Bài tiểu luận giao thức định tuyến OSPF

MỤC LỤC Trang Mục lục Danh mục bảng Danh mục hình vẽ .2 Giao thức định tuyến OSPF I Giới thiệu OSPF II Các thuật ngữ OSPF III Các trạng thái OSPF IV Các kiểu mạng OSPF V Giao thức Hello VI Hoạt động OSPF .12 VII Cấu trúc liên kết OSPF 17 VIII Thu nhỏ OSPF 18 IX Truyền thông OSPF 20 X Một số tính nâng cao OSPF 21 Kết luận 22 Tài liệu tham khảo 22 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Ưu điểm OSPF so với RIP Bảng 3.1: loại gói OSPF DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1: Hệ thống thuật ngữ OSPF Hình 4.1: Các kiểu mạng OSPF Hình 4.2: Bộ định tuyến định định dự phịng Hình 5.1: Tiêu đề gói OSPF Hình 5.2: Định dạng dạng gói Hello Hình 6.1: Các định tuyến thiết lập mối quan hệ gần kề Hình 6.2: Quá trình bầu DR BDR thực mạng đa truy nhập Hình 6.3: Các bước trao đổi để đến trạng thái full Hình 6.4: Tuyến tốt chọn đưa vào bảng định tuyến Hình 7.1: Mơ hình phân chia khu vực OSPF Hình 7.2: Các liên kết ảo mơ hình OSPF Hình 8.1: Mơ hình chưa thu gọn Hình 8.2: Mơ hình sau thu gọn Hình 9.1: Truyền thơng đa truy nhập Hình 9.2: Truyền thơng điểm điểm Hình 10.1: Mơ hình hồ sơ ảo GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN OSPF (Open Shortest Path First) I Giới thiệu OSPF: Giao thức OSPF (Open Shortest Path First) giao thức định tuyến trạng thái liên kết dựa chuẩn mở Giao thức đặc tả nhiều RFC ưa thích khả định cỡ (scalability) Giao thức RIP khơng thể chạy mạng có 16 bước nhảy (hop) Nó hội tụ chậm chọn tuyến tối ưu mà bỏ qua tham số quan trọng, chẳng hạn băng thông OSPF giải vấn đề chứng tỏ giao thức mạnh có tính mở Do sử dụng kỹ thuật trạng thái liên kết, OSPF chọn tuyến qua kết nối tốc độ cao Điều trái ngược với kỹ thuật vecter khoảng cách RIP sử dụng RIP chọn tuyến qua kết nối tốc độ thấp số bước nhảy nhỏ Các định tuyến OSPF trì tranh chung mạng trao đổi thông tin liên kết lúc khám phá ban đầu hay có thay đổi cấu hình mạng Các định tuyến OSPF trì tranh chung mạng trao đổi thông tin liên kết lúc khám phá ban đầu hay có thay đổi cấu hình mạng Các định tuyến trạng thái liên kết không quảng bá bảng định tuyến định kỳ kĩ thuật vector khoảng cách Trong RIP phù hợp cho mạng nhỏ OSPF thiết kế để giải nhu cầu cho liên mạng lớn Một số ưu điểm OSPF so với RIP: RIP OSPF Tốc độ hội tụ Toàn bảng định tuyến định tuyến chia sẻ với định tuyến kết nối trực tiếp, thời gian hội tụ đến vài phút Thời gian hội tụ nhanh hơn, thay đổi gửi tới tất định tuyến Hỗ trợ mặt nạ mạng (VLSM ) RIPv1 giao thức định tuyến phân lớp, không hỗ trợ VLSM RIPv2 có hỗ trợ VLSM OSPF giao thức định tuyến không phân lớp, hỗ trợ VLSM Kích Một mạng nằm cách xa 15 bước Gần khơng có giới hạn thước mạng nhảy coi khơng thể tới => giới hạn kích thước mạng RIP khoảng cách phù hợp với mạng cỡ vừa cỡ lớn Sử dụng Định kỳ 30 giây, RIP quảng bá toàn băng bảng định tuyến tới tất hàng thơng xóm => cản trở cho kết nối WAN tốc độ thấp Phát đa hướng cập nhật định tuyến có kích thước tối thiểu gửi cập nhật có thay đổi topo mạng Chọn đường Chọn đường cách so sánh số bước nhảy hay khoảng cách tới định tuyến khác, không quan tâm tới lượng băng thơng có sẵn liên kết độ trễ mạng Chọn tuyến tối ưu sử dụng “giá”, metric tính dựa băng thơng Nhóm thành viên Sử dụng topo phẳng, nghĩa tất định tuyến thuộc mạng Truyền thông định tuyến nằm hai đầu xa mạng phải di chuyển qua toàn mạng => thay đổi chí định tuyến ảnh hướng để tất thiết bị mạng Sử dụng khái niệm “vùng” (area) cho phép phân đoạn hiệu mạng thành nhiều vùng, giới hạn lưu lượng bên vùng ngăn thay đổi vùng ảnh hưởng đến vùng khác Sử dụng