230 đ ổ i trạng thái của một đư ờ ng liên kết, thông tin đư ợ c phát ra cho tất cả các router trong mạng. OSPF là một trong những giao thức quan trọng nhất của loại giao thức đ ị nh tuyến theo trạng thái đư ờ ng liên kết. OSPF dựa trên một chuẩn mở nên nó có thể đư ợ c sử dụng và phát triển bởi các nhà sản xuất khác nhau. Đ ây là một giao thức phức tạp đư ợ c triển khai cho các mạng lớn. Các vấn đ ề cơ bản về OSPF sẽ đư ợ c đ ề cập đ ế n trong chương này. C ấ u hình Cisco router cũng tương tự như cấu hình các giao thức đ ị nh tuyến khác. Đ ầ u tiên OSPF cũng phải đư ợ c khởi đ ộ ng trên router, sau đ ó khai báo các mạng mà OSPF đư ợ c phép hoạt đ ộ ng trên đ ó. Ngoài ra, OSPF cũng có một số đ ặ c tính riêng và cấu hình riêng. Các đ ặ c tính riêng này đ ã làm cho OSPF trở thành một giao thức đ ị nh tuyến mạnh nhưng đ ồ ng thời tạo nên những thách thức khi cấu hình OSPF. Trong hệ thống mạng lớn, OSPF có thể đư ợ c cấu hình mở rộng trên nhiều vùng khác nhau. Nhưng trước khi có thể thiết kế và triển khai mạng OSPF lớn thì bạn phải nắm đư ợ c cấu hình OSPF trên một vùng. Do đ ó chương này sẽ mô tả cấu hình OSPF đơ n vùng. Sau khi hoàn tất chương này, các bạn có thể thực hiện các nhiệm vụ sau: • • • • • • • • • • Xác đ ị nh các đ ặ c tính quan trọng của giao thức đ ị nh tuyến theo trạng thái đư ờ ng liên kết. Giải thích đư ợ c giao thức đ ị nh tuyến theo trạng thái đư ờ ng liên kết xây dựng và duy trì thông tin đ ị nh tuyến như thế nào. Phân tich về thuật toán đ ị nh tuyến theo trạng thái theo trạng thái đư ờ ng liên kết. Xác đ ị nh ư u và nhược đ i ể m cua loại giao thức đ ị nh tuyến theo trạng thái đư ờ ng liên kết. So sánh và phân biệt giao thức đ ị nh tuyến theo trạng thái đư ờ ng liên kết với giao thức đ ị nh tuyến theo vectơ khoảng cách. Khởi đ ộ ng OSPF trên router. Cấu hình đ ị a chỉ loopback đ ể đ ị nh quyền ư u tiên cho router. Thay đ ổ i thông số chi phí đ ể thay đ ổ i quyết đ ị nh chọn đư ờ ng của OSPF. Cấu hình cho OSPF thực hiện quá trình xác minh. Thay đ ổ i các thông số thời gian của OSPF. 231 • • • • • • • Mô tả các bước tạo và quảng bá đư ờ ng mặc đ ị nh vào OSPF. Sử dụng các lệnh show đ ể kiểm tra hoạt đ ộ ng của OSPF. Cấu hình tiến trình đ ị nh tuyến OSPF. Đ ị nh nghĩa các thuật ngữ quan trọng của OSPF. Mô tả các loại mạng OSPF. Mô tả giao thức OSPF Hello. Xác đ ị nh các bước cơ bản trong hoạt đ ộ ng của OSPF. 2.1. Giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết 2.1.1. Tổng quan về giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết Giao thức đ ị nh tuyến theo trạng thái đư ờ ng liên kết hoạt đ ộ ng khác với giao thức đ ị nh tuyến theo vectơ khoảng cách. Trong ph ầ n này sẽ giải thích những đ i ể m khác nhau này. Đ ây là những kiến thức cực kỳ quan trọng đ ố i với 1 nhà quản trị mạng. M ộ t đ i ể m khác nhau quan trọng