nghiên cứu về Chuyển mạch IP

Chuyển mạch IP và ứng dụng, Chuyển mạch IP, Ứng dụng của chuyển mạch IP

MỤC LỤC

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 1

LỜI NÓI ĐẦU 4

PHẦN I TỔNG QUAN VỀ CHUYỂN MẠCH IP 5

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 6

1.1 Định tuyến trong chuyển mạch gói truyền thống 6

1.2 ATM & IP 8

1.3 IP over ATM 10

CHƯƠNG 2 ĐÁNH ĐỊA CHỈ VÀ ĐỊNH TUYẾN IP 13

2.1 Mô hình chồng giao thức TCP/IP 13

2.2 Đánh địa chỉ IP 14

2.3 Định tuyến IP 16

2.4 Các giao thức định tuyến trong IP 18

2.4.1 Định tuyến theo vectơ khoảng cách 20

2.4.2 Định tuyến trạng thái đường 22

2.4.3 RIP (Routing Information Protocol) 24

2.4.4 OSPF (Open Shortest Path First) 30

2.4.5 BGP (Border Gateway Protocol) 37

PHẦN II CHUYỂN MẠCH IP VÀ ỨNG DỤNG 39

CHƯƠNG 3 CHUYỂN MẠCH IP 41

3.1 Định nghĩa và các thuật ngữ 41

3.1.1 Chuyển mạch IP 41

3.1.2 Đầu vào và đầu ra của chuyển mạch IP 43

3.1.3 Đường tắt 44

3.2 Các mô hình địa chỉ của chuyển mạch IP 46

3.2.1 Địa chỉ riêng 46

3.2.2 Ánh xạ địa chỉ IP sang VC 47

3.3 Các mô hình chuyển mạch IP 47

3.3.1 Mô hình xếp chồng 47

3.3.2 Mô hình đồng cấp 49

3.4 Các kiểu chuyển mạch IP 50

3.4.1 Giải pháp chuyển mạch theo luồng 51

3.4.2 Giải pháp chuyển mạch theo cấu hình 52

3.5 Một số giải pháp trong chuyển mạch IP 55

CHƯƠNG 4 CHUYỂN MẠCH THẺ CỦA CISCO 58

4.1 Giới thiệu chuyển mạch thẻ 58

4.2 Kiến trúc của chuyển mạch thẻ 59

4.3 Các thành phần 61

4.4 Các phương pháp cấp phát thẻ 64

4.4.1 Phương pháp downstream 64

4.4.2 Phương pháp downstream on demand 65

4.4.3 Phương pháp upstream 66

4.5 Giao thức phân phối thẻ 66

4.5.1 Chức năng của TDP 67

4.5.2 Các kiểu đơn vị giao thức TDP 68

CHƯƠNG 5 ỨNG DỤNG CỦA CHUYỂN MẠCH IP 71

5.1 Chuyển mạch IP hỗ trợ lưu lượng đa hướng 71

5.1.1 IFMP hỗ trợ lưu lượng đa hướng 71

5.1.2 CSR và Multicast 72

5.1.3 Hỗ trợ đa hướng trong chuyển mạch thẻ 72

5.1.4 ARIS và dịch vụ đa hướng 73

5.2 Mạng chuyển mạch IP 73

5.2.1 Chuyển mạch IP của hãng Ipsilon 74

5.2.2 Mạng CSR 75

3.2.3 Mạng chuyển mạch thẻ 77

5.2.4 Mạng ARIS 78

KÉT LUẬN 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

Asynchronous tranfer mode Broadband-ISDN protocol reference model Border gateway protocol

Contant bit rate Cell delay variation Classical IP over ATM Class of service

Common path convergence sublayer Customer prime equipment

Cycle redundantce code Convergence sublayer Compressed SLIP Cell switch router External gateway protocol Enhanced interior gateway routing protocol Explicit route

Flow attribute notification protocol Fibler distributed data interconnect Forwarding equivalen class

Forwarding information base General flow control

General flow management protocol Internet control management protocol Identifier

Interdomain routing protocol Internet enginering task force Ipsilon flow management protocol

IP control point Intergrated service digital network Internet service provider

Intergrated switch router Local area network LAN emulation Long-fast network Logical link control/subnetwork access protocol Link state advertiseent

Link state packet Multicast address resolution server Maximum burst sequence

Minimum cell rate Multiprotocol over ATM Next hop resolution protocol Network-network interface

On demand routing Open shortdest path first Protection against wapped sequence Peak cell rate

Protocol data unit Physical medium dependent Private NNI

Point-to-point protocol Permanent virtual circuit Reverse ARP

Request for recommend Routing information protocol Resource reservation protocol Retransmission timeout Round trip time

Service access point

Serial line IP Server processing time Specific service CS Switched virtual circuit Transmission convergence Transmission control protocol Tag distribution protocol Time domain multiplexing Tag edge router

Tag information base TCP extention for transactions Type of service

Tag switch router Time to live Unspecified bit rate User data protocol User network protocol Usage parameter control Variable bit rate

Virtual circuit connection Virtual circuit identifier Variable length subnet mask Virtual path connection Virtual path identifier Virtual private network Wide area netword

LỜI NÓI ĐẦU

Trước sự phát triển của các giao thức Internet khởi đầu từ những năm của thập niên 70 và tiếp tuc phát triển vào những năm sau đó Ngày nay, mạng

IP đã thực sự bùng nổ cả về khối lượng lưu lượng cũng như các yêu cầu về chất lượng dịch vụ như: tốc độ truyền dẫn, băng thông, truyền dẫn đa phương tiện,… Nhưng mạng IP hiện nay vẫn chưa thực sự đáp ứng được các yêu cầu

về truyền dẫn lưu lượng, do đó, cần phải có một giải pháp công nghệ mới đưa vào để khắc phục những nhược điểm của mạng đang tồn tại

Công nghệ chuyển mạch IP ra đời và được xem là một giải pháp tốt để giải quyết những yêu cầu trên Chuyển mạch IP là sự kết hợp hài hòa của các giao thức điều khiển mềm dẻo với phần cứng chuyển mạch ATM Chuyển mạch IP đã khắc phục được nhược điểm về tốc độ xử lý chậm của các bộ định tuyến và tính phức tạp của các giao thức báo hiệu trong chuyển mạch ATM Chuyển mạch IP đang là điểm tập trung nghiên cứu của các hãng viễn thông nổi tiếng trên thế giới như: Ipsilon, Toshiba, IBM, Cisco,

Với mục đích gắn quá trình học tập và nghiên cứu để tìm hiểu một công nghệ mới tiên tiến trên cơ sở những kiến thức đã học và nghiên cứu những tài liệu mới Em đã dành thời gian làm đồ án tốt nghiệp của mình để nghiên cứu về

“Chuyển mạch IP” Đồ án của em gồm hai phần với nội dung chính như sau:

án không tránh khỏi thiếu sót, em rất mong có được những đóng góp quý báu của thầy cô và toàn thể các bạn

Em xin chân thành cảm ơn ThS Nguyễn Thị Thanh Kỳ người đã trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo để em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp này Em cũng xin cảm ơn các thầy cô trong học viện và các bạn đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình học tập và nghiên cứu ở Học viện Em xin chân thành cảm ơn

Sinh viên

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 nh tuy n trong chuy n m ch gói truy n th ng

Để chuyển các gói tin từ mạng này đến mạng khác một cách nhanh chóng và chính xác, các gói tin cần phải được định tuyến, những thiết bị để định tuyến các gói tin ban đầu được gọi là Gateway (đóng vai trò là một cổng giao tiếp từ mạng này tới mạng khác) và và sau đó router ra đời để kết nối giữa các mạng vật lý khác nhau tạo thành một liên mạng hợp nhất rộng lớn hơn Các gói thông tin riêng biệt bao gồm một nhãn mạng đích mà router thực hiện tương hợp nhãn với một trong nhiều thực thể của bảng mạng đích mà nó biết trước Khi tìm thấy một sự tương hợp, router có thể định hướng gói tin tới giao diện tương ứng và chờ đến khi gói tín khác đến Quá trình tương quan đơn giản này được thực hiện đối với mỗi gói riêng biệt đến router Thậm chí nếu có một số lượng lớn gói tin có cùng một đích đến chung, thì router sẽ vẫn

xử lý mỗi gói tin theo cách riêng

Chú ý thế hệ router đầu tiên được giới thiệu trong hình 1.1:

Hình 1.1: Router thế hệ đầu tiên

Nó bao gồm một bộ xử lý trung tâm và nhiều card giao tiếp, tất cả được nối với nhau bằng một đường bus chung Bộ xử lý rất tin cậy cho chạy giao thức định tuyến và duy trì một bảng hướng đi của router bước nhảy tiếp theo

mà gói được gửi đến Các gói đi vào router qua bus và đi vào bộ xử lý nơi sẽ tra cứu bảng định tuyến chuẩn và thực hiện xác định bước nhẩy tiếp theo Gói sau đó được đi vào bus chung đến giao diện đầu ra tương ứng Hiệu năng của

hệ thống này phụ thuộc vào tốc độ bus và khả năng xử lý của bộ xử lý trung tâm Và mỗi gói được yêu cầu đi trên bus hai lần

