Tìm hiểu thuật toán và các kỹ thuật của giao thức định tuyến eigrp

Đồ án tốt nghiệp đại học LỜI CẢM ƠN Trước khi đi vào nội dung của đồ án, em xin được gửi lời cảm ơn tới ban lãnh đạo khoa CNTT và nhà trường đã tạo cơ hội để em được làm đồ án này. Cảm ơn toàn thể thầy cô giáo khoa CNTT nói riêng và trường Đại học Vinh nói chung đã giúp đỡ em trong suốt hơn 4 năm học đại học tại trường. Cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Các hệ thống thông tin và đặc biệt gửi lời cảm ơn sâu sắc tới ThS. Cao Thanh Sơn đã trực tiếp giúp đỡ, hướng dẫn và chỉ bảo nhiệt tình để em có thể thực hiện tốt đồ án này. Con xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cha mẹ và gia đình đã nuôi dạy chúng con nên người. Xin cảm ơn cha mẹ đã luôn tin tưởng, luôn là chỗ dựa tinh thần vững chắc, giúp chúng con vượt qua mọi khó khăn thử thách trong cuộc sống cũng như trong quá trình thực hiện đồ án. Cảm ơn các anh chị trong công ty đào tạo và giải pháp CNTT ipexpert, bạn bè, tập thể lớp 49K – CNTT trong thời gian qua đã giúp đỡ, hỗ trợ và góp ý xây dựng đồ án này. Mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng do kiến thức bản thân chưa chuyên sâu và thời gian còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em mong sự đóng góp chân thành từ quý thầy cô và các bạn. Sinh viên thực hiện Cao Sỹ Quốc 1 Cao Sỹ Quốc – Lớp 49K - Khoa CNTT TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN CAO SỸ QUỐC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÌM HIỂU THUẬT TOÁN VÀ CÁC KỸ THUẬT CỦA GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN EIGRP Đồ án tốt nghiệp đại học LỜI MỞ ĐẦU Sự phát triển của Internet cũng đồng nghĩa với việc tăng trưởng về quy mô và công nghệ nhiều loại mạng LAN, WAN … Và đặc biệt là lưu lượng thông tin trên mạng tăng đáng kể. Chính điều đó đã làm cho vấn đề chia sẻ thông tin trên mạng hay là vấn đề định tuyến trở nên quan trọng hơn bao giờ hết. Trong việc thiết kế mạng và lựa chọn giao thức định tuyến sao cho phù hợp với chi phí, tài nguyên của tổ chức là đặc biệt quan trọng. Internet phát triển càng mạnh, lượng người truy nhập càng tăng yêu cầu định tuyến càng phải tin cậy, tốc độ chuyển mạch nhanh và không gây ra lặp trên mạng. Hơn nữa khi nhiều tổ chức tham gia vào mạng thì nhiều giao thức được đưa vào sử dụng dẫn đến sự phức tạp về định tuyến cũng gia tăng, và số lượng các giao thức để phục vụ cho việc định tuyến cũng có rất nhiều. Việc hiểu biết và thiết kế các mạng thông tin cỡ lớn có sử dụng các thiết bị định tuyến đang trở thành một nhu cầu vô cùng cấp thiết trong thực tế. Nó đòi hỏi người thiết kế mạng phải có sự hiểu biết sâu về giao thức sẽ sử dụng cho việc thiết kế mạng cũng như các loại giao thức định tuyến khác. Hiện nay CISCO là một trong những nhà cung cấp các thiết bị mạng hàng đầu trên thế giới. Ở Việt Nam các thiết bị này đang được sử dụng ngày càng rộng rãi trong hệ thống mạng Internet, trong các mô hình mạng của các công ty, tổ chức, doanh nghiệp . Ngoài ra đó cũng là một trong những chuẩn thiết bị được sử dụng cho việc đào tạo các khóa học về mạng ở nước ta. CISCO cũng đưa ra các chứng chỉ nhằm đánh giá năng lực của các cá nhân muốn theo học các khóa đạo tạo để trở thành chuyên viên mạng. Giao thức định tuyến EIGRP được CISCO phát triển độc quyền dựa trên giao thức định tuyến IGRP nhằm nâng cao tính hiệu quả cho quá trình định tuyến trong các router của họ. Năm 1994, CISCO đã thành công trong việc cải tiến giao thức định tuyến IGRP (là một giao thức định tuyến