mà bạn cần nhớ là giao thức đ ị nh tuyến theo vectơ khoảng cách sử dụng phương pháp trao đ ổ i thông tin đ ị nh tuyến đơ n giản hơn. Thuật toán đ ị nh tuyến theo trạng thai đư ờ ng liên kết xây dựng và duy trì một cơ sở dữ liệu phức tạp của thông tin về cấu trúc mạng. Trong khi thuật toán đ ị nh tuyến theo vectơ khoảng cách không cung cấp thông tin cụ thể về đư ờ ng đ i trong mạng và cũng không có nhận biết về các router khác trên đư ờ ng đ i, thì thuật toán đ ị nh tuyến theo trạng thái đư ờ ng liên kết có đ ầ y đ ủ thông tin về các router trên đư ờ ng đ i và cấu trúc kết nối của chúng. Loại thức giao Ví dụ Đặc điểm • • • • • 1.Copy bảng đ ị nh tuyến cho router láng giềng. 2.C ậ p nhật đ ị nh kì. 3.RIPv1 và RIPv2 sử dụng số lượng hop làm thông số đ ị nh tuyến. 4.Mỗi router nhìn hệ thống mạng theo sự chi phối của các router láng giềng. 5.Hội tụ chậm. Đ ị nh tuyến RIPv1 và RIPv2 theo vectơ Intẻỉo Gateway khoảng cách Routing Protocol (IGRP). 232 • • • 6.Dễ bị lặp vòng. 7.Dễ cấu hình và dễ quản trị. 8.Tốn nhiều băng thông. Đ ị nh tuyến theo trạng thai đ ư ơ ng liên kết Open Shortest Path First (OSPF) Intermediate – System to Intermedia – Sýtem (IS-IS) • • • • • • • • • Sử dụng đ ư ờ ng ngắn nhất. Chỉ cập nhật khi có sự kiện xảy ra. Gửi gói thông tin về trạng thái các đ ư ờ ng liên kết cho tất cả các router trong mạng. Mỗi router có cái nhìn đ ầ y đ ủ về cấu trúc hệ thống mạng. Hội tụ nhanh. Không bị lặp vòng. Cấu hình phức tạp hơn. Đ òi hỏi nhiều bộ nhớ và năng lượng xử lý hơn so với đ ị nh tuyến theo vectơ khoảng cách. Tốn ít băng thông hơn so với đ ị nh tuyến theo vect ơ khoảng cách. 2.1.2. Đ ặ c đ i ể m c ủ a giao th ứ c đ ị nh tuy ế n theo tr ạ ng thái đ ư ờ ng liên k ế t . Giao thức đ ị nh tuyến theo trạng thái đ ư ờ ng liên kết thu thập thông tin về đ ư ờ ng đ i từ tất cả các router khác trong cùng hệ thống mạng hay trong cùng một vùng đ ã đ ư ợ c xác đ ị nh. Khi tất cả các thông tin đ ã đ ư ợ c thu thập đ ầ y đ ủ thì sau đ ó mỗi router sẽ tự tính toán đ ể chọn ra đ ư ờ ng đ i tốt nhất cho nó đ ế n các mạng đ ích trong hệ thống. Như vậy mỗi router có một cái nhìn riêng và đ ầ y đ ủ về hệ thông mạng,khi đ ó chúng sẽ không còn truyền đ i các thông tin sai lệch mà chúng nhận đ ư ợ c từ các router láng giềng. 233 Sau đ ây là một số hoạt đ ộ ng của giao thức đ ị nh tuyến theo trạng thái đ ư ờ ng liên kết: • • • • Đ áp ứ ng nhanh theo sự thay đ ổ i của hệ thống mạng. Gửi cập nhật khi hệ thống mạng có sự thay đ ổ i. Gửi cập nhật đ ị nh kỳ đ ể kiểm tra trạng thái đ ư ờ ng liên kết. Sử dụng cơ chế hello đ ể xác đ ị nh router láng giềng có còn kết nối đ ư ợ c hay không. Mỗi router gửi multicast gói hello đ ể giữ liên lạc với các router láng giềng.Gói hello mang thông tin về các mạng kkết nối trực tiếp vào router.Ví dụ như hình 2.1.2, P4 nhận biết các