I. KHÁI QUÁT CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN 3 1. Khái niệm 3 2. Phân loại 3 a. Định tuyến tĩnh 3 b. Đinh tuyến động 4 II. GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN OSPF 6 1. OSPF giải quyết các vấn đề 6 2. Đóng gói bản tin OSPF 6 3. Các loại gói tin OSPF 7 4. Giao thức Hello 7 a. Thiết lập hàng xóm 9 b. OSPF Hello và Dead Interval 10 c. OSPF linkstate Updates 10 d. Bầu DR và BDR 11 5. Thuật toán OSPF 11 6. Xác thực 12 7. Các xác định Router ID 13 8. Bảng định tuyến 15 9. Kiểu mạng của OSPF 17 10. Quá trình lan tràn bản tin LSAs và bầu chọn DR và BDR trong mạng Multiaccess 17 a. Quá trình lan tràn bản tin LSAs 17 b. Bầu chọn DR và BDR 18 11. Metric OSPF 20 Giao thức là một kiểu cách thức giao tiếp, đối thoại. Cũng như con ngưòi máy móc muốn làm việc vói nhau cũng cần có những cách thức giao tiếp riêng . Trong việc truyền tin cũng vậy các Router muốn giao tiếp với nhau cũng cần phái có những giao thức để làm việc với nhau. Các giao thức đó thường là RIP, IGRP, EGRP, ISIS,BGP4 và OSPF. OSPF là giao thức định tuyến nhóm linkstate thường được triển khai trong các hệ thống mạng phức tạp. Giao thức OSPF tự xây dựng những cơ chế riêng cho mình, tự bảo đảm những quan hệ của chính mình với các router khác. Nó có thể dò tìm nhanh chóng sự thay đổi của topology (cũng như lỗi của các interface) và tính toán lại những route mới sau chu kỳ hội tụ. Chu kỳ hội tụ của OSPF là rất ngắn và cũng tốn rất ít lưu lượng đường truyền.
Trang 1MỤC LỤC
Trang 2Ngày nay chúng ta cũng không phái lo về việc thiếu hụt băng thông cho truyền tin như trưóc kia thay vào đó là việc làm sao để xử lý gói tin tại các nút là nhanh nhất
Giao thức là một kiểu cách thức giao tiếp, đối thoại Cũng như con ngưòi máy móc muốn làm việc vói nhau cũng cần có những cách thức giao tiếp riêng Trong việc truyền tin cũng vậy các Router muốn giao tiếp với nhau cũng cần phái 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 trong các hệ thống mạng phức tạp Giao thức OSPF tự xây dựng những cơ chế riêng cho mình, tự bảo đảm những quan hệ của chính mình với các router khác Nó có thể dò tìm nhanh chóng sự thay đổi của topology (cũng như lỗi của các interface) và tính toán lại những route mới sau chu kỳ hội tụ Chu kỳ hội tụ của OSPF là rất ngắn và cũng tốn rất ít lưu lượng đường truyền
Chính vì các lý do trên nên em đã lựa chọn đề tài tìm hiểu 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 Xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Nguyễn Tài Hưng đã góp ý
và động viên trong quá trình làm đề tài Mặc dù đã cố gắng hết sức nhưng do khả năng còn hạn chế nên không thể tránh khỏi thiếu sót Xin chân thành cảm ơn!