vùng cho phép mạng định cỡ hiệu Bảng 1 Ưu điểm OSPF so với RIP II Các thuật ngữ OSPF: Giống giao thức định tuyến trạng thái liên kết khác, OSPF hoạt động khác nhiều so với giao thức vector khoảng cách Bộ định tuyến trạng thái liên kết nhận diện truyền thơng với hàng xóm để thu thập thơng tin định tuyến mạng Hệ thống thuật nghữ OSPF mơ tả sau: - Liên kết (Link): Kênh truyền thông mạng - Trạng thái liên kết (Link state): Trạng thái liên kết hai định tuyến - Cơ sở liệu tơpơ (topology database) hay cịn gọi sở liệu trạng thái liên kết (Link state database): Danh sách thông tin tất định tuyến khác liên mạng Nó cho biết tơpơ liên mạng Mọi định tuyến vùng phải có sở liệu tôpô - Vùng (Area): Tập hợp mạng định tuyến có số hiệu nhận dạng vùng Mọi định tuyến vùng phải có thơng tin trạng thái liên kết Bộ định tuyến bên vùng gọi định tuyến - Giá (Cost): Giá trị gán cho liên kết Ngoài số bước nhảy, giao thức trạng thái liên kết gán giá cho liên kết dựa tốc độ phương tiện sử dụng - Bảng định tuyến (Routing table): Chứa tuyến tối ưu đến đích Bảng định tuyến tạo thuật toán SPF chạy sở liệu trạng thái liên kết - Cơ sở liệu gần kề (Adjacencies database): Danh sách hàng xóm mà định tuyến thiết lập truyền thông hai chiều - DR (Designated Router) BDR (Backup Designated Router): Để đơn giản hóa việc trao đổi thơng tin định tuyến nhiều hàng xóm mạng, định tuyến OSPF bầu định tuyến định (DR) định tuyến định dự phòng (BDR) làm điểm trung tâm để trao đổi thơng tin định tuyến Hình Hệ thống thuật ngữ OSPF III Các trạng thái OSPF: Các định tuyến OSPF thiết lập mối quan hệ hay trạng thái với hàng xóm để chia sẻ hiệu thông tin định tuyến Trái lại, giao thức vector khoảng cách, chẳng hạn RIP, quảng bá phát đa hướng cách mù quáng toàn bảng định tuyến tất giao diện, hy vọng định tuyến nhận Theo mặc định, định kỳ 30 giây, RIP định tuyến gửi loại gói Gói bảng định tuyến đầy đủ Trong đó, định tuyến OSPF dựa loại gói để nhận diện hàng xóm để cập nhật thơng tin định tuyến trạng thái liên kết Loại gói Miêu tả Loại – Hello Thiết lập trì thơng tin gần kề với hàng xóm Loại – Database Description (DBD) Miêu tả nội dung sở liệu trạng thái liên kết Bộ định tuyến OSPF Loại – Link State Request (LSR) Yêu cầu phần thông tin cụ thể sở liệu trạng thái liên kết Loại – Link State Update (LSU) Truyền tải LSA (Link State Advertisement) tới hàng xóm Loại – Link State Acknowledgement Xác nhận việc nhận LSA (LSAck) Bảng loại gói OSPF Các giao diện OSPF trạng thái phát triển định tuyến OSPF Mối quan hệ hàng xóm tiến triển qua trạng thái theo thứ tự sau: a Trạng thái Down: - Ở trạng thái Down, OSPF không trao đổi thông tin với hàng xóm OSPF đợi để chuyển sang trạng thái tiếp theo, trạng thái Init b Trạng thái Init: - Bộ định tuyến OSPF đặn gửi gói loại 1(gói Hello) để thiết lập mối quan hệ với định tuyến hàng xóm Khoảng cách lần gửi thường 10 giây Khi giao diện nhận gói Hello, định tuyến chuyển sang chế độ Init Điều có nghĩa định tuyến biết có hàng xóm phía bên đợi để chuyển mối quan hệ sang trạng thái - Có hai kiểu quan hệ hai chiều gần kề Bộ định tuyến phải nhận gói Hello từ hàng xóm trước thiết lập mối quan hệ c Trạng thái Two-Way: - Mọi định tuyến OSPF cố gắng thiết lập trạng thái truyền thông hai chiều với tất định tuyến khác mạng IP cách sử dụng gói Hello Trong gói Hello có chứa danh sách hàng xóm OSPF biết Khi định tuyến thấy gói Hello hàng xóm, chuyển sang trạng thái hai chiều - Trạng thái hai chiều mối quan hệ hàng xóm OSPF, thông tin định tuyến không chia sẻ mối quan hệ Để học trạng thái liên kết định tuyến khác cuối xây dựng bảng định