Trước sự phát triển không ngừng của Internet Ngày càng có nhiều người hơn sẽ đăng nhập vào mạng và khi đó bảng định tuyến sẽ lớn hơn, thời gian tra cứu cũng sẽ lâu hơn Kết hợp với sự tăng trưởng trong lưu lượng người dùng, dẫn tới đòi hỏi phải tạo ra những router sử dụng công nghệ cao hơn Nhờ vào sự tăng cường tính toán hướng tới của các gói tin đến các giao diện chuyển tiếp Một phần hoặc toàn bộ bảng định tuyến có thể được lưu trong bộ nhớ của bộ chuyển tiếp đầu vào Điều này cho phép bộ chuyển tiếp đầu vào thực hiện tính toán hướng đi và định hướng các gói trên đường bus tương ứng với bộ chuyển tiếp đầu ra mà không cần sự can thiệp của bộ xử lý trung tâm

Hiệu năng của mô hình này vẫn sẽ bị giới hạn bởi tốc độ bus và thời gian yêu cầu để sắp xếp trên một bảng định tuyến lớn trong suốt thời gian tra cứu Một công nghệ cải thiện router khác là thay thế bus bằng một switch Vì toàn bộ cổng đầu vào và ra được kết nối với nhau bằng một kết cấu chuyển mạch không nghẽn Mô hình này được giới thiệu trong hình 1.2

Hình 1.2: Kiến trúc của Router có các đường bus dùng switch

Bằng cách cải thiện thiết kế bên trong và hiệu quả hơn sẽ thay thế yêu cầu xử lý mỗi gói đối với bản thân router điều này sẽ đặc biệt hữu dụng trước tính chất bùng nổ tự nhiên không đoán trước của lưu lượng IP do các gói tin được phục vụ theo cơ chế hàng đợi first-in first-out (FIFO) có chi phí cao, độ lợi về thông lượng nhỏ và hiệu năng thì lại không đạt được độ tin cây cao

1.2 ATM & IP

a/ IP – Internet Protocol

IP là giao thức chuyển tiếp gói tin Việc chuyển tiếp gói tin thực hiện theo cơ chế phi kết nối IP định nghĩa cơ cấu đánh số, cơ cấu chuyển tin, cơ cấu định tuyến và các chức năng điều khiển ở mức thấp (ICMP) Gói tin IP gồm địa chỉ của bên nhận, địa chỉ là số duy nhất trong toàn mạng và mang đầy

đủ thông tin cần cho việc chuyển gói tới đích

Cơ cấu định tuyến có nhiệm vụ tính toán đường đi tới các nút trong mạng Do vậy, cơ cấu định tuyến phải được cập nhật các thông tin về topo mạng, thông tin về nguyên tắc chuyển tin (như trong BGP) và nó phải có khả năng hoạt động trong môi trường mạng gồm nhiều nút Kết quản tính toán của

cơ cấu định tuyến được lưu trong các bảng chuyển tin (forwarding table) chứa thông tin về chặng tiếp theo để có thể gửi gói tin tới hướng đích

Dựa trên các bản chuyển tin, cơ cấu chuyển tin chuyển mạch các gói IP hướng tới đích Phương thức chuyển tin truyền thống là theo từng chặng một

Ở cách này, mỗi nút mạng tính toán mạng chuyển tin một cách độc lập Phương thức này, do vậy, yêu cầu kết quả tính toán của phần định tuyến tại tất

cả các nút phải nhất quán với nhau Sự không thống nhất của kết quả sẽ dẫn đến việc chuyển gói tin sai hướng, điều này đồng nghĩa với việc mất gói tin

Kiểu chuyển tin theo từng chặng hạn chế khả năng của mạng Tuy nhiên, bên cạnh đó, phương thức định tuyến và chuyển tin này nâng cao độ tin cậy cũng như khả năng mở rộng của mạng Giao thức định tuyến động cho phép mạng phản ứng lại với sự cố bằng việc thay đổi tuyến khi router biết được sự thay đổi về topo mạng thông qua việc cập nhật thông tin về trạng thái kết nối Với các phương thức như CDIR (Classless Inter Domain Routing), kích thước của bản tin được duy trì ở mức chấp nhận được, và do việc tính toán định tuyến đều do các nút tự thực hiện, mạng có thể mở rộng mà không cần bất cứ thay đổi nào

Tóm lại, IP là một giao thức chuyển mạch gói có độ tin cậy và khả năng

mở rộng cao Tuy nhiên, việc điều khiển lưu lượng rất khó thực hiện do phương

thức định tuyến theo từng chặng Mặt khác, IP cũng không hỗ trợ chất lượng dịch vụ

b/ ATM – Asynchronous Tranfer Mode

Công nghệ ATM dựa trên cơ sở của phương pháp chuyển mạch gói, thông tin được nhóm vào các gói tin có chiều dài cố định, ngắn; trong đó vị trí của gói không phụ thuộc vào đồng hồ đồng bộ và dựa trên nhu cầu bất kỳ của kênh cho trước Các chuyển mạch ATM cho phép hoạt động với nhiều tốc độ và dịch vụ khác nhau

ATM có hai đặc điểm quan trọng :

- Thứ nhất, ATM sử dụng các gói có kích thước nhỏ và cố định gọi là các tế bào ATM , các tế bào nhỏ với tốc độ truyền lớn sẽ làm cho trễ truyền và biến động trễ giảm đủ nhỏ đối với các dịch vụ thời gian thực, cũng sẽ tạo điều kiện cho việc hợp kênh ở tốc độ cao được dễ dàng hơn

- Thứ hai, ATM có khả năng nhóm một vài kênh ảo thành một đường

ảo nhằm giúp cho việc định tuyến được dễ dàng

ATM khác với định tuyến IP ở một số điểm Nó là công nghệ chuyển mạch hướng kết nối Kết nối từ điểm đầu đến điểm cuối phải được thiết lập trước khi thông tin được gửi đi ATM yêu cầu kết nối phải được thiết lập bằng nhân công hoặc thiết lập một cách tự động thông qua báo hiệu Mặt khác, ATM không thực hiện định tuyến tại các nút trung gian Tuyến kết nối xuyên suốt được xác định trước khi trao đổi dữ liệu và được giữ cố định trong suốt thời gian kết nối Trong quá trình thiết lập kết nối, các tổng đài ATM trung gian cung cấp cho kết nối một nhãn Việc này thực hiện hai điều: dành cho kết nối một số tài nguyên và xây dựng bảng chuyển tế bào tại mỗi tổng đài Bảng chuyển tế bào này có tính cục bộ và chỉ chứa thông tin về các kết nối đang hoạt động đi qua tổng đài Điều này khác với thông tin về toàn mạng chứa trong bảng chuyển tin của router dùng IP

Quá trình chuyển tế bào qua tổng đài ATM cũng tương tự như việc chuyển gói tin qua router Tuy nhiên, ATM có thể chuyển mạch nhanh hơn vì nhãn gắn trên cell có kích thước cố định (nhỏ hơn của IP), kích thước bảng

chuyển tin nhỏ hơn nhiều so với của IP router, và việc này được thực hiện trên các thiết bị phần cứng chuyên dụng Do vậy, thông lượng của tổng đài ATM thường lớn hơn thông lượng của IP router truyền thống

- Do phương thức định tuyến theo từng chặng nên điều khiển lưu lượng rất khó thực hiện

- Sử dụng gói tin có chiều dài cố định 53 byte gọi là

tế bào (cell)

- Nguyên tắc định tuyến : chuyển đổi VPI/VCI -Nền tảng phần cứng tốc độ cao

Ưu điểm - Đơn giản, hiệu quả

- Tốc độ chuyển mạch cao, mềm dẻo, hỗ trợ QoS theo yêu cầu

Nhược

điểm - Không hỗ trợ QoS

- Giá thành cao, không mềm dẻo trong hỗ trợ những ứng dụng IP, VoA

IP over ATM truyền thống là một loại kỹ thuật kiểu xếp chồng, nó xếp

IP (kỹ thuật lớp 3) lên ATM (kỹ thuật lớp 2); giao thức của hai tầng hoàn toàn độc lập với nhau; giữa chúng phải nhờ một loạt giao thức (như NHRP, ARP,…) nữa mới đảm bảo nối thông Điều đó hiện nay trên thực tế đã được

ứng dụng rộng rãi Nhưng trong tình trạng mạng lưới được mở rộng nhanh chóng, cách xếp chồng đó cũng gây ra nhiều vần đề cần xem xét lại

Trước hết, vấn đề nổi bật nhất là trong phương thức chồng xếp, phải thiết lập các liên kết PVC tại N điểm nút, tức là cần thiết lập mạng liên kết Như thế có thể sẽ gây nên vấn đề bình phương N, rất phiền phức, tức là khi thiết lập, bảo dưỡng, gỡ bỏ sự liên kết giữa các điểm nút, số việc phải làm (như số VC, lượng tin điều khiển) đều có cấp số nhân bình phương của N điểm nút Khi mà mạng lưới ngày càng rộng lớn, chi phối kiểu đó sẽ làm cho mạng lưới quá tải

Thứ hai là phương thức xếp chồng sẽ phân cắt cả mạng lưới IP over ATM ra làm nhiều mạng logic nhỏ (LIS), các LIS trên thực tế đều là ở trong một mạng vật lý Giữa các LIS dùng bộ định tuyến trung gian để liên kết, điều này sẽ có ảnh hưởng đến việc truyền nhóm gói tin giữa các LIS khác nhau Mặt khác, khi lưu lượng rất lớn, những bộ định tuyến này sẽ gây hiện tượng nghẽn cổ chai đối với băng rộng