theo vectơ khoảng cách) vốn chưa linh hoạt trong việc định tuyến, các router định tuyến theo vector khoảng cách không biết được đường đi một cách cụ thể, không biết về các router trung gian trên đường đi và cấu trúc kết nối của chúng ra sao. Chính vì vậy, với các mạng nhỏ thì IGRP tỏ ra linh hoạt trong khi gặp những mạng có mô hình mạng lớn thì việc định tuyến của IGRP trở nên khó khăn. Nhận biết được điều này, CISCO phát triển IGRP lên thành EIGRP và vẫn sử dụng thuật toán định tuyến theo vectơ khoảng cách nhưng khi cập nhật và bảo trì thông tin láng giềng và thông tin định tuyến thì nó làm việc giống như một giao thức định tuyến theo trạng thái 2 Cao Sỹ Quốc – Lớp 49K - Khoa CNTT Đồ án tốt nghiệp đại học đường liên kết. Do sở hữu tới tận hai thuật toán định tuyến cho nên EIGRP còn được gọi là giao thức định tuyến ghép lai. Trong giới hạn của đồ án tốt nghiệp em xin được giới thiệu qua một vài giao thức định tuyến hiện nay đang được sử dụng và tập trung đi sâu nói về giao thức định tuyến EIGRP và thuật toán cũng như những kỹ thuật của nó với tên đề tài “ Tìm hiểu thuật toán và các kỹ thuật của giao thức định tuyến EIGRP ”. Nội dung của đồ án được chia làm 3 chương: Chương 1: Giới thiệu về giao thức định tuyến Chương 2: Giao thức định tuyến EIGRP Chương 3: Thuật toán và các kỹ thuật của giao thức EIGRP Vì khả năng chưa cho phép nên việc cấu hình giao thức trên các Router thật của CISCO chưa thực hiện được, thay vào đó em đã mô phỏng câu lệnh của EIGRP trên trình mô phỏng Packettracer - là một phần mềm của CISCO. 3 Cao Sỹ Quốc – Lớp 49K - Khoa CNTT Đồ án tốt nghiệp đại học MỤC LỤC 4 Cao Sỹ Quốc – Lớp 49K - Khoa CNTT Đồ án tốt nghiệp đại học DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Dạng viết tắt Dạng đầy đủ PSTN Public Switch Telephone Netword MPLS Multiprotocol Label Switching ATM Automated Teller Machine LAN Local Area Netword WAN Wide Area Netword IGP Interior Getway Protocols EGP Exterior Getway Protocols AS Autonomous System RIP Routing Information Protocol RIPv2 Routing Information Protocol version 2 IGRP Interior Getway Routing Protocol OSPF Open Shostest Path First IS-IS Intermediate System to Intermediate System BGP Border Gateway Protocol IP Internet Protocol LSA Link-State Advertisement CIDR Classless Inter-Domain Routing VLSM Variable-Lengh Subnet Mask IPX Internetwork Packet Exchange RTM Routing Table Maintenace DUAL Distributed Update Algorithm ISP Internet Service Provider AD Advertised Distance FD Feasible Distance RD Advertised Distance FS Feasible Successor DHCP Dynamic Host Configuration Protocol FSM finite-state Machine LSP Link- State Protocol LSA Link- State Algorithm DVA Distance Vector Algorithm FC Feasibility Condition ACK Acknowledgment RTP Reliable Transport Protocol RAM Random Access Memory SIA Stuck in Active IGRP Interior Getway Routing Protocol EIRGP Enhanced Interior Gateway Routing Protocol 5 Cao Sỹ Quốc – Lớp 49K - Khoa CNTT Đồ án tốt nghiệp đại học CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN Nội dung của chương sẽ giải quyết được một số vấn đề sau:  Hiểu được khái niệm về định tuyến (routing).  Phân biệt định tuyến động, định tuyến tĩnh. Lý giải vì sao định tuyến động lại chiếm ưu thế trong việc định tuyến hiện nay.  Phân biệt được thế nào là định tuyến theo vectơ khoảng cách (distance vector) thế nào là định tuyến theo trạng thái đường liên kết (link-state). 