Giáo trình hình thành hệ thống kết nối trong giao thức kết tuyến chuẩn IETF p1 ppsx

PHƯƠNG PHÁP QUẢN LÝ CISCO IOS 1. Các khái niệm về OSPF đơn vùng 1.2 Tổng quát về OSPF OSPF là một giao thức đ ị nh tuyến theo trạng thái đư ờ ng liên kết đư ợ c triển khai dựa trên các chuẩn mở. OSPF đ ự ơ c mô tả trong nhiều chuẩn của IETF (Internet Engineering Task Force). Chuẩn mở ở đ ây có nghĩa là OSPF hoàn toàn mở đ ố i với công cộng, không có tính đ ộ c quyền Nếu so sánh với RIPv1 và v2 thí OSPF là một giao thức đ ị nh tuyến nội vi IGP tốt h ơ n vì khả năng mở rộng của nó. RIP chỉ giới hạn trong 15 hop, hội tụ chậm và đ ôi khi chọn đư ờ ng có tốc đ ộ chậm vì khi quyết đ ị nh chọn đư ờ ng nó không quan tâm đ ế n các yếu tố quan trọng khác như băng thông chẳng hạn. OSPF khắc phục đư ợ c các nhược đ i ể m của RIP và nó là một giao thức đ ị nh tuyến mạnh, có khả năng mở rộng, phù hợp với các hệ thống mạng hiện đ ạ i. OSPF có thể đư ợ c cấu hình đơ n vùng đ ể sử dụng cho các mạng nhỏ. Giáo trình hình thành hệ thống kết nối trong giao thức kết tuyến chuẩn IETF 241 Hình 1.2 Mạng OSPF lớn đư ợ c thiết kế phân cấp và chia thành nhiều vùng Ví dụ như hình 2.2.1, mạng OSPF lớn cần sử dụng thiết kế phân cấp và chia thành nhiều vùng. Các vùng này đ ề u đư ợ c kết nối vào cùng phân phối la vùng 0 hay còn gọi là vùng xương sống (backbone). Kiểu thiết kế này cho phép kiểm soát hoạt đ ộ ng cập nhật đ ị nh tuyến. Việc phân vùng như vậy làm giảm tải của hoạt đ ộ ng đ ị n h tuyến, tăng tốc đ ộ hội tụ, giới hạn sự thay đ ổ i của hệ thống mạng vào từng vùng và tăng hiệu suất hoạt đ ộ ng. 1.2.2Thuật ngữ của OSPF Router đ ị nh tuyến theo trạng thái đư ờ ng liên kết xác đ ị nh các router láng giềng và thiết lập mối quan hệ với các láng giềng này. 242 OSPF thực hiện thu thập thông tin về trạng thái các đư ờ ng liên kết từ các router láng gi ề ng. Mỗi router OSPF quảng cáo trạng thái các đư ờ ng liên kết của nó và chuyển tiếp các thông tin mà nó nhận đư ợ c cho tất cả các láng giềng khác. Hình 2.2.2.a. Link – là một cổng trên router. Link-state: trạng thái của một đường liên kết giữa hai router, bao gồm trạng thái của một cổng trên router và mối quan hệ giữa nó với router láng giềng kết nối vào cổng đó. Router xử lý các thông tin nhận đư ợ c đ ể xây dựng một cơ sở dữ liệu về trạng thái các đư ờ ng liên kết trong một vùng. Mọi router trong cùng một vùng OSPF sẽ có cùng một cơ sở dữ liệu này. Do đ ó mọi router sẽ có thông tin giống nhau về trạng thái của các đư ờ ng liên k ế t và láng giềng của các router khác. 243 Hình 2.2.2.b Link-state database (Topological database) – danh sách các thông tin về mọi đư ờ ng liên kết trong vùng. Hình 2.2.2.c.Area - Tập hợp các mạng và các router