Thiết kế và Cấu hình Hệ thống Định tuyến Ngắn Mở (OSPF)

Các tầng của mô hình OSI

Ngoài ra tầng mạng còn thực hiện một số chức năng kế toán, ví dụ : Một số Firewall ( packet filtering ) được cài đặt trên tầng này để thống kê số lượng các gói tin truyền qua mạng hay ngăn chặn hoặc cho phép các gói tin của giao thức nào đó. Thực hiên việc ghép kênh và phân kênh: Mỗi ứng dụng có thể gửi dữ liệu đi theo nhiều con đường, một đường truyền lại có thể được nhiều ứng dụng sử dụng, phân kênh/ hợp kênh giải quyết vấn đề phân chia dữ liệu cho các ứng dụng.

Những vấn đề về OSI

Giao thức TCP/IP

• Các tầng của giao thức TCP/IP

Tầng mạng thường không được người dùng để ý tới vì thiết kế của TCP/IP che dấu những chức năng của tầng thấp nhất này và những điều cần biết cho người sử dụng cũng như người lập trình chỉ là những giao thức của các tầng cao hơn (IP, TCP, UDP, vv..). Mỗi khi có công nghệ phần cứng xuất hiện, những giao thức tầng mạng phải được phát triển để TCP/IP có thể sử dụng phần cứng mới ( thông thường đó chính là các trình điều khiển của chính nhà cung cấp phần cứng đó ). Mỗi kiểu mạng quy định gói tin có một độ dài tối đa có thể truyền ( Maximum Transmission Unit-MTU ) nếu thông tin nhận được từ mạng này mà có MTU dài hơn của mạng kia, nó cần phải được chia nhỏ ra thành nhiều mảnh để truyền.

Trường thứ hai của header chứa thông tin sử dụng cho quá trình tập hợp lại bản tin bao gồm: Gói tin thuộc bản tin nào, vị trí của nó trong toàn bộ dòng dữ liệu truyền, gói tin đã được kết nối chưa. Trong các thiết bị lớp 2 như Switch có bảng phân giải địa chỉ (Address Reslution Cache) – hay còn gọi là bảng CAM, lưu trữ tạm thời các địa chỉ sử dụng mới nhất để tăng tốc độ của việc chuyển giao địa chỉ giúp cho quá trình truyền tin sảy ra nhanh hơn. Trong trường hợp máy trạm không có thiết bị nhớ phụ, và vì vậy nó không biết địa chỉ IP của chính mình khi khởi động, người ta sử dụng cơ chế chuyển ngược địa chỉ (Reverse Address Resolution Protocol - RARP) hoạt động tương tự ARP để giải quyết vấn đề này.

Việc định tuyến qua các mạng sử dụng giao thức điều khiển truyền tin ( Internet Control Message Protocol – ICMP ) gửi các thông báo làm các công việc: Điều khiển, thông báo lỗi và chức năng thông tin cho TCP/IP. Việc này được giải quyết bằng cơ chế cổng ( Port mechanism ) cơ chế này gắn mỗi ứng dụng với một con số gọi là số hiệu cổng (Port number) và mỗi gói thông tin mà ứng dụng gửi đi đều mang một trường Source Port được gán các cồng từ 1024 trở lên. Một số ứng dụng đòi hỏi giao thức giao vận cung cấp dịch vụ chuyển giao thông tin tin cậy sử dụng TCP bởi nó cung cấp dịch vụ kiểm tra đúng đắn và dữ liệu được truyền với một sự phối hợp thích hợp.

Đơn vị thông tin chuyển giao giữa các ứng dụng gọi là segment, mỗi segment chứa checksum để đảm bảo rằng segment không bị phá huỷ trên đường truyền, nếu segment không bị phá huỷ, trạm nhận gửi thông báo xác nhận lại trạm gửi, nếu segment bị. Chuyển giao bộ đệm ( Buffered Transfer): Để giảm số lượng truyền thông, giao thức cố gắng sử dụng số lượng tối thiểu các segment để truyền tải thông tin, do vậy, giao thức sử dụng tối đa độ dài có thể có của segment.

Định tuyến

Định tuyến trong ( Interior Routing ): Định tuyến trong sảy ra bên trong một hệ thống độc lập ( AS ) , phần tử có thể định tuyến cơ bản là mạng hoặc mạng con IP, các giao thức thường dùng là RIP, IGRP, OSPF, EIGRP. Để làm cho giải thuật chọn đường tự động có thể thực hiện để phân biệt giữa các hệ thống tự trị, mỗi hệ thống được gán một số hiệu hệ thống tự trị (autonomous system Number) bởi cùng nhà quản lý trung tâm (central authority), nơi được nạp cùng với tất cả địa chỉ mạng Internet. Các Router chia sẻ thông tin với nhau nhưng phải tính toán riêng bảng định tuyến của chúng, các bảng định tuyến riêng phải đảm bảo chính xác để tất cả các Router có một cái nhìn chung giống nhau về topo của mạng.