1.1. KHÁI NIỆM VỀ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN Trong việc nối mạng máy tính thì thuật ngữ định tuyến (routing) là chỉ sự chọn lựa đường đi trên một mạng máy tính để gửi dữ liệu. Định tuyến chỉ ra hướng, sự di chuyển của các gói dữ liệu được đánh địa chỉ từ nguồn của chúng, hướng đến đích cuối thông qua các nút trung gian, thiết bị phần cứng chuyên dùng được gọi là router (bộ định tuyến). Tiến trình định tuyến thường chỉ hướng đi dựa vào bảng định tuyến, đó là bảng chứa những lộ trình tốt nhất đến các đích khác nhau trên mạng. Vì vậy việc xây dựng bảng định tuyến, được tổ chức trong bộ nhớ của router trở nên vô cùng quan trọng cho việc định tuyến hiệu quả. Định tuyến khác với bắc cầu (bridging) ở chỗ trong nhiệm vụ của nó thì các cấu trúc địa chỉ gợi nên sự gần gũi của các địa chỉ tương tự trong mạng, qua đó cho phép nhập liệu một bảng định tuyến đơn để mô tả lộ trình đến một nhóm các địa chỉ. Vì thế, định tuyến làm việc tốt hơn bắc cầu trong những mạng lớn, và nó trở thành dạng chiếm ưu thế của việc tìm đường trên mạng Internet. Các mạng nhỏ có thể có các bảng định tuyến được cấu hình thủ công, còn những mạng lớn hơn có cấu trúc mạng phức tạp và thay đổi liên tục thì xây dựng thủ công các bảng định tuyến là vô cùng khó khăn. Tuy nhiên, hầu hết mạng điện thoại chuyển mạch chung (PSTN) sử dụng bảng định tuyến được tính toán trước, với những tuyến dự trữ nếu các lộ trình trực tiếp đều bị nghẽn. Định tuyến động cố gắng giải quyết vấn đề tắc nghẽn bằng việc xây dựng bảng định tuyến một cách tự động, dựa vào những thông tin được giao thức định tuyến cung cấp, và cho phép mạng hành động gần như tự trị trong việc ngăn chặn mạng bị lỗi và nghẽn. Những mạng trong đó các gói thông tin được vận chuyển, ví dụ như Internet, chia dữ liệu thành các gói, rồi dán nhãn với các đích đến cụ thể và mỗi gói được lập lộ 6 Cao Sỹ Quốc – Lớp 49K - Khoa CNTT Đồ án tốt nghiệp đại học trình riêng biệt. Các mạng vòng, như mạng điện thoại cũng thực hiện định tuyến để tìm đường cho các vòng (ví dụ như cuộc gọi điện thoại) để chúng có thể gửi lượng dữ liệu lớn mà không phải tiếp tục lặp lại địa chỉ đích. Định tuyến IP truyền thống vẫn còn tương đối đơn giản vì nó dùng cách định tuyến bước kế tiếp (next-hop routing), router chỉ xem xét nó sẽ gửi gói thông tin đến đâu, và không quan tâm đường đi sau đó của gói trên những bước truyền còn lại. Tuy nhiên, những chiến lược định tuyến phức tạp hơn có thể được, và thường được dùng trong những hệ thống như MPLS, ATM hay Frame Relay, những hệ thống này đôi khi được sử dụng như công nghệ bên dưới để hỗ trợ cho mạng IP. 1.2. PHÂN LOẠI GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN 1.2.1. Định tuyến tĩnh Đối với định tuyến tĩnh, các thông tin về đường đi phải do người quản trị mạng nhập cho router. Khi cấu trúc mạng có bất kỳ thay đổi nào thì chính người quản trị mạng phải xóa hoặc thêm các thông tin về đường đi cho router. Những loại đường đi như vậy gọi là đường đi cố định. Đối với hệ thống mạng lớn thì công việc bảo trì bảng định tuyến cho router như trên tốn rất nhiều thời gian. Còn đối với hệ thống mạng nhỏ, ít có thay đổi thì công việc này đỡ mất thời gian hơn. Chính vì định tuyến tĩnh đòi hỏi người quản trị mạng phải cấu hình mọi thông tin về đường đi cho router nên nó không có được tính linh hoạt như định tuyến động. Trong những hệ thống mạng lớn, định tuyến tĩnh thường được sử dụng kết hợp với giao thức định tuyến động cho một số mục đích đặc biệt. Đối với các mạng LAN không có những thiết bị định tuyến chuyên dụng thì việc định tuyến tĩnh là bắt buộc. Những mạng này thường là