OSPF là một giao thức định tuyến trạng thái đường được sử dụng phổ biến, nó là giao thức định tuyến trong miền (interor) được hỗ trợ bởi hầu hết các router trên thị trường. Nó có các đặc tính chức năng sau:
- Sử dụng thuật toán định tuyến trạng thái đường Dijkstra. - Hỗ trợ nhiều đường cùng giá trị cost đến cùng đích. - Hỗ trợ VLSM.
- Phân cấp hai mức.
- Thông tin trạng thái tuyến chỉ thông báo khi có sự biến đổi về cấu hình. - Có khả năng mở rộng. Một ví dụ về mạng OSPF gồm một số vùng như hình 2.9: ABR ABR Router ABR Router Router Router Router Router Router ABR External network AREA 0 AREA 1 AREA 2 AREA 3 Hình 2.9: Mạng OSPF
Một mạng OSPF phải có một vùng 0 được định nghĩa như vùng backbone. Nếu có nhiều vùng được cấu hình, tất cả các vùng khác 0 phải kết nối đến vùng 0 qua ABR (Area Border Router). Các router trong một vùng thông báo trạng thái đường LSA (Link State Advertisement) và xây dựng một sơ đồ các vùng được gọi là cơ sở dữ liệu trạng thái đường. Thông tin được tóm tắt về các cấu hình và các mạng đặc biệt được chuyển giữa các vùng thông qua ABR. Do đó các router duy trì thông tin hoàn chỉnh về tất cả các mạng và các router trong vùng của nó và thông tin đặc biệt về các mạng và các router ngoài vùng của nó. Để đạt tới mạng trong vùng này, các router cần phải có đủ thông tin để hướng các gói đến ABR phù hợp.
OSPF thu hút được sự quan tâm của nhiều nhà phát triển mạng và quản lý mạng vì một số lý do sau.
- Các mạng lớn hơn bao gồm nhiều hơn các router đang được triển khai và xây dựng, khả năng scalability lớn hơn RIP và các giao thức định tuyến véc tơ khoảng cách khác.
- Các chức năng và dịch vụ bổ sung đang và sẽ cần được triển khai trên các mạng này. Là một giao thức định tuyến trạng thái đường, OSPF có khả năng mở rộng, tăng cường các chức năng nó cung cấp bằng cách định nghĩa và bổ sung các trường mới để mang thông tin mới trong các LSA OSPF.
- Những khó khăn đối với OSPF bắt đầu được khắc phục khi rất nhiều các kỹ sư mạng triển khai và quản lý các sản phẩm mạng chạy OSPF. OSPF là một giao thức thích ứng, nó điều chỉnh các vấn đề trong mạng và cung cấp thời gian hội tụ ngắn để ổn định các bảng định tuyến. Nó được thiết kế để chống hiện tượng loop. OSPF được bao bọc trong IP datagram và trường protocol ID của IP đối với OSPF là 89, nó có khả năng định tuyến TOS và đánh địa chỉ mạng con.
U* Hoạt động của OSPF:
OSPF hoạt động trên các mạng broadcast và non-broadcast, nó cũng hoạt động trên các link điểm-điểm. Các đường quay số, các kết nối ISDN theo yêu cầu và các kết nối ảo chuyển mạch của X25, frame relay, ATM tạo ra môi trường on-demand cho OSPF. ý tưởng chính của OSPF là nó sẽ cấm một số
lưu lượng gói thông báo giữa các router được kết nối đến link theo yêu cầu. Tiếp cận này cho phép kink yêu cầu thụ động (lớp 2 không hoạt động) nhưng vẫn giữ mối quan hệ với OSPF. Khi link này hoạt động trở lại OSPF sẽ gửi đi các thông báo trạng thái đường trên link này.
Hoạt động của OSPF biến đổi phụ thuộc vào loại mạng mà nó hoạt động,dưới đây đưa ra một số hoạt động của OSPF thực hiện với tất cả các loại mạng. OSPF thực hiện một giao thức ‘hello’, nó là một giao thức bắt tay,và sau đó thực hiện ‘ping’ với các router kế cận để biết chắc rằng link hoặc router nào đó đang hoạt động. Sau khi thực hiện ‘hello’ hoàn thành, các router đồng tầng được xem như ‘merely adjacent’ có nghĩa là các router này đã hoàn thành một phần đồng bộ chứ chưa phải tất cả. Tiếp theo,các router trao đổi thông tin mô tả hiểu biết của chúng về miền định tuyến. Thông tin này được đặt trong các bản tin LSA, nó không phải là thông tin mô tả toàn bộ cơ sở dữ liệu trạng thái đường nhưng nó chứa đủ thông tin để router thu biết liệu cơ sở dữ liệu trạng thái đường của nó có đúng với cơ sở dữ liệu của các router đồng tầng với nó không. Nếu có thì các kế cận được xác định là ‘fully adjacent’. Các router này sau đó thực hiện trao đổi các LSA chứa cập nhật trạng thái đường và thực sự trở thành các kế cân đầy đủ.
