HỆ THỐNG MẠNG - TÌM HIỂU VÀ NGUYÊN CỨU GIAO THỨC OSPF CHƯƠNG 3_1 pot

Nếu hai Router chia sẻ một liên kết dữ liệu cùng chấp nhận các tham số được chỉ ra trong gói Hello, chúng sẽ trở thành các Neighbor của nhau.. Mỗi Router nhận một LSA từ một Neighbor, gh

ĐỒ ÁN HỆ THỐNG MẠNG

Đề tài:

TÌM HIỂU VÀ NGUYÊN CỨU GIAO

THỨC OSPF CHƯƠNG 3 GIAO THỨC OSPF

3.1 Giới thiệu chung về OSPF

OSPF (Open Shortest Path First) được phát triển bởi IETF (Internet Engineering Task Force – nhóm đặc trách kĩ thuật internet) OSPF là giao thức trạng thái liên kết sử dụng thuật toán SPF (Shortest Path First) của Dijktra và là một giao thức mở tức nó hoàn toàn mở đối với công cộng , không có tính độc quyền

Ưu điểm chính của OSPF so với các giao thức vector khoảng cách là khả năng đáp ứng nhanh theo sự thay đổi của hệ thống mạng, hoạt động tốt trong các mạng cỡ lớn và ít bị ảnh hưởng đối với các thông tin định tuyến tồi

Một số đặc điểm khác của OSPF là:

 Sử dụng chi phí (cost) làm thông số định tuyến để chọn đường đi trong mạng

 Thực hiện cập nhật khi có mạng có sự thay đổi

 Mọi Router sử dụng sơ đồ cấu trúc mạng của riêng nó để chọn đường

 Hỗ trợ CIDR (Classless Interdomain Routing) và VLSM (Variable length

subnetmask)

Hoạt của OSPF được mô tả một cách tổng quát như sau:

1 Các Router OSPF gửi các gói Hello ra tất cả các giao diện chạy OSPF Nếu hai Router chia sẻ một liên kết dữ liệu cùng chấp nhận các tham số được chỉ

ra trong gói Hello, chúng sẽ trở thành các Neighbor của nhau

2 Adjacency có thể coi như các liên kết ảo điểm - điểm, được hình thành giữa các Neighbor Việc hình thành một Adjacency phụ thuộc vào các yếu tố như loại Router trao đổi các gói Hello và loại mạng sử dụng để các gói Hello truyền trên đó

3 Sau khi các Adjacency được hình thành, mỗi Router gửi các LSA (Link State Advertisement) qua các Adjacency Các LSA mô tả tất cả các liên kết của Router và trạng thái của các liên kết

4 Mỗi Router nhận một LSA từ một Neighbor, ghi LSA vào cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết của nó và gửi bản copy tới tất cả các Neighbor khác của

nó

5 Bằng cách trao đổi các LSA trong một Area, tất cả các Router sẽ xây dựng

cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết của mình giống với các Router khác

6 Khi cơ sở dữ liệu hoàn chỉnh, mỗi Router sử dụng giải thuật SPF để tính toán đường đi ngắn nhất (đường đi có cost thấp nhất) tới tất cả các đích đã biết Sơ đồ này gọi là cây SPF

7 Mỗi Router xây dựng bảng định tuyến từ cây SPF của nó

3.2 Một số khái niệm sử dụng trong OSPF

3.2.1 Láng giềng (Neighbor) và mối quan hệ thân mật (Adjacency)

Trước khi gửi các LSA, các Router OSPF phải khám phá các Neighbor của nó và thiết lập Adjacency với chúng Danh sách các Neighbor được ghi trong bảng các Neighbor cùng với các liên kết (hoặc giao diện) nối với mỗi Neighbor và các thông tin cần thiết khác

3.2.2 Giao thức Hello

Giao thức Hello thực hiện các chức năng sau:

 Dùng để khám phá các Neighbor

 Dùng để quảng cáo các tham số mà hai Router phải chấp nhận trước khi chúng trở thành các Neighbor của nhau

