet Mask (VLSM), và suppernetting. Đó là một lựa chọn tốt cho các hệ thống mạng phức tạp và yêu cầu khả năng mở rộng cao. Link-state thông thường làm tốt hơn các giao thức distance vector trong mọi môi trường mạng từ nhỏ tới lớn. Link-state cũng có tồn tại hai vấn đề: - Link-sate routing có thể sẽ không thực hiện với các dòng phần cứng yếu. Link-state router yêu cầu nhiều bộ nhớ và sức mạnh xử lý hơn là distance vector routers, có thể đẩy mức giá của các sản phẩm hỗ trợ kết nối lên cao hơn, mặt khác chúng có thể kéo căng hiệu năng của các phần cứng cũ. - Link-sate routing protocol phức tạp trong việc quản trị. Để cấu hình link-sate routing có thể làm thoái trí nhiều người, và nhiều người chọn giải pháp ít phức tạp hơn bằng cách cấu hình distance vector. Thông thường các nhà quản trị sẽ chọn một giao thức distance vector cho môi trường mạng nhỏ. 1.6. Hybrid routing protocol: EIGRP. 7 Nguyễn Ngọc Châu CCNA 12 chautuanngoc@gmail.com Một giao thức định tuyến được phát triển bởi Cisco và nó là một giao thức thức advanced distance vector routing protocol với các tính năng của link-state routing. Việc cấu hình EIGRP là rất đơn giản và tương tự như việc cấu hình IGRP. Tuy nhiên nó lại là một bản sao của link-sate, EIGRP router sử dụng việc updates từng phần, và có khả năng thiết lập các neighbor đặc biệt, và chọn mô hình truyền dữ liệu, đáp ứng tối ưu hoá thời gian hội tụ mạng. EIGRP, trong một vài lúc người ta gọi nó là hydrid protocol. Nội dung chi tiết cũng như việc cấu hình EIGRP tôi sẽ trình bày trong các bài viết sau. Phần II của bài viết tôi sẽ trình bày với các bạn các nội dung về cấu hình - Default Routing - Configuring floating static routes - Convergence issues.- Routing metric. Theo Cisco Academy CCNP Course 8 Nguyễn Ngọc Châu CCNA 12 chautuanngoc@gmail.com . trình routing bao gồm - Default routing - Floating static routes - Convergence và route calculation. 1. Routing. 1. 1. Routing Foundamental. Công việc chính. sánh: - Convergence times - Overhead - Scalability features Trong bài viết này tôi sẽ giới thiệu với các bạn các quy trình routing bao gồm - Default routing