tuyến, định tuyến OSPF phải hình thành quan hệ gần kề Gần kề mối quan hệ cao cấp định tuyến OSPF sau trải qua loại trạng thái, khơng dựa gói Hello mà cịn dựa bốn loại gói OSPF khác Các định tuyến cố gắng trở thành gần kề trao đổi thông tin định tuyến với mối quan hệ gần kề chưa thiết lập hoàn chỉnh Bước để đến trạng thái gần kề hoàn toàn trạng thái ExStart d Trạng thái ExStart: - Về mặt kỹ thuật, định tuyến hàng xóm chuyển vào chế độ ExStart hội thoại chúng thể gần kề, chưa hoàn chỉnh ExStart thiết lập sử dụng gói miêu tả sở liệu (loại 2), gọi tắt gói DBD - Hai định tuyến hàng xóm sử dụng gói Hello để đàm phán xem “chủ” “tớ” mối quan hệ sử dụng gói DBD để trao đổi sở liệu - Bộ định tuyến có số hiệu OSPF cao “thắng” trở thành chủ Số hiệu định tuyến OSPF trình bày phần sau Khi định tuyến thiết lập vai trò chủ/tớ, chúng chuyển vào chế độ Exchange bắt đầu gửi thông tin định tuyến e Trạng thái Exchange: - Trong trạng thái Exchange, định tuyến hàng xóm sử dụng gói DBD loại để gửi cho thông tin trạng thái liên kết Nói cách khác, định tuyến miêu tả sở liệu trạng thái liên kết cho Các định tuyến so sánh chúng học với chúng có sở liệu Nếu định tuyến nhận thông tin liên kết khơng có sở liệu, định tuyến yêu cầu cập nhật đầy đủ từ hàng xóm Thơng tin định tuyến đầy đủ trao đổi trạng thái Loading f Trạng thái Loading: - Sau sở liệu miêu tả cho nhau, định tuyến u cầu thơng tin hồn chỉnh cách sử dụng gói loại 3, gói yêu cầu trạng thái liên kết (LSR) Khi định tuyến nhận LSR, trả lời cập nhật định tuyến sử dụng gói loại 4, cập nhật trạng thái liên kết (LSU) Gói loại chứa quảng báo trạng thái liên kết (LSA), đặc trưng giao thức định tuyến trạng thái liên kết Gói LSU loại xác nhận sử dụng gói loại 5, xác nhận trạng thái liên kết (LSAck) g Trạng thái Full Adjacency: - Khi hoàn thành trạng thái Loading, định tuyến trở thành gần kề hoàn chỉnh Mỗi định tuyến giữ danh sách hàng xóm gần kề, gọi sở liệu gần kề Không nên nhầm lẫn sở liệu gần kề với sở liệu trạng thái liên kết hay sở liệu chuyển tiếp IV Các kiểu mạng OSPF: Quan hệ gần kề cần thiết lập để định tuyến OSPF chia sẻ thông tin định tuyến, định tuyến cố trở thành gần kề với định tuyến khác mạng kết nối tới Một số định tuyến cố trở thành gần kề với tất định tuyến hàng xóm, số khác cố với hai Bộ định tuyến OSPF xác định định tuyến trở thành gần kề dựa kiểu mạng chúng kết nối đến Các giao diện OSPF tự động nhận diện ba kiểu mạng: đa truy nhập quảng bá, đa truy nhập không quảng bá (NBMA) điểm-điểm (Hình 4.1) Người quản trị cấu hình kiểu thứ tư, mạng điểm-đa điểm Kiểu mạng định cách định tuyến OSPF quan hệ với Trong số trường hợp, người quản trị phải thay đổi kiểu mạng tự động khám phá để OSPF hoạt động đắn HÌnh Các kiểu mạng OSPF Một số mạng định nghĩa đa truy nhập khơng thể dự đốn trước có định tuyến kết nối với chúng (có thể có một, hai nhiều định tuyến) Rất có số lượng lớn định tuyến mạng đa truy nhập Do vậy, để tránh lưu lượng cập nhập định tuyến lớn trường hợp định tuyến có quan hệ gần kề với nhau, nhà thiết kế OSPF phát triển hệ thống nhằm giới hạn số lượng định tuyến trở thành gần kề với Hệ thống quy định hai định tuyến đặc biệt định tuyến định định dự phịng (Hình 4.2) HÌnh Bộ định tuyến định định dự phòng Chức định tuyến định định dự phòng sau: - Bộ định tuyến định (Designated Router - DR): Trong mạng IP quảng bá, định tuyến bầu làm DR DR có hai chức Chức thứ trở thành gần kề với tất định tuyến khác mạng Chức thứ hai hoạt động người đại diện cho mạng Nghĩa DR gửi LSA mạng cho tất mạng IP khác Do DR trở thành gần kề với tất định tuyến khác mạng nên điểm