Trang 3I KHÁI QUÁT CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN
1.Khái niệm
Định tuyến là cách thức mà Router (bộ định tuyến) hay PC (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 mô hình định tuyến by-hop Điều này có nghĩa rằng mỗi PC hay Router sẽ tiền hành kiểm tra trường địa chỉ đích trong phần tiêu đề của gói tin IP, tính toán chặng tiếp theo (Next hop) để từng bước chuyển gói
hop-IP dần đến đích của nó và các Router cứ tiếp tục phát các gói tới chặng tiếp theo như vậy cho tới khi các gói IP đến được đích
2 Phân loại
Có 2 loại định tuyến: định tuyến tĩnh và định tuyến động
a Định tuyến tĩnh
- Trong bảng định tuyến gồm:
o Địa chỉ mạng và subnet mask và địa chỉa IP của router tiếp theo hoặc exit interface
o Được ký hiệu là chứ “S” trong bảng định tuyến
- Chúng ta sử dụng định tuyến tĩnh khí:
o Khi mạng chỉ có 1 vài router hay mô hình mạng đơn giản
o Mạng được kết nối với Internet chỉ thông qua 1 ISP
o Mô hình Hub & spoke được sử dụng trên 1 mạng lớn
Trang 4- Chúng ta sử dụng định tuyến tĩnh khi :
o Khi mang chí có 1 vài router hay mô hình mang dơn gián
o Mang dưoc ket noi vói Internet chí thông qua 1 ISP
o Mô hình Hub & spoke dưoc sú dnng trên 1 mang lớn
b Đinh tuyến động
Trang 5- Giao thức định tuyến động được sử dụng bởi các router để chia sẻ thông tin về tình trạngcủa mạng từ xa Giao thức định tuyến động thực hiện 1 số hoạt động bao gồm:
o RIP (Routing Information Protocol)
o IGRP (Inerior Gateway Routing Protocol)
o EIGRP (Enhanced IGRP)
o OSPF (Open Shortest Path First)
o IS-IS (Intermediate System-to-Intermediate System)
o BGP (Border Gateway Protocol)
Các loại thuật toán tìm đường: gồm 2 loại
- Giao thức định tuyến Distance vector: Các giao thức định tuyến thuộc loại này như RIP, IGRP… hoạt động theo nguyên tắc Neighbors, nghĩa là mỗi router sẽ gửi bảng định tuyến của mình cho tất cả router kết nối trực tiếp với nó Các router đó sau đó so sánh với bảng định tuyến mà mình hiện có và kiểm tra lại các tuyến đường của mình 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 EIRP)
o Ưu điểm: dễ cấu hình, router không phải xử lý nhiều nên không tốn nhiều dung
lượng bộ nhớ và CPU có tốc độ xử lý nhanh hơn
o Nhược điểm:
Hệ thống metric quá đơn giản (như RIP chỉ là hop count) dẫn đến việc các tuyền đường được chọn vào routing table chưa phải tuyến đường tốt nhất
Vì các gói tin update được gửi theo định kỳ nên một lượng băng thông (bandwidth) đáng kể sẽ bị chiếm (mặc dù mạng không thay đổi nhiều)
Trang 6 Do router hội tụ chậm, dẫn đến việc sai lệch trong bảng định tuyến gây nên hiện tượng lặp định tuyến (loop)
- Giao thức địng tuyến Link-state: giao thức định tuyến thuộc loại này như: OSPF, IS-IS Link-state không gửi bảng định tuyến của mình, mà chỉ gửi trạng thái của các 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 riêng cho mình, khi mạng hội tụ, link state protocol sẽ không gửi update định kỳ mà chỉ gửi khi nào có sự thay đổi trong mạng
o Ưu điểm: Có thể thích nghi với đa số hệ thống, cho phép người thiết kế có thể thiết
kế mạng linh hoạt, phản ứng nhanh với tình huống xảy ra Do khong gửi update nên link state bảo đảm băng thông cho các đường mạng
inverval-o Nhược điểm:
Do router phải xử lý nhiều nên chiếm nhiều bộ nhớ, tốc độ CPU chậm hơn nên tăng delay
Link state khá khó cấu hình để chạy tốt
II. GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN OSPF
OSPF là giao thức định tuyến dang Link-state dựa trên chuẩn mở được phát triển để thay thế phương thức Distance Vector (RIP) RIP là một giao thức định tuyến được chấp nhận trongnhững ngày đầu của mạng và Internet, nhưng do phụ thuộc vào số lượng hop mà router có thể
đi được chỉ là 15neen RIP nhanh chóng không thể chập nhận được trong các mạng lớn hơn Các mạng lớn hơn cần 1 giải pháp định tuyến mạnh mẽ hơn OSPF là 1 giao thức định tuyến classless mà sử dụng khái niệm vùng cho khả năng mở rộng Nó sử dụng thông số cost để tínhđường đi tốt nhất OSPF sử dụng băng thông như là thước đo chi phí
1 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)
2 Đóng gói bản tin OSPF
Trang 7Phần dữ liệu của 1 thông báo OSPF được đóng trong 1 gói Trường dữ liệu này có thể bao gồm
1 trong 5 loại bản tin OSPF
Các gói tiêu đề OSPF được gửi kèm với mỗi gói tin OSPF, bất kể loại bản tin nào của OSPF CácOSPF header và loại gói dữ liệu cụ thể được gói gọn trong gói tin IP Trong dói tiêu đề IP, trườnggiao thức được thiết lập bằng 89 để cho biết là OSPF, và địa chỉ đích được thiết lập là 1 trong 2 địa chỉ multicast: 224.0.0.5 hoặc 224.0.0.6 Nếu gói OSPF được đóng gói trong 1 khung Ethernet,địa chỉ MAC đích cũng là 1 địa chỉ multicast: 01-00-5E-00-00-05 or 01-00-5E-00-00-06
3 Các loại gói tin OSPF
- Hello : Dùng để thiết lập và duy trì mối quan hệ hàng xóm với những router khác
- DBD : Gói tin này dùng để lựa chọn router nào sẽ được trao đổi thông tin trưóc
Trang 84 Giao thức Hello
Gói OSPF loại 1 là gói OSPF Hello Các gói Hello 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 và BDR ở trên mạng multiaccess và ethernet như Frame Relay.Cấu trúc của bản tin Hello
Trong đó:
- Type: loại gói OSPF: Hello (1), DD(2), LS Request (3), LS Update (4),
LS ACK(5)
- Router ID: xác định router
- Area ID: vùng hoạt động của OSPF
Trang 9- Network Mask: Subnet Mask của giao diện gửi.
- Hello Interval: số giây gửi bản tin Hello của router
- Router Prioty: sử dụng trong việc bầu chọn DR, BDR
- Designated Router: Router ID của DR nếu có
- Backup Designated Router: Router ID của BDR nếu có
- List of Neighbors: danh sách OSPF Router ID của router hàng xóm
a 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 ký liên kết nào của nó Trong hình, router OSPF đang gửi những gói Hello ra tất cả các cổng của nó cho phép các cổng của nó xác định xem có bất
kỳ hàng xóm nào ở trên liên kết đó không Thông tin ở trong OSPF Hello baogồm OSPF của Router ID của router đang 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 hàng xóm gần kề
Trang 10b OSPF Hello và Dead Interval
Trước khi 2 router có thể hình thành hàng xóm gần kề, chúng phải đồng ý về 3 giá trị thời gian Hello, cùng thời gian duy trì Dead Interval, và kiểu mạng
Thời gian Hello chỉ ra việc gọi Hello gửi thường xuyên thế nào mặc định với mạng multilaccess
và point-to-point là 10s và 30s với mạng non-broadcast multiaccess (NBMA)
Trong hầu hết trường hợp, gói OSPF Hello gửi như multicast đến 1 địa chỉ dành riêng cho tất cả SPF router tại 224.0.0.5 Sử dụng địa chỉ multicast cho phép thiết bị bỏ qua các gói dữ liệu nếu các cổng của nó không được kích hoạt để chấp nhận các gói tin OSPF
Dead Interval là thời gian mà router chờ trước khi cho hàng xóm vào trạng thái down, thời gian này theo cisco mặc định là gấp 4 lần thời gian Hello Với mạng multiaccess và point-to-point là 40s và với NBMA là 120s
c OSPF link-state Updates
Link-state updates (LSU) là gói tin được sử dụng để cập nhật định tuyến OSPF Một gói 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 và LSA đôi khi có thể khó hiểu Đôi khi những thuật ngữ này có thể được dùng lẫn lộn Một LSU chứa 1 hoặc nhiều LSAs và các điều khoản khác có thể được sử dụng để tuyên truyền thông tin trạng thái liên kết bởi router OSPF
Trang 11d Bầu DR và BDR
Để giảm lưu lượng truy cập trên các mạng multiaccess, OSPF bầu 1 DR và 1 BDR DR có nhiệm
vụ cập nhật router khác (gọi là DROthers) khi có sự thay đổi ở trong mạng BDR để dự phòng cho DR
5 Thuật toán OSPF
Mỗi router OSPF duy trì 1 link-state database chứa các LSA nhận được từ tất cả router khác Khi
1 router đã nhận được tất cả các LSA và xây dựng link-state địa phương, OSPF sử dụng thuật toán Dijkstra’s (SPF-shortest path first) để tạo ra 1 cây SPF Sau đó cây SPF được sử dụng lưu giữ trong bảng định tuyến IP với đường đi ngắn nhất tới từng mạng
Khi nhận được thông tin mạng thay đổi nó sẽ tính lại SPF
Giả thiết:
r - là node nguồn, d là node đích
- là giá thấp nhất từ node r tới đích d
– là node tiếp theo của r trên đường tới d
– là giá của liên kết từ r tới s
Trang 12Thuật toán dừng khi tất cả các node thuộc Ω
Khi tính toán đường đi ngắn nhất sử dụng các thuật toán trên đây, thông tin trạng thái của mạng thể hiện trong hệ đo lượng (metric), các bộ định tuyến phải được cập nhật giá trên tuyến liên kết Một trong khi có sự thay đổi tôp mạng hoặc lưu lượng các node mạng phải khởi tạo và tính toán lại tuyến đường đi
6 Xác thực
Giống như các giao thức định tuyến khác OSPF có thể được cấu hình để xác thực RIPV2, EIRP, OSPF, IS-IS và BGP tất cả đều được cấu hình để mã hóa và xác thực 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 xác thực
Trang 137 Các xác định Router ID
Các OSPF Router ID được sử dụng để nhận diện từng router trong vùng định tuyến Một router
ID chỉ đơn giản là 1 địa chỉ IP Router cisco chọn router id dựa trên 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 bất kỳ cổng loopback nào
- Nếu không có cổng loopback được cấu hình thì router sẽ chọn địa chỉ IP cao nhất của bất kỳ cổng vật lý nào của nó đang hoạt động
Ví dụ: Cho mô mình như hình vẽ
Bởi vì chúng ta đã không cấu hình router id hoặc cổng loopback nên chúng ta xác định router iddựa vào điều kiện thứ 3, ta có thể sử dụng lệnh “show ip protocol” để kiểm tra router id.1 số IOSkhông hiển thị được như hình vẽ thì chúng ta sử dụng lệnh “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 192.168.10.1
R2: 192.168.10.9, which is higher than either 10.10.10.1 or 192.168.10.2
R3: 192.168.10.10, which is higher than either 172.16.1.33 or 192.168.10.6
Trang 148 Bảng định tuyến
Xét mô hình như hình vẽ sau khi mạng hội tụ thì mỗi router sẽ có 1 bảng định tuyến của nó như trong hình vẽ
Trang 15Ta dùng lệnh “show ip route” để thấy bảng định tuyến của từng router
Trang 179 Kiểu mạng của OSPF