Các hello được phát theo định kỳ để giữ cho các router đồng tầng hiểu biết lẫn nhau. Các LSA được tạo ra phải được gửi đến các router đồng tầng với nó 30s một lần nhằm đồng bộ các cơ sở dữ liệu trạng thái đường.
Router A Router B Hello Hello Database Description Database Description Link state Link state Merely adjacent Merely adjacent Fully adjacent Fully adjacent
U* Các vùng OSPF:
Các công ty với các hệ thống lớn có thể hoạt động với nhiều mạng,nhiều router và host. Để quản lý một mảng rộng các phần tử thông tin này thì phải sử dụng rất nhiều LSA. OSPF thực hiện phân chia các AS thành các phần nhỏ hơn gọi là vùng, nhờ đó làm giảm tổng số lưu lượng định tuyến được gửi qua AS vì các vùng được cách ly với nhau. Nó làm giảm số thông tin router phải duy trì đầy đủ về AS. Do đó thông tin được phát giữa các router để duy trì các bảng định tuyến OSPF giảm .
OSPF sử dụng multicast để hạn chế xử lý gói LSA tại các node không cần thiết kiểm tra các gói định tuyến tương ứng đối với mạng broadcast. Còn đối với các mạng non-broadcast thì OSPF sử dụng lọc gói để giảm số các gói định tuyến được trao đổi giữa các router trong vùng. Vùng ‘stub’ là vùng mà thông tin định tuyến trên các tuyến ngoài không được gửi đi. Thay vào đó, ABR tạo ra một tuyến mặc định đến các đích ngoài vùng và các tuyến trong vùng ‘stub’ sử dụng tuyến này.
Các nhà quản lý mạng có thể thiết lập ABR để tránh không cho nó gửi thông báo tuyến tóm tắt vào trong vùng ‘stub’. Các thông báo tuyến tóm tắt này được thiết kế như LSA loại. OSPF yêu cầu tất cả các mạng được kết nối bằng một vùng backbone, nó được xem như một bộ các node liên tục và kết nối các link để thông tin qua backbone với nhau. Các vùng nối đến backbone phải là các vùng ‘stub’, do đó OSPF hỗ trợ sử dụng các tuyến ảo để các gói định tuyến có thể được gửi từ vùng này sang vùng khác không phải qua backbone. Các tuyến ảo chạy giữa các router và cho phép các gói LSA tóm tắt được xuyên hầm qua các vùng. Trong khi thông tin định tuyến được gửi xuyên hầm thì lưu lượng người dùng vẫn chọn được đường vật lý tốt nhất. Các tuyến ảo có thể được sử dụng để duy trì kết nối giữa các vùng nếu backbone có thể được chia ra, nó được kết nối logic với các tuyến ảo. Các mạng ngoài kết nôi với các AS OSPF không phải là thành viên của AS này. Các router AS OSPF phát hiện ra các mạng này qua giao thức EGP và sau đó thông báo các mạng trong AS với các LSA ngoài.
U* Thi t lế ậ p link-cost và tỉ a cây:
Mỗi tuyến đầu ra tại mỗi router có một giá trị được gán biểu diễn một metric (kết hợp của một vài tham số TOS). Giá trị này có thể được thiết lập
bởi các nhà quản lý mạng. Về mặt kỹ thuật, có thể thiết lập các link-cost một cách động dựa trên độ dài hàng đợi,trễ gây ra bởi các router và các tiêu chuẩn hiệu năng khác. Mặc dù vậy, các metric động rất khó quản lý, chúng không được sử dụng trong các mạng phi kết nối. Các mạng hướng kết nối có thể sử dụng các metric động hiệu quả vì băng tần được thiết lập do mỗi kết nối và OSPF có thể sử dụng cho các thông báo. Một khi một kết nối được thiết lập, nó dựa trên một tuyến tĩnh. Người sử dụng khác có thể yêu cầu kết nối, trong thời gian đó OSPF có thể tìm thấy một tuyến tốt hơn vì vậy người sử dụng thứ 2 có thể có một đường khác.