 Đảm bảo thông tin hai chiều giữa các Neighbor

 Các gói Hello hoạt động như các Keepalive giữa các Neighbor

 Dùng để bầu cử DR và BDR trong mạng Broadcast và Nonbroadcast Multiaccess (NBMA)

Các Router OSPF gửi các gói Hello định kỳ ra các giao diện OSPF Chu kỳ gửi được gọi là Hello Interval và được cấu hình trong cơ sở dữ liệu giao diện Nếu một Router không nhận được gói Hello từ Neighbor trong một khoảng thời gian gọi là Router Dead Interval, nó sẽ khai báo Neighbor này bị Down

Khi một Router nhận một gói Hello từ một Neighbor, nó sẽ kiểm tra xem các trường Area ID , Authentication, Network Mask, Hello Interval, Router Dead Interval và Option trong gói Hello có phù hợp với các giá trị đã được cấu hình ở giao diện đang nhận hay không Nếu không phù hợp, gói sẽ bị huỷ và Adjacency không được thiết lập Nếu tất cả phù hợp, gói Hello được khai báo là hợp lệ Nếu Router ID của Router gốc đã có trong bảng Neighbor của giao diện nhận, Router Dead Interval được reset Nếu không, nó ghi Router ID này vào bảng Neighbor

Khi một Router gửi một gói Hello, gói Hello sẽ chứa Router ID của tất cả các Neighbor cần thiết trong liên kết mà gói truyền đi Nếu một Router nhận được một gói Hello hợp lệ có chứa Router ID của nó, Router này sẽ biết rằng thông tin hai chiều đã được thiết lập

3.2.3 Các loại mạng

OSPF định nghĩa năm loại mạng:

1 Mạng điểm - điểm

2 Mạng quảng bá

3 Mạng đa truy nhập không quảng bá

4 Mạng điểm – đa điểm

5 Các liên kết ảo

Mạng điểm - điểm: là mạng nối hai Router với nhau Các Neighbor hợp lệ trong

mạng điểm - điểm luôn thiết lập Adjacency Địa chỉ đích của các gói OSPF trong mạng này luôn là địa chỉ lớp D 224.0.0.5 gọi là AllSPF Routers

Mạng quảng bá: Ví dụ như Ethernet, Token Ring, FDDI

Là mạng có khả năng kết nối nhiều hơn hai thiết bị và các thiết bị này đều có thể nhận các gói gửi từ một thiết bị bất kì trong mạng Các Router OSPF trong mạng quảng bá sẽ bầu cử DR và BDR Các gói Hello được phát multicast với địa chỉ đích là 224.0.0.5 ( AllSPF Routers) Ngoài ra các gói xuất phát từ DR và BDR cũng được phát multicast với địa chỉ này Các Router khác sẽ phát multicast các gói cập nhật và xác nhận trạng thái liên kết với địa chỉ lớp D là: 224.0.0.6 gọi là All DRouters

Mạng NBMA (Nonbroadcast - Multiaccess): ví dụ như X25, Frame relay, ATM

Là mạng có khả năng kết nối nhiều hơn hai Router nhưng không có khả năng Broadcast Tức là một gói gửi bởi một Router trong mạng không được nhận bởi tất

cả các Router khác của mạng Các Router trong NBMA bầu cử DR và BDR Các gói OSPF được truyền theo kiểu unicast

Mạng điểm – đa điểm: là trường hợp đặc biệt của NBMA Nó có thể coi là một tập

hợp các kết nối điểm - điểm Các Router trong mạng không phải bầu cử DR và BDR Các gói OSPF được truyền theo kiểu multicast

Các liên kết ảo: là một cấu trúc đặc biệt được Router hiểu như là các mạng điểm -

điểm không đánh số Các gói OSPF được phát unicast trên các liên kết ảo

3.2.4 DR và BDR

Các mạng đa truy nhập tồn tại hai vấn đề sau liên quan đến quá trình tràn lụt LSA như sau:

1 Thông tin của một Adjacency giữa các Router sẽ tạo ra nhiều LSA không cần thiết Nếu một mạng đa truy nhập có n Router thì có thể có n(n-1)/2

Adjacency (Hình 3.1) Mỗi Router sẽ tràn lụt n-1 LSA cho các Neighbor của

nó cộng với một LSA cho mạng dẫn đến có n(n-1) + 1 = n2 LSA được tạo ra trong mạng

A B C

D

E B

C

A

2 Quá trình tràn lụt có thể gây xung đột Một Router gửi một LSA tới tất cả các Neighbor của nó Các Neighbor này lại gửi bản copy của LSA nhận được tới các Neighbor của mình dẫn đến tạo ra nhiều bản copy của LSA trong mạng

Để tránh các vấn đề trên, DR được bầu ra trong mạng đa truy nhập DR có các nhiệm vụ sau:

 Mô tả mạng đa truy nhập và các Router gắn vào mạng cho phần còn lại của liên mạng

 Quản lý quá trình tràn lụt trong mạng đa truy nhập

Mỗi Router trong mạng thiết lập Adjacency với DR (hình 3.2) Chỉ có DR gửi các

LSA tới phần còn lại của liên mạng Một Router có thể là DR đối với mạng này

Hình 3.1

nhưng không là DR đối với mạng khác Nói cách khác DR chỉ là một đặc tính của giao diện của Router, không phải toàn bộ Router

D

B

C

A ( D R )

DR đại diện cho mạng đa truy nhập Các Router khác chỉ thiết lập Adjacency với

DR

Nếu DR bị hỏng, một DR mới phải được bầu ra Các Adjacency mới phải được thiết lập, các Router phải đồng bộ cơ sở dữ liệu của chúng với DR mới Trong khi các quá trình này diễn ra, mạng sẽ không khả dụng để truyền gói

Hình 3.2

Để tránh vấn đề này, BDR được bầu cử Tất cả các Router thiết lập Adjacency với

cả DR và BDR DR và BDR cũng có thể thiết lập Adjacency với nhau Nếu DR hỏng, BDR sẽ trở thành DR mới

Tóm lại việc bầu cử diễn ra như sau: Khi một Router OSPF được kích hoạt, nó tìm kiếm các Neighbor của nó và kiểm tra DR và BDR Nếu DR và BDR đã tồn tại, Router sẽ chấp nhận chúng Nếu không có BDR, một cuộc bầu cử BDR được tiến hành và Router có Priority cao nhất sẽ trở thành BDR Nếu có nhiều hơn một Router có cùng Priority cao nhất, Router có Router ID cao nhất sẽ trở thành BDR Nếu chưa có DR, BDR sẽ trở thành DR và cuộc bầu cử BDR mới lại được thực hiện

Chú ý: Priority có thể ảnh hưởng đến quá trình bầu cử DR và BDR nhưng không

ảnh hưởng đến các DR và BDR đã được bầu cử Nếu có một Router có Priority cao hơn các DR và BDR đã được kích hoạt, nó cũng không thể thay thế các DR và BDR này

3.3 Giao diện OSPF

3.3.1 Cấu trúc dữ liệu giao diện

Các thành phần của cấu trúc số liệu giao diện bao gồm:

Địa chỉ IP và mặt nạ: là địa chỉ và mặt nạ được cấu hình cho giao diện

Area ID: là Area chứa giao diện

Process ID: dùng để phân biệt các tiến trình OSPF chạy trên một Router

Router ID: dùng để nhận dạng Router

Network type: là loại của mạng nối với giao diện

Cost: là cost của các gói đi ra từ giao diện Cost là một Metric OSPF, được diễn tả

bởi 16 bit nguyên không dấu có giá trị từ 1 đến 65535

Inf Trans Delay: là số giây các LSA ra khỏi giao diện với tuổi bị tăng lên

State: là trạng thái chức năng của giao diện được trình bày ở phần sau

Router Priority: 8 bit nguyên không dấu này có giá trị từ 0 đến 255 dùng để bầu cử

