phần mềm mô phỏng Packet tracer

Bưu chính viễn thông và công nghệ thông tin ngày nay rất phát triển

Ngày nay chúng ta cũng không phải lo về việc thiếu hụt băng thông chotruyền tin như trước kia thay vào đó là việc làm sao để sử lý gói tin tại các nút lànhanh nhất Giao thức là một kiểu cách thức giao tiếp, đối thoại Cũng như conngười máy móc muốn làm việc với nhau cũng cần có những cách thức giao tiếpriêng Trong việc truyền tin cũng vậy các Router muốn giao tiếp với nhau cũng cầnphải có những giao thức để làm việc với nhau Các giao thức đó thường là RIP,IGRP, EGRP, IS-IS,BGP4 và OSPF.

OSPF Là giao thức định tuyến nhóm link-state, thường được triển khai trongcác hệ thống mạng phức tạp Giao thức OSPF tự xây dựng những cơ chế riêng chomình ,tự bảo đảm những quan hệ của chính mình với các router khác Nó có thể dòtìm nhanh chóng sự thay đổ của topology (cũng như lỗi của các interface ) và tínhtoán lại những route mới sau chu kỳ hội tụ Chu kỳ hội tụ của OSPF rất ngắn vàcũng tốn rất ít lưu lượng đường truyền

Chính vì các lý do trên em đã lựa chọn giao thức định tuyến OSPF và đưa ra

các mô hình mô phỏng trực quan và sinh động bằng phần mềm mô phỏng Packet

tracer của CISCO Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Nguyễn Tiến Ban đã

tạo điều kiện cho em trong quá trình làm và thực hiện Mặc dù đã cố gắng hết sức

nhưng do khả năng còn hạn chế nên không thể tránh khỏi thiếu sót em mong nhận được sự góp ý từ các thầy cô và các bạn đọc để nhóm có thể hoàn thiện bài báo

cáo Xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, Ngày… Tháng … Năm……

Sinh viên thực hiện

Vũ Trí Cường

CHƯƠNG I: ĐỊA CHỈ IP VÀ ĐÁNH ĐỊA CHỈ 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.v4 có độ dài 32 bít Nó có thể được biểu thịdưới 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, ngườiquản 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 HostNumber như hình vẽ:

Trong đó, phần Network Number là địa chỉ mạng còn Host Number là địachỉ các máy trạm làm việc trong mạng đó Do việc tăng các WW theo hàm mũ trongnhững năm gần đây vì số lượng WW mở ra rất nhiều, nên với địa chỉ IP là 32 bít làrất 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:

Hình 1.1: Các kiểu địa chỉ IP

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 danhtới 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 mạngvới 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 máytrạm 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 233trong 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 đatrong mỗi lớp mạng là cố định Do đó, sẽ nảy sinh vấn đề đó là có các địa chỉ khôngđược sử dụng trong mạng của một doanh nghiệp, trong khi một doanh nghiệp kháclại không có địa chỉ mạng để dùng Do đó để tiết kiệm địa chỉ mạng, trong nhiềutrường hợp một mạng có thể được chia thành nhiều mạng con (subnet) Khi đó, cóthể đưa thêm các vùng subnetid để định danh cho các mạng con Vùng subnetid nàyđược lấy từ vùng hostid của các lớp A, B và C

CHƯƠNG II: CÁC GIAO THỨC TRONG ĐỊNH TUYẾN IP

2.1 Khái Niệm

Định tuyến là cách thức mà Router (bộ định tuyến) hoặc thiết bị mạng khác

sử dụng để truyền phát các gói tin tới địa chỉ đích trên mạng

Khái niệm routing gắn liền với mạng Intranet và Internet sử dụng một môhình định tuyến hop-by-hop Điều này có nghĩa rằng mỗi PC hay Router sẽ tiếnhành kiểm tra trường địa chỉ đích trong phần tiêu đề của gói IP, tính toán chặng tiếptheo (Next hop) để từng bước chuyển gói IP dần đến đích của nó và các Router cứtiếp tục phát các gói tới chặng tiếp theo như vậy cho tới khi các gói IP đến đượcđích

 Khi mạng chỉ có 1 vài router hay mô hình mạng đơn giản

 Mạng được kết nối với Internet chỉ thông qua 1 ISP

 Mô hình Hub & spoke được sử dụng trên 1 mạng lớn

Hình 2.1 Bảng định tuyến

2.2.2 Định Tuyến Động

Giao thức định tuyến động được sử dụng bởi các router để chia sẻ thông tin

về tình trạng của các mạng từ xa.Giao thức định tuyến động thực hiện 1 số hoạtđộng bao gồm :