trung tâm để thu lượm thông tin định tuyến (LSA) - Bộ định tuyến định dự phòng (Backup Designated Router - BDR): Do DR bị lỗi nên định tuyến khác cần bầu BDR để dự phòng BDR phải trở thành gần kề với tất định tuyến mạng điểm trung tâm thứ hai cho LSA Tuy nhiên, không giống DR, BDR trách nhiệm cập nhật định tuyến với định tuyến khác gửi LSA mạng Thay vào đó, BDR giữ định thời hành động cập nhật DR để chắn DR hoạt động Nếu BDR không phát thấy hoạt động từ DR trước định thời hết hạn, BDR chiếm vai trò DR BDR khác bầu Trong mạng điểm-điểm, có định tuyến nên khơng cần thiết có điểm trung tâm để cập nhật định tuyến Khi khơng có DR hay BDR bầu mà hai định tuyến gần kề V Giao thức Hello: Khi định tuyến khởi động tiến trình định tuyến OSPF giao diện, gửi gói Hello sau tiếp tục gửi khoảng thời gian đặn Các luật chi phối việc trao đổi gói Hello gọi giao thức Hello Địa tầng đặt gói Hello địa đa hướng 224.0.0.5 Địa tất định tuyến OSPF Bộ định tuyến OSPF sử dụng gói Hello để khởi tạo mối quan hệ gần kề để đảm bảo mối quan hệ gần kề trì Theo mặc định, 10 giây gói Hello gửi lần mạng điểmđiểm đa truy nhập Trên giao diện nối với mạng NBMA, chẳng hạn Frame Relay, gói Hello gửi 30 giây lần Mặc dù có kích thước nhỏ, thường nhỏ 50 byte, gói Hello chứa đựng nhiều thông tin quan trọng Giống kiểu gói OSPF khác, gói Hello chứa tiêu đề gói OSPF, bao gồm trường Hình 5.1 Hình Tiêu đề gói OSPF Chức trường tiêu đề gói OSPF sau: - Version: Trường bit định nghĩa phiên giao thức OSPF Phiên sử dụng phiên - Type: Trường bit định nghĩa loại gói Như nói trên, có loại gói với giá trị từ đến - Packet length: Trường 16 bit định nghĩa chiều dài tổng gói kể phần tiêu đề - Bộ định tuyến ID: Trường 32 bit định nghĩa địa IP định tuyến gửi gói - Area ID: Trường 32 bit định nghĩa vùng thực định tuyến - Checksum: Trường 16 bit chứa mã kiểm tra lỗi cho tồn gói trừ phần loại chứng thực chứng thực - Authentication type: Trường 16 bit định nghĩa phương pháp chứng thực sử dụng vùng Hiện nay, có hai loại chứng thực định nghĩa (không chứng thực) (chứng thực mật khẩu) - Authentication data: Trường 64 bit giá trị thực liệu chứng thực Trong tương lai, có nhiều loại chứng thực định nghĩa, trường chứa kết tính tốn chứng thực Hiện nay, loại chứng thực 0, trường điền toàn bit Nếu loại chứng thực 1, trường chứa mật ký tự Nằm sau phần tiêu đề chung phần tiêu đề gói Hello, minh họa hình 5.2 10 Hình Định dạng dạng gói Hello Chức trường tiêu đề gói Hello sau: - Network mask: Trường 32 bit định nghĩa mặt nạ mạng mà qua gói Hello gửi - Hello Interval: Trường 16 bit định nghĩa khoảng thời gian (tính giây) gói Hello - Cờ E: Khi cờ bit thiết lập, có nghĩa Vùng Stub (vùng có kết nối tới vùng đường trục - Cờ T: Khi cờ bit thiết lập, nghĩa định tuyến hỗ trợ nhiều metric - Router Priority: Trường bit định nghĩa độ ưu tiên định tuyến Độ ưu tiên định tuyến sử dụng để chọn định tuyến định Sau tất định tuyến khai báo độ ưu tiên mình, định tuyến có độ ưu tiên cao chọn làm định tuyến định Nếu giá trị trường 0, nghĩa định tuyến không muốn chọn định tuyến định định tuyến định dự phòng - Dead Interval: Trường 32 bit định nghĩa khoảng thời gian (tính giây) trước định tuyến cho hàng xóm khơng hoạt động - Designated Router Address: Trường 32 bit địa IP định tuyến định cho mạng mà qua gói gửi - Backup Designated Router Address: Trường 32 bit địa IP định tuyến định dự phòng cho mạng mà qua gói gửi - Neighbor Address: Trường 32 bit lặp rõ định tuyến đồng ý hàng xóm cuả định tuyến gửi Nói cách khác danh sách hàng xóm thời 11 VI Hoạt động OSPF: Các định tuyến OSPF hoạt động qua