DR và BDR

DR: là DR của mạng mà giao diện gắn vào DR này được ghi bởi Router ID của nó

và địa chỉ của giao diện gắn vào mạng của DR

BDR: là BDR của mạng mà giao diện gắn vào BDR này được ghi bởi Router ID

của nó và địa chỉ của giao diện gắn vào mạng của BDR

Hello Interval: là khoảng thời gian tính theo giây giữa các lần truyền các gói Hello

trên giao diện

Router Dead Interval: là khoảng thời gian tính theo giây mà Router sẽ chờ để nghe

các gói Hello từ một Neighbor trước khi nó coi rằng Neighbor này bị Down

Wait Time: là khoảng thời gian Router sẽ chờ DR và BDR được quảng cáo trong

gói tin Hello trước khi bắt đầu lựa chọn DR và BDR Chu kì Wait Time bằng Router Dead Interval

Rxm Interval: là khoảng thời gian tính theo giây Router sẽ chờ giữa các lần truyền

lại của các gói OSPF chưa được xác nhận

Hello Timer: Là bộ định thời được lập bằng Hello Interval Khi nó hết hiệu lực, gói

Hello được truyền lại từ giao diện

Neighboring Routers: Danh sách tất cả các Neighbor hợp lệ (có gói Hello được

nhìn thấy trong thời gian Router Dead Interval)

Autype: Mô tả loại nhận thực sử dụng trong mạng Autype có thể là Null (không

nhận thực), Simple Password, hoặc Cryptographic (Mesage digest)

Authentication Key: Nếu chế độ nhận thực là Simple password, Au key là 64 bit

Nếu chế độ nhận thực là Cryptographic, Au key là Message digest Chế độ Cryptographic cho phép cấu hình nhiều khoá trên một giao diện

3.3.2 Các trạng thái giao diện

Một giao diện OSPF sẽ chuyển đổi qua một số trạng thái khác nhau trước khi nó đủ khả năng làm việc Các trạng thái đó bao gồm: Down, Point to Point, Waiting, DR, Backup, DRother, và loopback

Point

To

Point

Election

DR

Backup

DRother

Loopback

IE3

IE2

IE2

IE5

IE6

IE2

IE3

IE4

IE3

IE7

IE10

IE8

IE10

IE9 IE10

IE3

IE3

IE3

IE2

IE1

IE1

IE2

Hình 3.3 Sự chuyển đổi giữa các trạng thái giao diện OSPF

Biến cố vào Ý nghĩa các biến cố

IE1

IE2

IE3

IE4

IE5

IE6

Các giao thức mức thấp chỉ báo rằng giao diện mạng đã sẵn sàng hoạt động

Các giao thức mức thấp chỉ báo rằng giao diện mạng chưa sẵn sàng hoạt động

Ngưòi quản lý mạng hoặc các giao thức mức thấp hơn chỉ ra rằng giao diện được loop up

Người quản lý mạng hoặc các giao thức mức thấp hơn chỉ ra rằng giao diện được loop down

Gói Hello nhận được chỉ ra rằng Neighbor gốc (Neighbor gửi gói Hello này) muốn trở thành DR hoặc BDR và trong mạng chưa có BDR

Wait timer đã hết hiệu lực

IE7

IE8

IE9

IE10

Router được bầu cử là DR trong mạng này

Router được bầu cử là BDR trong mạng này

Router không được bầu cử là DR hoặc BDR trong mạng này

Một thay đổi xảy ra trong tập các Neighbor hợp lệ của mạng Thay đổi này có thể là:

1 Thiết lập kết nối hai chiều với một Neighbor

2 Mất kết nối hai chiều với một Neighbor

3 Nhận một gói Hello chỉ ra rằng Neighbor gốc muốn trở thành DR hoặc BDR

4 Nhận được gói Hello từ DR chỉ ra rằng Router này không muốn làm DR nữa

5 Nhận được gói Hello từ BDR chỉ ra rằng Router này không muốn làm BDR nữa

6 Thời gian Router Dead Interval kết thúc mà không nhận được gói Hello từ DR hoặc BDR

Down: Đây là trạng thái giao diện đầu tiên Ở trạng thái này giao diện không làm

việc Tất cả các tham số của giao diện được lập bằng giá trị ban đầu và không có lưu lượng được truyền hoặc nhận trên giao diện

Point to Point: Trạng thái này chỉ thích hợp với các giao diện kết nối tới các mạng

Point to Point, Point to Multipoint và Virtual Link Khi giao diện ở trạng thái này,

nó đã đủ khả năng làm việc Nó sẽ bắt đầu gửi các gói Hello và thiết lập Adjacency với Neighbor

Waiting: Trạng thái này chỉ thích hợp với các giao diện nối tới các mạng Broadcast

và NBMA Khi chuyển sang trạng thái này, nó bắt đầu gửi và nhận các gói Hello

và lập Wait timer Router sẽ cố gắng xác định DR và BDR trong trạng thái này

DR: Ở trạng thái này, Router là DR và sẽ thiết lập Adjacency với các Router khác

trong mạng đa truy nhập

Backup: Ở trạng thái này, Router là BDR và sẽ thiết lập Adjacency với các Router

khác

DRother: Ở trạng thái này, Router không là DR hay BDR Nó sẽ thiết lập

Adjacency với chỉ DR và BDR trong khi vẫn theo dõi tất cả các Neighbor khác trong mạng

Loopback: Ở trạng thái này, giao diện được loopback bằng phần mềm hoặc phần

cứng Mặc dù các gói không thể truyền, địa chỉ giao diện vẫn được quảng cáo trong Router LSA để các gói kiểm tra có thể tìm đường tới giao diện

3.4 Neighbor OSPF

3.4.1 Cấu trúc dữ liệu Neighbor

Các thành phần của cấu trúc dữ liệu Neighbor là:

Neighbor ID: là Router ID của Neighbor

Neighbor IP address: là địa chỉ IP của giao diện nối tới mạng của Neighbor Khi

một gói OSPF được truyền unicast tới Neighbor, địa chỉ này sẽ là địa chỉ đích

Area ID: Để hai Router trở thành các Neighbor của nhau, Area ID trong gói Hello

nhận được phải phù hợp với Area ID của giao diện nhận

Interface: là giao diện gắn vào mạng chứa Neighbor

Neighbor Priority: là Router Priority của Neighbor được chỉ ra trong gói Hello

State: là trạng thái chức năng của Neighbor sẽ được trình bày ở phần sau

Poll Interval: Giá trị này chỉ sử dụng đối với các Neighbor trong mạng NBMA Vì

các Neighbor không thể được tự động khám phá trong mạng NBMA nếu các Neighbor này ở trạng thái Down, do vậy gói Hello sẽ được gửi tới các Neighbor sau mỗi khoảng thời gian nhất định Khoảng thời gian này gọi là Poll Interval

Neighbor Options: là các khả năng OSPF tuỳ chọn được hỗ trợ bởi Neighbor Các

tuỳ chọn này được trình bày ở phần sau

Inactivity Timer: là Timer có chu kỳ là Router Dead Interval Timer được reset khi

nhận được gói Hello từ Neighbor Nếu Inactivity Timer hết hiệu lực mà chưa nhận được gói Hello, Neighbor sẽ được khai báo là Down

Designated Router: Địa chỉ này chứa trong trường DR của gói Hello

Backup Designated Router: Địa chỉ này chứa trong trường BDR của gói Hello

Master/Slave: Quan hệ chủ-tớ (được thoả thuận trong trạng thái Exstart) thiết lập

Neighbor nào sẽ điều khiển việc đồng bộ cơ sở dữ liệu

DD Sequence Number: là số trình tự của gói Database Description (DD) đang được

gửi tới Neighbor