Bài tiểu luận giao thức định tuyến OSPF

Truyền thông giữa các bộ định tuyến nằm ở hai đầu xa của mạng phải di chuyển qua toàn bộ mạng => các thay đổi thậm chí chỉ trên một bộ định tuyến sẽ ảnh hướng để tất cả các thiết bị tron

MỤC LỤC

Trang

Mục lục 1

Danh mục các bảng 2

Danh mục các hình vẽ 2

Giao thức định tuyến OSPF I Giới thiệu về OSPF 3

II Các thuật ngữ OSPF 4

III Các trạng thái OSPF 5

IV Các kiểu mạng OSPF 7

V Giao thức Hello 9

VI Hoạt động của OSPF 12

VII Cấu trúc liên kết của OSPF 17

VIII Thu nhỏ OSPF 18

IX Truyền thông OSPF 20

X Một số tính năng nâng cao của OSPF 21

Kết luận 22

Tài liệu tham khảo 22

DANH MỤC CÁC BẢNG

4

Bảng 1.1: Ưu điểm của OSPF so với RIP

Bảng 3.1: 5 loại gói OSPF

Hình 6.1: Các bộ định tuyến thiết lập mối quan hệ gần kề

Hình 6.2: Quá trình bầu DR và BDR chỉ được thực hiện trên mạng đa truy nhậpHình 6.3: Các bước trao đổi để đến được trạng thái full

Hình 6.4: Tuyến tốt nhất được chọn và đưa vào bảng định tuyến

Hình 7.1: Mô hình phân chia khu vực của OSPF

Hình 7.2: Các liên kết ảo trong mô hình OSPF

Hình 8.1: Mô hình chưa thu gọn

Hình 8.2: Mô hình sau khi thu gọn

Hình 9.1: Truyền thông đa truy nhập

Hình 9.2: Truyền thông điểm điểm

Hình 10.1: Mô hình hồ sơ ảo

GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN OSPF (Open Shortest Path First)

I Giới thiệu về OSPF:

Giao thức OSPF (Open Shortest Path First) là một giao thức định tuyếntrạng thái liên kết dựa trên các chuẩn mở Giao thức này được đặc tả trong nhiềuRFC và được ưa thích do khả năng định cỡ (scalability) Giao thức RIP không thểchạy trên mạng có 16 bước nhảy (hop) Nó hội tụ chậm và chọn tuyến tối ưu mà bỏqua các tham số quan trọng, chẳng hạn như băng thông OSPF giải quyết đượcnhững vấn đề này và chứng tỏ là một giao thức mạnh và có tính mở

Do sử dụng kỹ thuật trạng thái liên kết, OSPF sẽ chọn tuyến đi qua kết nốitốc độ cao Điều này là trái ngược với kỹ thuật vecter khoảng cách được RIP sửdụng RIP có thể chọn tuyến đi qua kết nối tốc độ thấp nếu số bước nhảy là nhỏnhất Các bộ định tuyến OSPF duy trì bức tranh chung về mạng và trao đổi thôngtin liên kết lúc khám phá ban đầu hay khi có thay đổi về cấu hình mạng Các bộđịnh tuyến OSPF duy trì bức tranh chung về mạng và trao đổi thông tin liên kết lúckhám phá ban đầu hay khi có thay đổi về cấu hình mạng Các bộ định tuyến trạngthái liên kết không quảng bá bảng định tuyến định kỳ như trong kĩ thuật vectorkhoảng cách Trong khi RIP phù hợp cho các mạng nhỏ thì OSPF được thiết kế đểgiải quyết nhu cầu cho các liên mạng lớn

Một số ưu điểm của OSPF so với RIP:

Tốc độ

hội tụ

Toàn bộ bảng định tuyến của mỗi bộ

định tuyến được chia sẻ với các bộ

định tuyến kết nối trực tiếp, thời gian

hội tụ mất đến vài phút

Thời gian hội tụ nhanh hơn, chỉ những thay đổi được gửi tới tất cả các bộ định tuyến