năm bước phân biệt sau: - Bước 1: Thiết lập mối quan hệ gần kề - Bước 2: Bầu DR BDR (nếu cần) - Bước 3: Khám phá tuyến - Bước 4: Chọn tuyến tối ưu - Bước 5: Duy trì bảng định tuyến Bước 1: Thiết lập mối quan hệ gần kề - Bước định tuyến thực thiết lập mối quan hệ gần kề Trong ví dụ Hình 6.1, định tuyến cố gắng trở thành gần kề với định tuyến khác thuộc mạng IP Hình Các định tuyến thiết lập mối quan hệ gần kề - Để trở thành gần kề với định tuyến khác, RTB gửi gói Hello để quảng cáo định tuyến ID Do khơng có địa loopback thiết lập, nên RTB chọn địa IP cao 10.6.0.1 định tuyến ID Giả sử RTB cấu hình đúng, phát đa hướng gói Hello giao diện S0 E0 Do vậy, RTA RTC nhận gói Hello Hai định tuyến thêm RTB vào trường Neighbor ID gói Hello tương ứng chuyển sang chế độ Init Một lúc sau, RTB nhận gói Hello hai hàng xóm nhìn thấy ID nó, 10.6.0.1, trường Neighbor ID RTB khai báo trạng thái hai chiều RTA, RTC Lúc này, RTB định thiết lập mối quan hệ gần kề với định tuyến dựa loại mạng mà giao diện nối tới Nếu mạng điểm-điểm, định tuyến trở thành gần kề với định tuyến phía bên Nếu mạng đa truy nhập, RTB chuyển vào trình bầu DR BDR chưa có DR BDR bầu Nếu không cần bầu DR BDR, định tuyến chuyển sang trạng thái ExStart, miêu tả phần Bước – Khám phá tuyến Bước 2: Chọn DR BDR - Do mạng đa truy nhập hỗ trợ nhiều hai định tuyến, nên OSPF phải bầu DR để làm điểm trung tâm cập nhật trạng thái liên kết 12 LSA Vai trị DR khơng thể thiếu, BDR bầu để dự phòng cho DR Nếu DR lỗi BDR đảm nhận nhiệm vụ - Giống bầt kỳ trình bầu nào, trình bầu DR BDR có “gian lận” để làm thay đổi kết Việc “bỏ phiếu kín” thực nhờ gói Hello, chứa trường ID priority định tuyến Bộ định tuyến có giá trị priority lớn thắng cử trở thành DR Bộ định tuyến với giá trị priority cao thứ hai bầu làm BDR Khi DR BDR chọn, chúng giữ vai trò hai bị lỗi, có định tuyến với giá trị priority cao nhập mạng Khi đó, gói Hello thơng báo cho định tuyến DR BDR có - Theo mặc định, tất định tuyến OSPF có priority Giá trị priority gán cho giao diện nằm khoảng từ đến 255 Priority ngăn định tuyến thắng cử giao diện Nếu giá trị priority trường Router ID sử dụng để phân định Bộ định tuyến có Router ID cao thắng Router ID điều chỉnh cách cấu hình địa giao diện loopback Tuy nhiên, cách thường sử dụng thay đổi priority giao diện - Trong mạng ví dụ Hình 6.2, RTB RTC kết nối PPP qua liên kết điểm-điểm Do khơng cần DR mạng 10.6.0.0/16 Vì mạng 10.4.0.0/16 10.5.0.0/16 mạng Ethernet đa truy nhập nên có khả kết nối nhiều định tuyến Ngay trường hợp có định tuyến kết nối cần bầu DR có thêm định tuyến nối vào mạng Do đó, DR phải bầu 10.4.0.0/16 10.5.0.0/16 Hình 2.Quá trình bầu DR BDR thực mạng đa truy nhập - Lưu ý DR BDR chọn mạng Một vùng OSPF chứa nhiều mạng IP Do vậy, vùng có nhiều DR BDR Trong ví dụ trên, RTA đóng vai trị DR BDR định tuyến mạng 10.4.0.0/16, RTA tự ứng cử DR Ngoài ra, RTA tham gia bầu mạng 10.5.0.0/16 trở thành BDR cho mạng Mặc dù RTA 13 RTB có giá trị ưu tiên, RTA có định tuyến ID cao nên thắng (10.5.0.2 so với 10.5.0.1) - Sau bầu xong truyền thông hai chiều thiết lập, định tuyến sẵn sàng chia sẻ thông tin định tuyến với định tuyến gần kề để xây dựng bảng sở liệu trạng thái liên kết Quá trình trình bày bước Bước 3: Khám phá tuyến - Trên mạng đa truy nhập, việc trao đổi thông tin định tuyến thực DR BDR với tất định tuyến khác mạng Là DR BDR mạng 10.5.0.0 /16, RTA RTB trao đổi thông tin trạng thái liên kết Cả định tuyến liên kết điểm-điểm điểm-đa điểm tham gia trao đổi Nghĩa RTB RTC trao đổi thông tin trạng thái liên kết - Tuy nhiên, câu hỏi đặt bắt đầu trước Câu hỏi