Các giao thức định tuyến phải đạt đợc các yêu cầu đồng thời sau:
• Khám phá động một topo của mạng.
• Xây dựng các cây đờng ngắn nhất.
• Kiểm soát tóm tắt thông tin về các mạng bên ngoài, có thể sử dụng các metric khác nhau trong mạng cục bộ.
• Phản ứng nhanh với sự thay đổi topo của mạng và cập nhật các cây đờng ngắn nhất.
• Làm tất cả các điều trên theo định kì thời gian.
Vấn đề điều khiển mạng bao gồm 2 loại: tập trung và phân bố. Sự tập trung thờng trong các "mạng thông minh" mà các node mạng tự nó giữ sự liên quan đơn giản. Các tuyến đợc tính toán tập trung tại một bộ xử lí tuyến và sau đó phân bố chúng ra các router trên mạng bất cứ khi nào sự cập nhật
đợc yêu cầu. Dẫu sao, hai vấn đề tồn tại với sự tập trung này:
• Nó coi một sự thiết lập trớc các đờng giao tiếp giữa bộ xử lí tuyến tập trung và các router trong mạng. Nếu một phần của mạng bị cắt ra khỏi bộ tập trung xử lí này thì nó ngừng chức năng đảm bảo tin cậy.
• Sự xử lí tải của việc tính toán lại tuyến cho toàn bộ mạng đợc tập trung vào một máy đơn giản, mà giảm một cách đúng lúc với các tuyến có thể thích ứng với các điều kiện thay đổi của mạng. Ngợc lại kiểu phân tán giả thiết rằng mỗi router tham gia trong sự khám phá
topo và xử lí tính toán tuyến. Sự xử lí tải đợc chia sẻ bởi tất cả các router, và nếu các phần mạng bị cô lập, chúng sẽ thích ứng cục bộ các
điều kiện mới của chúng nhng vẫn giữ chức năng của nó trong mạng ( keep functioning). Internet sử dụng các giao thức phân tán.
Đối với kiểu phân tán, các vùng phân chia thành các vùng tự trị AS (autonomous system). Các thành phần trong mộtAS chỉ biết về nhau mà không quan tâm tới các thành phần trong AS khác, khi có yêu cầu cầu giao tiếp với các AS khác sẽ thông qua thành phần ở biên AS..Từ
đó các giao thức định tuyến đợc chia thành giao thức trong cùng một AS là IGP ( Interior Gateway Protocol) và giao thức giao tiếp giữa các AS là EGP ( Exterior Gateway Protocol).
1.4.1.1. IGP:
Trong phạm vi AS, hầu hết các giao thức định tuyến IGP có thể đợc phân loại :
Distance vector (DV): giao thức vector khoảng cách xác định hớng (vector) và khoảng cách tới bất cứ liên kết nào trong mạng.
Link state (LS): cũng đợc gọi là shortest path first tạo lại topo chính xác toàn bộ mạng ( hoặc tối thiểu là một phần mạng mà router
đặt ).
Balanced hybrid: Kết hợp cả link state và các thuật toán vector khoảng cách.
Chú ý rằng không có thuật toán định tuyến nào là tốt nhất trong tất cả các mạng. Sự khác nhau cơ bản giữa hai phơng thức routing DV và LS đợc mô tả
trong bảng sau:
Distance- Vector Routing Link- State Routing 1. Mỗi router gửi tất cả bảng định
tuyến cập nhật, nhng chỉ tới các router l©n cËnvíi nã.
2. Giá trị ớc lợng của đờng truyền đ- ợc gửi tới tất cả các mạng.
3. Thông tin đợc gửi đều đặn theo một chu kì xác định.
4. Một router xác định thông tin hop tiếp theo bằng cách sử dụng thuật toán phân bố Bellman-Ford để nhận đợc thông tin ớc lợng giá trị của đờng liên kết.
5. Sự hội tụ cập nhật thông tin chậm
1. Mỗi router gửi thông tin định tuyến tới tất cả các router khác.
2. Thông tin đợc gửi là giá trị chính xác chi phí liên kết tới các mạng kế cận.
3. Thông tin đợc gửi khi xảy ra sự thay đổi của mạng.
4. Một router đầu tiên xây dựng một mô tả cấu trúc mạng internet và sau đó có thể sử dụng bất cứ thuật toán định tuyến nào để xác định thông tin hop tiếp theo. Thuật toán thờng sử dụng là SPF.
5. Cập nhật thông tin nhanh hơn,
đòi hỏi bộ CPU và bộ nhớ cao hơn.
Tóm tắt một số giao thức định tuyến trong IGP:
Tên giao thức Lớp thuật
toán Nhận xét
RIP DV
Là giao thức IGP sớm nhất, metric là số
đếm các hop đơn lẻ, dùng trong mạng nhỏ do đờng bị giới hạn chỉ trong 15 hop, có khái niệm đơn giản về mạng, về phân cấp subnet/endpoint, chỉ đến RIP v2 mới hỗ trợ CIDR và variable subnet.
OSPF LS
Thay thế cho RIP. Có nhiều metric đồng thời đợc sử dụng, không hạn chế giới hạn mạng và là khuyến nghị chuẩn cho Internet.