Các cost có thể được kết hợp với các mạng thuộc các AS khác nhau, chúng khả dụng nhờ giao thức EGP. Cost càng thấp càng tốt,có nghĩa là các giao diện thông báo một cost thấp có nhiều khả năng được sử dụng để chuyển tiếp lưu lượng. Nhưng tổng số tất cả các link-cost giữa 2 host bất kỳ quyết định lưu lượng được định tuyến thế nào qua mạng. AS không nhất thiết phải chia vùng, nếu không chia vùng thì cơ sở dữ liệu trạng thái đường sẽ trùng nhau đối với tất cả các router trong AS. Mỗi router tạo ra một bảng định tuyến sử dụng cơ sở dữ liệu cấu hình. Bảng định tuyến được tạo ra dựa trên các hoạt động của cây spanning, nó phản ánh cây bị tỉa của mạng
* Các gói OSPF:
Hình 2.11 dưới đây minh hoạ 20byte tiêu đề gói OSPF, mỗi gói LSA OSPF được gắn vào tiêu đề này.
LS age (16) Options (8) LS type (8) Link state ID (32) Advertisement router (32) LS sequence number (32) LS checksum (16) Length (16) Header (160) Router type (8) Reversed (8) Number of link (16) Link ID (32) Link data (32) Link type (8) TOS metric (8) Metric (16)
Hình 2.11: Tiêu đề LSA Hình 2.12: Định dạng gói LSA
Trường LS age chỉ ra thời gian từ khi bắt nguồn của LSA tính theo giây (từ 0 đến 30). Nếu nó vượt quá 30s thì router nguồn sẽ gửi lại LSA và thiết lập
trường này bằng 0. Trường option được sử dụng để chỉ ra LSA nên được xử lý theo một cách xác định. Trường link state ID được sử dụng để phân biệt các LSA cùng có LS type như nhau và được bắt nguồn từ một router xác định, thực tế nó thường chứa thông tin địa chỉ. Trường advertising router chứa giá trị router ID của router nguồn. Trường LS sequence number được tăng lên bởi router nguồn của LSA bất cứ khi nào nó muốn cập nhật LSA. Do đó một số thứ tự lớn hơn trong một LSA chỉ ra rằng nó mới hơn LSA có giá trị tương ứng nhỏ hơn. Trường LS checksum được sử dụng tại phía thu để kiểm tra tiêu đề và dữ liệu LSA bị sai.Nó cũng được lưu trong cơ sở dữ liệu trạng thái đường của tất cả các router để (a) quyết định 2 LSA với cùng số thứ tự là xác định,nó cũng sử dụng LS age cho mục đích này (b) quyết định một cách định kỳ xem phần cứng và phần mềm của router có làm hỏng thực thể LSA trong cơ sở dữ liệu. Trường length xác định độ dài của tiêu đề và nội dung của LSA. Nội dung của các trường gói OSPF theo sau tiêu đề rất khác nhau phụ thuộc vào loại gói LSA, vai trò này được gán cho router nếu router trên link điểm- điểm hoặc trên một mạng con chia sẻ.
Sau 20byte tiêu đề LSA là các trường sau. Trường number of link xác định router nguồn đang báo cáo bao nhiêu link. Trường link ID có giá trị biến đổi, nó chứa router ID của router kế cận. Trường link data cũng biến đổi phụ thuộc loại thông báo. Trường link type xác định loại link. TOS metric không được sử dụng trong Internet và bị loại bỏ khỏi hoạt động của OSPF cũng như IPv6.
