Kỹ thuật định tuyến trong mạng IP

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN VĂN CÁCH KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG IP Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS.NGUYỄN TIẾN DŨNG Hà Nội 2009 LỜI CAM ĐOAN Trước hết, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tập thể thầy cô trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội tạo môi trường tốt để học tập nghiên cứu Xin cảm ơn khác thầy cô khoa đào tạo sau đại học quan tâm đến khóa học này, tạo điều kiện cho học viên có điều kiện thuận lợi để học tốt Và đặc biệt xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Nguyễn Tiến Dũng, thầy tận tình bảo, hướng dẫn sửa chữa cho nội dung luận án Tôi xin cam đoan nội dung luận án hồn tồn tơi tìm hiểu, nghiên cứu viết Phần lý thuyết phần thực hành thực cẩn thận có định hướng sửa chữa giáo viên hướng dẫn Tôi xin chịu trách nhiệm với nội dung luận án Tác giả Nguyễn Văn Cách MỤC LỤC MỞ ĐẦU PHẦN I: LÝ THUYẾT CHUNG VỀ MẠNG INTERNET VÀ ĐỊNH TUYẾN 10 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ INTERNET 10 1.1 Internet gì? 10 1.2 Nguyên tắc chuyển mạch gói 10 1.3 Mơ hình tham chiếu OSI 11 1.4 Họ giao thức TCP/IP 13 1.5 So sánh mơ hình OSI TCP/IP 14 1.6 Một số giao thức quan trọng mạng IP 14 1.6.1 Giao thức TCP (Transmission Control Protocol) 14 1.6.2 Giao thức UDP (User Datagram Protocol) 16 1.6.3 Giao thức IP 16 1.6.4 Giao thức ARP (Address Resolution Protocol) 17 1.6.5 Giao thức RARP (Reverse Address Resolution Protocol) 17 1.6.6 Giao thức ICMP (Internet Control Message Protocol) 17 CHƯƠNG 2: ĐỊNH TUYẾN VÀ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN 19 2.1 Các khái niệm chung định tuyến 19 2.1.1 Sự cần thiết kết nối mạng 19 2.1.2 Định tuyến gì? 20 2.1.3 Định tuyến diễn đâu? 20 2.1.4 Quá trình định tuyến diễn nào? 22 2.1.5 Cơ sở việc kết nối mạng qua định tuyến 23 2.1.5.1 Về mặt vật lý 23 2.1.5.2 Về mặt logic 24 2.1.6 Phân loại kỹ thuật định tuyến IP 25 2.2 Cấu trúc phần cứng định tuyến 31 2.2.1 Bộ định tuyến hệ 32 2.2.2 Bộ định tuyến hệ thứ 34 2.2.3 Bộ định tuyến hệ thứ 35 2.3 Giới thiệu chung giao thức định tuyến 37 2.3.1 Giao thức định tuyến gì? 37 2.3.2 Các tham số giao thức định tuyến 38 2.3.3 Các giải thuật dùng giao thức định tuyến 40 2.3.4 Phân loại giao thức định tuyến 47 2.4 Các giao thức định tuyến phổ biến 2.4.1 RIP (Routing Information Protocol) 49 2.4.2 IGRP (Internet Gateway Routing Protocol) 53 2.4.3 OSPF (Open Shortest Path First) 54 2.4.4 EIGRP 57 2.4.5 BGP 65 PHẦN II: MÔ PHỎNG CÁC KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN TRÊN PHẦN MỀM GNS3 68 CHƯƠNG 3: ĐỊNH TUYẾN TĨNH 69 3.1 Cấu hình định tuyến tĩnh 69 3.2 Các trường hợp nên dùng định tuyến tĩnh 75 CHƯƠNG 4: GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN RIP 76 4.1 Cấu hình RIP 76 5.2 RIP dùng trường hợp nào? 80 CHƯƠNG 5: GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN OSPF 81 5.1 Cấu hình OSPF 81 6.2 Các trường