IGRP DV Độc quyền của Cisco systems, sau này phát triển lên EIGRP
IS-IS LS
Xuất phát từ mô hình OSI của IGP, mở rộng hoạt động trên các mạng IP. Liên quan tới OSPF, IS-IS có độ chính xác của metric nhỏ hơn và một số lợng giới hạn của các bản ghi link state có thể đợc thông báo trên mỗi gói.
1.4.1.2. EGP:
Giao thức chuẩn đang đợc sử dụng trên mạng Internet hiện nay là BGPv4
đóng vai trò chủ yếu trong việc định tuyến thông tin giữa các AS . Mỗi AS có một hay nhiều router giao tiếp với một vùng liên kết AS gọi là các router vùng biên AS . BGP4 hoạt động trên các router biên này và cho phép chúng
đợc phân bố các thông tin tới các AS lân cận về khả năng các mạng “có thể tới đợc” trong phạm vi AS nội bộ. Không giống IGP, BGPv4 không phải là DV( Distance Vector) hay LS (Link State) mà nó là một giao thức kiểu "path vector", nó mợn một số khái niệm chính của DV.
Giải pháp DV cố gắng sử dụng một metric để biểu diễn đờng tới các đích.
Dẫu sao, do mỗi AS là tự do sử dụng các metric riêng của nó với tuỳ chọn của AS đó, BGP không thể xây dựng tin cậy inter-AS các đờng forwarding chỉ với các metric thông báo bởi mỗi AS . Một giải pháp trạng thái liên kết cũng yêu cầu một sự giải thích chung của các trạng thái liên kết và các metric qua tất cả các AS cho giải pháp đợc tin cậy. Thêm vào đó, các vấn đề về mở rộng mạng cũng đợc kết hợp với việc giữ một cái nhìn tổng thể về inter-AS, đồng bộ hoá cơ sở dữ liệu trạng thái trên hàng trăm AS trên Internet. BGP cải tiến DV cơ sở bằng cách đa ra ý tởng mới về vector đờng, nhờ đó mỗi router biên không chỉ thông báo sự tồn tại của một đờng tới các mạng riêng biệt mà còn duyệt ra danh sách các AS xuyên suốt mà đờng sẽ qua. Bất cứ router biên nào cho trớc đều có thể xác nhận rằng một thông báo
cho một mạng cho trớc là "loop free" nếu số hiệu AS riêng của router biên
đã không xuất hiện trong vector đờng. Sau khi một thông báo đợc chấp nhận, router biên nội vùng chèn số hiệu AS riêng của nó vào trong vector đờng trớc khi thông báo lại thông tin “có thể tới đợc” (reachability) tới các router kế cận của nó. BGP cung cấp cơ chế phức tạp, tinh vi để điều khiển vấn đề thông báo các thông tin "có thể tới đợc", hỗ trợ các quyền u tiên quan hệ giữa các đờng nối giữa các AS, và hỗ trợ các chính sách mà có thể hạn chế các AS mà lu lợng chắc chắn nào đó có thể đợc định tuyến (routed). Vấn đề này sẽ đợc mô tả chi tiết trong phần tiếp theo.
1.4.1.3. Mét sè thuËt ng÷ cÇn quan t©m trong IP routing :
1. Topology change: Sự thay đổi cấu trúc mạng do hỏng đờng liên kết hay thêm đờng mới. Bất cứ sự thay đổi nào làm cho đờng nối không sử dụng
đợc hay không tin cậy đều làm thay đổi cấu trúc mạng.
Convergence: Việc xác lập cập nhật tất cả các router trên một mạng khi xảy ra thay đổi cấu trúc mạng.
ES - End System : Đề cập tới tất cả các node mạng không có chức năng định tuyến.
IS - Intermediate System : Đề cập tới một router có chức năng
định tuyến.
Area : mộtnhóm mạng liên tục và gắn với các host mà xác định trong mộtquyền quản lý hay điều hành mạng.
Domain : Là một tập hợp các vùng kết nối. Các miền routing cung cấp các kết nối đầy đủ giữa tất cả các ES trong phạm vi của chúng.
Levelmộtrouting : Định tuyến trong phạm vi Level1.
Level2 routing : Định tuyến giữa các vùng Level1.
Metric : Phần dữ liệu mà mộtgiao thức định tuyến sử dụng để thực hiện quyết định định tuyến. Metrics có thể là số hop, băng thông,
độ tin cậy, tick, giá trị (cost), độ trễ, lu lợng tải và MTU (Message Transfer Unit).
Path selection : Khi thiết kế mạng cần chú ý đến giao thức định tuyến sẽ quan tâm tới metric loại nào để đạt đợc sự “ thông minh”
và hiệu quả tin cậy là cao nhất. Nếu không có đờng d ra thì việc lựa chọn tốc độ đờng hay tải đờng kết nối là không quan trọng nh khi một mạng có nhiều đờng d.
Static & Dynamic Routing :
Định tuyến tĩnh Định tuyến động
* Các tuyến đợc học bởi router khi một nhà quản lí thiết lập các tuyến bằng tay. Nhà quản trị phải cập nhật các tuyến này cũng bằng tay khi có sự thay đổi cấu trúc mạng.
