Bài giảng các giao thức định tuyến khái niệm phân loại

Các  giao  thức  định  tuyến   Khái  niệm,  phân  loại   TS  Trương  Diệu  Linh   Bộ  môn  Mạng  thông  Fn  &  Truyền  thông   Viện  Công  nghệ    thông  Fn   1/19/15 Mục  lục   Ø Định  tuyến   Ø Phân  loại  các  giao  thức  định  tuyến   Ø Các  giải  thuật  định  tuyến   Ø Kết  luận     1/19/15 Định  tuyến  –  Những  khái  niệm  cơ  bản   •  Chức  năng  chính  của  tầng  mạng  (network  layer)  là  vận  chuyển  dữ   liệu  giữa  các  cặp  nút  không  liền  kề  Từ  đó  có  2  nhiệm  vụ:   –  chọn  đường  cho  các  dữ  liệu  giữa  các  máy/  thiết  bị  đầu  cuối     –  Chuyển  Fếp  dữ  liệu  theo  đường  đi  đã  chọn   •  Việc  chọn  đường  được  thực  hiện  bởi  các  rouFng  protocol   –  RouFng  protocol  onh  đường  đi  bằng  các  thuật  toán  chọn  đường   –  Kết  quả  onh  toán  được  lưu  trong  các  router  phục  vụ  quá  trình  chuyển   Fếp  dữ  liệu  Fếp  theo     •  Việc  chuyển  Fếp  dữ  liệu  được  thực  hiện  bởi  các  routed  protocol   –  Chuyển  Fếp  dữ  liệu  giữa  các  cổng  của  router  theo  đường  đi  đã  được   xác  định  ở  trên   •  Định  tuyến  được  nghiên  cứu  trong  mạng  máy  onh,  viễn  thông,  giao   thông  vận  tải  cũng  như  trong  các  bài  toán  phân  phối  tài  nguyên  nói   chung   1/19/15 Định  tuyến  –  Những  khái  niệm  cơ  bản   •  Giao thức định tuyến (routed protocol)   Hình 1: Giao thức định tuyến, IP protocol 1/19/15 Định  tuyến  –  Những  khái  niệm  cơ  bản   •  Giao thức định tuyến (routed protocol) –  Một  giao  thức  được  định  tuyến  chuyển  Fếp  dữ  liệu  mà   không  cần  quan  tâm  đến  đường  đi  tổng  thể  từ  nguồn  đến   đích,   –  Giao  thức  đã  được  định  tuyến  cung  cấp  định  nghĩa  khuôn   dạng  và  mục  đích  của  các  trường  có  trong  một  gói  Fn,   –  The  Internet  Protocol  (IP)  và  Novell  Internetwork  Packet   Exchange  (IPX)  là  các  giao  thức  được  định  tuyến  Một  số    giao  thức  được  định  tuyến  khác  như  là  DECnet,   AppleTalk,  Banyan  VINES,  và  Xerox  Network  Systems  (XNS)   1/19/15 Định  tuyến  –  Những  khái  niệm  cơ  bản   •  Giao thức định tuyến (routing protocol) Hình 2: Giao thức định tuyến, RIP, IGRP 1/19/15 Định  tuyến  –  Những  khái  niệm  cơ  bản   •  Giao thức định tuyến (routing protocol) –  Giao  thức  định  tuyến  được  dùng  trong  khi  thực  hiện  giải   thuật/  thuật  toán  định  tuyến  để  trao  đổi  thông  Fn  giữa  các   mạng,  cho  phép  các  router  xây  dựng  bảng  định  tuyến  một   cách  linh  hoạt   •  Thu  thập  thông  Fn  mạng:  topo,  tài  nguyên   •  Trao  đổi  dữ  liệu  giữa  các  nút  trong  quá  trình  onh  toán  đường  đi   •  Thiết  lập  bản  định  tuyến   –  Các  giao  thức/  giải  thuật  định  tuyến  được  thực  thi  bởi  các   router,   –  Một  số  ví  dụ  về  các  giao  thức  định  tuyến  trên  mạng   Internet  là  RIP,  IGRP,  OSPF,  BGP,  và  EIGRP   –  Một  số  ví  dụ  về  các  giao  thức  định  tuyến  trên  mạng  mobile   wireless  ad  hoc  networks  là  AODV,  DSR,  OLSR   1/19/15 Định  tuyến  –  Những  khái  niệm  cơ  bản   u Giao thức định tuyến (routing protocols) Hình 3: Định tuyến mạng ad hoc 1/19/15 Định  tuyến  –  Những  khái  niệm  cơ  bản   u Giao thức định tuyến – Quy trình tìm đường (Path Determination) Hình 4: Quy trình tìm đường máy A gửi tin máy C 1/19/15 Định  tuyến  –  Những  khái  niệm  cơ  bản   u Giao thức định tuyến – Quy trình tìm đường (Path Determination) Hình 5: Quy trình tìm đường 1/19/15 10 Phân loại giao thức định tuyến u Cấu hình định tuyến tĩnh Linux: ü Chúng ta cần cấu hình định tuyến tĩnh, thêm thông tin vào bảng định tuyến để ping tới dãy địa 192.168.3.X từ dãy địa 192.168.1.X Điểm nối mạng subnet gateway có địa 192.168.1.10 ü Do mạng subnet 192.168.1.