trả lời giai đoạn trình trao đổi, trạng thái ExStart Mục đích ExStart thiết lập mối quan hệ chủ/tớ hai định tuyến Bộ định tuyến chủ đặt việc trao đổi thông tin trạng thái liên kết, định tuyến tớ trả lời yêu cầu từ phía định tuyến chủ RTB tham gia vào trình với RTC RTA Hình Các bước trao đổi để đến trạng thái Full - Sau định tuyến xác định vai trò chủ hay tớ, chúng chuyển sang chế độ Exchange Chủ dẫn dắt tớ thơng qua q trình trao đổi DBD miêu tả sở liệu trạng thái liên kết tổng quát định tuyến Các miêu tả bao gồm loại trạng thái liên kết, địa định tuyến quảng cáo, giá liên kết số trình tự 14 - Bộ định tuyến xác nhận việc nhận DBD cách gửi gói LSAck (Loại 5) Mỗi định tuyến so sánh thơng tin nhận DBD với thơng tin chúng có Nếu BDB quảng cáo trạng thái liên kết mới, định tuyến chuyển sang trạng thái Loading cách gửi gói LSR (Loại 3) mục Để trả lời cho LSR, định tuyến gửi thông tin trạng thái liên kết đầy đủ, sử dụng gói LSU (loại 4) Mỗi LSU mang nhiều LSA - Khi trạng thái Loading hồn thành, định tuyến có mối quan hệ gần kề hoàn chỉnh chuyển vào trạng thái Full Hình 6.3 RTB lúc gần kề với RTA RTC Các định tuyến gần kề phải trạng thái Full trước chúng tạo bảng định tuyến định tuyến lưu lượng Lúc tất định tuyến hàng xóm phải có sở liệu trạng thái liên kết giống Bước 4: Chọn tuyến tối ưu - Sau định tuyến có sở liệu trạng thái liên kết hồn chỉnh, xây dựng bảng định tuyến sau chuyển tiếp lưu lượng Như đề cập trước, OSPF sử dụng giá trị metric gọi giá Giá sử dụng để xác định tuyến tốt đến đích, Hình 6.4 Giá mặc định dựa băng thơng phương tiện Nói chung, kết nối có tốc độ cao giá thấp Ví dụ, giao diện Ethernet 10 Mb/s sử dụng RTB có giá thấp kết nối T1 10 Mb/s nhanh 1.544 Mb/s Hình Tuyến tốt chọn đưa vào bảng định tuyến - Để tính tốn giá thấp tới đích, RTB sử dụng giải thuật đường ngắn (SPF) Một cách đơn giản, giải thuật SPF cộng dồn giá liên kết định tuyến cục bộ, gọi gốc, mạng đích Nếu có nhiều tuyến tới đích, tuyến có giá thấp chọn Mặc định, OSPF giữ tuyến giá bảng định tuyến để thực chia tải - Đôi liên kết, chẳng hạn đường nối tiếp, “up” “down” nhanh Trạng thái gọi “chập chờn” (flapping) Nếu liên kết “chập chờn” gây việc tạo LSU định tuyến nhận cập nhật phải chạy lại giải thuật SPF để tính tốn tuyến Nếu kéo dài ảnh hưởng đến hiệu mạng Các tính tốn SPF lặp lặp lại làm tốn nhiều lực 15 CPU định tuyến Ngồi ra, cập nhật khơng đổi ngăn sở liệu trạng thái liên kết hội tụ - Để giải vấn đề này, Cisco IOS sử dụng định thời giữ SPF (SPF hold timer) Sau nhận LSU, định thời giữ SPF xác định khoảng thời gian đợi trước chạy giải thuật SPF Lệnh timers spf cho phép điều chỉnh khoảng thời gian này, giá trị mặc định 10 giây - Sau RTB chọn tuyến tốt sử dụng giải thuật SPF, chuyển sang giai đoạn cuối hoạt động OSPF Bước 5: Duy trì thơng tin định tuyến - Khi định tuyến OSPF cài đặt tuyến bảng định tuyến, phải thường xun trì thơng tin định tuyến Khi có thay đổi trạng thái liên kết, OSPF sử dụng tiến trình tràn ngập (flooding) để thơng báo cho định tuyến khác mạng thay đổi Trường khoảng thời gian Dead gói Hello cung cấp chế đơn giản để khai báo liên kết không hoạt động Nếu RTB không nghe thông tin từ RTA khoảng thời gian vượt thời gian Dead, thường 40 giây, RTB khai báo kết nối với RTA không hoạt động - Công việc RTB gửi gói LSU chứa thơng tin trạng thái liên kết Nhưng vấn đề gửi tới ai? + Trên mạng điểm-điểm, khơng có DR BDR Thông tin trạng thái liên kết gửi tới địa đa hướng 224.0.0.5 Mọi định tuyến OSPF nghe địa + Trên mạng đa truy nhập, DR BDR tồn trì quan hệ gần kề với tất định tuyến mạng Nếu DR BDR muốn gửi cập