hợp sử dụng OSPF 85 CHƯƠNG 6: GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN EIGRP 86 6.1 Cấu hình EIGRP router 86 7.2 Các trường hợp sử dụng EIGRP 89 KẾT LUẬN VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỊNH TUYẾN 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 Các thuật ngữ viết tắt IP: internet protocol TCP: Transmission Control Protocol LAN: Local Area Network WAN: Wide Area Network ICMP: Internet Control Message Protocol ARP: Address Resolution Protocol RARP: Reverse Address Resolution Protocol IOS: Inter-network Operating System DVA: Distance Vector Algorithm LSA: Link State Algorithm RIP: Routing Information Protocol IGRP: Interior Gateway Routing Protocol OSPF: Open Shortest Path First EIGRP: Enhanced Interior Gateway Routing Protocol BGP: Border Gateway Protocol VLSM: Variable Length Subnet Masking CIDR: Classless Inter-Domain Routing DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Metric giao thức định tuyến 38 Bảng 2: AD giao thức định tuyến 40 Bảng 3: So sánh OSPF với RIP v1 54 Bảng 4: So sánh EIGRP với giao thức định tuyến khác 58 Bảng 5: Ví dụ bảng định tuyến vectơ đường 66 DANH MỤC CÁC HÌNH MINH HOẠ Hình 1.1: Cấu trúc khối gói tin 11 Hình 1.2: Mơ hình lớp OSI 11 Hình 1.3 Cấu trúc TCP/IP 13 Hình 1.4: So sánh mơ hình OSI TCP/IP 14 Hình 1.5: Khuôn dạng TCP Segment 15 Hình 1.6: Thủ tục thiết lập giao tiếp TCP 15 Hình 1.7: Cấu trúc UDP Segment 16 Hình 1.8: Cấu trúc gói tin IPv4 16 Hình 1.9: Giao thức ARP 17 Hình 1.10: Định dạng tin ICMP 18 Hình 2.1 Mơ hình lớp OSI 21 Hình 2.2: Mơ hình định tuyến hệ thống mở OSI 22 Hình 2.3: Mơ hình kết nối internet 23 Hình 2.4 Địa mạng để phân biệt kết nối 25 Hình 2.5: Sử dụng định tuyến tĩnh cho mạng cuối đường 29 Hình 2.6: Định tuyến động tự động tìm tuyến khác thay cho tuyến hỏng 30 Hình 2.7 Sơ đồ khối router 32 Hình 2.8: Cấu trúc phần cứng router hệ I 33 Hình 2.9: Kiến trúc router hệ thứ II 34 Hình 2.10: Kiến trúc định tuyến hệ thứ III 36 Hình 2.11: Cập nhật bảng định tuyến theo thuật tốn Bellman – Ford 42 Hình 2.12 : Mô tả giải thuật trạng thái liên kết 44 Hình 2.13: Giao thức định tuyến lai chia sẻ thuộc tính định tuyến vecto khoảng cách trạng thái liên kết 46 Hình 2.14: Minh họa hệ thống tự trị 48 Hình 2.16: Khởi tạo bảng định tuyến Router dùng RIP 52 Hình 2.17: Bảng định tuyến Router dùng RIP hội tụ 52 Hình 2.18: Quá trình thiết lập láng giềng 60 Hình 2.19.: Bảng láng giềng 63 Hình 2.20: Bảng cấu trúc mạng 63 Hình 2.21: Bảng định tuyến 64 Hình 2.22: Mối quan hệ bảng liệu 64 Hình 2.18: BGP định tuyến vectơ đường 66 Hình 4.1: Mơ hình kết nối mạng để mơ 71 Hình 4.2: Cấu hình định tuyến tĩnh Router R1 71 Hình 4.3: Cấu hình định tuyến tĩnh dùng exit_interface router R1 72 Hình 4.4: Cấu hình định tuyến tĩnh router R2 72 Hình 4.5: Cấu hình định tuyến tĩnh router R3 72 Hình 4.6: Kiểm tra bảng định tuyến Router R1 73 Hình 4.7: Ping tới mạng xa từ router R1 74 Hình 4.8: Ping tới mạng xa từ router R2 74 Hình 4.9: Ping tới mạng xa từ router R3 74 Hình 5.1: Cấu hình RIP router R1 76 Hình 5.2: Kiểm tra bảng định tuyến router R2 dùng RIP 77 Hình 5.3: Kết lệnh show ip protocol 78 Hình 5.4: Ping đến trạm xa từ router R1 79 Hình 5.5: Quan sát trình hoạt động RIP router R2 79 Hình 6.1: Cấu hình OSPF router R1 82 Hình 6.2: Bảng định tuyến router R3 83 Hình 6.3: Kiểm tra giao thức định tuyến chạy router R1 83 Hình 6.4: Kiểm tra tham số OSPF router R1 84 Hình 6.5: Kiểm tra neighbors database router R1 84 Hình 6.6: Debug gói hello OSPF 85 Hình 6.7: Kiểm tra nối thơng với mạng xa từ router R2 85 Hình 6.8: Kiểm tra nối thơng với mạng xa từ router R3 85 Hình 7.1: Cấu hình EIGRP router R3 87 Hình 7.2: Kiểm tra bảng định tuyến router R1 87 Hình 7.3: Kiểm tra giao thức định tuyến router R2 88 Hình 7.4: Kiểm tra hoạt động EIGRP router R2 88 Hình 7.5: Kiểm tra nối thông với mạng xa 89 MỞ ĐẦU Sự phát triển Internet đồng nghĩa với việc tăng trưởng quy mô công nghệ nhiều loại mạng LAN, WAN … Và đặc biệt lưu lượng thông tin mạng tăng đáng kể Chính điều làm cho vấn đề chia sẻ thông tin mạng vấn đề định tuyến trở nên quan trọng hết Trong việc thiết kế mạng lựa chọn giao thức định tuyến cho phù hợp với chi phí, tài nguyên tổ chức đặc biệt quan trọng Internet phát triển mạnh, lượng người truy nhập tăng yêu cầu định tuyến phải tin cậy, tốc độ chuyển mạch nhanh không gây lặp mạng Hơn nhiều tổ chức tham gia vào mạng nhiều giao thức đưa vào sử dụng dẫn đến phức tạp định tuyến gia tăng, số lượng giao thức để phục vụ cho việc định tuyến có nhiều Trong phạm vi đồ án tốt nghiệp em xin trình bày tìm hiểu kỹ thuật định tuyến mạng IP số trường hợp áp dụng mạng GSM VMS Mobifone Nội dụng đồ án chia làm phần: Phần I: LÝ THUYẾT CHUNG VỀ MẠNG INTERNET & ĐỊNH TUYẾN Phần II: MÔ PHỎNG CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRÊN PHẦN MỀM GNS3 Hà Nội tháng 10/2009 Hình 4.4: Ping đến trạm xa từ router R1  Xem trình trao đổi router dùng RIP Cú pháp lệnh: Router#debug ip rip Lệnh cho phép người quản trị xem q trình gửi nhận thơng tin định tuyến router sử dụng RIP giao thức định tuyến Các hình sau minh họa trình Trên router R1, R2, R3 ta thực lệnh thu kết sau: Hình 4.5: Quan sát trình hoạt động RIP router R2 79 Để dừng lại việc quan sát ta dùng lệnh sau: Router#no debug ip rip 5.2 RIP dùng trường hợp nào? Ưu điểm bật RIP đơn giản, hỗ trợ tất nhà sản xuất thiết bị khác Vậy nên ta có mạng nhỏ với số lượng router router nhiều nhà sản xuất cung cấp RIP giải pháp hữu hiệu 80 CHƯƠNG 5: GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN OSPF OSPF giao thức định tuyến hoạt động theo giải thuật LSA OSPF phân chia mạng theo vùng nên đơn giản cho việc vận hành sửa chữa Sau phần mô giao thức OSPF router 5.1 Cấu hình OSPF a Kkhai báo sử dụng OSPF làm giao thức định tuyến Câu lệnh sử dụng OSPF sau: Router#(config)router OSPF process_ID Router#(config-router)network network_address wildcard_mask area_ID Trong câu lệnh thứ nhất, từ khóa