*, router cấu hình định tuyến tĩnh sau: ü Cấu hình máy trạm thuộc subnet 192.168.1.X: •  $ route add default gw 192.168.1.10 ü Cấu hình router gateway nối với subnet 192.168.1.X sau: •  $ route add -net 192.168.3.0 netmask 255.255.255.0 gw 192.168.3.10 1/19/15 27 Phân loại giao thức định tuyến u  Định tuyến động thường sử dựng loại giải thuật định tuyến: ü  Distance-vector: ü  Thực tính đường giải thuật Bellman ford ü  Tính toán phân tán ü  Từng nút mạng khám phá dần đường tốt cách trao đổi bảng định tuyến tạm thời với nút xung quanh ü  Link-state: ü  Mỗi nút thu thập thông tin liên kết với nút khác để xây dựng đồ thị mạng ü  Mỗi nút sử dụng giải thuật Dijkstra tự tính đường ngắn đến đinh xây dựng bảng định tuyến 1/19/15 28 Phân loại giao thức định tuyến   u Hệ tự trị (autonomous system): ü Internet hình thành từ số lớn hệ tự trị/vùng/miền, hệ tự trị dùng giao thức định tuyến riêng bên trong, ü Thuật toán/ giải thuật định tuyến hoạt động bên hệ tự trị gọi giao thức định tuyến nội vùng (interior gateway protocol) ü Các giao thức nội vùng phổ biến Rip, Rip 2, IGRP (distance-vector) OSPF, IS-IS (link-state) ü Thuật toán/ giải thuật định tuyến hệ tự trị gọi giao thức định tuyến liên vùng (exterior gateway protocol) ü Giao thức cổng định tuyến liên vùng phổ biến BGP 1/19/15 29 Phân loại giao thức định tuyến u Phân loại theo phạm vi u Định tuyến nội vùng ü EIGRP: Enhanced Interior Gateway Routing Protocol ü IGRP: Interior Gateway Routing Protocol ü IS-IS: ISO IS-IS & OSPF: Open Shortest Path First u Định tuyến liên vùng u BGP: Border Gateway Protocol Hình 15: Phân loại giao thức định tuyến 1/19/15 30 Phân loại giao thức định tuyến u Định tuyến không phân cấp ü Xác định đường từ đầu đến cuối u Định tuyến phân cấp ü Định tuyến mạng đa miền ü Xác định danh sách miền cần qua trước ü Xác định đường cụ thể miền sau 1/19/15 31 Phân loại giao thức định tuyến u Định tuyến phân cấp (hierachical routing): ü Internet thành lập nhiều liên mạng, mạng gia tăng kích cỡ gia tăng bảng chọn đường, tiêu tốn nhớ, cần nhiều băng thông để gửi thông tin thời gian hội tụ lâu hơn, ü Do đó, cần phải có phân cấp việc chọn đường (giống mạng điện thoại) ü Khi chọn đường phân cấp, routers chia thành miền (region) với router biết tất chi tiết cách chọn đường gói tin đến đích region không (cần) biết thông tin region khác, ü Các liên mạng kết nối với xem vùng (region), 1/19/15 32 Phân loại giao thức định tuyến u Định tuyến phân cấp (hierachical routing): ü Một vấn đề đặt mạng nên phân cấp mức? ü Kamou & Kleinrock (1979) với liên mạng có N subnets mức phân cấp tối ưu lnN ü Ví dụ: ü Một liên mạng bao gồm 720 mạng con, với giao thức định tuyến động bình thường, cần 720 thông tin (entry) định tuyến cho router Nếu liên mạng chia làm 24 vùng khác với vùng bao gồm 30 routers, router cần 30 routing entries cho 30 routers region 23 routing entries cho định tuyến ngoại vùng 1/19/15 33 Phân loại giao thức định tuyến u Định tuyến phân cấp (hierachical routing): ü Ví dụ chọn đường phân cấp với vùng khác nhau: 1/19/15 34 Phân lọai giao thức định tuyến u Định tuyến nguồn (source routing) ü Nguồn gửi liệu đặc tả đường liệu ü Cho phép