láng giềng của nó trong mạng Perth3 là P1và P3. LSAs cung cấp thông tin cập nhật về trạng thái đ ư ờ ng liên kết của các router trong mạng. Hình 2.1.2. Sử dụng hello để xác định router láng giềng trên từng mạng. 234 Sau đ ây là các đ ặ c đ i ể m hoạt đ ông của router sử dụng giao thức đ ị nh tuyến theo trạng thái đ ư ờ ng liên kết: 1. Sử dụng thông tin từ gói hello và LSAs nhận đ ư ợ c từ các router láng giềng đ ể xây dựng cơ sở dữ liệu về cấu trúc hệ thống mạng. 2. Sử dụng thuật toán SPF đ ể xác tính toán ra đ ư ờ ng ngắn nhất đ ế n từng mạng. 3. Lưu kết quả chon đ ư ờ ng trong bảng đ ị nh tuyến. 2.1.3. Thông tin định tuyến được duy trì như thế nào Phần này sẽ giải thích giao thức đ ị nh tuyến theo trạng thái đ ư ờ ng liên kết sử dụng các thành phần sau đ ây như thế nào: LSAs. Cơ sở dữ liệu về cấu trúc hệ thống mạng. Thuật toán SPF Cây SPF Bảng đ ị nh tuyến với đ ư ờ ng đ i và cổng ra tương ứ ng đ ể đ ị nh tuyến cho gói dữ liệu. Giao thức đ ị nh tuyến theo trạng thái đ ư ờ ng liên kết đ ư ợ c thiết kế đ ể khắc phục các nhược đ i ể m của giao thức đ ị nh tuyến theovectơ khoảng cách. Ví dụ như:giao thức đ ị nh tuyến theo vectơ khoảng cách chỉ trao đ ổ i thông tin đ ị nh tuyến với các router kết nối trực tiếp với mình mà thôi, trong khi đ ó giao thức đ ị nh tuyến theo trạng thái đ ư ờ ng liên kết thực hiện trao đ ổ i thông tin đ ị nh tuyến trên một vùng rộng lớn. • • • • • Khi có một sự cố xảy ra trong mạng, ví dụ như có một router láng giềng bị mất kết nối , giao thức đ ị nh tuyến theo trạng đ ư ờ ng liên kết lập tức phát các gói LSAs ra trên toàn vùng b ằ ng 1 đ ị a chỉ multicast đ ặ c biệt. Tiến trình này thực hiện gửi thông tin ra tất cả các cổng, trừ cổng nhận đ ư ợ c thông tin. Mỗi router nhận đ ư ợ c một LSA, cập nhật thông tin mới này vào cơ sở dữ liệu về cấu trúc hệ thống mạng. Sau đ ó router chuyển tiếp gói LSA này cho tất cả các thiết bị làng giềng khác. LSAs làm cho mọi router trong vùng thực hiện tính toán lại đ ư ờ ng đ i. Chính vì vậy số lượng router trong một vùng nên có giới hạn. 235 Một kết nối tương ứ ng với một cổng trên router. Thông tin về trạng thái của một liên kết bao gồm thông tin về một cổng của router và mối quan hệ với các router láng giềng trên cổng đ ó . Ví dụ như: thông tin về một cổng trên router bao gồm đ ị a chỉ IP, subnet mask, loại mạng kết nối vào cổng đ ó…T ậ p hợp tất cả các thông tin trên đ ư ợ c lưu lại thành một cơ sở dữ li ệ u về trạng thái các đ ư ờ ng liên kết, hay còn g ọ i là cơ sở dữ liệu về cấu trúc hệ thống mạng. Cơ sở dữ liệu này đ ư ợ c sử dụng đ ể tính toán chọn đ ư ờ ng tốt nhất. Router áp dụng thuật toán chọn đ ư ờ ng ngắn nhất Dijkstra vào cơ sở dữ liệu về cấu trúc mạng, từ đ ó xây dựng nên cây SPF với bản thân router là gốc. Từ cây SPF này, router sẽ chọn ra đ ư ờ ng ngắn nhất đ ế n từng m ạ ng