U* T ươ ng tác vớ i các giao thứ c đ ị nh tuyế n khác:
OSPF và RIP thường được sử dụng trong cùng AS. RFC1745 xác định tương tác giữa OSPF và BGP và IDRP (inter domain routing protocol ) với IDRP là một biến thể được ưa dùng của BGP. Phần lớn các router high-end hỗ trợ hoạt động phân tán tuyến, có nghĩa là bất kỳ thông tin giao thức định tuyến IP-based nào có thể được tái phân tán vào bất kỳ giao thức định tuyến IP- based khác. OSPF có thể nhập/xuất các tuyến qua RIP, IGRP, EIGRP cho các hoạt động trong miền. Đối với các hoạt động giữa các miền, OSPF có thể xuất/nhập các tuyến qua BGP. OSPF thực hiện các hoạt động bảo mật để tránh các router và các node không được xác nhận gây nguy hiểm cho một miền định tuyến. Router OSPF có thể được cấu hình để hỗ trợ nhận thực password ở dạng cleartext, khoá bí mật, MD5…
U* C ấ u hình m t miộ ề n đ ị nh tuyế n OSPF:
Để cấu hình một miền định tuyến OSPF các router được cấu hình để thực hiện các nhiệm vụ sau
- Cho phép OSPF.Để cho phép OSPF hoạt động trên một router thì nhiệm vụ này phải được cấu hình, nó xác định miền địa chỉ được kết hợp với tiến trình định tuyến và area ID được kết hợp với miền địa chỉ IP. Các tham số này được thiết lập cho mỗi giao diện mà OSPF hoạt động.
- Cấu hình các tham số giao diện OSPF .
- Cấu hình OSPF qua các mạng vật lý khác nhau. - Cấu hình các tham số vùng OSPF
- Cấu hình không đến vùng stubby
- Cấu hình tóm tắt tuyến giữa các vùng OSPF. Nếu địa chỉ IP trong một vùng là liên tục thì tóm tắt tuyến cho phép thông báo của một tuyến được tóm tắt đều được thông báo cho một vùng khác nhờ ABR. Để thực hiện nhiệm vụ này, nhà quản lý mạng cấu hình miền địa chỉ cho tuyến tóm tắt sẽ được thông báo.
- Cấu hình tóm tắt tuyến khi tái phân bố các tuyến cho OSPF. Các tuyến được thông báo vào một miền OSPF được thông báo độc lập trong các gói LSA ngoài riêng biệt. Nhiệm vụ này cấu trúc lên OSPF để thông báo một tuyến đơn cho tất cả các tuyến được tái phân bố cùng với prefix mạng đơn.
- Tạo link ảo. Nhiệm vụ này tạo ra một link ảo giữa các ABR và các link ảo phải được cấu hình trong cả hai router, thông tin cấu hình bao gồm ID của ABR khác và vùng non-backbone. Các tuyến ảo không thể được thiết lập qua vùng stub.
- Tạo một tuyến mặc định. Nhiệm vụ này được sử dụng để tạo ra một tuyến mặc định trên miền OSPF. Thậm chí một router có thể là router biên AS, nó không tạo ra mặc định một tuyến mặc định trong miền.
- Cấu hình tìm kiếm tên DNS. Các router có một số các lệnh cho phép nhà quản lý mạng xem hiển thị của các router. Tên miền của các router DNS có thể được hiển thị với nhiệm vụ này.
- Điều khiển các metric mặc định. Các router high-end cho phép nhiệm vụ này được cấu hình dựa trên băng tần của link trên mỗi giao diện trên router.
- Cấu hình OSPF trên giao diện Ethernet đơn. Nhiệm vụ này tạo ra một giao diện OSPF trên một mạng con Ethernet và cho phép các thiết bị trên đoạn Ethernet nhìn thấy nhau với các gói hello OSPF .
- Cấu hình đồng hồ định thời tính toán tuyến. Nhiệm vụ này được sử dụng để xác định thời gian OSPF bắt đầu tính toán đường ngắn nhất đầu tiên từ khi thu 1 LSA biểu diễn một biến đổi cấu hình. Nó có thể được sử dụng để thiết lập thời gian giữa 2 tính toán SPF.
- Cấu hình OSPF qua các kênh theo yêu cầu. Cấu hình hoạt động nhiệm vụ này chỉ là vào một lệnh .
- Nạp các thay đổi kế cận. Các router có các phương tiện gỡ rối mở rộng, nhiệm vụ này có thể được cấu hình nếu các phương tiện mở rộng không được yêu cầu và các nhà quản lý mạng chỉ muốn biết khi nào trạng thái của kế cận OSPF biến đổi.
- Giám sát và bảo dưỡng OSPF. Nhiệm vụ này cung cấp thông tin trên một mạng rộng,bao gồm nội dung của các bảng định tuyến của các router và cơ sở dữ liệu trạng thái đường. Nó cũng chỉ ra thông tin trên các giao diện router đến các kế cận bao gồm các link ảo.