nhật trạng thái liên kết, gửi tới tất định tuyến OSPF địa 224.0.0.5 Tuy nhiên, định tuyến khác mạng gần kề với DR BDR cần gửi LSU đến định tuyến Do vậy, DR BDR có địa 224.0.0.6 - Khi DR nhận xác nhận LSU có đích 224.0.0.6, gửi tràn ngập LSU tới tất định tuyến OSPF mạng địa 224.0.0.5 Mỗi định tuyến xác nhận việc nhận LSU gói LSAck Nếu định tuyến OSPF kết nối tới mạng đa truy nhập khác, gửi tràn ngập LSU tới mạng khác cách chuyển tiếp LSU tới DR mạng Nó gửi tràn ngập LSU tới định tuyến gần kề mạng điểm-điểm DR phát đa hướng LSU tới định tuyến OSPF khác mạng - Khi nhận LSU chứa thông tin mới, định tuyến OSPF cập nhật sở liệu trạng thái liên kết Sau chạy giải thuật SPF sử dụng thơng tin để tính tốn lại bảng định tuyến Sau định thời giữ SPF hết hạn, định tuyến chuyển sang bảng định tuyến Trong thời gian giải thuật SPF tính tốn lại tuyến mới, tuyến cũ sử dụng để định tuyến liệu 16 - Điều quan trọng cần ý chí khơng có thay đổi trạng thái liên kết thông tin định tuyến OSPF làm thường kỳ Mỗi mục LSA có định thời “tuổi”, với giá trị mặc định 30 giây Sau tuổi mục LSA hết hạn, định tuyến tạo mục gửi lại LSU tới mạng để chắn liên kết hoạt động VII Cấu trúc liên kết OSPF: OSPF sử dụng mơ hình phân cấp cấp Các khu vực xác định dãy 32 bit - Được xác định định dạng địa IP - Cũng xác định cách sử dụng số thập phân đơn (VD: Vùng 0.0.0.0 Vùng 0) 0.0.0.0 dành riêng cho khu vực xương sống Hình Mơ hình phân chia khu vực OSPF Ưu điểm thiết kế phân cấp OSPF: - Cho phép kiểm soát hoạt động cập nhật định tuyến - Giảm tải hoạt động định tuyến, tăng tốc độ hội tụ - Giới hạn thay đổi hệ thống mạng vào vùng tăng hiệu suất hoạt động Các liên kết ảo OSPF: Có thể hữu ích cho nhiều mục đích - Cho phép khu vực kết nối với khu vực khác - Sửa chữa Vùng bị liên tục - Mục đích đường dẫn tối ưu - Mục đích dự phịng 17 Hình Các liên kết ảo mơ hình OSPF Tìm đường miền khác : - Mỗi router biên tóm tắt cho vùng cost cần thiết để đến đích miền ngồi - Sau đường ngắn tính cho vùng đường ngắn đến đích ngồi vùng tính để xây dựng bảng định tuyến đầy đủ - Đường gồm phần : + Intra-route từ nguồn đến nút biên vùng có nguồn + Backbone route từ vùng nguồn đến vùng đích + Intra-route từ nút biên đến đích - Các đường ngắn phần chọn Quan hệ láng giềng, lân cận: + Các OSPF router phải thiết lập mối quan hệ láng giềng để trao đổi thông tin định tuyến + Trong mạng IP kết nối vào router, cố gắng trở thành lân cận router lân cận thân mật với router khác + Router OSPF định chọn router làm lân cận thân mật tùy thuộc vào mạng kết nối Khi mối quan hệ lân cận thân mật thiết lập hai router lân cận thơng tin trạng thái đường liên kết trao đổi VIII Thu nhỏ OSPF: Thu gọn mơ hình: - Định tuyến cách khớp tiền tố (prefix) dài - Thay quảng bá nhiều tiền tố cụ thể , ta quảng bá tiền tố thu gọn - Không nhỏ gọn hơn, mà cịn ổn định 18 - Nhược điểm định tuyến tối ưu Hình Mơ hình chưa thu gọn Hình Mơ hình sau thu gọn Chỉ LSA thu gọn quảng bá bên ngồi Thay đổi trạng thái liên kết khơng truyền 19 IX Truyền thông OSPF: Truyền thông đa truy nhập: truyền thông đa tuyến, dùng Gig/Fast/Ethernet, FDDI, Token Ring; sử dụng DR BDR Hình Truyền thông đa truy nhập - Một vùng OSPF bao gồn nhiều đoạn mạng đa truy nhập - Trong đoạn mạng quảng bá đa truy nhập có nhiều router kết nối, router thực trao đổi thơng tin q tải Giải pháp mạng đa truy nhập bầu router làm đại diện – DR (Designated Router) Router thiết lập mối quan hệ kề với router khác mạng quảng bá - Mọi router lại gửi thông tin trạng thái liên kết cho DR Sau DR gửi thơng tin cho router khác mạng địa multicast - DR đóng vai trị