đ ích. Kết quả chọn đ ư ờ ng đ ư ợ c đ ặ t trên bảng đ ị nh tuyến của router. Hình 2.1.3 2.1.4 Thuật toán định tuyến theo trạng thái đường liên kết Thuật toán đ ị nh tuyến theo trạng thái đ ư ờ ng liên kết xây dựng và duy trì một cơ sở dữ liệu phức tạp về cấu trúc hệ thống mạng bằng cách trao đ ổ i các gói quảng cáo trạng thái đ ư ờ ng liên kết LSAs(Link – State Advertisements) với tất cả các router khác trong mạng. Thuật toán đ ị nh tuyến theo trạng thái đ ư ờ ng liên kết có đ ặ c đ i ể m sau: • Chúng đ ư ợ c xem như là một tập hợp các giao thức SPF. 236 • • Chúng xây dựng và duy trì một cơ sở dữ liệu phức tạp về cấu trúc hệ thống mạng. Chúng dựa trên thuật toán Dijkstra. Giao thức đ ị nh tuyến theo trạng thái đ ư ờ ng liên kết phát triển và duy trì đ ầ y đ ủ các thông tin về mọi router trong mạng và cấu trúc kết nối của chúng. Đ i ề u này đ ư ợ c thực hiện nhờ quá trình trao đ ổ i LSAs với các router khác trong m ạ ng. Mỗi router xây dựng cơ sở dữ liệu về cấu trúc hệ thống mạng của mình nhờ các thông tin từ các LSA mà nó nhận đ ư ợ c. Sau đ ó router sử dụng thuật toán SP đ ể tính toán chọn đ ư ờ ng ngắn nhất đ ế n từng mạng đ ích. Kết quả chọn đ ư ờ ng đ ư ợ c đ ư a lên bảng đ ị nh tuyến của router. Trong suốt tiến trình hoạt đ ộ ng, mọi sự thay đ ổ i trong cấu trúc hệ thống mạng như một thành phần mạng bị đ ứ t hay mạng phát triển thêm thành phần mới đ ề u đ ư ợ c phat hiện và đ áp ứ ng theo. Việc trao đ ổ i LSA đ ư ợ c thực hiện khi có một sự kiện xảy ra trong mạng chứ không đ ư ợ c thực hiện theo đ ị nh kìy. Nhờ vậy tốc đ ộ hội tụ nhanh hơn ví không cần chờ h ế t thời gian đ ị nh kỳ các router mới đ ư ợ c hội tụ. 237 Hình 2.1.4 Ví dụ hình 2.1.4: Tùy theo từng giao thức và thông số đ ị nh tuyến tương ứ ng, giao thức đ ị nh tuyến có thể phân biệt đ ư ợ c hai đ ư ờ ng đ ế n cùng một đ ích và sử dụng đ ư ờ ng tốt nhất. Trong hình 2.1.4, trên bảng đ ị nh tuyến có hai đ ư ờ ng đ i từ Router A đ ế n Router D. Hai đ ư ờ ng này có chi phí bằng nhau nên giao thức đ ị nh tuyến ghi nhận cả hai. Có một số giao thức đ ị nh tuyến theo trạng thái đ ư ờ ng liên kết có cách đ ánh giá khả năng hoạt đ ộ ng của hai đ ư ờ ng và chon đ ư ờ ng tốt nhất. Ví dụ, nếu đ ư ờ ng đ i qua Router C gặp trở ngại như bị nghẽn mạch hoặc bị hư hỏng thì giao thức đ ị nh tuyến theo trạng thái đ ư ờ ng liên kết có thể nhận biết đ ư ợ c các thay đ ổ i này và chuyển gói di theo đ ư ờ ng qua Router B. 2.1.5 Ưu và nhược điểm của giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết Sau đ ây là các ư u đ i ể m của giao thức đ ị nh tuyến theo trạng thái đ ư ờ ng liên kết: • • • Sử dụng chi phí làm thông số đ ị nh tuyến đ ể chọn đ ư ờ ng đ i trong mạng. Thông số chi phí này có thể phản ánh đ ư ợ c dung lượng của đ ư ờ ng truyền. Thực hiện cập nhật khi có sự kiện xảy ra, phát LSAs ra