* Bất lợi lớn nhất là không thích ứng đợc sự thay đổi của mạng.
* Thờng dùng với mạng có cấu trúc không bao giờ thay đổi
* Hầu hết các kết nối giữa các tổ chức tới IDP là định tuyến tĩnh. Khi đó đờng traffic coi nh cố
định và tuyến là mặc định (default gateway).
Khi đó router không cần đờng vào định tuyến tới mạng Internet.
Định tuyến tĩnh trở nên quan trọng khi mà phần mềm Cisco IOS không thể xây dựng một tuyến tới một đích riêng. Các tuyến tĩnh cũng hữu ích cho việc xác định một "gateway of last resort"
mà tất cả các gói không định tuyến đợc sẽ đợc gửi.
* Các tuyến đợc học bởi router một cách động sau khi một nhà quản trị định cấu hình một giao thức
định tuyến để giúp quá
trình xác định tuyến.
* Khi thay đổi mạng, các thông tin sẽ cập nhật ngay tại các bảng định tuyến.
Tóm lại, phải kết hợp giữa định tuyến tĩnh và động để phù hợp với việc thiết kế mạng.
Multiprotocol Routing:
Cisco router có thể hoạt động và sử dụng nhiều giao thức định tuyến đồng thời. Chúng ta xem xét họ xử lí nh thế nào khi nhận đợc các tuyến cho cùng một mạng từ hai giao thức định tuyến khác nhau. Router thiết lập “ khoảng cách quản lí” ( administrative distance) cho mỗi giao thức định tuyến, khi hoạt động, khoảng cách này đợc sử dụng nh trọng số định tuyến ( weight routes) tới cùng mộtmạng mà đợc học trên 2 giao thức định tuyến khác nhau.
Administrative distance: Khi mộtrouter của Cisco nhận thông tin
định tuyến, thông tin này đợc đánh gía và mộttuyến hợp lệ đợc đặt vào bảng
định tuyến của router. Có thể mộtrouter hoạt động nhiều giao thức và nhận đ- ợc thông tin định tuyến cho cùng mộttuyến qua 2 giao thức khác nhau.
Router sẽ quyết định lựa chọn sử dụng giao thức naò dựa vào một trọng số.
Mỗi giao thức đợc đánh trọng số khác nhau:
Directly 0 Static route 1
EIGRP 5
Các giao thức có trọng số nhỏ hơn (cùng mộttuyến) sẽ đợc lựa chọn.
Sở dĩ có sự phân chia trọng số nh vậy là nhờ đánh giá vào ý nghĩa các metric trong mỗi giao thức.
Ví dụ: IGRP trọng số nhỏ hơn RIP do RIP chỉ quan tâm đến số hop tối u trong khi IGRP sử dụng cả dải thông, độ tin cậy tải trong việc tính toán hiệu quả đờng đi.
1.4.1.4. Vấn đề lặp trong định tuyến (routing loop ) và cách khắc phục : Routing loop có thể xảy ra khi định tuyến quyết định dựa trên các thông tin không đúng, dẫn đến các gói đi trên các đờng mà nó đã đi qua rồi,đi lòng vòng trên mạng, kết quả là làm tăng lu lợng mạng một cách không cần thiết . Các phơng pháp tránh loop :
1.Count-to-infinity: Có nhiều giao thức đặt một giới hạn cho các giá trị metric, gía trị này đa ra để chỉ sự không xác định, cung cấp các điều kiện biên cần thiết để tránh lặp tuyến tiếp tục xaỷ ra. Giá trị không xác định đủ lớn cho metric để metric với tuyến hợp lệ sẽ không bao giờ đạt giá trị đó nhng đủ nhỏ để tuyến lặp không thể tồn tại cho sự mở rộng các chu kì
thời gian. Ví dụ RIP đặt số hop tối đa là 16, IGRP đặt là 100.
2.Split Horizon: Tránh các routers không gửi lại các thông tin định tuyến quay trở lại router mà nó “ học “ đợc đờng đi từ router đó. ( Vẫn có thể xảy ra lặp đối với cấu trúc mạng vòng).
3.Cơ chế Hold- down : Tránh thay đổi tuyến đợc thực hiện trớc khi mạng hội tụ trên sự thay đổi trớc đó. Tránh cập nhật thông tin từ việc thiết lập lại các thông tin không đúng. Khi mộtrouter nhận đợc một cập nhật mà chứa mộtcấu trúc thay đổi, hold- down timer sẽ bắt đầu. Bất cứ cập nhật nhận
đợc trong thời gian này sẽ bị huỷ. Nếu router nhận đợc thông tin tuyến với metric tốt hơn nó sẽ cập nhật vào bảng định tuyến thay thế cho dữ liệu cũ.
Thời gian hold timer đợc đặt ít nhất phải lớn hơn 3 lần thời gian cập nhật thông tin toàn bộ tuyến trong mạng. Nếu hết thời gian cho phép, tuyến tới mạng lỗi sẽ bị xoá khỏi bảng định tuyến của các router.