Hai điểm nêu trên đều làm cho IP over ATM chỉ có thể dùng thích hợp cho mạng tương đối nhỏ, như mạng xí nghiệp,… nhưng không thể đáp ứng được nhu cầu của mạng đường trục Internet trong tương lai Trên thực tế, hai

kỹ thuật này đang tồn tại vấn đề yếu kém về khả năng mở rộng thêm

Thứ ba là trong phương thức chồng xếp, IP over ATM vẫn không có cách nào đảm bảo QoS thực sự

Thứ tư, vốn khi thiết kế hai loại kỹ thuật IP và ATM đều làm riêng lẻ, không xét gì đến kỹ thuật kia, điều này làm cho sự nối thông giữa hai bên phải dựa vào một loạt giao thức phức tạp, cùng với các bộ phục vụ xử lý các giao thức này Cách làm như thế có thể gây ảnh hường không tốt đối với độ tin cậy của mạng đường trục

Các kỹ thuật MPOA (Multiprotocol over ATM – đa giao thức trên ATM) LANE (LAN Emulation – Mô phỏng LAN)… cũng chính là kết quả nghiên cứu để giải quyết các vấn đề đó, nhưng các giải thuật này đều chỉ giải quyết được một phần các tồn tại, như vấn đề QoS chẳng hạn Phương thức mà các kỹ thuật này dùng vẫn là phương thức chồng xếp, khả năng mở rộng vẫn không đủ Hiện nay đã xuất hiện một loại kỹ thuật IP over ATM không dùng

phương thức xếp chồng, mà dùng phương thức chuyển mạch nhãn, áp dụng phương thức tích hợp Kỹ thuật này chính là cơ sở của MPLS

CHƯƠNG 2

ĐÁNH ĐỊA CHỈ VÀ ĐỊNH TUYẾN IP

2.1 Mô hình ch ng giao th c TCP/IP

TCP/IP là một bộ giao thức mở được xây dựng cho mạng Internet mà tiền thân của nó là mạng ARPnet của bộ quốc phòng Mỹ Do đây là một giao thức mở, nên nó cho phép bất kỳ một đầu cuối nào sử dụng bộ giao thức này đều có thể được kết nối vào mạng Internet Chính điều này đã tạo nên sự bùng

nổ của Internet toàn cầu trong thời gian gần đây Trong bộ giao thức này, hai giao thức được sử dụng chủ yếu đó là giao thức truyền tải tin cậy TCP (Transmission Control Protocol) và IP (Internet Procol) Chúng cùng làm việc với nhau để cung cấp phương tiện truyền thông liên mạng

Điểm khác nhau cơ bản của TCP/IP so với OSI đó là tầng liên mạng sử dụng giao thức không kết nối (connectionless) IP, tạo thành hạt nhân hoạt động của mạng Internet Cùng với các giao thức định tuyến như RIP, OSPF, BGP,… tầng liên mạng IP cho phép kết nối một cách mềm dẻo và linh hoạt các loại mạng vật lý khác nhau như: Ethernet, Token Ring, X25…

TCP/IP có kiến trúc phân lớp, gồm 4 lớp chức năng sau:

1) Lớp liên kết dữ liệu (DataLink Layer): Định nghĩa các hàm, thủ

tục, phương tiện truyền dẫn đảm bảo sự truyền dẫn an toàn các khung thông tin trên bất kỳ một phương tiện truyền dẫn nào như Ethernet, ATM, token-ring, frame-relay,…

2) Lớp giao thức Internet(Internet Protocol): Chuyển tiếp các gói tin

từ nguồn tới đích Mỗi gói tin chứa địa chỉ đích và IP sử dụng thông tin này để truyền gói tin tới đích của nó

Giao thức IP được chạy trên tất cả các máy chủ (Host) cũng như trong tất cả các thiết bị định tuyến (Router) Lớp IP là lớp kết nối phi hướng nghĩa

là mạng không cần thiết lập bất kỳ một đường dẫn nào đến đích trước khi gói tin được truyền qua mạng đến đích do vậy, mỗi gói đến đích với mỗi đường tối ưu khác nhau và IP không đảm bảo thứ tự đến đích của các gói tin Mạng Internet hoạt động trên bất kỳ phương tiện truyền tải nào (nhờ có lớp DataLink) và có thể có rất nhiều ứng dụng trên lớp IP nhưng chỉ có một lớp IP với giao thức IP duy nhất là điểm hội tụ của TCP/IP cho phép nó hoạt động một cách linh hoạt và mềm dẻo trên mạng máy tính cực lớn

Hiện nay có hai phiên bản của IP là IPv4 và IPv6 (IPng) IPv4 là phiên bản đang sử dụng thống nhất hiện nay nhưng do nhu cầu phát triển của mạng và công nghệ truyền thông trong tương lai gần sẽ phải sử dụng phiên bản IPv6

3) Lớp TCP/UDP: Lớp này chạy trên đỉnh của lớp IP và bao gồm hai

giao thức là TCP và UDP TCP là một kiểu phương thức hướng kết nối cho phép cung cấp các dịch vụ tin cậy còn UDP sử dụng phương thức hướng không kết nối cung cấp các dịch vụ kém tin cậy hơn TCP/UDP chỉ được chạy trên hệ thống máy chủ và được sử dụng bởi mọi dịch vụ lớp ứng dụng

4) Lớp ứng dụng (Application Layer): Là giao diện giữa người dùng

và mạng Internet, lớp ứng dụng sử dụng các dịch vụ lớp TCP/IP Các ứng dụng rất đa dạng, phong phú và ngày càng nhiều như Telnet, FTP, HTTP, SMTP,… 2.2 ánh a ch IP

Địa chỉ IP là địa chỉ lớp mạng, được sử dụng để định danh các máy trạm (HOST) trong liên mạng Địa chỉ IP có độ dài 32 bít đối với IPv4 và 128 bít với IPv6 Nó có thể được biểu thị dưới dạng thập phân, bát phân, thập lục phân và nhị phân

Có hai cách cấp phát địa chỉ IP phụ thuộc vào cách thức ta kết nối mạng Nếu mạng của ta kết nối vào mạng Internet, địa chỉ mạng được xác nhận bởi NIC (Network Information Center) Nếu mạng của ta không kết nối với Internet, người quản trị mạng sẽ cấp phát địa chỉ IP cho mạng này

Về cơ bản, khuôn dạng địa chỉ IP gồm hai phần: Network Number và Host Number như hình vẽ:

Trong đó, phần Network Number là địa chỉ mạng còn Host Number là địa chỉ các máy trạm làm việc trong mạng đó

Do việc tăng các WW theo hàm mũ trong những năm gần đây vì số lượng WW mở ra rất nhiều, nên với địa chỉ IP là 32 bít là rất ít do vậy để mở rộng khả năng đánh điạ chỉ cho mạng IP và vì nhu cầu sử dụng có rất nhiều quy mô mạng khác nhau, nên người ta chia các điạ chỉ IP thành 5 lớp ký hiệu

là A, B, C, D và E có cấu trúc như sau:

Lớp A (/8): Được xác định bằng bít đầu tiên trong byte thứ nhất là 0 và

dùng các bít còn lại của byte này để định danh mạng Do đó, nó cho phép định danh tới 126 mạng, với 16 triệu máy trạm trong mỗi mạng

Lớp B (/16): Được xác định bằng hai bít đầu tiên nhận giá trị 10, và sử

dụng byte thứ nhất và thứ hai cho định danh mạng Nó cho phép định danh 16.384 mạng với tối đa 65.535 máy trạm trên mỗi mạng

Lớp C (/24): Được xác định bằng ba bít đầu tiên là 110 và dùng ba

byte đầu để định danh mạng Nó cho phép định danh tới 2.097.150 mạng với tối đa 254 máy trạm trong mỗi máy trạm trong mỗi mạng Do đó, nó được sử dụng trong các mạng có quy mô nhỏ

Lớp D: Được xác định bằng bốn bít đầu tiên là 1110, nó được dùng để

gửi các IP datagram tới một nhóm các host trên một mạng Tất cả các số lớn hơn 233 trong trường đầu là thuộc nhóm D

Lớp E: Được xác định bằng năm bít đầu tiên là 11110, được dự phòng

cho tương lai

Với phương thức đánh địa chỉ IP như trên, số lượng mạng và số máy tối

đa trong mỗi lớp mạng là cố định Do đó, sẽ nảy sinh vấn đề đó là có các địa chỉ không được sử dụng trong mạng của một doanh nghiệp, trong khi một doanh nghiệp khác lại không có địa chỉ mạng để dùng Do đó để tiết kiệm địa chỉ mạng, trong nhiều trường hợp một mạng có thể được chia thành nhiều mạng con (subnet) Khi đó, có thể đưa thêm các vùng subnetid để định danh cho các mạng con Vùng subnetid này được lấy từ vùng hostid của các lớp A, B và C 2.3 nh tuy n IP

Định tuyến trên Internet được thực hiện dựa trên các bảng định tuyến (Routing table) được lưu tại các trạm (Host) hay trên các thiết bị định tuyến (Router) Thông tin trong các bảng định tuyến được cập nhật tự động hoặc do người dùng cập nhật

Các phạm trù dùng trong định tuyến là:

- Tính có thể được (Reachability) dùng cho các giao thức EGP như BGP

- Véc tơ kkoảng cách (Vector-Distance) giữa nguồn và đích dùng cho RIP

- Trạng thái kết nối (Link state) như thông tin về kết nối dùng cho OSPF

Không có giao thức định tuyến nào là toàn diện, tuỳ vào đặc tính, kích thước của mạng để chọn phù hợp Mạng nhỏ đồng nhất nên dùng RIP, đối với các mạng lớn có cấu tạo thích hợp thì OSPF tối ưu hơn

U* Nguyên tắc định tuyến :

Trong hoạt động định tuyến, người ta chia làm hai loại là định tuyến trực tiếp và định tuyến gián tiếp Định tuyến trực tiếp là định tuyến giữa hai

máy tính nối với nhau vào một mạng vật lý Định tuyến gián tiếp là định tuyến giữa hai máy tính ở các mạng vật lý khác nhau nên chúng phải thực hiện thông qua các Gateway

Để kiểm tra xem máy đích có nằm trên cùng một mạng vật lý với máy nguồn không thì người gửi phải tách lấy địa chỉ mạng của máy đích trong phần tiêu đề của gói dữ liệu và so sánh với phần địa chỉ mạng trong phần địa chỉ IP của nó Nếu trùng thì gói tin sẽ được truyền trực tiếp nếu không cần phải xác định một Gateway để truyền các gói tin này thông qua nó để ra mạng ngoài thích hợp

Hoạt động định tuyến bao gồm hai hoạt động cơ bản sau:

- Quản trị cơ sở dữ liệu định tuyến: Bảng định tuyến (bảng thông tin

chọn đường) là nơi lưu thông tin về các đích có thể tới được và cách thức để tới được đích đó Khi phần mềm định tuyến IP tại một trạm hay một cổng truyền nhận được yêu cầu truyền một gói dữ liệu, trước hết nó phải tìm trong bảng định tuyến, để quyết định xem sẽ phải gửi Datagram đến đâu Tuy nhiên, không phải bảng định tuyến của mỗi trạm hay cổng đều chứa tất cả các thông tin về các tuyến đường có thể tới được Một bảng định tuyến bao gồm các cặp (N,G) Trong đó:

+ N là địa chỉ của IP mạng đích

+ G là địa chỉ cổng tiếp theo dọc theo trên đường truyền đến mạng N

Bảng 2.1 minh hoạ bảng định tuyến của một cổng truyền

Đến Host trên mạng Bộ định tuyến Cổng vật lý

mạng vật lý Phần thông tin này được che khuất đi và được gọi là mặc định (default) Khi không tìm thấy các thông tin về địa chỉ đích cần tìm, các gói dữ liệu được gửi tới cổng truyền mặc định

- Thuật toán định tuyến: Được mô tả như sau:

+ Giảm trường TTL của gói tin

+ Nếu TTL=0 thì

• Huỷ gói dữ liệu

• Gửi thông điệp ICMP báo lỗi cho thiết bị gửi

+ Nếu địa chỉ đích là một trong các địa chỉ IP của các kết nối trên mạng thì xử lý gói dữ liệu IP tại chỗ

+ Xác định địa chỉ mạng đích bằng cách nhân (AND) mặt nạ mạng (Network Mask) với địa chỉ IP đích

+ Nếu địa chỉ đích không tìm thấy trong bảng định tuyến thì tìm tiếp trong tuyến đường mặc định, sau khi tìm trong tuyến đường mặc định mà không tìm thấy các thông tin về địa chỉ đích thì huỷ

bỏ gói dữ liệu này và gửi thông điệp ICMP báo lỗi “mạng đích không đến được” cho thiết bị gửi

+ Nếu địa chỉ mạng đích bằng địa chỉ mạng của hệ thống, nghĩa là thiết bị đích đến được kết nối trong cùng mạng với hệ thống, thì tìm địa chỉ mức liên kết tương ứng với bảng tương ứng địa chỉ IP-MAC, nhúng gói IP trong gói dữ liệu mức liên kết và chuyển tiếp gói tin trong mạng

+ Trong trường hợp địa chỉ mạng đích không bằng địa chỉ mạng của hệ thống thì chuyển tiếp gói tin đến thiết bị định tuyến cùng mạng

2.4 Các giao th c nh tuy n trong IP

Các giao thức định tuyến cho phép các router trao đổi thông tin khả năng đạt tới một mạng và thông tin cấu hình với các router khác Tất cả các giao thức định tuyến phải đảm bảo tất cả các router trong một mạng có một cơ

sở dữ liệu chính xác và toàn vẹn về cấu hình mạng Điều này là rất quan trọng

vì bảng chuyển phát ở mỗi router được tính toán dựa trên cơ sở dữ liệu của

thông tin cấu hình mạng này Các bảng chuyển phát chính xác góp phần giúp cho các gói đến được đích của chúng với khả năng cao hơn Bảng chuyển phát không đủ, không chính xác sẽ khiến cho các gói không đến được đích của nó

và tồi hơn có thể gây ra loop vòng quanh mạng trong một khoảng thời gian gây ra lãng phí tài nguyên băng tần và router

Các giao thức định tuyến được phân thành định tuyến giữa các miền (interdomain) và trong một miền (intradomain) Một miền được gọi là một hệ thống tự trị AS (autonomous system), AS là một tập hợp các router được điều khiển và quản lý bởi một thực thể đơn, nó được xác định bởi một số AS đơn Các giao thức trong một miền IGP (interior gateway protocol) được sử dụng giữa các router trong cùng một AS Nhiệm vụ của chúng là phải tính toán con đường rẻ nhất giữa hai máy bất kỳ trong một AS, do đó mang lại hiệu năng tốt nhất Các giao thức giữa các miền EGP (exterior gateway protocol) được sử dụng giữa các router trong các AS khác nhau Nhiệm vụ của nó phải tính toán một đường qua các AS khác nhau Vì các AS được điều khiển bởi các tổ chức khác nhau nên các tiêu chuẩn để lựa chọn một đường qua một AS phụ thuộc vào các chính sách như chi phí, bảo an, khả năng khả dụng, hiệu năng, quan

hệ thương mại giữa các AS…chứ không chỉ đơn thuần là hiệu năng như các giao thức IGP

Một ví dụ của EGP là BGP và các ví dụ của IGP là OSPF và RIP Hình 2.3 dưới đây đưa ra một mạng với 3 AS chạy các giao thức IGP trong một AS

và EGP giữa các AS

R

R

BGP

BGP BGP

- Scalability được chỉ rõ bởi khả năng của giao thức định tuyến để hỗ trợ

một số lượng lớn các router và các mạng trong khi tối thiểu hoá tổng số lưu lượng điều khiển giữa các router (cập nhật cơ sở dữ liệu định tuyến )

và các tài nguyên router cần thiết để tính toán các bảng định tuyến mới

- Tránh loop Khi một giao thức định tuyến tính toán một bảng định tuyến,

nó sẽ cố gắng để tránh các con đường khiến các gói chuyển qua một router hoặc một mạng nhiều hơn một lần Nó rất khó để đạt được điều này trong khoảng thời gian nó truyền bá sự biến đổi về cấu hình đến tất

cả các router trong mạng Mặc dù vậy, đây là một đặc tính quan trọng được hỗ trợ bởi một số giao thức như BGP, EIGRP (enhanced interior gateway routing protocol)

- Hội tụ Khi cấu hình mạng biến đổi (ví dụ như một link bị down hay một

mạng mới được bổ sung…) các giao thức định tuyến phải phân bố thông tin này khắp mạng các router để phản ánh thông tin này, xử lý này được gọi là hội tụ Các router hội tụ trên cấu hình chính xác càng nhanh thì các gói sẽ được phân phát thành công đến đích

- Các chuẩn Các giao thức định tuyến được phát triển bởi IETF được lưu

trữ trong các RFC Nó cho phép các nhà đầu tư khác nhau thực hiện giao thức định tuyến trên nền tảng riêng của họ và thúc đẩy khả năng hợp tác

- Khả năng mở rộng Nó định nghĩa khả năng giao thức định tuyến kết

hợp các chức năng mới mà không thay đổi các hoạt động cơ bản của nó

và có khả năng tương thích ngược trở lại các chức năng cũ Ví dụ như OSPF với các chức năng mới được bổ sung là multicast, định tuyến QoS , hỗ trợ đánh địa chỉ lớp liên kết

- Metric Đây là các tham số hoặc các giao thức được thông báo cùng với

mạng đích và tham gia vào tính toán bảng định tuyến Các tham số này

có thể là số các hop, chi phí tuyến, băng tần, trễ…

- Thuật toán định tuyến Các giao thức định tuyến sử dụng một trong hại

thuật toán định tuyến cơ bản là véc tơ khoảng cách và trạng thái đường 2.4.1 Định tuyến theo vectơ khoảng cách

Định tuyến véc tơ khoảng cách dựa trên quan niệm rằng một router sẽ thông báo cho các router lân cận nó về tất cả các mạng nó biết và khoảng cách