cho mọi router trong hệ thống mạng. Đ i ề u này giúp cho thời gian hội tụ nhanh hơn. Mỗi router có một sơ đ ồ đ ầ y đ ủ và đ ồ ng bộ về toàn bộ cấu trúc hệ thống mạng. Do đ ó chúng rất khó bị lặp vòng. 238 • • • • Router sử dụng thông tin mới nhất đ ể quyết đ ị nh chọn đ ư ờ ng đ i. Cần thiết kế hệ thống mạng một cách cẩn thận đ ể cơ sở dữ liệu về trạng thái các đ ư ờ ng liên kết có thể đ ư ợ c thu nhỏ lại. Nhờ đ ó chúng ta có thể tiết kiệm đ ư ợ c các tính toán Dijkstra và hội tụ nhanh hơn. Mọi router sử dụng sơ đ ồ cấu trúc mạng của riêng nó đ ể chọn đ ư ờ ng. Đ ặ c tính này sẽ giúp chúng ta khi cần xử lý sự cố. Giao thức đ ị nh tuyến theo trạng thái đ ư ờ ng liên kết có hỗ trợ CIDR và VLSM. Sau đ ây là các nhược đ i ể m của giao thức đ ị nh tuyến theo trạng thái đ ư ờ ng liên kết: Chúng đ òi hỏi nhiều dung lượng b ộ nh ớ và năng lực xử lý cao hơn so với giao thức đ ị nh tuyến theo vectơ kho ả ng cách. Do đ ó chúng khá mắc tiền đ ố i với các tổ chức nhỏ, chi phi hạn hẹp và thiết bị cũ. • Chúng đ òi hỏi hệ thống mạng phải đ ư ợ c thiết kề theo mô hình phân cấp, hệ thống mạng đ ư ợ c chia ra thành nhiều cùng nhỏ đ ể làm giảm bớt đ ộ lớn và đ ộ phức tạp của cơ sở dữ liệu về cấu trúc hệ thống mạng. • Chúng đ òi hỏi nhà quản trị mạng phải nắm vững giao thức. • Trong suốt quá trình khởi đ ộ ng, các router thu thập thông tin về cấu trúc hệ thống mạng đ ể xây dựng cơ sở dữ liệu, chúng phát các gói LSA ra trên toàn bộ mạng. Do đ ó tiến trình này có thể làm giảm dung lượng đ ư ờ ng truyền dành cho dữ liệu khác. • 1.1.4. So sánh và phân biệt giữa định tuyến theo vectơ khoảng cách và định tuyến theo trạng thái đường liên kết Trước tiên ta xét giao thức đ ị nh tuyến theo vectơ khoảng cách. Thông tin đ ị nh tuyến mà các router gửi đ i là những thông tin gì và gửi cho ai ? Các router đ ị nh tuyến theo vectơ khoảng cách thực hiện gửi toàn bộ bảng đ ị nh tuyến của mình và chỉ gửi cho các router kết nối trực tiếp với mình. Như chúng ta đ ã biết ,thông tin trên bảng đ ị nh tuyến rất ngắn gọn,chỉ cho biết t ư ơ ng ứ ng với một mạng đ ích là cổng nào của router , router kế tiếp có đ ị a chỉ IP là gì, thông số đ ị nh tuyến của con đ ư ờ ng này là bao nhiêu. Do đ ó, các router đ ị nh tuyến theo vectơ khoảng cách không biết đ ư ợ c đ ư ờ ng đ i một cách cụ thể, không biết về các router trung gian trên đ ư ờ ng đ i và cấu trúc kết nối giữa chúng. Các bạn có thể xem nội dung bảng đ ị nh tuyến trên router bằng lệnh sh ow ip route. Hơn nữa, bảng đ ị nh tuyến là kết quả chọn đ ư ờ ng tốt nhất của mỗi router. Do đ ó, khi 239 chúng trao đ ổ i bảng đ ị nh tuyến với nhau, các router chọn đ ư ờ ng dựa trên kết quả đ ã chọn của router láng giềng. Mỗi router nhìn hệ thống mạng theo sự chi phối của các router láng giềng. Các router đ ị nh tuyến theo vectơ khoảng cách thực hiện cập nhật thông tin đ ị nh tuyến theo đ ị nh kỳ nên tốn nhiều băng thông đ ư ờ ng truyền. Khi có sự thay đ ổ i xảy ra, router nào nhận biết s ự thay đ ổ i đ ầ u tiên sẽ cập nhật bảng đ ị nh tuyến của mình trước rồi chuyển bảng đ ị nh tuyến bảng đ ị nh tuyến cập nhật cho router láng giềng. Router láng giềng nhận đ ư ợ c thông tin mới, cập nhật vào bảng đ ị nh tuyến đ ã đ ư ợ c cập nhật cho các router láng giềng kế tiếp. Quá trình cập nhật cứ lần lượt như vậy ra toàn bộ hệ thống. Do đ ó thời gian bị hội tụ chậm. Bây giờ ta xét đ ế n giao thức đ ị nh tuyến theo trạng thái đ ư ờ ng liên kết. Thông tin đ ị nh tuyến mà các router gửi đ i là gì và gửi cho ai? Khi bắt đ ầ u hoạt đ ộ ng, mỗi router sẽ gửi thông tin cho biết nó có bao nhiếu kết nối và trạng thái của mỗi đ ư ờ ng kết nối như thế nào, và nó gửi cho mọi router khác trong mạng bằng đ ị a chỉ multicast. Do đ ó mỗi router đ ề u nhận đ ư ợ c từ tất cả các router khác thông tin về các kết nối của chúng. Kết quả là mỗi router sẽ có đ ầ y đ ủ thông tin đ ể xây dựng một cơ sở dữ liệu về trạng thái các đ ư ờ ng liên kết, hay còn gọi là cơ sở dữ liệu về cấu trúc mạng. Như vậy, mỗi router đ ề u có một cái nhìn đ ầ y đ ủ và cụ thể về cấu trúc của hệ thống mạng. Từ đ ó, mỗi router tự tính toán đ ể chọn đ ư ờ ng đ i tốt nhất đ ế n từng mạng đ ích. Khi các router đ ị nh tuyến theo trạng thái đ ư ờ ng liên kết đ ã hội tụ xong, không thực hiện cập nhật đ ị nh kỳ. Chỉ khi nào có sự thay đ ổ i thì thông tin về sự thay đ ổ i đ ó đ ư ợ c truyền đ i cho tất cả các router trong mạng. Do đ ó thời gian hội tụ nhanh và ít tốn băng thông. Ta thấy ư u đ i ể m nổi trội của đ ị nh tuyến theo trạng thái đ ư ờ ng liên kết so với đ ị nh tuyến theo vectơ khoảng cách là thời gian hội tụ nhanh hơn và tiết kiệm băng thông đ ư ờ ng truyền hơn. Giao thức đ ị nh tuyến theo trạng thái đ ư ờ ng liên kết có hỗ trợ CIDR và VLSM. Do đ ó, chúng là một lựa chọn tốt cho mạng lớn và phức tạp. Thực chất giao thức đ ị nh tuyến theo trạng thái đ ư ờ ng liên kết thực hiện đ ị nh tuyến tốt hơn so với giao thức đ ị nh tuyến theo vectơ khoảng cách ở mọi kích cỡ mạng. Tuy nhiên, giao thức đ ị nh tuyến theo trạng thái đ ư ờ ng liên kết không đ ư ợ c triển khai ở mọi hệ thống mạng vì chúng đ òi hỏi dung lượng bộ . đư ờ ng mặc đ ị nh vào OSPF. Sử dụng các lệnh show đ ể kiểm tra hoạt đ ộ ng của OSPF. Cấu hình tiến trình đ ị nh tuyến OSPF. Đ ị nh nghĩa các thuật ngữ quan trọng của OSPF. Mô tả. thái đ ư ờ ng liên kết sử dụng các thành phần sau đ ây như thế nào: LSAs. Cơ sở dữ liệu về cấu trúc hệ thống mạng. Thuật toán SPF Cây SPF Bảng đ ị nh tuyến với đ ư ờ ng đ i và cổng. trong mạng và cấu trúc kết nối của chúng. Đ i ề u này đ ư ợ c thực hiện nhờ quá trình trao đ ổ i LSAs với các router khác trong m ạ ng. Mỗi router xây dựng cơ sở dữ liệu về cấu trúc hệ thống