1 RIP(Routing Information Protocol)

2 IGRP(Interior Gateway Routing Protocol)

3 EIGRP(Enhanced IGRP)

4 OSPF(Open Shortest Path First)

5 IS-IS(Intermediate System-to-Intermediate System )

6 BGP (Border Gateway Protocol)

Các thuật toán tìm đường :gồm 2 loại

 Giao thức định tuyến Distance vector : Các giao thức định tuyến thuộc loạinày như RIP,IGRP

Hoạt động theo nguyên tắc Neighbors , nghĩa là mỗi router sẽ gửi bảng địnhtuyến của mình cho tất cả router kết nối trực tiếp với nó Các router đó sau đó sosánh với bảng định tuyến mà mình hiện có và kiểm tra lại các tuyến đường củamình với các tuyến đường mới nhận được , tuyến đường nào tối ưu hơn sẽ được

đưa vào bảng định tuyến các gói tin update sẽ được gửi theo chu kỳ (30s với RIP,90s với EIGRP).

 Giao thức định tuyến Link-state : Các giao thức định tuyến thuộc loại nàynhư : OSPF,IS-IS

Link-state không gửi bảng định tuyến của mình, mà chỉ gửi trạng thái củacác đường link trong linkstate database của mình đi cho các router khác,các router

sẽ áp dụng giải thuật SPF(shortest path first),để tự xây dựng bảng định tuyến riêngcho mình.khi mạng đã hội tụ,link state protocol sẽ không gửi update định kỳ mà chỉgửi khi nào có sự thay đổi trong mạng

2.3 Giao Thức RIP (Routing Information Protocol)

Routing Information Protocol (RIP) là giao thức định tuyến vector khoảngcách (Distance Vector Protocol) xuất hiện sớm nhất Nó suất hiện vào năm 1970 bởiXerox như là một phần của bộ giao thức Xerox Networking Services (XNS) Mộtđiều kỳ lạ là RIP được chấp nhận rộng rải trước khi có một chuẩn chính thức đượcxuất bản Mãi đến năm 1988 RIP mới được chính thức ban bố trong RFC1058 bởiCharles Hedrick RIP được sử dụng rộng rãi do tính chất đơn giản và tiện dụng củanó

Giao thức định tuyến RIP có 2 phiên bản RIPv1 và RIPv2

2.3.1 Giao Thức RIPv1

Đặc điểm: RIPv1 (RIP phiên bản 1) là giao thức định tuyến theo vectơ

khoảng cách nên quảng bá toàn bộ bảng định tuyến của nó cho các router láng giềngtheo định kỳ Chu kỳ cập nhật của RIP là 30 giây Thông số định tuyến của RIP là

số lượng hop, giá trị tối đa là 15 hop

RIPv1 là giao thức định tuyến theo lớp địa chỉ Khi RIP router nhận thông tin

về một mạng nào đó từ một cổng, trong thông tin định tuyến này không có thông tin

về subnet mask đi kèm Do đó router sẽ lấy subnet mask của cổng để áp dụng chođịa chỉ mạng mà nó nhận được từ cổng này Nếu subnet mask này không phù hợpthì nó sẽ lấy subnet mask mặc định theo lớp địa chỉ để áp dụng cho địa chỉ mạng mà

nó nhận được

Một số hạn chế của RIPv1:

- Không gửi thông tin subnet mask trong thông tin định tuyến

- Không hỗ trợ xác minh thông tin nhận được

- Không hỗ trợ VLSM và CIDR (Classless Interdomain Routing)

2.3.2 Giao Thức RIPv2

RIPv2 được phát triển từ RIPv1 nên có nhiều đặc điểm giống RIP v1 :

- Là một giao thức định tuyến theo véctơ khoảng cách, sử dụng số hop làm thông sốđịnh tuyến

- Sử dụng thời gian holddown để chống lặp (loop), thời gian này mặc định là 180giây

- Sử dụng cơ chế split horizon để chống loop

- Giá trị hop tối đa là 15

RIPv2 có gửi subnet mask đi kèm với các địa chỉ mạng trong thông tin địnhtuyến vì vậy RIPv2 có hỗ trợ VLSM và CIDR RIPv2 cũng hỗ trợ việc xác minhthông tin định tuyến Vì vậy ta có thể cấu hình cho RIP gửi và nhận thông tin xácminh trên cổng giao tiếp của router bằng mã hóa MD5 hay không mã hóa

2.4 Giao Thức IGRP

Trước những nhược điểm vốn có của RIP như: metric là hop count, kíchthước mạng tối đa là 15 hop Cisco đã phát triển một giao thức độc quyền của riêngmình là IGRP để khắc phục những nhược điểm đó