những mạng cố định, không có thay đổi về mặt vật lý. Khi thêm một thiết bị như máy tính vào mạng thì người quản trị trực tiếp cấu hình trên máy tính đó sao cho phù hợp với các thiết bị khác. 1.2.2. Định tuyến động Đối với định tuyến động thì Router sẽ tự động cập nhật bảng định tuyến từ các router khác, chúng chia sẻ dữ liệu định tuyến với nhau và từ đó router sẽ tự động thay đổi thông tin của bảng định tuyến với việc lựa chọn ra đường đi tốt nhất tới một mạng. Ưu điểm của định tuyến động là đơn giản trong việc cấu hình và tự động tìm ra những tuyến đường thay thế nếu như mạng có sự thay đổi. Định tuyến động chiếm ưu thế trên Internet. Tuy nhiên, việc cấu hình các giao thức định tuyến thường đòi hỏi nhiều kinh nghiệm, không nên nghĩ rằng kỹ thuật nối mạng đã phát triển đến mức hoàn toàn tự động cho việc định tuyến. 7 Cao Sỹ Quốc – Lớp 49K - Khoa CNTT Đồ án tốt nghiệp đại học Định tuyến động được chia ra làm hai loại chính sau :  Giao thức định tuyến cổng nội (IGP)  Giao thức định tuyến cổng ngoại (EGP)  Giao thức định tuyến cổng nội : Được sử dụng để định tuyến trong phạm vi một hệ tự trị (AS). Giao thức này được chia làm 2 loại :  Định tuyến theo vector khoảng cách (Distance Vector) bao gồm : RIP, RIPv2, IGRP.  Định tuyến theo trạng thái đường liên kết (Link State) bao gồm : OSPF, IS-IS.  Giao thức định tuyến cổng ngoại (EGP) bao gồm : Ngoài ra các giao thức định tuyến còn chia theo các loại hỗ trợ định tuyến : Classfull, classless, IPv6.  Classfull: RIP, IGRP, EGP  Classless: RIPv2, EIGRP, OSPF, IS-IS, BGPv4  IPv6: RIPng, EIGRP for IPv6, OSPFv3, IS-IS for IPv6, BGPv4 for IPv6. 8 Cao Sỹ Quốc – Lớp 49K - Khoa CNTT Đồ án tốt nghiệp đại học Hình 1 : Phân loại các giao thức định tuyến động Trong giao thức định tuyến cổng nội (IGP) có 2 loại là định tuyến theo vector khoảng cách và định tuyến theo trạng thái đường liên kết. Cả 2 loại giao thức này đều thực hiện định tuyến trong phạm vi một hệ tự trị. Chúng sử dụng 2 phương pháp khác nhau để thực hiện cùng một nhiệm vụ. 1.2.2.1. Định tuyến theo véc tơ khoảng cách Thuật toán vector khoảng cách so sánh chính xác các đường nhằm tìm ra con đường tốt nhất tới bất kỳ địa chỉ đích đã cho nào. Thuật toán cung cấp thông tin cụ thể về cấu trúc đường đi trong mạng và hoàn toàn không nhận biết về các router trên đường đi. Các router theo vector khoảng cách thực hiện gửi toàn bộ hoặc một phần các bảng định tuyến của mình và chỉ gửi cho các router kết nối trực tiếp với mình. Vì thông tin trên bảng định tuyến rất ngắn gọn, chỉ cho biết tương ứng với một mạng đích là cổng nào trên router, router kế tiếp có địa chỉ IP là bao nhiêu, thông số định tuyến của con đường này là bao nhiêu. Do đó, các router định tuyến theo vector khoảng cách không biết được đường đi một cách cụ thể, không biết về các router trung gian trên đường đi và cấu trúc kết nối của chúng. Các router định tuyến theo vector khoảng cách thực hiện cập nhật thông tin định tuyến theo định kỳ nên tốn nhiều băng thông đường truyền. Khi có sự cố thay đổi xảy ra, router nào nhận biết sự thay đổi đầu tiên sẽ cập nhật bảng định tuyến của mình trước rồi chuyển bảng định tuyến cập nhật cho router láng giềng. Router láng giềng nhận được thông tin mới, cập nhật vào bảng định tuyến đã được cập nhật cho các router láng giềng kế tiếp. Quá trình cập nhật cứ lần lượt như vậy ra toàn bộ hệ thống. Do đó thời gian hội tụ chậm. Giao thức thông tin định tuyến (RIP) là một trong những giao thức lâu đời nhất trong các giao thức định tuyến. RIP cũng là một trong các giao thức không rõ ràng, vì có rất nhiều giao thức định tuyến giống như RIP đang phát triển, một vài trong số đó được sử dụng cùng tên. RIP và vô số các giao thức giống như RIP đều dựa trên cùng một bộ thuật toán là sử dụng vectơ khoảng cách để so sánh chính xác các đường nhằm tìm ra con đường tốt nhất tới bất kỳ địa chỉ đích đã cho nào. Các thuật toán này xuất hiện từ các nghiên cứu khoa học trước năm 1957. 