Trong phần tiếp theo em xin trình bày về hai phương pháp định tuyến phổ biến hiện nay là: phương pháp định tuyến theo kiểu Vector khoảng cách ( Distance vector ) và giao thức trạng thái liên kết ( Link – state ). Do đó giao thức định tuyến gửi toàn bộ bảng định tuyến tới hàng xóm của nó, và bộ định thời tính giờ sau một khoảng thời gian được xách định trước ( 30 giây đối với RIP ) gửi lại toàn bộ bảng định tuyến. Vì một Router gửi đi thông tin mà nó nghe được từ các hàng xóm của nó, trái với việc một bản tin cập nhật được gửi từ một Router đến tất cả các Router khác trong toàn mạng, giao thức vector khoảng cách còn được gọi là " định tuyến bằng tin đồn ".

Điều đó gây lên một nhược điêm rất lón của phương pháp định tuyến này là gây ra lặp trên mạng, thông tin gửi một cách sai lệch nhưng router láng giềng vẫn tin dùng, khác với giao thức kiểu trạng thái liên kết không tin theo hàng xóm mà tự mình tính toán đường đi khi đã có đầy đủ thông tin về topo mạng. Nó không gửi quảng bá toàn bộ bảng định tuyến một cách định kỳ như là giao thức vectơ khoảng cách đã làm ( như RIP), mà thay vào đó nó chỉ gửi đi các trạng thái các cổng của nó và các cập nhật thay đổi. Không giống các giao thức vector khoảng cách, thông tin chỉ liên quan đến một link (không phải một tuyến) được nối vào Router và những link này được thay đổi, được truyền tới mọi Router trong mạng.

Thiết kế và cấu hình mạng chạy giao thức OSPF

• Khái quát về giao thức OSPF ( OSPF overview )
• Nguyên tắc hoạt động của OSPF
• OSPF đa vùng, nguyên tắc hoạt động và các loại vùng trong OSPF
• Các vấn đề quan tâm khi thiết kế OSPF

Nếu một người có ác ý dùng một máy tính cá nhân để truyền bá các thông báo RIP để báo tin về các tuyến có chi phí thấp, thì các Router khác và host chạy RIP sẽ thay đổi tuyến đường của chúng và bắt đầu gửi các gói tin tới các PC. Hệ quả là, OSPF cho phép mỗi mạng CSMA/CD phải có một Router dành riêng (được gọi là Designated Router) dùng để gửi các thông báo thay mặt cho tất cả các Router cùng gắn tới mạng đó. Giao thức OSPF là giao thức kiểu trạng thái liên kết có sự thiết lập quan hệ láng giềng và chia sẻ thông tin thông qua nhiều loại gói tin, không giống như giao thức kiểu vector khoảng cách sẽ quảng bá toàn bộ.

Trạng thái Init: Các Router OSPF gửi đi các gói tin Hello ( gói tin Hello ta sẽ núi rừ trong phần sau ) trong khoảng thời gian định kỡ ( 10s đối với mạng Ethernet, và 30s đối với mạng có tốc độ đường truyền <. T1 ) để thiết lập mối quan hệ với các Router hàng xóm. Trạng thái Exchange: Trong trạng thái này các Router hàng xóm sử dụng các gói DDP để gửi cho nhau về thông tin trạng thái liên kết của chúng, hay nói cách khác các Router diễn tả cho nhau các cơ sở dữ liệu của chúng. Exchange State : Trong trạng thái này các Router hàng xóm sử dụng các gói DDP để gửi cho nhau về thông tin trạng thái liên kết của chúng, hay nó cách khác các Router diễn tả cho nhau các cơ sở dữ liệu của chúng.

- Tiêu tốn tài nguyên bộ nhớ và tài nguyên xử lý: trong môi trường mạng lớn, thường xuyên có sự thay đổi trên mạng ( như hiện tượng flap, thêm mạng … ), sau mỗi lần thay đổi thì Router OSPF sẽ phải chạy lại giải thuật SPF để tính toán lại đường đi. - Lợi ích đầu tiên của việc phân cấp là các Router bên trong một Area không cần quan tâm đến cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết của toàn mạng, nó chỉ quan tâm đến Area chứa nó, điều này giảm tổng phí của bộ nhớ. Network Link ( NLA ): Còn gọi là bản tin LSA loại 2, được tạo ra bởi các Designated Router, các DR sử dụng LSA loại 2 gửi đi thông tin về trạng thái của các Router khác trong mạng nhưng chi trong Area.

Giao thức OSPF cho phép mạng có thể phân chia làm nhiều vùng để làm tối ưu hóa mạng ( như đã phân tích ở trên ), tuy nhiên một yêu cầu đặt ra khi có nhiều vùng đó là tất cả các vùng phải kết nối trực tiếp đến vùng có số ID là 0 ( area 0 ) hoặc vùng Backbone. Tuy nhiên vì một lý do nào đó khi thiết kế mạng, một vùng được thêm vào sau khi các vùng khác đã được thiết kế nối trực tiếp vào vùng Backbone, mà vùng thêm vào không thể kết nối trực tiếp vào vùng Backbone thì OSPF cho phép vùng kết nối thêm vào có thể không cần kết nối trực tiếp vào vùng Backbone mà có thể sử dụng một đường liên kết ảo ( virtual link ).