có cùng chỉ số danh định vùng. Mỗi router trong một vùng chỉ xây dựng cơ sở dữ liệu về trạng thái các đường liên kết trong vùng đó. Do đó, các router trong cùng một vùng sẽ có thông tin giống nhau về trạng thái các đường liên kết. Router nằm trong một vùng được gọi la router nội vùng. Mỗi router áp dụng thuật toán SPF và cơ sở dữ liệu của nó đ ể tính toán chọn đư ờ n g tốt nhất đ ế n từng mạng đ ích. Thuật toán SPF tính toàn chi phí dựa trên băng thông của đư ờ ng truyền. Đư ờ ng nào có chi phí nhỏ nhất sẽ đư ợ c chọn đ ể đư a vào bảng đ ị n h tuyến. 244 Hình 2.2.2.d. Cost – giá trị chi phí đặt cho một đường liên kết. Giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết tính chi phí cho một liên kết dựa trên băng thông hoặc tốc độ của đường liên kết đó. Hình 2.2.2.e. Routing table – hay còn gọi là cơ sở dữ liệu để chuyển gói. Bảng định tuyến là kết quả chọn đường của thuật toán chọn đường địa dựa trên cơ sở dữ liệu về trạng thái các đường liên kết. 245 Mỗi router giữ một danh sách các láng giềng thân mật, danh sách này gọi là cơ sở dữ liệu các láng giềng thân mật. Các láng giềng đư ợ c g ọ i là thân mật là những láng giềng mà router có thiết lập mối quan hệ hai chiều. M ộ t router có thể có nhiều láng giềng nhưng không phải láng giềng nào cũng có mối quan hệ thân mật. Do đ ó bạn cần lưu ý mối quan hệ láng giềng khác với mối quan hệ láng giềng thân mật, hay gọi tắt là mối quan hệ thân mật. Đ ố i với mỗi router danh sách láng giềng thân mật sẽ khác nhau. Hình 2.2.2.f. Adjacency database – danh sách các router láng giềng có mối quan hệ hai chiều. Mỗi router sẽ có một danh sách khác nhau. Đ ể giảm bớt số lượng trao đ ổ i thông tin đ ị nh tuyến với nhiều roưter láng giềng trong cùng một mạng, các router OSPF bầu ra một router đ ạ i diện gọi là Designated router (DR) và một router đ ạ i diện dự phòng gọi là Backup Designated (BDR) làm đ i ể m tập trung các thông tin đ ị nh tuyến. 246 Hình 2.2.2.g. Design Router (DR) và Backup Designated Router (BDR) là router được tất cả các router khác trong cùng một mạng LAN bầu ra làm đại diện. Mỗi một mạng sẽ có một DR va BDR riêng. 2.2.3. So sánh OSPF với giao thức định tuyến theo vectơ khoảng cách Trong phần này chúng ta sẽ so sánh OSPF với một giao thức đ ị nh tuyến theo vectơ kho ả ng cách la RIP. Router đ ị nh tuyến theo trạng thái đư ờ ng liên kết có một sơ đ ồ đ ầ y đ ủ về cấu trúc hệ thống mạng. Chúng chỉ thực hiển trao đ ổ i thông tin về trạng thái các đư ờ ng liên kết lúc khởi đ ộ ng và khi hệ thống mạng có sự thay đ ổ i. Chúng không phát qu ả ng bá bảng đ ị nh tuyến theo đ ị nh kỳ như các router đ ị nh tuyến theo vectơ khoảng cách. Do đ ó, các router đ ị nh tuyến theo trạng thái đư ờ ng