router OSPF dùng để thị cho router kích hoạt OSPF làm giao thức định tuyến OSPF sử dụng giải thuật Dijstra để tính tốn đường nên có thêm thơng số process_ID Các router vùng không thiết phải process_ID Ở câu lệnh thứ hai, từ khóa network để khai báo mạng mà router kết nối trực tiếp với Tiếp theo địa mạng này, theo sau wildcard_mask Wildcard_mask sử dụng mặt nạ mạng (subnet_mask) giá trị wildcard_mask phần bù subnet_mask Ví dụ với subnet mask 255.255.255.0 quy nhị phân là: 11111111.11111111.11111111.00000000 Ta lấy phần bù (phủ định) subnet mask được: 00000000.00000000.00000000.11111111 81 Đổi thập phân ta là: 0.0.0.255 wildcard mask subnet mask 255.255.255.0 Phần cuối câu lệnh thứ hai area_ID Như nói trên, OSPF phân chia mạng theo vùng khác nên khai báo mạng OSPF ta phải khai báo thêm số vùng (area_ID) Ta có chia nhiều vùng khác vùng khác phải có kết nối với vùng đặc biệt gọi vùng gốc Vùng gốc area Trong phạm vi phần mô ta coi mạng nằm vùng gốc area Sau hình minh họa trình cấu hình giao thức OSPF bước kiểm tra hoạt động giao thức Trở lại với mơ hình mạng hình 3.1, ta sử dụng giao thức OSPF router để định tuyến Với router R1: Hình 5.1: Cấu hình OSPF router R1 Ta thấy process_ID số nguyên nằm khoảng từ đến 65535 Process_ID có ý nghĩa nội router (dùng để chạy thuật tốn LSA) nên router láng giềng khơng thiết phải có Process_ID giống Với router R2, R3 tương tự 82 Sau cấu hình xong router R1, R2 R3 Bây ta kiểm tra hoạt động OSPF router b Kiểm tra hoạt động OSPF  Kiểm tra bảng định tuyến: Hình 5.2: Bảng định tuyến router R3 Như ta thấy hình trên, bảng định tuyến router R3 dùng OSPF, tuyến đường học đến mạng xa router đánh dấu đầu dòng chữ O (OSPF) Giá trị đặt dấu ngoặc vuông [110/129] tương ứng AD giá (cost) tuyến đường AD mặc định OSPF 110  Kiểm tra giao thức định tuyến Hình 5.3: Kiểm tra giao thức định tuyến chạy router R1 83 Trên router R2, R3 ta có kết tương tự  Kiểm tra trình hoạt động OSPF router#show ip ospf interface router#show ip ospf neighbor router#debug ip ospf hello Và ta thu kết hình đây: Hình 5.4: Kiểm tra tham số OSPF router R1 Hình 5.5: Kiểm tra neighbors database router R1 84 Hình 5.6: Debug gói hello OSPF  Kiểm tra kết nối mạng toàn mạng lệnh ping từ router đến mạng xa hình sau đây: Hình 5.7: Kiểm tra nối thơng với mạng xa từ router R2 Hình 5.8: Kiểm tra nối thông với mạng xa từ router R3 6.2 Các trường hợp sử dụng OSPF OSPF giao thức định tuyến mở, phân lớp, hỗ trợ VLSM CIDR nên OSPF sử dụng cho mạng lớn, nhiều nhà sản xuất thiết bị khác Những mạng sử dụng OSPF mạng lõi lớn 85 CHƯƠNG 6: GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN EIGRP EIGRP giao thức định tuyến độc quyền Cisco, tức thiết bị mà Cisco sản xuất chạy EIGRP EIGRP đời nhằm khắc phục nhược điểm IGRP EIGRP kế thừa IGRP nên tương thích với IGRP EIGRP giao thức định tuyến lai tức phát huy ưu điểm giải thuật Distance Vectơ Link State EIGRP hỗ trợ nhiều giao thức lớp IP IPX thiết kế để chạy vùng tự trị