thước

mạng

nhảy được coi là không thể tới =>

giới hạn kích thước của mạng RIP

khoảng cách và phù hợp với mạng cỡ vừa và cỡ lớn

có thay đổi về topo mạngChọn

đường

đi

Chọn đường đi bằng cách so sánh số

bước nhảy hay khoảng cách tới các

bộ định tuyến khác, không quan tâm

tới lượng băng thông có sẵn của liên

kết và độ trễ mạng

Chọn tuyến tối ưu sử dụng

“giá”, đây là một metric được tính dựa trên băng thông

mạng Truyền thông giữa các bộ định

tuyến nằm ở hai đầu xa của mạng

phải di chuyển qua toàn bộ mạng =>

các thay đổi thậm chí chỉ trên một bộ

định tuyến sẽ ảnh hướng để tất cả các

thiết bị trong mạng

Sử dụng khái niệm “vùng” (area) và cho phép phân đoạn hiệu quả một mạng thành nhiều vùng, giới hạn lưu lượngbên trong vùng và ngăn các thay đổi trong một vùng ảnh hưởng đến các vùng khác Sử dụng vùng cho phép mạng định cỡ hiệu quả hơn

Bảng 1 1 Ưu điểm của OSPF so với RIP

II Các thuật ngữ về OSPF:

Giống như các giao thức định tuyến trạng thái liên kết khác, OSPF hoạtđộng khác nhiều so với giao thức vector khoảng cách Bộ định tuyến trạng thái liênkết nhận diện và truyền thông với hàng xóm để thu thập thông tin về các bộ địnhtuyến trên mạng Hệ thống thuật nghữ OSPF có thể được mô tả như sau:

- Liên kết (Link): Kênh truyền thông mạng

-Trạng thái liên kết (Link state): Trạng thái của liên kết giữa hai bộ địnhtuyến

-Cơ sở dữ liệu tôpô (topology database) hay còn gọi là cơ sở dữ liệu trạngthái liên kết (Link state database): Danh sách thông tin về tất cả các bộ định tuyếnkhác trong liên mạng Nó cho biết tôpô của liên mạng Mọi bộ định tuyến trongvùng phải có cùng cơ sở dữ liệu tôpô

-Vùng (Area): Tập hợp các mạng và bộ định tuyến có cùng số hiệu nhậndạng vùng Mọi bộ định tuyến trong một vùng phải có cùng thông tin trạng tháiliên kết Bộ định tuyến bên trong vùng được gọi là bộ định tuyến trong.

-Giá (Cost): Giá trị được gán cho liên kết Ngoài số bước nhảy, giao thứctrạng thái liên kết gán giá cho liên kết dựa trên tốc độ của phương tiện sử dụng

định tuyến được tạo ra khi thuật toán SPF chạy trên cơ sở dữ liệu trạng thái liênkết

định tuyến đã thiết lập truyền thông hai chiều

giản hóa việc trao đổi thông tin định tuyến giữa nhiều hàng xóm trong cùng mạng,các bộ định tuyến OSPF có thể bầu một bộ định tuyến chỉ định (DR) và một bộđịnh tuyến chỉ định dự phòng (BDR) làm điểm trung tâm để trao đổi thông tin địnhtuyến

Hình 2 1 Hệ thống thuật ngữ OSPF

III Các trạng thái OSPF:

Các bộ định tuyến OSPF thiết lập mối quan hệ hay trạng thái với các hàngxóm để chia sẻ hiệu quả thông tin định tuyến Trái lại, các giao thức vector khoảngcách, chẳng hạn RIP, quảng bá hoặc phát đa hướng một cách mù quáng toàn bộbảng định tuyến ra tất cả các giao diện, hy vọng rằng một bộ định tuyến nào đó sẽnhận được Theo mặc định, cứ định kỳ 30 giây, RIP bộ định tuyến gửi chỉ một loạigói Gói này là bảng định tuyến đầy đủ Trong khi đó, bộ định tuyến OSPF dựa trên

5 loại gói để nhận diện hàng xóm và để cập nhật thông tin định tuyến trạng tháiliên kết

Loại 1 – Hello Thiết lập và duy trì thông tin gần kề với

hàng xóm

thái liên kết trên một Bộ định tuyến OSPF

cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết

Advertisement) tới hàng xóm

Loại 5 – Link State Acknowledgement

(LSAck)

Xác nhận việc nhận LSA

Bảng 3 1 5 loại gói OSPF

Các giao diện OSPF có thể ở 1 trong 7 trạng thái phát triển giữa các bộ địnhtuyến OSPF Mối quan hệ hàng xóm tiến triển qua những trạng thái này theo thứ tựsau:

- Có hai kiểu quan hệ là hai chiều và gần kề Bộ định tuyến phải nhận mộtgói Hello từ hàng xóm trước khi nó có thể thiết lập bất kỳ mối quan hệ nào

c Trạng thái Two-Way:

- Mọi bộ định tuyến OSPF cố gắng thiết lập trạng thái truyền thông haichiều với tất cả các bộ định tuyến khác trong cùng mạng IP bằng cách sử dụng góiHello Trong gói Hello có chứa một danh sách các hàng xóm OSPF đã biết Khi bộđịnh tuyến thấy chính nó trong gói Hello của hàng xóm, nó chuyển sang trạng tháihai chiều

- Trạng thái hai chiều là mối quan hệ cơ bản nhất giữa các hàng xómOSPF, nhưng thông tin định tuyến không được chia sẻ trong mối quan hệ này Đểhọc về trạng thái liên kết của các bộ định tuyến khác và cuối cùng là xây dựngbảng định tuyến, mọi bộ định tuyến OSPF phải hình thành ít nhất một quan hệ gần

kề Gần kề là mối quan hệ cao cấp giữa các bộ định tuyến OSPF sau khi trải quamột loại trạng thái, không chỉ dựa trên gói Hello mà còn dựa trên bốn loại góiOSPF khác Các bộ định tuyến đang cố gắng trở thành gần kề trao đổi thông tinđịnh tuyến với nhau ngay cả khi mối quan hệ gần kề chưa được thiết lập hoànchỉnh Bước đầu tiên để đến được trạng thái gần kề hoàn toàn là trạng thái ExStart.

d Trạng thái ExStart:

- Về mặt kỹ thuật, khi bộ định tuyến và hàng xóm của nó chuyển vào chế

độ ExStart thì hội thoại giữa chúng đã thể hiện một sự gần kề, nhưng chưa hoànchỉnh ExStart được thiết lập sử dụng gói miêu tả cơ sở dữ liệu (loại 2), gọi tắt làgói DBD

- Hai bộ định tuyến hàng xóm sử dụng gói Hello để đàm phán xem ai là

“chủ” và ai là “tớ” trong mối quan hệ và sử dụng gói DBD để trao đổi cơ sở dữliệu

- Bộ định tuyến có số hiệu OSPF cao hơn sẽ “thắng” và trở thành chủ Sốhiệu bộ định tuyến OSPF sẽ được trình bày ở phần sau Khi các bộ định tuyến đãthiết lập vai trò chủ/tớ, chúng chuyển vào chế độ Exchange và bắt đầu gửi thôngtin định tuyến

e Trạng thái Exchange:

- Trong trạng thái Exchange, các bộ định tuyến hàng xóm sử dụng các góiDBD loại 2 để gửi cho nhau thông tin trạng thái liên kết Nói cách khác, các bộđịnh tuyến miêu tả cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết cho nhau Các bộ định tuyến sosánh cái chúng học được với cái chúng có trong cơ sở dữ liệu Nếu bộ định tuyếnnhận được thông tin về một liên kết hiện không có trong cơ sở dữ liệu, bộ địnhtuyến yêu cầu một cập nhật đầy đủ từ hàng xóm Thông tin định tuyến đầy đủ đượctrao đổi trong trạng thái Loading

f Trạng thái Loading:

- Sau khi cơ sở dữ liệu đã được miêu tả cho nhau, các bộ định tuyến có thểyêu cầu thông tin hoàn chỉnh hơn bằng cách sử dụng gói loại 3, gói yêu cầu trạngthái liên kết (LSR) Khi bộ định tuyến nhận được LSR, nó trả lời bằng một cậpnhật định tuyến sử dụng gói loại 4, cập nhật trạng thái liên kết (LSU) Gói loại 4này chứa các quảng báo trạng thái liên kết (LSA), đặc trưng của các giao thức địnhtuyến trạng thái liên kết Gói LSU loại 4 được xác nhận sử dụng gói loại 5, xácnhận trạng thái liên kết (LSAck)

g Trạng thái Full Adjacency:

- Khi hoàn thành trạng thái Loading, các bộ định tuyến trở thành gần kềhoàn chỉnh Mỗi bộ định tuyến giữ một danh sách hàng xóm gần kề, được gọi là cơ

sở dữ liệu gần kề Không nên nhầm lẫn cơ sở dữ liệu gần kề với cơ sở dữ liệu trạngthái liên kết hay cơ sở dữ liệu chuyển tiếp

IV Các kiểu mạng OSPF:

Quan hệ gần kề cần được thiết lập để các bộ định tuyến OSPF chia sẻ thôngtin định tuyến, mỗi bộ định tuyến sẽ cố trở thành gần kề với ít nhất một bộ địnhtuyến khác trong mạng nó kết nối tới Một số bộ định tuyến có thể cố trở thành gần

kề với tất cả các bộ định tuyến hàng xóm, và một số khác có thể chỉ cố với mộthoặc hai Bộ định tuyến OSPF xác định những bộ định tuyến nào trở thành gần kềdựa trên kiểu mạng nào chúng được kết nối đến

Các giao diện OSPF tự động nhận diện ba kiểu mạng: đa truy nhập quảng bá, đatruy nhập không quảng bá (NBMA) và điểm-điểm (Hình 4.1) Người quản trị cóthể cấu hình kiểu thứ tư, mạng điểm-đa điểm

Kiểu mạng quyết định cách các bộ định tuyến OSPF quan hệ với nhau Trong một

số trường hợp, người quản trị có thể phải thay đổi kiểu mạng tự động khám phá đểOSPF hoạt động đúng đắn

HÌnh 4 1 Các kiểu mạng OSPF

Một số mạng được định nghĩa là đa truy nhập vì không thể dự đoán trước cóbao nhiêu bộ định tuyến kết nối với chúng (có thể có một, hai hoặc nhiều bộ địnhtuyến) Rất có thể có một số lượng lớn bộ định tuyến trong mạng đa truy nhập Dovậy, để tránh lưu lượng cập nhập định tuyến quá lớn trong trường hợp mọi bộ địnhtuyến đều có quan hệ gần kề với nhau, các nhà thiết kế OSPF đã phát triển một hệthống nhằm giới hạn số lượng bộ định tuyến trở thành gần kề với nhau Hệ thốngnày quy định ra hai bộ định tuyến đặc biệt là bộ định tuyến chỉ định và chỉ định dựphòng (Hình 4.2)

HÌnh 4 2 Bộ định tuyến chỉ định và chỉ định dự phòng

Chức năng của các bộ định tuyến chỉ định và chỉ định dự phòng như sau:

- Bộ định tuyến chỉ định (Designated Router - DR): Trong mọi mạng IPquảng bá, một bộ định tuyến sẽ được bầu làm DR DR có hai chức năng chính.Chức năng thứ nhất là trở thành gần kề với tất cả các bộ định tuyến khác trênmạng Chức năng thứ hai là hoạt động như người đại diện cho mạng Nghĩa là DR

sẽ gửi LSA của mạng cho tất cả các mạng IP khác Do DR trở thành gần kề với tất

cả các bộ định tuyến khác trong mạng nên nó là điểm trung tâm để thu lượm thôngtin định tuyến (LSA)

Do DR có thể bị lỗi nên một bộ định tuyến khác cần được bầu là BDR để dựphòng BDR cũng phải trở thành gần kề với tất cả các bộ định tuyến trong mạng và

do vậy nó là điểm trung tâm thứ hai cho các LSA Tuy nhiên, không giống DR,BDR không có trách nhiệm cập nhật định tuyến với các bộ định tuyến khác hoặcgửi LSA mạng Thay vào đó, BDR giữ một bộ định thời đối với hành động cậpnhật của DR để chắc chắn rằng DR vẫn đang hoạt động Nếu BDR không phát hiệnthấy hoạt động từ DR trước khi bộ định thời hết hạn, BDR chiếm vai trò của DR vàmột BDR khác được bầu

Trong mạng điểm-điểm, chỉ có 2 bộ định tuyến nên không cần thiết cóđiểm trung tâm để cập nhật định tuyến Khi đó không có DR hay BDR nào đượcbầu mà cả hai bộ định tuyến là gần kề của nhau

V Giao thức Hello:

Khi bộ định tuyến khởi động tiến trình định tuyến OSPF trên một giao diện,

nó gửi đi gói Hello đầu tiên sau đó tiếp tục gửi tại các khoảng thời gian đều đặn.Các luật chi phối việc trao đổi gói Hello được gọi là giao thức Hello

Địa chỉ tầng 3 đặt trong gói Hello là địa chỉ đa hướng 224.0.0.5 Địa chỉ nàychỉ tất cả các bộ định tuyến OSPF Bộ định tuyến OSPF sử dụng gói Hello để khởi

tạo các mối quan hệ gần kề mới và để đảm bảo rằng mối quan hệ gần kề vẫn đượcduy trì Theo mặc định, cứ 10 giây gói Hello được gửi một lần trên các mạng điểm-điểm và đa truy nhập Trên các giao diện nối với mạng NBMA, chẳng hạn FrameRelay, gói Hello được gửi 30 giây một lần.