liên kết sử dụng ít băng thông hơn cho hoạt đ ộ ng duy trì bảng đ ị nh tuyến. RIP phù hợp cho các mạng nhỏ và đư ờ ng tốt nhất đ ố i với RIP là đư ờ ng có số lư ợ ng hop ít nhất. OSPF thì phù hợp với mạng lớn, có khả năng mở rộng, đư ờ ng đ i tốt nhất của OSPF đư ợ c xác đ ị nh dựa trên tốc đ ộ của đư ờ ng truyền. RIP cũng như các giao thức đ ị nh tuyến theo vectơ khoảng cách đ ề u sử dụng thuật toán chọn đư ờ ng đơ n giản. Còn thuật toán SPF thì rất phức tap. Do đ ó, nếu router chạy giao 247 thức đ ị nh tuyến theo vectơ khoảng cách sẽ cần ít bộ nhớ và năng lực xử lý thấp hơn so với khi chạy OSPF. OSPF chọn đư ờ ng dựa trên chi phí đư ợ c tính từ tốc đ ộ của đư ờ ng truyền. Đư ờ ng truyền có tốc đ ộ càng cao thì chi phí OSPF tương ứ ng càng thấp. OSPF chọn đư ờ ng tốt nhất từ cây SPF. OSPF b ả o đ ả m không bị đ ị nh tuyến lặp vòng. Còn giao thức đ ị nh tuyến theo vectơ khoảng cách vẫn có thể bị đ ị nh tuyến lặp vòng. Nếu một kết nối không ổ n đ ị nh, chập chờn, vi ệ c phát liên tục các thông tin về trang thái của đư ờ ng liên kết này sẽ dẫn đ ế n tình trạng các thông tin quảng cáo không đ ồ ng bộ làm cho kết quả chọn đư ờ ng của các router bị đ ả o lộn. OSPF giải quyết đư ợ c các vấn đ ề sau: • • • • • Tốc đ ộ hội tụ. Hỗ trợ VLSM (Variable Length Subnet Mask). Kích cỡ mạng Chọn đư ờ ng Nhóm các thành viên. 248 Hình 2.2.3. Sự cố xảy ra khi một kết nối không ổn định làm cho việc cập nhật không đồng bộ. Trong một hệ thống mạng lớn, RIP phải mất vài phút mới có thể hội tụ đư ợ c vì mỗi router chỉ trao đ ổ i bảng đ ị nh tuyến với các router láng giềng kết nối trực tiếp với mình mà thôi. Còn đ ố i với OSPF sau khi đ ã hội tụ vào lúc khởi đ ộ ng, khi có thay đ ổ i thì việc hội tụ sẽ rất nhanh vì chỉ có thông tin về sự thay đ ổ i đư ợ c phát ra cho mọi router trong vùng. OSPF có hõ trợ VLSM nên nó đư ợ c xem là một giao thức đ ị nh tuyến không theo lớp đ ị a chỉ. RIPv1 không có hỗ trợ VLSM, tuy nhiên RIPv2 có hỗ trợ VLSM. Đ ố i với RIP, một mạng đ ích cách xa hơn 15 router xem như không đ ế n đư ợ c vì RIP có số lượng hop giới hạn là 15. Đ i ề u này làm kích thước mạng của RIP bị giới hạn trong phạm vi nhỏ. OSPF thì không hề có giới hạn về kích thước mạng, OSPF hoàn toàn phù hợp cho các mạng vừa và lớn. Khi nhận đư ợ c từ láng giềng các router bao cáo về số lượng hop đ ế n mạng đ ích, RIP sẽ cộng thêm 1 vào thống số hop này và dựa vào số lượng hop đ ó đ ể chọn đư ờ ng đ ế n mạng đ ích. Đư ờ ng nào có khoảng cách ngắn nhất hay nói cách khác là có số lượng hop ít nhất sẽ là đư ờ ng tốt nhất đ ố i với RIP. Chúng ta thấy thuật toán 249 chọn đư ờ ng như vậy rất đơ n giản và không đ òi hỏi nhiều bộ nhớ và năng lượng xử lý của router. RIP không hề quan tâm