vùng tự trị với Trong phạm vi đồ án ta xem xét EIGRP làm giao thức định tuyến vùng tự trị (nội vùng) Sau phần mơ cấu hình kiểm tra hoạt động EIGRP Trở lại với mơ hình hình 3.1, ta cấu hình cho router chạy EIGPR 6.1 Cấu hình EIGRP router a Khai báo sử dụng EIGRP làm giao thức định tuyến Câu lệnh sau: Router#(config)router eigrp AS_Number Router#(config)network connected_network_address Ở câu lệnh thứ nhất, từ khóa router eigrp báo cho router biết dùng eigrp làm giao thức định tuyến AS_Number số vùng tự trị Các router vùng tự trị có AS_Number giống Ở câu lệnh thứ hai từ khóa network khai báo mạng kết nối trực tiếp với router Dưới hình minh họa cấu hình EIGRP router R1, R2 R3 86 Hình 6.1: Cấu hình EIGRP router R3 Như hình 7.1, ta thấy có câu lệnh no auto-summary, câu lệnh khai báo với router để router không tự động hợp mạng nhỏ thành mạng lớn Việc hợp mạng nhỏ thành mạng lớn việc làm ngược lại với việc chia mạng lớn thành nhiều mạng (subnetting) b.Kiểm tra hoạt động EIGRP  Kiểm tra bảng định tuyến: Hình 6.2: Kiểm tra bảng định tuyến router R1  Kiểm tra giao thức định tuyến tại: 87 Hình 6.3: Kiểm tra giao thức định tuyến router R2  Kiểm tra trình hoạt động EIGRP Hình 6.4: Kiểm tra hoạt động EIGRP router R2 88  Kiểm tra nối thơng mạng xa Hình 6.5: Kiểm tra nối thông với mạng xa 7.2 Các trường hợp sử dụng EIGRP Với ưu điểm bật hội tụ nhanh, hỗ trợ nhiều giao thức nên EIGRP sử dụng mạng lớn thường mạng lõi Nhưng phải lưu ý EIGRP hỗ trợ thiết bị Cisco sản xuất nên mạng dùng EIGPR phải hoàn toàn thiết bị Cisco 89 KẾT LUẬN VÀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỊNH TUYẾN Mỗi kỹ thuật định tuyến đời đáp ứng yêu cầu thực tiễn thời điểm Định tuyến tĩnh phù hợp với mạng nhỏ, mạng cuối đường kích thước mạng lớn lên định tuyến tĩnh khơng cịn phù hợp định tuyến động đời Những ngày đầu RIP với giải thuật DVA sử dụng rộng rãi IGRP kế thừa phát triển bậc Khi phát triển bùng nổ mạng IP giải thuật DVA tỏ hiệu thay vào giải thuật LSA hiệu Đi với LSA đời OSPF EIGRP OSPF EIGRP phù hợp với mạng lớn Xu hướng tích hợp mạng khác mạng viễn thông (GSM, CDMA…) mạng IP đặt yêu cầu cho giao thức định tuyến phải có khả hỗ trợ nhiều giao thức khác (không phải IP) Và xu hướng giao thức định tuyến tối ưu hóa giải thuật cho mạng lớn, tăng cường tính mở hỗ trợ nhiều giao thức nhiều nhà sản xuất khác 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO Cisco Press: ICND1 CCNA 2007 Cisco Press: ICND2 CCNA 2007 Sybex CCNA study guide Routing TCP/IP MC Milan 1998 McGraw Hill Advanced IP Routing in Cisco Networks Website: http://vnpro.org http://www.vnexperts.net http://www.adminvietnam.vn http://www.echip.com.vn 91 TÓM TẮT Sự phổ biến mạng internet khẳng định thành công mạng IP qua thời gian ngắn qua Trong mạng IP để đảm bảo việc chia sẻ thông tin mạng, đảm bảo kết nối máy trạm xa phải dựa vào định tuyến Cùng với phát triển mạng IP kỹ thuật định tuyến mạng IP có thành cơng định Nội dung luận văn em tìm