người phát ngơn chung đoạn mạng đa truy nhập Nó lưu giữ topo mạng thường xuyên gửi update - BDR – Backup Designated Router: router thứ hai bầu để làm router đại diện dự phòng, router đảm trách vai trò DR DR bị cố - Để đảm bảo DR BDR nhận thông tin trạng thái đường liên kết từ router khác mạng, người ta sử dụng địa multicast 224.0.0.6 cho router đại diện Truyền thông điểm – điểm: Các liên kết nối tiếp, sử dụng multicast, khơng có DR BDR Hình Truyền thơng điểm – điểm 20 Truyền thơng kiểu Non-Broadcast Multi-Access (NBMA): Có nhiều khả năng: điểm – điểm , quảng bá , đa điểm khơng quảng bá - Mơ hình điểm – điểm: + Lợi ích: đơn giản, xử lý liên kết điểm-điểm tiêu chuẩn + Hạn chế: phức tạp để định cấu hình mạng NBMA lớn dư thừa; lãng phí khơng gian địa - Mơ hình quảng bá (Broadcast): Liên kết trực tiếp nhiều router, có khả truyền liệu kiểu quảng bá Ví dụ: mạng Ethernet + Lợi ích: cấu hình dễ dàng, xử lý mạng đa truy nhập + Hạn chế: phải trì tồn lưới L2 lúc; số liệu cho tất VC - Mơ hình NBMA: Liên kết trực tiếp nhiều router, khơng có chế quảng bá Ví dụ: mạng Frame Relay + Lợi ích: Chỉ sử dụng mạng IP + Hạn chế: Quy mơ cách cấu hình phức tạp; cần tự cấu hình mạng lân cận - Mơ hình điểm – nhiều điểm: + Lợi ích: Cấu hình đơn giản, khơng phải cấu hình mạng lân cận (trừ bạn muốn cài đặt giá trị riêng), không yêu cầu cho lưới đầy đủ L2 + Hạn chế: so với lựa chọn khác khơng có + Đây phương pháp đề xuất để xử lý mạng NBMA X Một số tính nâng cao OSPF: Kỹ thuật quay số theo yêu cầu: - Sử dụng hồ sơ ảo - Giao diện ảo gán cho khu vực liên kết với định tuyến gọi - Cấu hình khu vực địa IP cho giao diện ảo cấu hình động 21 Hình 10 Mơ hình hồ sơ ảo Hội tụ mạng: - Hội tụ mạng thời gian cần thiết để lưu lượng truy cập định tuyến lại theo đường dẫn thay tối ưu sau kiện mạng - Sự hội tụ mạng đòi hỏi tất định tuyến cập nhật để xử lý kiện cập nhật cấu trúc liệu phù hợp sử dụng để chuyển tiếp - Sự hội tụ nhanh không ảnh hưởng đến tính ổn định khả mở rộng mạng Giảm lũ (flood): - Mỗi LSA có tuổi thọ định.Khi LSA bắt đầu, tuổi thọ đặt LSA bị xóa khỏi khu vực / miền tuổi đạt MAXAGE (3600 giây) Mỗi định tuyến phải định kỳ làm tất LSA tự tạo, chu kỳ làm +/- 1800 giây - OSPF có khái niệm ngăn chặn việc làm cho DC (Demand Circuit)), liên kết quay số, ISDN, không định tuổi LSA… Từ đó, LSA hồn tồn khơng cần phải làm qua liên kết FR 22 KẾT LUẬN OSPF hoạt động nhiều môi trường mạng (lớn & nhỏ) có nhiều ưu điểm giao thức định tuyến vector khoảng cách OSPF có ưu điểm định tuyến theo kiểu dịch vụ Người quản trị cài đặt nhiều tuyến đường đến đích đó, tuyến đường dành cho độ ưu tiên hay ưu tiên dịch vụ OSPF cung cấp chế cân tải (load balancing) OSPF cung cấp chế xác thực cho gói tin mang thơng tin định tuyến TÀI LIỆU THAM KHẢO Bài giảng “Cơ sở kỹ thuật mạng truyền thông” – 2016 – PGS.TS.Nguyễn Tiến Ban Deployment and Analysis of Link State Protocols – 2002 – Cisco.com ADVANCE OSPF DEPLOYMENT – 2004 – Cisco.com 23 24 ... hồ sơ ảo GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN OSPF (Open Shortest Path First) I Giới thiệu OSPF: Giao thức OSPF (Open Shortest Path First) giao thức định tuyến trạng thái liên kết dựa chuẩn mở Giao thức đặc... thơng tin định tuyến nhiều hàng xóm mạng, định tuyến OSPF bầu định tuyến định (DR) định tuyến định dự phòng (BDR) làm điểm trung tâm để trao đổi thơng tin định tuyến Hình Hệ thống thuật ngữ OSPF III... quáng toàn bảng định tuyến tất giao diện, hy vọng định tuyến nhận Theo mặc định, định kỳ 30 giây, RIP định tuyến gửi loại gói Gói bảng định tuyến đầy đủ Trong đó, định tuyến OSPF dựa loại gói