Cụ thể là metric của IGRP là sự tổ hợp của 5 yếu tố, mặc định là bandwidth

và delay: Bandwidth, Delay Load, Reliability, Maximum transfer unit (MTU)

IGRP không sử dụng hop count trong metric của mình, tuy nhiên nó vẫn theodõi được hop count Một mạng cài đặt IGRP thì kích thước mạng có thể nên tới 255hop

Ưu điểm nữa của IGRP so với RIP là nó hỗ trợ được unequal-cost loadsharing và thời gian update lâu hơn RIP gấp 3 lần (90 giây)

Tuy nhiên bên cạnh những ưu điểm của mình so với RIP, IGRP cũng cónhững nhược điểm đó là giao thức độc quyền của Cisco

EIGRP hỗ trợ VLSM và CIDR nên sử dụng hiệu quả không gian địa chỉ Sửdụng địa chỉ multicast (224.0.0.10) để trao đổi thông tin cập nhật định tuyến.

CHƯƠNG III: GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN OSPF

3.1 Khái Niệm

OSPF là giao thức định tuyến dạng Link-State dựa trên chuẩn mở được pháttriển để thay thế phương thức Distance Vector (RIP) RIP là một giao thức địnhtuyến được chấp nhận trong những ngày đầu của mạng và Internet,nhưng do phụthuộc vào số lượng hop mà router có thể đi được chỉ là 15 nên RIP nhanh chóngkhông thể chấp nhận được trong các mạng lớn hơn Các mạng lớn hơn cần 1 giảipháp định tuyến mạnh mẽ hơn OSPF là 1 giao thức định tuyến classless mà sửdụng khái niệm vùng cho khả năng mở rộng Nó sư dung thông số cost để tínhđường đi tốt nhất OSPF sử dụng băng thông như là thước đo chi phí

3.2 OSPF Giải Quyết Các Vấn Đề

 Tốc độ hội tụ nhanh

 Hỗ trợ VLSM (Variable length subnet mask)

 Kích thước mạng có thể hỗ trợ lớn

 Chọn đường theo trạng thái đường link hiệu quả hơn distance vector

 Đường đi linh hoạt hơn

 Hỗ trợ xác thực (Authenticate)

3.3 Đóng Gói Bản Tin OSPF

Phần dữ liệu của 1 thông báo OSPF được đóng trong 1 gói.Trường dữ liệu này cóthể bao gồm 1trong 5 loại bản tin OSPF

Các gói tiêu đề OSPF được gửi kèm với mỗi gói tin OSPF,bất kể loại bản tin nàocủa OSPF.Các OSPF header và loại gói dữ liệu cụ thể được gói gọn trong gói tinIP.Trong gói tiêu đề IP,trường giao thức được thiết lập bằng 89 để cho biết làOSPF,và địa chỉ đích được thiết lập là 1 trong 2 địa chỉ multicast :224.0.0.5 hoặc224.0.0.6.Nếu gói OSPF được đóng gói trong 1 khung Ethernet,địa chỉ MAC đíchcũng là 1 địa chỉ multicast : 01-00-5E-00-00-05 or 01-00-5E-00-00-06.

Hình 3.1 Đóng gói bản tin OSPF

3.4 Các Loại Gói Tin OSPF

 Hello : dùng để thiết lập và duy trì mối quan hệ hàng xóm với những routerkhác

 DBD : gói tin này dùng để chọn lựa router nào sẽ được trao đổi thông tintrước (master/slave)

 LSR : Link state request gói tin này dùng để chỉ định loại LSA dùng trongtiến trình trao đổi gói tin DBD

 LSU : Link-state update được sử dụng để trả lời LSRs cũng như công bốthông tin mới.LSUs chứa 7 loại khác nhau của LSAs

 LSAck : khi 1 LSU được nhận,router gửi 1 Link-State Acknowledgement(LSAck) để xác nhận LSU

3.5 Gói Tin Hello

Gói OSPF loại 1 là gói OSPF Hello.Các gói Hllo được sử dụng để :

 Khám phá hàng xóm OSPF và thiết lập hàng xóm gần kề

 Quảng bá các thông số ở trên 2 con router mà đã là hàng xóm của nhau.Bầu chọn DR va BDR ở trên mạng multiaccess và ethernet như Frame Relay.