nguồn lựa chọn đường tốt số tất khả ü Cho phép nguồn bắt buộc gói tin theo đường, thuận tiện quản lý chất lượng ü Sử dụng nhiều mạng chuyển mạch kênh Ví dụ SONET, WDM u Định tuyến hop-by-hop ü Các nút mạng trung gian (router) định đường liệu tùy thuộc trạng thái mạng địa đích ü Sử dụng nhiều mạng chuyển mạch gói VD: Internet 1/19/15 35 Phân lọai giao thức định tuyến •  Phân  loại  theo  đích:     –  Anycast:              mulFcast:1nguồn–1  nhóm  đích                    broadcast       –  Unicast   1/19/15     36 Phân lọai giao thức định tuyến u  Anycast: ü  Dữ liệu từ nguồn chuyển đến nút gần (về mặt topo) số nút nút nhận ü  Tất nút nhận nhóm có địa u  Unicast: ü  Mỗi địa đích tương ứng với nút nhận ü  Dữ liệu từ nguồn gửi tới nút u  Multicast: ü  Một địa tương ứng với nhóm nút ü  Nút nguồn gửi liệu đồng thời cho nhiều nút đích trình truyền nhận u  Broadcast: ü  Dữ liệu truyền từ nguồn đồng thời đến tất đích 1/19/15 37 Phân loại giao thức định tuyến u Broadcast: ü Cách thực •  Gửi liệu riêng rẽ đến người nhận: n-unicast –  Tốn băng thông •  Sử dụng mạng để tạo phân phối •  Vận chuyển gói tin đến đích theo khung từ gốc 1/19/15 38 Phân loại giao thức định tuyến •  MulFcast   –  Sử  dụng  cây  khung  đến  nhóm  các  nút  đích  để   phân  phối  dữ  liệu     1/19/15 39 Phân loại giao thức định tuyến •  Phân  loại  theo  mạng:  Các  giao  thức  mang  đặc  trưng    mạng     –  Mạng  quang:   •  Thường  dùng  chuyển  mạch  kênh  è  định  tuyến  nguồn   •  Mỗi  kết  nối  dùng  một  bước  sóng  từ  đầu  đến  cuối     •  Định  tuyến  cho  các  kết  nối  bao  gồm  ‹m  đường  đi  cho  kết  nối  và   gán  bước  sóng  cho  nó   –  Mạng  sensor   •  Đặc  trưng  mạng  là  hạn  chế  về  năng  lượng,  các  nút  mạng  lúc  on/off   •  Giải  thuật  định  tuyến  phải  đơn  giản,  hạn  chế  đường  đi  qua  nhiều   nút   •  Vấn  đề  phát  hiện  hàng  xóm     –  Mạng  di  động     1/19/15   •  Các  nút  mạng  không  cố  định,  topo  biến  đổi  thường  xuyên   40 Phân loại giao thức định tuyến •  Phân  loại  theo  chất  lượng  dịch  vụ   –  Định  tuyến  có  dự  phòng:   •  Đòi  hỏi  mỗi  kết  nối  phải  có  1  đường  đi  dự  phòng   •  Vấn  đề  để  dành  tài  nguyên  dự  phòng   –  Tài  nguyên  dành  riêng,  tài  nguyên  chia  sẻ   •  Đường  đi  chính  và  dự  phòng  không  hỏng  đồng  thời   •  Trường  hợp  một  lỗi,  nhiều  lỗi  đồng  thời   •  Dễ  dẫn  đến  bài  toán  NP-­‐khó   –  Định  tuyến  đảm  bảo  băng  thông   •  Băng  thông  dọc  theo  mọi  liên  kết  phải  được  đảm  bảo  đủ  theo  yêu  cầu   •  Định  tuyến  phải  onh  đến  tài  nguyên  đang  có  và  có  chính  sách  “đặt  chỗ”   –  Định  tuyến  đảm  bảo  độ  trễ  tối  đa   •  Độ  trễ  từ  đầu  đến  cuối  không  vượt  quá  một  ngưỡng     •  Định  tuyến  theo  ràng  buộc  tổng  (addiFve  constraint)   –  Định  tuyến  đảm  bảo  cân  bằng  tài  nguyên       1/19/15 41 [...]... Gateway Protocol Hình 15: Phân loại các giao thức định tuyến 1/19/15 30 Phân loại các giao thức định tuyến u Định tuyến không phân cấp ü Xác định đường đi từ đầu đến cuối u Định tuyến phân cấp ü Định tuyến trong mạng đa miền ü Xác định danh sách các miền cần đi qua trước ü Xác định đường đi cụ thể trong các miền sau 1/19/15 31 Phân loại các giao thức định tuyến u Định tuyến phân cấp (hierachical... 22 Phân loại các giao thức định tuyến u Ví dụ về định tuyến tĩnh (static routing): Hình 12: Ví dụ về định tuyến tĩnh 1/19/15 23 Phân loại các giao thức định tuyến u Cấu hình định tuyến tĩnh trên Cisco IOS: Hình 13: Các lệnh để theo dõi bảng định tuyến trên Cisco IOS 1/19/15 24 Phân loại các giao thức định tuyến u Cấu hình định tuyến tĩnh trên Cisco IOS: Hình 14: Các lệnh để quản lý bảng định tuyến. .. loại các giao thức định tuyến u Phân loại theo cách xây dựng: Định tuyến tĩnh vs định tuyến động u Phân loại theo giải thuật định tuyến: Distance vector, link state … u Phân loại theo phạm vi: Định tuyến nội vùng, liên vùng u Phân loại theo hình thức tính toán: Đinh tuyến nguồn vs định tuyến hop-by-hop u Phân loại theo đích: Anycast, broadcast, multicast, unicast u Phân loại theo mạng: Định tuyến. .. 1/19/15 14 Định tuyến  –  Những khái niệm  cơ  bản   u Bảng định tuyến (routing tables): Hình 9: Ví dụ về bảng định tuyến 1/19/15 15 Định tuyến  –  Những khái niệm  cơ  bản   u Bảng định tuyến (routing tables): Routers sử dụng các giao thức định tuyến để xây dựng, cập nhật và duy trì thông tin trong bảng định tuyến, các thông tin trong bảng định tuyến phụ thuộc vào giao thức định tuyến sử dụng,... routing (định tuyến động): ü Bảng định tuyến được xây dựng một cách tự động bằng các giao thức định tuyến, ü Bảng định tuyến được cập nhật tự động khi trạng thái mạng thay đổi •  Định tuyến động chiếm ưu thế trên Internet, ü Quản trị mạng thường kết hợp cả định tuyến tĩnh và động 1/19/15 21 Phân loại các giao thức định tuyến u Ví dụ về định tuyến tĩnh (static routing): Hình 11: Ví dụ về định tuyến tĩnh.. .Định tuyến  –  Những khái niệm  cơ  bản   u Giao thức định tuyến – Quy trình chuyển tiếp Hình 6: Quy trình tìm đường trong IP 1/19/15 11 Định tuyến  –  Những khái niệm  cơ  bản   u Thiết bị định tuyến, routers: ü Router, hay thiết bị định tuyến hoặc bộ định tuyến, là một thiết bị mạng máy tính để thực thi các giải thuật/ giao thức định tuyến để chuyển các gói dữ liệu qua... u Phân loại theo chất lượng: Định tuyến có dự phòng, định tuyến đảm bảo băng chất lượng dịch vụ v.v… 1/19/15 20 Phân loại các giao thức định tuyến u Trên mạng IP, thông thường có 2 loại định tuyến phổ biến: ü Static routing (định tuyến tĩnh): ü thông tin đường đi được thiết lập cố định trên các bảng định tuyến, ü không có khả năng tự cập nhật ü Thường được xây dựng thủ công ü Dynamic routing (định. .. trị được gọi là các giao thức định tuyến liên vùng (exterior gateway protocol) ü Giao thức cổng định tuyến liên vùng phổ biến là BGP 1/19/15 29 Phân loại các giao thức định tuyến u Phân loại theo phạm vi u Định tuyến nội vùng ü EIGRP: Enhanced Interior Gateway Routing Protocol ü IGRP: Interior Gateway Routing Protocol ü IS-IS: ISO IS-IS & OSPF: Open Shortest Path First u Định tuyến liên vùng... Hình 14: Các lệnh để quản lý bảng định tuyến trên Cisco IOS 1/19/15 25 Phân loại các giao thức định tuyến u Cấu hình định tuyến tĩnh trên Linux: Hình 15: Topo mạng minh họa 1/19/15 26 Phân loại các giao thức định tuyến u Cấu hình định tuyến tĩnh trên Linux: ü Chúng ta cần cấu hình định tuyến tĩnh, thêm thông tin vào bảng định tuyến để có thể ping tới dãy địa chỉ 192.168.3.X từ dãy địa chỉ 192.168.1.X... stability: các giao thức định tuyến phải được thiết kế với sự ổn định cao ü  Flexibility (mềm dẻo): các giao thức định tuyến phải được thiết kế một cách mềm dẻo, linh hoạt để thích ứng nhanh với sự thay đổi topology hay các đặc tính riêng của mạng (băng thông, trễ, link-state, etc) ü  Rapid convergence: các giao thức định tuyến phải được thiết kế để quá trình tìm đường nhanh chóng hội tụ 1/19/15 19 Phân loại