đến mỗi mạng này Một router chạy giao thức định tuyến véc tơ khoảng cách

sẽ thông báo đến các router kế cận được kết nối trực tiếp với nó một hoặc nhiều hơn các véc tơ khoảng cách Một véc tơ khoảng cách bao gồm một bộ (network, cost) với network là mạng đích và cost là một giá trị có liên quan nó biểu diễn số các router hoặc link trong đường dẫn giữa router thông báo và mạng đích Do đó cơ sở dữ liệu định tuyến bao gồm một số các véc tơ khoảng cách hoặc cost đến tất cả các mạng từ router đó

Khi một router thu được bản tin cập nhật véc tơ khoảng cách từ router

kế cận nó thì nó bổ sung giá trị cost của chính nó (thường bằng 1) vào giá trị cost thu được trong bản tin cập nhật Sau đó router so sánh giá trị cost tính được này với thông tin thu được trong bản tin cập nhật trước đó Nếu cost nhỏ hơn thì router cập nhật cơ sở dữ liệu định tuyến với các cost mới, tính toán một bảng định tuyến mới,nó bao gồm các router kế cận vừa thông báo thông tin véc tơ khoảng cách mới như next-hop

Hình 2.4 dưới đây minh hoạ hoạt động của định tuyến véc tơ khoảng cách:

Router C thông báo một véc tơ khoảng cách (net1,1hop) cho mạng đích net1 được nối trực tiếp với nó Router B thu được véc tơ khoảng cách này thực hiện bổ sung cost của nó (1hop) và thông báo nó cho router A (net1,2hop) Nhờ

đó router A biết rằng nó có thể đạt tới net1 với 2 hop và qua router B

Mặc dù định tuyến véc tơ khoảng cách đơn giản nhưng một số vấn đề phổ biến có thể xảy ra Ví dụ liên kết giữa 2 router B và C bị hỏng thì router B

sẽ cố gắng tái định tuyến các gói qua router A vì router A theo một đường nào

đó thông báo cho router B một véc tơ khoảng cách là (net1,4hop) Router B sẽ thu véc tơ khoảng cách này và gửi ngược lại cho router A véc tơ khoảng cách (net1,5hop) Đây là sự cố đếm vô hạn có thể làm cho thời gian cần thiết để hội

tụ kéo dài hơn Giải pháp cho sự cố này được gọi là “trượt ngang” với nguyên tắc: không bao giờ thông báo khả năng đạt tới một đích cho next-hop của nó

Như vậy router A sẽ không bao giờ thông báo véc tơ khoảng cách (net1,4) cho router B vì router B là next-hop của net1

Định tuyến véc tơ khoảng cách dựa trên thuật toán Bellman Ford được thực hiện trong một số các giao thức định tuyến như RIP, IGRP (Interior Gateway Routing Protocol)

2.4.2 Định tuyến trạng thái đường

Định tuyến trạng thái đường làm việc trên quan điểm rằng một router

có thể thông báo với mọi router khác trong mạng trạng thái của các tuyên được kết nối đến nó, cost của các tuyến đó và xác định bất kỳ router kế cận nào được kết nối với các tuyến này Các router chạy một giao thức định tuyến trạng thái đường sẽ truyền bá các gói trạng thái đường LSP (link state paket) khắp mạng Một LSP nói chung chứa một xác định nguồn,xác định kế cận và cost của tuyến giữa chúng Các LSP được thu bởi tất cả các router được sử dụng để tạo nên một cơ sở dữ liệu cấu hình của toàn bộ mạng Bảng định tuyến sau đó được tính toán dựa trên nội dung của cơ sỏ dữ liệu cấu hình Tất

cả các router trong mạng chứa một sơ đồ của cấu hình mạng và từ đó chúng tính toán đường ngắn nhất (least-cost path) từ nguồn bất kỳ đến đích bất kỳ

Hình 2.5 chỉ ra hoạt động của định tuyến trạng thái đường

Hình 2.5: Định tuyến trạng thái đường

Giá trị gắn với các link giữa các router là cost của link đó Các router truyền bá các LSP đến tất cả các router khác trong mạng, nó được sử dụng để xây dựng cơ sở dữ liệu trạng thái đường.Tiếp theo,mỗi router trong mạng tính toán một cây bắt nguồn từ chính nó và phân nhánh đến tất cả các router khác

dựa trên tiêu chí đường ngắn nhất hay đường có chi phí ít nhất Với sơ đồ hình 3.10 thì cây được thiết lập ở router A như trong hình vẽ bên phải Cây này được sử dụng để tính toán bảng định tuyến, thuật toán để tính cây đường ngắn nhất là thuật toán Dijkstra

Các giao thức định tuyến trạng thái đường có một số tiến bộ hơn so với các giao thức định tuyến véc tơ khoảng cách:

- Hội tụ nhanh hơn. Một số nguyên nhân khiến nó hội tụ nhanh hơn là: Thứ nhất, các LSP có thể được tràn lụt nhanh chóng khắp mạng và được

sử dụng để xây dựng một cách nhìn chính xác về cấu hình mạng Thứ hai, chỉ có thay đổi cấu hình được phản ánh trong LSP mà không phải là toàn

bộ cơ sở dữ liệu định tuyến Thứ ba, sự cố đếm vô hạn không xảy ra

- Lưu lượng bổ sung ít hơn. Các giao thức này chỉ phát các LSP phản ánh

sự biến đổi cấu hình chứ không phải phát đi toàn bộ cơ sở định tuyến

- Khả năng mở rộng. Các giao thức trạng thái đường có thể được mở rộng

để hỗ trợ và truyền bá các tham số mạng khác như địa chỉ, thông tin cấu hình Vì một router duy trì cơ sở dữ liệu cấu hình, thông tin mới là khả dụng khi tính toán một đường đến đích xác định

- Scalability Các giao thức trạng thái đường có khả năng scalability tốt hơn

vì các router trong một mạng lại có thể phân thành nhiều nhóm Trong vòng một nhóm các router thực hiện trao đổi các bản tin LSP với nhau và xây dựng một cơ sở dữ liệu cấu hình của nhóm đó Để trao đổi thông tin cấu hình giữa các nhóm, một bộ con các router đầu tiên tóm tắt cơ sở dữ liệu cấu hình nhóm trong một LSP và sau đó phát nó đến các router xác định trong nhóm kế cận Điều này làm giảm bộ nhớ và xử lý trong các router vì cơ sở dữ liệu cấu hình chỉ lớn bằng số router trong một nhóm và chỉ các router trong nhóm mà ở đó có sự biến đổi về cấu hình phải tính toán các cây ‘shortcut path’ mới và các bảng định tuyến Khái niệm phân cấp này được minh họa trong hình 2.6 dưới đây, nó là một khái niệm quan trọng được thực hiện trong các giao thức định tuyến trạng thái đường như OSPF, PNNI

Hình 2.6: Phân cấp định tuyến trạng thái đường

2.4.3 RIP (Routing Information Protocol)

RIP là một giao thức định tuyến véc tơ khoảng cách phổ biến được thực hiện bởi các host và router TCP/IP Nó được phân tán trong vòng một vài phát hành khởi đầu của UNIX vào giữa thập niên 80

Các đặc tính chức năng cơ bản của RIP

- Sử dụng thuật toán định tuyến véc tơ khoảng cách

- Sử dụng tham số host-count

- Các router broadcast toàn bộ cơ sở dữ liệu định tuyến 30s một lầ

- Đường kính mạng cực đại mà RIP hỗ trợ là 15hop

- Nó không hỗ trợ VLSM (variable length subnet mask)

RIP nói chung là đơn giản trong cấu hình, chạy trên rất nhiều mạng cỡ trung bình và nhỏ, vì vậy nó được xác định là một giao thức định tuyến trong miền (interior) RIP 2 khắc phục một số nhược điểm của RIP 1 và nó hoạt động tương tự như RIP 1 và hỗ trợ VLSM Để cung cấp cho các nhà quản lý mạng, những người cần quản lý không gian địa chỉ IPv4 một cách mềm dẻo hơn, thì OSPF được sử dụng thay thế RIP được thiết kế như một giao thức broadcast, nhưng nó có thể gửi các bản tin đến các node non-broadcast Khả năng này có thể rất hữu ích khi kết nối đến một router khác trên tuyến điểm-điểm (ví dụ từ router của ISP đến router của khách hàng) Có thể không cho phép sử dụng RIP trên các giao diện xác định Để làm được như vậy thì các nhà quản lý mạng phải ngăn chặn các bản tin RIP được tạo ra trên các giao này

U* Các bản tin RIP

RIP chạy trên UDP do đó các bản tin của nó được đóng gói trong UDP datagram và nó chạy trên cổng số 520 (well-known port) Hình 2.7 dưới đây đưa ra định dạng các bản tin RIP

Hình 2.7: Định dạng bản tin RIP

Trong đó:

- Command có thể chứa giá trị từ 1 đến 6 nhưng có 2 giá trị phổ biến là 1 xác định bản tin yêu cầu và 2 xác định bản tin trả lời

- Version có giá trị 1 hoặc 2 tương ứng RIP 1 và RIP 2

- Address family với cả 2 phiên bản được mã hoá là 2 cho các địa chỉ IP

- Metric ở đây chính là hop-count

Các trường thông báo có thể được lặp 25 lần do đó hạn chế độ dài cực đại của bản tin RIP là nhỏ hơn 512 byte

Đối với RIP 2 các trường dự trữ trong bản tin RIP 1 được mã hoá như sau:

- Routing domain xác định ‘routing deamon’được kết hợp với bản tin này Trong UNIX đây là trường ‘process ID’ Bằng cách sử dụng miền định tuyến, một máy có thể chạy nhiều RIP đồng thời

- Route tag: Nếu RIP được sử dụng để hỗ trợ EGP thì trường này chứa một số AS

- Subnet mask được kết hợp với địa chỉ IP trong bản tin

- Next-hop address chứa địa chỉ IP của nơi mà datagram nên được gửi đến, nếu nố bằng 0 thì datagram nên được gửi đến nơi gửi bản tin RIP này

RIP 2 hỗ trợ nhận thực trong khi RIP 1 thì không Mỗi gói RIP được nhận thực tại phía thu nên giao diện được cấu hình để hỗ trợ nhận thực Thông thường, nhận thực MD5 được thực hiện mặc dù các router có thể có lựa chọn khác Gói RIP 2 để nhận thực cũng có định dạng tương tự như trong hình 2.8:

Hình 2.8: Gói RIP 2 cho nhận thực

Trường ‘address family’được lập là 0xffff đối với gói nhận thực Trường ‘authentication type’ được lập là 2 đối với thủ tục nhận thực plain-text

và 3 đối với thủ tục MD5 Các byte ’authentication infor’ chứa ID như một số khoá, nó có thể là nhiều số Người sử dụng nhiều số cho phép phía thu sắp xếp thành chuỗi các khoá và do đó sử dụng các khoá khác nhau cho các lần khác nhau Các byte này cũng chứa các trường xác định thời gian sống của khoá hay các khóa Mỗi xác định khoá trong gói được kết hợp với một khoá được lưu trữ, xác định khoá và các giá trị được kết hợp với bản tin xác định thuật toán nhận thực và khoá nhận thực MD5 đặc biệt được sử dụng cho hoạt động nhận thực RIP 1 và RIP 2 có thể hoạt động một mình hoặc kết hợp với nhau

U* Các vấn đề về hội tụ và một số giải pháp khắc phục

Cập nhật RIP hầu như đơn giản nhưng nó gây ra một số vấn đề Nó có khả năng gửi lưu lượng qua một đường không hiệu quả hay có thể cập nhật định tuyến mất quá nhiều thời gian để đạt được hội tụ khi miền định tuyến không ổn định và chuyển lưu lượng không hiệu quả, có thể không chính xác

Do đó có thể gây ra loop hay sự cố đếm vô hạn phần lớn các thực hiện RIP đều thực hiện các giải pháp để khắc phục sự cố đếm vô hạn Một thay đổi quyết định là loại bỏ định thời 30s và khi một router có một cập nhật định tuyến nó sẽ gửi đi ngay lập tức Với giải pháp này các cập nhật trung gian

không giải quyết được vấn đề, nhưng nó tăng tốc độ đạt được hội tụ Một số giải pháp khác được đưa ra dưới đây

1 Trượt ngang (split horizon): Với giải pháp này ý tưởng của nó là không cho phép router gửi thông báo qua giao diện mà nó vừa đến Nó là trong hầu hết các tình huống nhưng không hoàn toàn vì nếu mạng vật lý có cấu hình bị loop thì sự cố đếm vô hạn vẫn tồn tại

2 Trượt ngang với đảo ngược poison: Đây là một biến thể của trượt ngang, nó gửi thông báo tới giao diện nó vừa đến với metric bằng 16

3 Holddown được tăng cường cho giao thức véc tơ khoảng cách khi một tuyến được thông báo là ‘unreachable’ thì router thông báo sẽ từ chối cập nhật trong một khoảng thời gian sau khi tuyến được thông báo Nó làm tăng thời gian hội tụ nhưng tránh được loop RIP không sử dụng holddown nhưng các giao thức vectơ khoảng cách khác như IGRP (Intergateway Routing Protocol) của Cisco thì có sử dụng Với IGRP, khi router biết một mạng bị down hoặc một mạng có khoảng cách lớn hơn so với thông báo thì tuyến đến mạng đó được đặt trong holddown Trong thời gian này, tuyến có thể được thông báo những thông báo đầu vào về tuyến này từ bất kỳ router nào khác router đã thông báo trước đó đều

1 Update: là khoảng thời gian giữa các lần cập nhật và nó có giá trị mặc định là 30s

2 Invalid: khoảng thời gian để sau đó một tuyến không hợp lệ, nó là khoảng thời gian nên bằng 3 lần giá trị update Nó có nghĩa là một tuyến sẽ là

không hợp lệ nếu nó không được cập nhật Tuyến không thể truy nhập mạng sau đó sẽ vào holddown Nó có thể vẫn được sử dụng cho chuyển phát gói, giá trị mặc định của nó là 180s

3 Holddown là khoảng thời gian mà thông tin trên các tuyến tồi hơn bị loại bỏ,giá trị này nên bằng 3 lần giá trị update Khi hết thời gian holddown, các tuyến được thông báo bởi các nguồn khác được chấp nhận và tuyến đó có thể truy cập Giá trị mặc định của nó là 180s

4 Flush là tổng thời gian một thực thể định tuyến phải duy trì trong bảng định tuyến trước khi bị loại bỏ Nó ít nhất phải bằng tổng của invalid và holddown Giá trị mặc định của nó là 240s

5 Sleep time là tổng thời gian cập nhật định tuyến Nếu một router chấp nhận cập nhật tức thì, thì tham số này sẽ được cấu hình Nó nên nhỏ hơn thời gian update và được sử dụng cho hoạt động ODR của Cisco nhưng không khả dụng đối với RIP

Để thiết lập việc điều khiển thông tin định tuyến được truyền bá như thế nào qua router đến/từ các giao diện Các router có thể được thiết lập để cung cấp các bộ lọc RIP sau

- Tránh cập nhật định tuyến qua một giao diện nhằm tránh các router khác nhau trên một LAN biết về các tuyến động

- Điều khiển việc thông báo về các tuyến trong cập nhật định tuyến cho phép nhà quản lý mạng cấm các tuyến đang được thông báo trong cập nhật RIP

- Điều khiển xử lý cập nhật định tuyến, nó không cho phép tuyến

* Cấu hình một miền định tuyến RIP:

Để cấu hình một miền định tuyến RIP thì các router phải được cấu hình

để thực hiện các nhiệm vụ dưới đây Một số nhiệm vụ là rõ ràng nhưng một số khác cần giải thích thêm

- Cho phép RIP là nhiệm vụ duy nhất được yêu cầu cấu hình để router thực hiện hoạt động RIP

- Cho phép cập nhật unicast cho RIP RIP sẽ vận hành như một giao thức broadcast trừ khi nhiệm vụ này được cấu hình Với nhiệm vụ này, các nhà quản lý mạng có thể điều khiển các quyết định trao đổi thông tin định tuyến

- Áp dụng offset đối với các tham số (metric) định tuyến Trong khi RIP là giao thức hop-count, nhiệm vụ này có thể được sử dụng để tăng metric đến các tuyến được biết bởi RIP Nó cho phép nhà quản

lý mạng coi trọng hơn các khám phá RIP

- Điều chỉnh timer và xác định phiên bản của RIP

- Cho phép nhận thực RIP RIP 2 hỗ trợ nhận thực có thể thiết lập (plain-text, MD5) Để sử dụng MD5 thì các khoá phải được thiết lập

và xác định,một trương thời gian sống phải được xác định cho một bộ khoá trên một ‘chain’ Mỗi khoá phải được xác định với một ‘key ID’và key được lưu trữ cục bộ Key ID và giao diện kết hợp với key xác định đơn nhất thuật toán nhận thực và MD5 được sử dụng

- Không cho phép tóm tắt tuyến Tóm tắt tuyến được thực hiện tự động bởi RIP2 các prefix mạng con được tóm tắt khi chuyển qua đường biên mạng Nếu miền định tuyến có các mạng con không liên tục thì tóm tắt định tuyến có thể bị huỷ bỏ

- Sử dụng IGRP và RIP đồng thời Nếu nhiệm vụ này được phép thì thông tin định tuyến IGRP gạt bỏ thông tin RIP vì sử dụng quản lý IGRP Các giao thức này sử dụng các đồng hồ định thời khác nhau khiến một phần của miền định tuyến tin RIP một phần khác tin IGRP Hội tụ sẽ xảy ra nhưng tình huống này ảnh hưởng đến các ứng dụng nhậy cảm với thời gian

- Không cho phép sự hợp lệ của địa chỉ IP nguồn Đối với mục đích bảo an, một địa chỉ IP nguồn cho một bản tin cập nhật RIP là không hợp lệ Nhiệm vụ này thoả mãn yêu cầu lọc trên một giao diện, nó cũng là một ‘trap door’ cho một miền định tuyến

- Cấu hình trễ giữa các gói

- Cho phép/không cho phép trượt ngang

- Lọc thông tin RIP và quản lý khóa

- VLSM là một công cụ tốt để sử dụng địa chỉ IP

2.4.4 OSPF (Open Shortest Path First)

OSPF là một giao thức định tuyến trạng thái đường được sử dụng phổ biến, nó là giao thức định tuyến trong miền (interor) được hỗ trợ bởi hầu hết các router trên thị trường Nó có các đặc tính chức năng sau:

- Sử dụng thuật toán định tuyến trạng thái đường Dijkstra

- Hỗ trợ nhiều đường cùng giá trị cost đến cùng đích

Một mạng OSPF phải có một vùng 0 được định nghĩa như vùng backbone Nếu có nhiều vùng được cấu hình, tất cả các vùng khác 0 phải kết nối đến vùng 0 qua ABR (Area Border Router) Các router trong một vùng thông báo trạng thái đường LSA (Link State Advertisement) và xây dựng một

sơ đồ các vùng được gọi là cơ sở dữ liệu trạng thái đường Thông tin được tóm tắt về các cấu hình và các mạng đặc biệt được chuyển giữa các vùng thông qua ABR Do đó các router duy trì thông tin hoàn chỉnh về tất cả các mạng và các router trong vùng của nó và thông tin đặc biệt về các mạng và các router ngoài vùng của nó Để đạt tới mạng trong vùng này, các router cần phải có đủ thông tin để hướng các gói đến ABR phù hợp

OSPF thu hút được sự quan tâm của nhiều nhà phát triển mạng và quản

lý mạng vì một số lý do sau

- Các mạng lớn hơn bao gồm nhiều hơn các router đang được triển khai và xây dựng, khả năng scalability lớn hơn RIP và các giao thức định tuyến véc tơ khoảng cách khác

- Các chức năng và dịch vụ bổ sung đang và sẽ cần được triển khai trên các mạng này Là một giao thức định tuyến trạng thái đường, OSPF

có khả năng mở rộng, tăng cường các chức năng nó cung cấp bằng cách định nghĩa và bổ sung các trường mới để mang thông tin mới trong các LSA OSPF

- Những khó khăn đối với OSPF bắt đầu được khắc phục khi rất nhiều các kỹ sư mạng triển khai và quản lý các sản phẩm mạng chạy OSPF OSPF là một giao thức thích ứng, nó điều chỉnh các vấn đề trong mạng

và cung cấp thời gian hội tụ ngắn để ổn định các bảng định tuyến Nó được thiết kế để chống hiện tượng loop OSPF được bao bọc trong IP datagram và trường protocol ID của IP đối với OSPF là 89, nó có khả năng định tuyến TOS và đánh địa chỉ mạng con

U* Hoạt động của OSPF:

OSPF hoạt động trên các mạng broadcast và non-broadcast, nó cũng hoạt động trên các link điểm-điểm Các đường quay số, các kết nối ISDN theo yêu cầu và các kết nối ảo chuyển mạch của X25, frame relay, ATM tạo ra môi trường on-demand cho OSPF ý tưởng chính của OSPF là nó sẽ cấm một số

lưu lượng gói thông báo giữa các router được kết nối đến link theo yêu cầu Tiếp cận này cho phép kink yêu cầu thụ động (lớp 2 không hoạt động) nhưng vẫn giữ mối quan hệ với OSPF Khi link này hoạt động trở lại OSPF sẽ gửi đi các thông báo trạng thái đường trên link này

Hoạt động của OSPF biến đổi phụ thuộc vào loại mạng mà nó hoạt động,dưới đây đưa ra một số hoạt động của OSPF thực hiện với tất cả các loại mạng OSPF thực hiện một giao thức ‘hello’, nó là một giao thức bắt tay,và sau đó thực hiện ‘ping’ với các router kế cận để biết chắc rằng link hoặc router nào đó đang hoạt động Sau khi thực hiện ‘hello’ hoàn thành, các router đồng tầng được xem như ‘merely adjacent’ có nghĩa là các router này đã hoàn thành một phần đồng bộ chứ chưa phải tất cả Tiếp theo,các router trao đổi thông tin

mô tả hiểu biết của chúng về miền định tuyến Thông tin này được đặt trong các bản tin LSA, nó không phải là thông tin mô tả toàn bộ cơ sở dữ liệu trạng thái đường nhưng nó chứa đủ thông tin để router thu biết liệu cơ sở dữ liệu trạng thái đường của nó có đúng với cơ sở dữ liệu của các router đồng tầng với nó không Nếu có thì các kế cận được xác định là ‘fully adjacent’ Các router này sau đó thực hiện trao đổi các LSA chứa cập nhật trạng thái đường

và thực sự trở thành các kế cân đầy đủ

Các hello được phát theo định kỳ để giữ cho các router đồng tầng hiểu biết lẫn nhau Các LSA được tạo ra phải được gửi đến các router đồng tầng với nó 30s một lần nhằm đồng bộ các cơ sở dữ liệu trạng thái đường

Hình 2.10: Hoạt động cơ bản của OSPF

U* Các vùng OSPF:

Các công ty với các hệ thống lớn có thể hoạt động với nhiều mạng,nhiều router và host Để quản lý một mảng rộng các phần tử thông tin này thì phải sử dụng rất nhiều LSA OSPF thực hiện phân chia các AS thành các phần nhỏ hơn gọi là vùng, nhờ đó làm giảm tổng số lưu lượng định tuyến được gửi qua AS vì các vùng được cách ly với nhau Nó làm giảm số thông tin router phải duy trì đầy đủ về AS Do đó thông tin được phát giữa các router để duy trì các bảng định tuyến OSPF giảm

OSPF sử dụng multicast để hạn chế xử lý gói LSA tại các node không cần thiết kiểm tra các gói định tuyến tương ứng đối với mạng broadcast Còn đối với các mạng non-broadcast thì OSPF sử dụng lọc gói để giảm số các gói định tuyến được trao đổi giữa các router trong vùng Vùng ‘stub’ là vùng mà thông tin định tuyến trên các tuyến ngoài không được gửi đi Thay vào đó, ABR tạo ra một tuyến mặc định đến các đích ngoài vùng và các tuyến trong vùng ‘stub’ sử dụng tuyến này

Các nhà quản lý mạng có thể thiết lập ABR để tránh không cho nó gửi thông báo tuyến tóm tắt vào trong vùng ‘stub’ Các thông báo tuyến tóm tắt này được thiết kế như LSA loại OSPF yêu cầu tất cả các mạng được kết nối bằng một vùng backbone, nó được xem như một bộ các node liên tục và kết nối các link để thông tin qua backbone với nhau Các vùng nối đến backbone phải là các vùng ‘stub’, do đó OSPF hỗ trợ sử dụng các tuyến ảo để các gói định tuyến có thể được gửi từ vùng này sang vùng khác không phải qua backbone Các tuyến ảo chạy giữa các router và cho phép các gói LSA tóm tắt được xuyên hầm qua các vùng Trong khi thông tin định tuyến được gửi xuyên hầm thì lưu lượng người dùng vẫn chọn được đường vật lý tốt nhất Các tuyến ảo có thể được sử dụng để duy trì kết nối giữa các vùng nếu backbone có thể được chia ra, nó được kết nối logic với các tuyến ảo Các mạng ngoài kết nôi với các AS OSPF không phải là thành viên của AS này Các router AS OSPF phát hiện ra các mạng này qua giao thức EGP và sau đó thông báo các mạng trong AS với các LSA ngoài

U* Thiết lập link-cost và tỉa cây:

Mỗi tuyến đầu ra tại mỗi router có một giá trị được gán biểu diễn một metric (kết hợp của một vài tham số TOS) Giá trị này có thể được thiết lập

bởi các nhà quản lý mạng Về mặt kỹ thuật, có thể thiết lập các link-cost một cách động dựa trên độ dài hàng đợi,trễ gây ra bởi các router và các tiêu chuẩn hiệu năng khác Mặc dù vậy, các metric động rất khó quản lý, chúng không được sử dụng trong các mạng phi kết nối Các mạng hướng kết nối có thể sử dụng các metric động hiệu quả vì băng tần được thiết lập do mỗi kết nối và OSPF có thể sử dụng cho các thông báo Một khi một kết nối được thiết lập,

nó dựa trên một tuyến tĩnh Người sử dụng khác có thể yêu cầu kết nối, trong thời gian đó OSPF có thể tìm thấy một tuyến tốt hơn vì vậy người sử dụng thứ

2 có thể có một đường khác

Các cost có thể được kết hợp với các mạng thuộc các AS khác nhau, chúng khả dụng nhờ giao thức EGP Cost càng thấp càng tốt,có nghĩa là các giao diện thông báo một cost thấp có nhiều khả năng được sử dụng để chuyển tiếp lưu lượng Nhưng tổng số tất cả các link-cost giữa 2 host bất kỳ quyết định lưu lượng được định tuyến thế nào qua mạng AS không nhất thiết phải chia vùng, nếu không chia vùng thì cơ sở dữ liệu trạng thái đường sẽ trùng nhau đối với tất cả các router trong AS Mỗi router tạo ra một bảng định tuyến

sử dụng cơ sở dữ liệu cấu hình Bảng định tuyến được tạo ra dựa trên các hoạt động của cây spanning, nó phản ánh cây bị tỉa của mạng

* Các gói OSPF:

Hình 2.11 dưới đây minh hoạ 20byte tiêu đề gói OSPF, mỗi gói LSA OSPF được gắn vào tiêu đề này

Hình 2.11: Tiêu đề LSA Hình 2.12: Định dạng gói LSA

Trường LS age chỉ ra thời gian từ khi bắt nguồn của LSA tính theo giây (từ 0 đến 30) Nếu nó vượt quá 30s thì router nguồn sẽ gửi lại LSA và thiết lập

trường này bằng 0 Trường option được sử dụng để chỉ ra LSA nên được xử lý theo một cách xác định Trường link state ID được sử dụng để phân biệt các LSA cùng có LS type như nhau và được bắt nguồn từ một router xác định, thực tế nó thường chứa thông tin địa chỉ Trường advertising router chứa giá trị router ID của router nguồn Trường LS sequence number được tăng lên bởi router nguồn của LSA bất cứ khi nào nó muốn cập nhật LSA Do đó một số thứ tự lớn hơn trong một LSA chỉ ra rằng nó mới hơn LSA có giá trị tương ứng nhỏ hơn Trường LS checksum được sử dụng tại phía thu để kiểm tra tiêu

đề và dữ liệu LSA bị sai.Nó cũng được lưu trong cơ sở dữ liệu trạng thái đường của tất cả các router để (a) quyết định 2 LSA với cùng số thứ tự là xác định,nó cũng sử dụng LS age cho mục đích này (b) quyết định một cách định

kỳ xem phần cứng và phần mềm của router có làm hỏng thực thể LSA trong

cơ sở dữ liệu Trường length xác định độ dài của tiêu đề và nội dung của LSA Nội dung của các trường gói OSPF theo sau tiêu đề rất khác nhau phụ thuộc vào loại gói LSA, vai trò này được gán cho router nếu router trên link điểm-điểm hoặc trên một mạng con chia sẻ

Sau 20byte tiêu đề LSA là các trường sau Trường number of link xác định router nguồn đang báo cáo bao nhiêu link Trường link ID có giá trị biến đổi, nó chứa router ID của router kế cận Trường link data cũng biến đổi phụ thuộc loại thông báo Trường link type xác định loại link TOS metric không được sử dụng trong Internet và bị loại bỏ khỏi hoạt động của OSPF cũng như IPv6

U* Tương tác với các giao thức định tuyến khác:

OSPF và RIP thường được sử dụng trong cùng AS RFC1745 xác định tương tác giữa OSPF và BGP và IDRP (inter domain routing protocol ) với IDRP là một biến thể được ưa dùng của BGP Phần lớn các router high-end hỗ trợ hoạt động phân tán tuyến, có nghĩa là bất kỳ thông tin giao thức định tuyến IP-based nào có thể được tái phân tán vào bất kỳ giao thức định tuyến IP-based khác OSPF có thể nhập/xuất các tuyến qua RIP, IGRP, EIGRP cho các hoạt động trong miền Đối với các hoạt động giữa các miền, OSPF có thể xuất/nhập các tuyến qua BGP OSPF thực hiện các hoạt động bảo mật để tránh các router và các node không được xác nhận gây nguy hiểm cho một miền định tuyến Router OSPF có thể được cấu hình để hỗ trợ nhận thực password ở dạng cleartext, khoá bí mật, MD5…

U* Cấu hình một miền định tuyến OSPF:

Để cấu hình một miền định tuyến OSPF các router được cấu hình để thực hiện các nhiệm vụ sau

- Cho phép OSPF.Để cho phép OSPF hoạt động trên một router thì nhiệm vụ này phải được cấu hình, nó xác định miền địa chỉ được kết hợp với tiến trình định tuyến và area ID được kết hợp với miền địa chỉ IP Các tham số này được thiết lập cho mỗi giao diện mà OSPF hoạt động

- Cấu hình các tham số giao diện OSPF

- Cấu hình OSPF qua các mạng vật lý khác nhau

- Cấu hình các tham số vùng OSPF

- Cấu hình không đến vùng stubby

- Cấu hình tóm tắt tuyến giữa các vùng OSPF Nếu địa chỉ IP trong một vùng là liên tục thì tóm tắt tuyến cho phép thông báo của một tuyến được tóm tắt đều được thông báo cho một vùng khác nhờ ABR Để thực hiện nhiệm vụ này, nhà quản lý mạng cấu hình miền địa chỉ cho tuyến tóm tắt sẽ được thông báo

- Cấu hình tóm tắt tuyến khi tái phân bố các tuyến cho OSPF Các tuyến được thông báo vào một miền OSPF được thông báo độc lập trong các gói LSA ngoài riêng biệt Nhiệm vụ này cấu trúc lên OSPF

để thông báo một tuyến đơn cho tất cả các tuyến được tái phân bố cùng với prefix mạng đơn

- Tạo link ảo Nhiệm vụ này tạo ra một link ảo giữa các ABR và các link ảo phải được cấu hình trong cả hai router, thông tin cấu hình bao gồm ID của ABR khác và vùng non-backbone Các tuyến ảo không thể được thiết lập qua vùng stub

- Tạo một tuyến mặc định Nhiệm vụ này được sử dụng để tạo ra một tuyến mặc định trên miền OSPF Thậm chí một router có thể là router biên AS, nó không tạo ra mặc định một tuyến mặc định trong miền

- Cấu hình tìm kiếm tên DNS Các router có một số các lệnh cho phép nhà quản lý mạng xem hiển thị của các router Tên miền của các router DNS có thể được hiển thị với nhiệm vụ này

- Điều khiển các metric mặc định Các router high-end cho phép nhiệm vụ này được cấu hình dựa trên băng tần của link trên mỗi giao diện trên router

- Cấu hình OSPF trên giao diện Ethernet đơn Nhiệm vụ này tạo ra một giao diện OSPF trên một mạng con Ethernet và cho phép các thiết bị trên đoạn Ethernet nhìn thấy nhau với các gói hello OSPF

- Cấu hình đồng hồ định thời tính toán tuyến Nhiệm vụ này được sử dụng để xác định thời gian OSPF bắt đầu tính toán đường ngắn nhất đầu tiên từ khi thu 1 LSA biểu diễn một biến đổi cấu hình Nó có thể được sử dụng để thiết lập thời gian giữa 2 tính toán SPF

- Cấu hình OSPF qua các kênh theo yêu cầu Cấu hình hoạt động nhiệm vụ này chỉ là vào một lệnh

- Nạp các thay đổi kế cận Các router có các phương tiện gỡ rối mở rộng, nhiệm vụ này có thể được cấu hình nếu các phương tiện mở rộng không được yêu cầu và các nhà quản lý mạng chỉ muốn biết khi nào trạng thái của kế cận OSPF biến đổi

- Giám sát và bảo dưỡng OSPF Nhiệm vụ này cung cấp thông tin trên một mạng rộng,bao gồm nội dung của các bảng định tuyến của các router và cơ sở dữ liệu trạng thái đường Nó cũng chỉ ra thông tin trên các giao diện router đến các kế cận bao gồm các link ảo

2.4.5 BGP (Border Gateway Protocol)

BGP là giao thức định tuyến giữa các miền,nhiệm vụ của nó là thông tin giữa các router trong các AS khác nhau BGP được đề cập đến như một giao thức định tuyến véc tơ đường vì BGP thông báo khả năng đạt tới một mạng đích bắng cách chứa một danh sách các AS mà các gói phải chuyển qua

để đến đích Thông tin véc tơ đường rất hữu ích vì loop có thể được tránh bằng cách nhìn vào số AS trong cập nhật định tuyến BGP

Các đặc tính chức năng của BGP

- Giao thức định tuyến véc tơ đường

- Hỗ trợ định tuyến dựa theo chính sách, nó ảnh hưởng đến việc lựa chọn các tuyến bằng cách điều khiển phân bố các tuyến đến các router BGP khác nhau

- Sử dụng của TCP để trao đổi thông tin định tuyến tin cậy giữa các router BGP

- Hỗ trợ tập hợp CIDR và VLSM

- Không hạn chế về cấu hình mạng

Một mạng gồm một số AS chạy BGP được chỉ ra trong hình 2.13:

Các router BGP trong các AS khác nhau thiết lập mối quan hệ EBGP

và các router trong một AS thiết lập mối quan hệ I BGP Để đảm bảo các router trong cùng AS duy trì cùng thông tin định tuyến, mỗi router BGP trong

AS phải thiết lập mối quan hệ IBGP với các router khác trong AS Mặc dù vậy

để định tuyến các gói trong một AS thì các giao thức định tuyến trong miền được sử dụng chứ không phải BGP Khi mạng được khởi đầu,các router kế cận mở một kết nối TCP với nhau và thiết lập toàn bộ cơ sở dữ liệu định tuyến Sau đó, chỉ những biến đổi về cấu hình hoặc chính sách là được gửi đi trong bản tin cập nhật BGP Bản tin này có thể thông báo hoặc rút bỏ khả năng đạt đến một mạng đặc biệt, nó có thể chứa các đặc tính đường được sử dụng bởi các router BGP để xây dựng và phân phối bảng định tuyến dựa trên các chính sách đặc biệt Phiên bản hiện thời của BGP là BGP 4

BGP là giao thức giữa các AS, nó có một số ưu điểm so với các giao thức trước nó Thứ nhất, nó có thể hoạt động với các mạng có cấu hình loop Thứ hai, một node thu được nhiều hơn một đường có thể từ các thông báo đến một đích thì có thể chọn một đường tốt nhất Thứ ba, BGP hỗ trợ CIDR và tập hợp địa chỉ Hơn nữa, BGP không quan tâm loại giao thức trong AS được sử dụng là loại gì hay có một hay nhiều giao thức IGP được sử dụng BGP được

IBGP

AS#1 BGP

IBGP IBGP

IBGP EBGP