10 Quá trình lan tràn bản tin LSAs và bầu chọn DR và BDR trong mạng Multiaccess
a Quá trình lan tràn bản tin LSAs
Bản tin LSAs được gửi đi khi khởi tạo hoặc khi có sự thay đổi của mô hình mạng
Như trong hình vẽ:
Trang 18Do tất cả router trong mạng đều lũ lụt gửi bản tin LSAs sẽ làm cho lưu lượng mạng trở nên tắcnghẽn không lưu thông được Giải pháp đưa ra là phải bầu chọn DR và BDR
b Bầu chọn DR và BDR
Để quản lý được lưu lượng mạng cũng như số lượng bản tin LSAs ta bầu DR và BDR DR cónhiệm vụ thu thập và phân phối bản tin LSAs BDR dùng để dự phòng trong trường hợp DRkhông hoạt động Các con router khác gọi là DROthers
Cách thức hoạt động:
Thay vì phải gửi tràn lan bản tin LSAs thì DROthers chỉ gửi LSAs của nó cho DR và BDR
sử dụng địa chỉ 224.0.0.6 trong trường hợp này R1 gửi LSA cho DR và BDR Sau đó BDRlắng nghe xem DR có hoạt động tốt hay không, sau đó DR có nhiệm vụ chuyển tiếp cácLSAs tới tất cả các router khác trong mạng bằng địa chỉ 224.0.0.5 Kết quả cuối cùng chỉ 1router làm nhiệm vụ gửi lan tràn các LSAs
Trang 19Các tiêu chí để bầu DR và BDR
- DR: router với độ ưu tiên của cổng là cao nhất
- BDR: router với độ ưu tiên của cổng là cao thứ hai
- Nếu độ ưu tiên bằng nhau thì Router ID cao nhất được sử dụng để làm DRMặc định độ ưu tiên là 1
Trang 20Như trong hình vẽ thì router C có router id lớn nhất nên được bầu là DR còn router B có router id lớn thứ 2 nên được bầu làm BDR, các router khác sẽ là DROthers
Thời gian bầu chọn DR và BDR chỉ diễn ra trong vòng vài giây ngay sau khi router khởi động với việc kích hoạt giao thức OSPF hoặc mạng Multiaccess, khi 1 router được bầu làm DR thì nó vẫn là DR cho đến khi 1 trong các điều kiện sau thay đổi
- DR bị hỏng
- Tiến trình OSPF trên con DR bị hỏng
- Cổng Multiaccess ở trên con DR bị hỏng
11 Metric OSPF
Metric OSPF được gọi là cost OSPF sử dụng cost như là metric để xác định đường đi tốt nhất, giá trị cost càng nhỏ càng tốt và cost được tính theo công thức:
108 / bandwidth
Trang 21Băng thông mặc định là 100Mpbs giá trị này có thể thay đổi được nhờ câu lệnh
“auto-cost reference-Bandwidth”
Cost của một tuyến đường là giá trị tích lũy từ 1 router tới router kế tiếp cho tới khi đến đích
Trang 22III MÔ PHỎNG
Mô hình 1:
22
Trang 23Kết quả duyệt web với tên miền ktvt.com trên PC2 sau khi cấu hình OSPF
Kết quả kiểm tra các tuyến
Trang 27Kiểm tra thời gian các bản tin router ID và thiết lập hàng xóm trên RA
Hình dưới ta thấy nguồn thông tin định tuyến cập nhật từ các hàng xóm
Trang 28Ta sẽ thay đổi khoảng thời gian gửi nhận các bản tin, chi phí cost = 10, tức là giá trị cost được thay đổi trực tiếp = 10 khác với câu lệnh thay đổi băng thông lúc này là cost = 10^8/băng thông (kbps)
Kết quả sau khi thay đổi
Chú ý: nếu ta thay đổi giá trị thời gian bản tin hello và dead thì phải thay đổi đồng thời trên các router nếu không mạng sau khi thay đổi sẽ không hoạt động được
Trên đâu là vài chức năng được mô phỏng trực quan và kiểm tra và còn nhiều chức năng khác như:
- Xác thực
- Mã hóa
- Tạo các phân vùng trong OPSP (tạo đường hầm)
- Thay đổi các giá trị như độ ưu tiên của các router để xem sự thay đổi bình bầu BR, BDR
- Chuyển giao giữa các giao thức định tuyến khác như RIP, EIGRP sang OSPF và ngược lại