hiểu kỹ thuật định tuyến mạng IP Luận văn chia làm phần chính: • Phần I: LÝ THUYẾT CHUNG VỀ INTERNET VÀ ĐỊNH TUYẾN • Phần II: MÔ PHỎNG CÁC KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN TRÊN PHẦN MỀM GNS3 Phần I tập trung nói dịch vụ mạng internet khái niệm kỹ thuật định tuyến Phần I gồm chương Chương nói mạng chuyển mạch gói – mạng internet Các dịch vụ giao thức phổ biến mạng internet Chương giới thiệu khái niệm định tuyến, phân loại định tuyến, giải thuật dùng định tuyến kỹ thuật định tuyến mạng IP Các giao thức định tuyến đề cập chi tiết chương Phần II giới thiệu phần mềm mơ mạng GNS3 sau mô kỹ thuật định tuyến Đầu tiên định tuyến tĩnh, định tuyến động Các giao thức định tuyến động phổ biến Trong có giao thức RIP, OSPF EIGRP Các thao tác cấu hình router, kiểm tra tham số hoạt động giao thức định tuyến Kết thúc luận án kết luận xu hướng phát triển mạng IP kỹ thuật định tuyến 92 ABSTRACTS The popular of internet throughout the world has asserted the success of IP network in a short period of time To ensure sharing information among subnetworks in the network and to keep conectivity among remote hosts, we have to base on routing Following the development of IP network, routing techniques have had certain successes Main content of this thesis is to study and research about routing techniques in the network The thesis is divided into major parts • Part I: Introduction to common theorical of internet and routing • Part II: Simulation of routing techniques on GNS3 software Part I focuses on basic services in the internet and some definitions about routing as well as routing techniques This part contains two chapters The first chapter introduces packet switching and the internet Popular services and protocols such as TCP/IP, UDP, ARP…are available in this chapter The second chapter contains fundermantal definitions routing, clasifies routing techniques and algorithms Routing protocols are also introduced in the chapter Part II includes introduction of GSN3 simulation software and the simulation of routing protocols The first routing technique is static routing, then dynamic routing In dynamic routing technique, there are some routing protocols such as RIP, EIGRP, OSPF and they will be simulated in this part The end of the thesis are some results, conclusions and the tendency of routing in near future 93 ... tuyến (router) 2.1.6 Phân loại kỹ thuật định tuyến IP 2.1.6.1 Cơ sở phân loại Trong mạng máy tính có nhiều kỹ thuật định tuyến khác đưa Sự phân biệt kỹ thuật định tuyến chủ yếu vào yếu tố liên... Là phương pháp định tuyến mà thông tin định tuyến mạng gửi đến định tuyến trung tâm thực định định tuyến Đây giải pháp quản lý định tuyến cho mạng nhỏ (về kích cỡ mạng độ phức tạp mạng) thường... ta chia kỹ thuật định tuyến thành: - Định tuyến tập trung - Định tuyến phân tán  Dựa vào yếu tố b) để phân loại ta chia kỹ thuật định tuyến thành: - Định tuyến tĩnh - Định tuyến động  Kết hợp