các giao thức định tuyến dựa trên cơ sở của cây khung nhỏ nhất để định tuyến multicast
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG - - Báo cáo Môn: Giao thức định tuyến Đề tài: Thiết kế giao thức định tuyến dựa sở khung nhỏ để định tuyến multicast Giảng viên hướng dẫn: TS Trương Diệu Linh Sinh viên thực hiện: Lưu Thanh Tùng Nguyễn Bảo Khánh Thân Văn Hải Mai Văn Minh Phạm Việt Anh Hà Nội – 2014 MSSV 20102475 20101704 20101486 20101883 20101112 Mục lục I Giới thiệu multicast, giải thuật tìm đường ngắn Giới thiệu multicast Địa multicast đời nhằm để giải vấn đề nguồn muốn gửi gói tin cho số đích khác mà kiểu truyền thông unicast broadcast không hoàn toàn đặt hiểu triệt để, ảnh hưởng đến băng thông chung mạng IP multicast dùng để truyền gói tin từ nguồn đến nhiều đích khác mạng LAN hay WAN Những thành viên muốn nhận gói tin phải tham gia vào nhóm Multicast Với địa Multicast địa nguồn cần gửi gói tin đến nhóm, gói tin chuyển đến tất thành viên nhóm a Địa multicast Các router hay switch phải có phương thức để phân biệt gói tin dạng multicast với dạng unicast hay broadcast Điều thông qua việc gán địa IP, cách sử dụng địa lớp D từ 224.0.0.0 đến 239.255.255.255 dành cho multicast Các thiết bị mạng nhanh chóng lọc địa multicast cách đọc bit bên trái địa Bốn bit địa multicast 1110 Vậy làm để router switch kết hợp địa multicast với địa MAC Do khơng có chế hoạt động tương đương chế ARP, dạng giá trị đặc biệt dành riêng cho địa MAC multicast dùng Các địa bắt đầu 0100.5e Phần 28 bit sau địa multicast ánh xạ vào 23 bit thấp địa MAC Hình cho ta thấy chế ánh xạ địa chỉ, có 23 bit cuối địa chép từ địa IP sang địa MAC Tuy nhiên cịn bit địa IP khơng chuyển sang địa MAC, điều làm nảy sinh vấn đề có 32 địa IP khác ánh xạ vào chung địa MAC Do nhập nhằng này, host multicast có vấn đề nhỏ nhận frame địa multicast Một MAC ứng với 32 địa multicast khác nhau, nhận gói tin nhóm khác khơng phải nhóm Khơng gian địa multicast : • • • • Tồn khơng gian địa multicast : 224.0.0.0 – 239.255.255.255 Địa link-local : 224.0.0.0 – 224.0.0.255 dùng giao thức định tuyến Đây địa nhóm cố định địa định nghĩa trước Một số địa bao gồm : - 224.0.0.1 : tất host - 224.0.0.2 : tất router - 224.0.0.5 : tất OSPF router Dải địa dành cho quản trị : 239.0.0.0.0 – 239.255.255.255 dùng vùng multicast riêng Địa toàn cục : 224.0.1.0 – 238.255.255.255 dùng đối tượng b Cây phân phối multicast Để phân phối liệu multicast tới tất máy nhận, phân phối multicast sử dụng, có tác dụng điều khiển đường liệu truyền mạng Có loại phân phối : • Cây nguồn : với gốc nguồn liệu multicast nhánh dẫn tới đầu cuối nhận liệu mạng Do sử dụng đường ngắn nên gọi đường ngắn (Shortest Path Tree – SPT) • Cây chia sẻ : sử dụng chung gốc điểm chọn mạng Gốc gọi điểm hẹn (Rendezvous Point – RP) Khi sử dụng chia sẻ, nguồn phải gửi lưu lượng tới gốc sau lưu lượng chuyển nhánh đến đầu cuối nhận liệu Giải thuật tìm đường ngắn a Bài toán Cho đồ thị G(V,E) : với V tập đỉnh đồ thị, E tập cạnh đồ thị Kí hiệu c(u,v) độ dài cạnh nối đỉnh u v Cho s,t đỉnh đồ thị Bài tốn đặt tìm đường ngắn từ đỉnh s đến đỉnh t b Ý tưởng để giải tốn • Dị tìm cách thử qua đỉnh trung gian • Nếu phát đường qua đỉnh trung gian ngắn đường • cập nhật đường đồng thời chỉnh sửa lại thông số liên quan Thường sử dụng mảng để lưu trữ : - D(v) : độ dài đường ngắn từ đỉnh s đến đỉnh v - T(v) : đỉnh nằm trước v đường ngắn từ s đến v c Thuật tốn Dijkstra • Khởi tạo • For (all v V) Begin D[v] := c[s,v]; T[v] := s; End; T = V – {s}; // Tập đánh dấu đỉnh chọn Vòng lặp While T Begin Tìm đỉnh u T thỏa mãn D[u] nhỏ T=T-{u}; For all v lân cận u v T if D[v] > D[u] + c[u,v] then Begin D[v]:=D[u] + c[u,v]; T[v]:=u; End; End; d Các kiểu giải thuật tìm đường Định tuyến Distance Vector • Phương pháp định số, gọi chi phí (hay trọng số), • • • • cho liên kết node mạng Các node gửi thông tin từ điểm A đến điểm B qua đường mang lại tổng chi phí thấp (là tổng chi phí kết nối node dùng) Khi node khởi động lần đầu, biết node kề trực tiếp với chi phí trực tiếp để đến ( danh sách đích, tổng chi phí node, bước để gửi liệu đến tạo nên bảng định tuyến …) Mỗi node tiến trình gửi đến “ hàng xóm” tổng chi phí để đến đích mà biết Các node “ hàng xóm” phân tích so sánh với thơng tin mà chúng biết Bất kì điều cải thiện thơng tin chúng có đưa vào bảng định tuyến chúng Đến kết thúc, node mạng tìm bước truyền tối ưu đến tất đích tổng chi phí thấp Định tuyến Link – State • Giao thức định tuyến Link State thu thập thông tin đường từ tất • • • • • II Router khác hệ thồng mạng Khi tất thông tin thu thập đầy đủ Router tự tính tốn để chọn đường tốt cho đến mạng đích hệ thống Mỗi Router mạng có chung sở liệu trạng thái mạng Sử dụng thơng tin gói tin Hello LSA nhận từ Router hàng xóm để xây dựng sở liệu cấu trúc hệ thống mạng Sử dụng thuật toán Dijkstra để tìm đường ngắn đến mạng Lưu kết chọn đường bảng định tuyến Định tuyến multicast IGMP Làm để router biết máy cần nhận gói tin multicast? Để thực việc này, nguồn gửi máy nhận phải gia nhập vào nhóm multicast Nhóm xác định thơng qua địa multicast, host tham gia vào nhóm multicast cách gửi yêu cầu đến router gần Tác vụ thực thông qua giao thức IGMP (Internet Group Management Protocol) a IGMPv1 Khuôn dạng thông điệp : • • • • Version : Xác định phiên IGMP Type : Loại thông điệp, IGMPv1 có loại thơng điệp sử dụng host router : - Membership Report : thông điệp đăng ký tham gia vào nhóm multicast gửi từ host đến router - Membership Query : thông điệp truy vấn gửi từ router đến host để kiểm tra xem host có muốn nhận multicast traffic hay không Checksum : dùng để kiểm tra lỗi Group Address : chứa địa nhóm multicast thơng điệp Membership Report gửi, dùng thông điệp Membership Query IGMP sử dụng mơ hình truy vấn – trả lời (Query – Response) cho phép router multicast xác định nhóm multicast hoạt động (có tham gia vào nhóm multicast) nhánh mạng Trong mơ hình này, host H1, H2 đăng ký vào nhóm multicast 224.1.1.1, host H3 đăng ký vào nhóm multicast 224.2.2.2 Router A gửi thông điệp Membership Query đến tất host nhánh mạng Router B lắng nghe ghi nhận việc trả lời từ host • • • • • Router A gửi thông điệp Membership Query đến tất host nhánh mạng Tất router nhận thông điệp này, host đăng ký vào nhóm multicast phải trả lời lại thông điệp Membership Report, thông báo cho router biết nhánh mạng có host muốn nhận gói tin từ nhóm 224.1.1.1 Host H1 lắng nghe đến nhóm 224.1.1.1, biết H2 gửi thơng điệp Membership Report đến router, hủy thông điệp Cơ chế (Report Suppression) làm giảm lưu lượng nhánh mạng Host H3 nhận thông điệp trả lời lại nhóm mà đăng ký 224.2.2.2 Kết trình Query-Respone Router A biết máy muốn nhận gói tin từ nhóm 224.1.1.1 224.2.2.2 nhánh mạng Ngồi Router B lắng nghe toàn trình biết thơng tin router A b IGMPv2 Giao thức IGMP v2 mở rộng chức IGMP v1 bao gồm: - Một phương thức để xác định router gửi thơng điệp truy vấn - multicast có nhiều router kết nối vào mạng Một thông điệp sử dụng host muốn rời nhóm Một thông điệp cho phép router truy vấn cho nhóm cụ thể thay tất nhóm Khn dạng thơng điệp • Type : IGMPv2 có loại thông điệp sử dụng : - Membership Query : thông điệp truy vấn gửi từ router đến host để kiểm tra xem host có muốn nhận multicast traffic hay không - IGMPv1 Membership Report : thơng điệp đăng ký tham gia vào nhóm multicast gửi từ host đến router - IGMPv2 Membership Report - Leave Group : thông điệp host muốn rời khỏi nhóm multicast • • • Maximum Response Time : Chỉ dùng thơng điệp Membership Query, định thời gian tối đa mà host chờ để trả lời thông điệp truy vấn Giá trị mặc định 100 (10 giây) Checksum : trường dùng để kiểm tra lỗi Group Address: thông điệp General Query gửi đi, trường gán giá trị để phân biệt với thông điệp Group – Specific Query Khi thông điệp Membership Report Leave Group gửi trường chứa giá trị nhóm multicast Q trình rời nhóm (Leave Group) • • • • Trong mơ hình trên, host H2 thành viên nhóm 224.1.1.1, host H2 muốn rời khỏi nhóm H2 gửi thơng điệp Leave Group đến địa all-router (224.0.0.2) thông báo cho tất router nhánh mạng biết muốn rời khỏi nhóm Router A lắng nghe thông điệp Leave Group từ host H2 Router A gửi thông điệp Group – Specific Query đến nhóm 224.1.1.1 để xác định xem cịn host nhóm khơng Do khơng cịn host nhóm 224.1.1.1 trả lời thơng điệp Group – Specific Query Router A đợi giây, sau lại gửi tiếp thông điệp khác mà không nhận thông điệp trả lời lúc Router A ngừng chuyển gói tin multicast đến nhánh mạng Giải thuật định tuyến multicast Cây đường ngắn (Shortest Path Fisrt Tree) Cây ngắn từ nguồn có gốc nguồn đường ngắn đến tất đỉnh lại Hình mơ tả đường ngắn đến router khác với gốc router R1 Xây dựng SPF tree • Router R1 gửi gói tin Hello đến tất cổng có kết nối để biết thơng tin tất hàng xóm 10 • Khi router khác nhận gói tin Hello trả lời gói Hello 11 • Sau có thơng tin hàng xóm mình, Router R1 xây dựng gói tin Link-State (LS) chứa thơng tin hàng xóm xong gửi gói tin đến toàn Router mạng để Router khác biết 12 • Lúc này, tất Router biết hết cấu trúc mạng, lúc Router dùng giải thuật Dijkstra để xây dựng nên đường ngắn 13 14 15 Định tuyến multicast Quy trình hoạt động • Khi router hoạt động gửi gói tin “hello” đến tất router khác để xây dựng đường ngắn riêng Khi có luồng liệu muốn gửi multicast từ nguồn đó, router gửi thơng điệp “request” đến tất router để hỏi xem router có host muốn nhận liệu khơng? Nếu có host muốn nhận (thơng qua giao thức IGMP) router đáp trả thông điệp “request” thông điệp “join” để thơng báo có muốn nhận liệu nhóm multicast Trong trường hợp khơng có host muốn nhận (cũng thơng qua giao thức IGMP) router đáp trả thông điệp “deny” để thông báo khơng muốn nhận liệu Từ router nguồn biết router muốn nhận liệu sau dựa vào đường ngắn để xây dựng bảng định tuyến cho nhóm multicast • • • • Định dạng gói tin Version 15 16 Type 31 Packet Length Source Router ID Destination Router ID Group Address Checksum Data Data • • • • Version (1 byte) : chứa phiên giao thức Type (1 byte) : dạng thông điệp - Giá trị : “Hello” - Giá trị : “LS” - Giá trị : “Request” - Giá trị : “Join” - Giá trị : “Deny” Packet Length (2 byte) : kích thước gói tin Source Router ID (4 byte) : địa router ID nguồn (Router ID địa IP cao cổng hoạt động router) 16 • • • Destination Router ID (4 byte) : địa router ID đích Group Address (4 byte) : chứa địa IP nhóm multicast Checksum (4 byte) : mã kiểm tra lỗi Một số hình ảnh mơ q trình • Cấu trúc mạng có nhóm : - Nhóm 224.1.1.1 : PC1, PC2 - Nhóm 224.2.2.2 : PC2, PC3 17 • Cây multicast cho nhóm 224.1.1.1 18 • Cây multicast cho nhóm 224.2.2.2 Bảng định tuyến multicast Router R1 Group Address 224.1.1.1 Routing R1 to R2 R1 to R2 to R5 224.2.2.2 R1 to R2 R1 to R3 to R4 19 ... Sử dụng thuật tốn Dijkstra để tìm đường ngắn đến mạng Lưu kết chọn đường bảng định tuyến Định tuyến multicast IGMP Làm để router biết máy cần nhận gói tin multicast? Để thực việc này, nguồn gửi... tin chúng có đưa vào bảng định tuyến chúng Đến kết thúc, node mạng tìm bước truyền tối ưu đến tất đích tổng chi phí thấp Định tuyến Link – State • Giao thức định tuyến Link State thu thập thơng... IP, cách sử dụng địa lớp D từ 224.0.0.0 đến 239.255.255.255 dành cho multicast Các thiết bị mạng nhanh chóng lọc địa multicast cách đọc bit bên trái địa Bốn bit địa multicast 1110 Vậy làm để router