Mặc dù có kích thước nhỏ, thường nhỏ hơn 50 byte, nhưng gói Hello chứađựng nhiều thông tin quan trọng Giống như các kiểu gói OSPF khác, gói Hellochứa một tiêu đề gói OSPF, bao gồm các trường được chỉ ra trên Hình 5.1

Hình 5 1 Tiêu đề gói OSPF

Chức năng các trường trong tiêu đề gói OSPF như sau:

- Version: Trường 8 bit này định nghĩa phiên bản của giao thức OSPF.Phiên bản hiện sử dụng là phiên bản 2

- Type: Trường 8 bit này định nghĩa loại gói Như đã nói ở trên, có 5 loạigói với các giá trị từ 1 đến 5

- Packet length: Trường 16 bit này định nghĩa chiều dài tổng của gói kể cảphần tiêu đề

- Bộ định tuyến ID: Trường 32 bit này định nghĩa địa chỉ IP của bộ địnhtuyến gửi gói

- Area ID: Trường 32 bit này định nghĩa vùng thực hiện định tuyến

- Checksum: Trường 16 bit này chứa mã kiểm tra lỗi cho toàn bộ gói trừphần loại chứng thực và chứng thực

- Authentication type: Trường 16 bit này định nghĩa phương pháp chứngthực được sử dụng trong vùng Hiện nay, chỉ có hai loại chứng thực được địnhnghĩa là 0 (không chứng thực) và 1 (chứng thực mật khẩu)

- Authentication data: Trường 64 bit này là giá trị thực của dữ liệu chứngthực Trong tương lai, khi có nhiều loại chứng thực được định nghĩa, trường này sẽchứa kết quả của tính toán chứng thực Hiện nay, nếu loại chứng thực là 0, trườngnày được điền toàn bit 0 Nếu loại chứng thực là 1, trường này chứa một mật khẩu

8 ký tự

Nằm sau phần tiêu đề chung là phần tiêu đề của gói Hello, như minh họa ởhình 5.2

Hình 5 2 Định dạng dạng gói Hello

Chức năng các trường trong tiêu đề gói Hello như sau:

- Network mask: Trường 32 bit này định nghĩa mặt nạ của mạng mà qua

đó gói Hello được gửi

- Hello Interval: Trường 16 bit này định nghĩa khoảng thời gian (tính bằnggiây) giữa các gói Hello

- Cờ E: Khi cờ 1 bit này được thiết lập, có nghĩa đây là Vùng Stub (vùngchỉ có một kết nối tới vùng đường trục

- Cờ T: Khi cờ 1 bit này được thiết lập, nghĩa là bộ định tuyến này hỗ trợnhiều metric

- Router Priority: Trường 8 bit này định nghĩa độ ưu tiên của bộ địnhtuyến Độ ưu tiên của bộ định tuyến được sử dụng để chọn bộ định tuyến chỉ định.Sau khi tất cả các bộ định tuyến đã khai báo độ ưu tiên của mình, bộ định tuyến có

độ ưu tiên cao nhất được chọn làm bộ định tuyến chỉ định Nếu giá trị của trườngnày bằng 0, nghĩa là bộ định tuyến này không muốn được chọn là bộ định tuyếnchỉ định hoặc bộ định tuyến chỉ định dự phòng

- Dead Interval: Trường 32 bit này định nghĩa khoảng thời gian (tính bằnggiây) trước khi một bộ định tuyến cho rằng hàng xóm của nó không hoạt động

- Designated Router Address: Trường 32 bit này là địa chỉ IP của bộ địnhtuyến chỉ định cho mạng mà qua đó gói được gửi

- Backup Designated Router Address: Trường 32 bit này là địa chỉ IP của

bộ định tuyến chỉ định dự phòng cho mạng mà qua đó gói được gửi

- Neighbor Address: Trường 32 bit này được lặp và chỉ rõ các bộ địnhtuyến đã đồng ý là hàng xóm cuả bộ định tuyến đang gửi Nói cách khác nó là danhsách hàng xóm hiện thời