đ ế n băng thông đư ờ ng truyền khi quyết đ ị nh chọn đư ờ ng. OSPF thì chọn đư ờ ng dựa vào chi phí đư ợ c tính từ băng thông của đư ờ ng truyền. Mọi OSPF router đ ề u có thông tin đ ầ y đ ủ về cấu trúc của hệ thống mạng dựa vào đ ó đ ể tự tính toán chọn đư ờ ng tốt nhất. Do đ ó thuật toán chọn đư ờ ng này rất phức tạp, đ òi hỏi nhiều bộ nhớ và năng lực xử lý của router cao hơn so với RIP. RIP sử dụng cấu trúc mạng dạng ngang hàng. Thông tin đ ị nh tuyến đư ợ c truyền lần lượt cho mọi router trong cùng một hệ thống RIP. OSPF sử dụng khái niệm về phân vùng. Một mạng OSPF có thể chia các router thành nhiều nhóm. B ằ ng cách này, OSPF có thể giới hạn lưu thông trong từng vùng. Thay đ ổ i trong vùng này không ả nh hưởng đ ế n hoạt đ ộ ng của các vùng khác. Cấu trúc phân cấp như vậy cho phép hệ thống mạng có khả năng mở rộng một cách hiệu quả. 2.2.4. Thuật toán chọn đường ngắn nhất. Trong phần này sẽ giải thích cách OSPF sử dụng thuật toán chọn đư ờ ng ng ắ n nhất như thế nào. Theo thuật toán này, đư ờ ng tốt nhất là đư ờ ng có chi phí thấp nhất. Edsger Wybe Dijkstra, một nhà khoa học máy tính người Hà Lan, đ ã phát minh thuật toán này nên nó còn có tên là thuật toán Dijkstra. Thuật toán này xem hệ thống mạng là một tập hợp các nodes đư ợ c kết nối với nhau bằng kết nối đ i ể m - đ ế n - đ i ể m. Mỗi kết nối này có một chi phí. Mỗi node có một cái tên. Mỗi node có đ ầ y đ ủ cơ sở dữ liệu về trạng thái của các đư ờ ng liên kết, do đ ó chúng có đ ầ y đ ủ thông tin về cấu trúc vật lý của hệ thống mạng. Tất cả các cơ sở dữ liệu này đ ề u giống nhau cho mọi router trong cùng một vùng. Ví dụ như trên hình 2.2.4.a, D có các thông tin là nó kết nối tới node C bằng đư ờ ng liên kết có chi phí là 4 và nó kết nối đ ế n node E bằng đư ờ ng liên kết có chi phí là 1. Thuật toán chọn đư ờ ng ngắn nhất sẽ sữ dụng bản thân node làm đ i ể m xuất phát và kiểm tra các thông tin mà nó có về các node kế cận. Trong hình 2.2.4.b, node B chọn đư ờ ng đ ế n D. Đư ờ ng tốt nhất đ ế n D là đ i bằng đư ờ ng của node E có chi phí là 4. Như vậy là gói dữ liệu đ i từ B đ ế n D sẽ đ i theo đư ờ ng từ B qua C qua E rồi đ ế n D. . Giáo trình hình thành hệ thống kết nối trong giao thức kết tuyến chuẩn IETF 241 Hình 1.2 Mạng OSPF lớn đư ợ c thiết kế phân cấp và chia thành nhiều vùng Ví dụ như hình 2.2.1, mạng OSPF. giao thức đ ị nh tuyến mạnh, có khả năng mở rộng, phù hợp với các hệ thống mạng hiện đ ạ i. OSPF có thể đư ợ c cấu hình đơ n vùng đ ể sử dụng cho các mạng nhỏ. Giáo trình hình thành. một giao thức đ ị nh tuyến theo trạng thái đư ờ ng liên kết đư ợ c triển khai dựa trên các chuẩn mở. OSPF đ ự ơ c mô tả trong nhiều chuẩn của IETF (Internet Engineering Task Force). Chuẩn