1.2.2.2. Định tuyến theo trạng thái đường liên kết Thuật toán định tuyến trạng thái theo đường liên kết, hay còn gọi là thuật toán chọn đường ngắn nhất (SPF), thuật toán này đôi khi còn được gọi là thuật toán Dijkstra 9 Cao Sỹ Quốc – Lớp 49K - Khoa CNTT Đồ án tốt nghiệp đại học (đặt theo tên gọi của người đã phát minh ra thuật toán). Thuật toán lưu giữ một cơ sở dữ liệu phức tạp các thông tin về cấu trúc hệ thống mạng và có đầy đủ thông tin về các router trên đường đi và cấu trúc kết nối của chúng. Giao thức định tuyến OSPF là một trong những giao thức định tuyến sử dụng thuật toán này. OSPF có nhiều những ưu điểm mà các giao thức định tuyến trước đó như RIP hay IGRP sử dụng định tuyến theo vectơ khoảng cách không có được. Vì vậy mà OSPF có cơ chế hoạt động trái ngược hoàn toàn với RIP và IGRP. Giao thức này phát các thông tin về đường đi cho mọi router để các router trong mạng đều có cái nhìn đầy đủ về cấu trúc hệ thống mạng. Hoạt động cập nhật chỉ được thực hiện khi có sự kiện thay đổi, không cập nhật định kỳ, do đó băng thông được sử dụng hiệu quả hơn và mạng hội tụ nhanh hơn. Ngay khi có sự thay đổi trạng thái liên kết, thông tin lập tức được phát ra cho tất cả các router trong mạng. Giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết thu thập thông tin về đường đi từ tất cả các router khác trong cùng hệ thống mạng hay trong cùng một vùng đã được xác định. Khi tất cả các thông tin đã được thu thập đầy đủ thì sau đó mỗi router sẽ tự tính toán để chọn ra đường đi tốt nhất cho nó đến các mạng đích trong hệ thống. Như vậy mỗi router có một cái nhìn riêng và đầy đủ về hệ thống mạng khi đó chúng sẽ không còn truyền đi các thông tin sai lệch mà chúng nhận được từ các router láng giềng. Sau đây là các ưu điểm của giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết :  Sử dụng chi phí làm thông số định tuyến để chọn đường đi trong mạng. Thông số chi phí này có thể phản ánh được dung lượng của đường truyền.  Thực hiện cập nhật khi có sự kiện xảy ra, phát các gói quảng cáo trạng thái đường liên kết (LSA) ra cho mọi router trong hệ thống mạng. Điều này giúp cho thời gian hội tụ nhanh hơn.  Mỗi router có một sơ đồ đầy đủ và đồng bộ về toàn bộ cấu trúc hệ thống mạng. Do đó chúng rất khó bị lặp vòng.  Router sử dụng thông tin mới nhất để quyết định chọn đường đi.  Cần thiết kế hệ thống mạng một cách cẩn thận để cơ sở dữ liệu về trạng thái các đường liên kết có thể được thu nhỏ lại, nhờ đó router có thể tiết kiệm được các tính toán Dijkstra và hội tụ nhanh hơn.  Mọi router sử dụng sơ đồ cấu trúc mạng của riêng nó để chọn đường. Đặc tính này giúp router xữ lý khi gặp sự cố.  Giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết có hỗ trợ CIDR và VLSM. 10 Cao Sỹ Quốc – Lớp 49K - Khoa CNTT . Tìm hiểu thuật toán và các kỹ thuật của giao thức định tuyến EIGRP ”. Nội dung của đồ án được chia làm 3 chương: Chương 1: Giới thiệu về giao thức định tuyến. Chương 2: Giao thức định tuyến EIGRP Chương 3: Thuật toán và các kỹ thuật của giao thức EIGRP Vì khả năng chưa cho phép nên việc cấu hình giao thức trên các