3.5.1 Thiết lập hàng xóm

Trước khi 1 router OSPF gửi trạng thái liên kết của nó tới tất cả các router khác,trước tiên nó phải xác định xem có bất kỳ hàng xóm OSPF nào ở trên bất kỳ liên kếtnào của nó Trong hình, router OSPF đang gửi những gói Hello ra tất cả các cổngcủa nó cho phép các cổng của nó xác định xem có bất kỳ hàng xóm nào ở trên liênkết đó không Thông tin ở trong OSPF Hello bao gồm OSPF Router ID của routerđang gửi gói Hello Nhận 1 gói OSPF Hello ở trên giao diện xác nhận cho 1 router

mà có router OSPF khác ở trên liên kết này.Sau đó OSPF được thiết lập là hàngxóm gần kề

Hình 3.2 Giao thức Hello

3.5.2 OSPF Hello và Dead Interval

Trước khi 2 router có thể hình thành hàng xóm gần kề,chúng phải đòng ý về

3 giá trị thời gian Hello,cùng thời gian duy trì Dead Interval,và kiểu mạng

Thời gian Hello chỉ ra việc goi Hello gửi thường xuyên thế nào mặc định vớimạng multiaccess và point-to-point là 10s và 30s với mạng non-broadcastmultiaccess (NBMA)

Trong hầu hết trường hợp,gói OSPF Hello gửi như multicast đến 1 địa chỉdành riêng cho tất cả SPF router tại 224.0.0.5.Sử dụng địa chỉ multicast cho phépthiết bị bỏ qua các gói dữ liệu nếu các cổng của nó không được kích hoạt để chấpnhận các gói tin OSPF Dead Interval là thời gain mà router chờ trước khi cho hàngxóm vào trạng thái down thời gian này theo cisco mặc định là gấp 4 lần thời gianHello Với mạng multiaccess và point-topoint là 40s và với NBMA là 120s.

3.5.3 OSPF link-state Updates

Link-state updates (LSU) là gói tin được sử dụng để cập nhật định tuyến OSPF.Mộtgói LSU có thể chứa 10 loại bản tin khác nhau của link-state Advertisements(LSAs) như hiển thị ở hình bên dưới.Sự khác nhau giữa các điều khoản LSU vàLSA đôi khi có thể khó hiểu.Đôi khi những thuật ngữ này được dùng lẫn lộn MộtLSU chứa 1 hoặc nhiều LSAs và các điều khoản khác có thể được sử dụng để tuyêntruyền thông tin trạng thái liên kết bởi router OSPF

Hình 3.3 Cấu trúc gói tin LSUs

3.5.4 Bầu DR và BDR

Để giảm lưu lượng truy cập trên các mạng multiaccess, OSPF bầu 1 DR va 1BDR DR có nhiệm vụ cập nhật router khác (gọi là DROthers) khi có sự thay đổi ởtrong mạng BDR để dự phòng cho DR

3.6 Xác Thực

Giống như các giao thức định tuyến khác OSPF có thể được cấu hình để xácthực.RIPV2,EIGRP,OSPF,IS-IS và BGP tất cả đều được cấu hình để mã hoá và xácthực thông tin định tuyến điều này đảm bảo rằng các con router chỉ chấp nhận thông

tin định tuyến từ router khác đã được cấu hình với cùng mật khẩu và thông tin xácthực.

3.7 Cách Xác Định Router ID

Các OSPF Router ID được sử dụng để nhận diện từng router trong vùng định tuyếnOSPF.Một router ID chỉ đơn giản là 1 địa chỉ IP.Router cisco chọn router id dựatrên 3 tiêu chí :

 Sử dụng địa chỉ IP đã được cấu hình với lệnh router-id

 Nếu router-id không được cấu hình thì router chọn địa chỉ IP cao nhất của

Bởi vì chúng ta đã không cấu hình router id hoặc cổng loopback nên chúng

ta xác định router id dựa vào điều kiện thứ 3.ta có thể xử dụng lệnh “show ipprotocol” để kiểm tra router id.1 số IOS không hiển thị được như hình vẽ thì ta sửdụng lẹnh “show ip ospf interface”.Như thể hiện trong hình router id của mỗi router

là :

R1: 192.168.10.5, which is higher than either 172.16.1.17 or 192.168.10.1R2: 192.168.10.9, which is higher than either 10.10.10.1 or 192.168.10.2R3: 192.168.10.10, which is higher than either 172.16.1.33 or 192.168.10.6

Hình 3.6 Bảng định tuyến của Router R1

Hình 3.7 Bảng định tuyến của Router R2

Hình 3.8 Bảng định tuyến của Router R3OSPF có 5 kiểu mạng :

3.7.1 Quá trình lan tràn bản tin LSAs.

Bản tin LSAs được gửi đi khi khởi tạo hoặc khi có sự thay đổi của mô hìnhmạng

Như trong hình vẽ: