Một Router chuyển tiếp một gĩi từ một liên kết dữ liệu này đến một liên kết dữ liệu khác bằng hai chức năng cơ bản:
- Chức năng xác định đường dẫn. - Chức năng chuyển mạch.
Chức năng chuyển mạch cho phép Router chấp nhận một gĩi đến trên một giao tiếp và chuyển nĩ sang một giao tiếp thứ hai. Chức năng xác định đường dẫn cho phép Router chọn giao tiếp thích hợp nhất để chuyển một gĩi. Phần Node của địa chỉ được dùng bởi Router cuối cùng (Router được kết nối đến mạng đích) để phân phối đến đúng Host đích của nĩ.
Chức năng chuyển mạch đường dẫn được dùng để di chuyển các gĩi xuyên qua một liên mạng. Một hệ thống đầu cuối cĩ các gĩi muốn gởi đến hệ thống đầu cuối khác. Hệ thống đầu cuối hướng Frame đi bằng cách dùng địa chỉ MAC của hệ thống trung gian.
3.3 Các thuật tốn sử dụng trong giao thức định tuyến:
Hầu hết các giải thuật định tuyến cĩ thể được chia thành một trong hai giải thuật cơ bản:
- Distance-vector. - Link-state.
3.4 Giao thức định tuyến Distance-vector:
3.4.1 Khái quát:
Định tiến Distance-vector dựa vào các giải thuật định tuyến cĩ cơ sở hoạt động là khoảng cách véc tơ, theo định kỳ chúng chuyển các bản Copy của bảng định tuyến từ Router này đến Router kia. Các cập nhật thường xuyên giữa các Router này sẽ thơng báo về các thay đổi của Topo mạng. Mỗi Router nhận một bảng định tuyến từ các Router kế cận được nối trực
A B C D Routing table Routing table Routing table Routing table D C B A
Hình 3.2 Mơ hình định tuyến Distance-vector
3.4.2 Hoạt động của giao thức Distance-vector:
Các giao thức Distance-vector gửi định kỳ các cập nhật về mạng mà quá trình định tuyến đã tìm thấy và đưa vào bảng định tuyến. Các cập nhật được gửi trực tiếp vào các Router kế cận kết nối trực tiếp. Địa chỉ đích của các Routing Update là 255.255.255.255 (địa chỉ Broadcast), cĩ nghĩa là tất cả các Router trên phân đoạn mạng đĩ sẽ nghe được các Update.
Các cập nhật sẽ gửi ra định kỳ sau khi một khoảng thời gian bị hết, khoảng thời gian (Timer) này sẽ được khởi động lại ngay lập tức sau khi Router gửi một cập nhật. Như vậy giao thức định tuyến Distance-vector sẽ gửi ra tồn bộ bảng định tuyến đến các kế cận của nĩ, thiết lập một đồng hồ thời gian sau một khoảng thời gian xác định trước (30 giây đối với RIPv1) sẽ gửi ra tồn bộ bảng định tuyến một lần nữa. Sau khi nhận được bảng định tuyến của Router kế cận, Router sẽ cập nhật bảng định tuyến của nĩ và thay đổi bảng định tuyến theo các cập nhật mà nĩ nhận được. Do Router sẽ tiếp
tục truyền thơng tin mà nĩ nghe được từ Router kế cận, các giao thức định tuyến nhĩm Distance-vector cịn được gọi là “định tuyến theo tin đồn”.
3.4.3 Kỹ thuật tránh lặp trong quá trình định tuyến (Solution):
Định tuyến thành vịng hay lặp (Routing Loops) cĩ thể xảy ra nếu sự hội tụ của mạng diễn ra chậm trên một cấu hình mới, tạo ra các mục định tuyến khơng chắc chắn.
Hình 3.3 Routing Loop
Các tuyến chạy vịng, chậm hội tụ, định tuyến khơng nhất quán. - Trước khi Network 1 bị Down thì tất cả Router đđều xem đđường Route tới Network là GOOD. Và Router C nhận đđịnh rằng muốn tới Network 1 thì phải qua Router B (Metric đây là 3 (ví dụ ta chạy RIP)).
- Khi Network 1 bị Down xuống thì Router E mới gửi một bản Update tới Router A là: Network 1 Down rồi, nhưng Router B, C, D khơng biết. Do
B và D cĩ thể nhận biết đđược Network 1 Down một cách nhanh chĩng vì nĩ kết nối (Connect) trực tiếp tới Router A nên nhận Update nhanh hơn. Tuy nhiên do C khơng nhận đđược Update là Network 1 Down nếu vẫn gửi một bản Update tới B và D là đường tới Network 1 vẫn GOOD. Và như thế B và D Update lại bản Routing Table của mình là Network 1 vẫn GOOD. Như thế là sai vì quá trình này cứ lặp đđi lặp lại (vì Router sẽ gửi lại một Update nĩi với B và D rằng: Network 1 vẫn GOOD) ===> Routing Loop.
Nguyên nhân: Chúng ta thấy rằng nguyên nhân Routing Loop là B và D cĩ thể nhận được Update từ A cịn C thì khơng. Bởi vì Network 1 “Hội Tụ Chậm” (Slow Convergence).
Lặp định tuyến cĩ thể xảy ra bởi các Router khơng được cập nhật đồng thời, do vậy để tránh và ngăn chặn lặp định tuyến người ta đã đưa ra những kỷ thuật sau:
- Count To Infinity. - Maximum Hop Count. - Split Horizon.
- Route Poisoning. - Holddown.
3.4.4 Đếm vơ thời hạn ( Count To Infinity ):
Như ví dụ đề cập ở trên (Hình 3.3), các cập nhật khơng hợp lệ của
Network 1 sẽ tiếp tục vịng trừ khi vài quá trình khác dừng nĩ lại. Điều kiện này, được gọi là đếm vơ thời hạn (Count To Infinity), vịng các gĩi liên tục trên mạng bất chấp thực tế là mạng đích đã bị cắt. Trong khi Router đang đếm một cách vơ thời hạn, thơng tin khơng hợp lệ cho phép một vịng định tuyến cứ thế tồn tại.
Network 1, distance 7 Network 1, distance 5 Network 1, distance 4 Network 1, distance 6 Network 1 down A B C D E
* Các vịng định tuyến gia tăng distance-vector
Hình 3.4 Đếm vơ thời hạn
3.4.5 Định ra một số tối đa (Maximum Hop Count):
Các giải thuật định tuyến Distance-vector là tự hiệu chỉnh, nhưng bài tốn định tuyến thành vịng cĩ thể yêu cầu đếm vơ hạn đầu tiên. Để tránh vấn đề kéo dài thêm, các giao thức Distance-vector định nghĩa vơ hạn như một con số tối đa được chỉ định, con số này căn cứ theo đại lượng định tuyến (đếm Hop đơn giản).
Với cách tiếp cận này, giao thức định tuyến cho phép vịng định tuyến cứ tiếp tục cho đến khi đại lượng định tuyến vượt quá giá trị sớm nhất theo mặc định.
3.4.6 Phân chia ranh giới (Split Horizon):
Split Horizon là một kỷ thuật để tránh lặp trong định tuyến, Split Horizon giảm số thơng tin định tuyến khơng chính xác và chi phí định tuyến trong một mạng Distance-vector bằng cách đưa ra luật để thơng tin khơng thể gửi trở lại theo hướng mà nĩ nhận được.
Routing Protocol sẽ phân biệt loại Interface nào đã học đường và sẽ khơng quảng cáo ngược trở lại cùng Interface đĩ. Nĩ sẽ ngăn chặn Router A gửi thơng tin đã được cập nhật trở lại Router B.
3.4.7 Route Poisoning:
Route Poisoning là kỹ thuật tránh lặp bằng cách ngăn chặn những thơng tin cập nhật trái ngược nhau. Ban đầu Router E đưa vào bảng định tuyến một Entry về đường đi cho Network 5 (gọi là Route Poisoning) cĩ giá trị là 16 (Unreachable). Khi Router C nhận một Route Poisoning từ Router E, nĩ sẽ gửi một cập nhật gọi là Poisoning Reverse ngược trở lại Router E. Điều này đảm bảo tất cả các đường đi trên nhánh mạng đã nhận được thơng tin đường đi mới. Bình thường thì kỹ thuật này khơng được dùng (vì nĩ cĩ khuynh hướng làm tăng kích thước của bảng định tuyến) mà chỉ dùng nĩ khi mạng gặp sự cố.
Để khắc phục điều này, người ta đã dùng kỹ thuật này kết hợp với kỹ thuật Split Horizon, Routing Poisoning kết hợp với Split Horizon sẽ tạo ra một mạng Distance-vector cĩ tính phục hồi cao và đáng tin cậy hơn.
3.4.8 Bộ định thời khống chế (Holddown Timer):
Holddown là một trong những kỹ thuật tránh lặp trong quá trình định tuyến. Holddown ngăn chặn những thơng điệp cập nhật thường xuyên để phục hồi một đường đi khơng cĩ hiệu quả (gọi là Flapping). Điều này thường xảy ra khi những liên kết khơng đồng bộ mất nối kết và liền cập nhật lại. Nếu khơng cĩ cách ổn định thì mạng sẽ khơng thể hội tụ và Interface bị Flapping sẽ làm chậm mạng hoặc là nghẽn mạng.
Holddown ngăn chặn đường đi thay đổi quá nhanh trong thời gian cho phép khi đường đi khơng cĩ hiệu quả trở thành cĩ hiệu quả để mạng hoạt động ổn định trước khi tìm đường đi tối ưu. Router hạn chế trong một chu kỳ
xác định bất kỳ sự thay đổi nào ảnh hưởng đến đường đi ở xa. Nĩ ngăn chặn đường đi khơng hiệu quả sớm được phục hồi đến bảng định tuyến khác.
3.5 Giao thức định tuyến Link-state:
3.5.1 Cơ sở định tuyến cho Link-state:
Giải thuật cơ bản thứ hai được dùng cho định tuyến là giải thuật Link- state. Các giải thuật định tuyến Link-state là những giao thức dựa trên thuật tốn tìm đường đi ngắn nhất cũng được gọi là SPF (Shortest Path First), duy trì một cơ sỡ dữ liệu phức tạp chứa thơng tin về Topo mạng. Trong khi giải thuật Distance-vector khơng cĩ thơng tin đặc biệt gì về các mạng ở xa và cũng khơng biết các Router ở xa, giải thuật định tuyến Link-state biết được đầy đủ về các Router ở xa và biết được chúng liên kết với nhau như thế nào. Định tuyến Link-state dùng để chỉ ra:
- Các thơng báo về trạng thái liên kết: LSA (Link State Advertisements).
- Một cơ sở dữ liệu về Topo mạng mạng. - Giải thuật SPF, và cây SPF sau cùng.
- Một bảng định tuyến liên hệ các đường dẫn và các Port đến từng mạng.
Router mà sử dụng giao thức Link-state linh hoạt hơn trong mạng nội bộ so với Router sử dụng giao thức Distance-vector. OSPF là giao thức định tuyến IP hồn chỉnh của giao thức Link-state.
3.5.2 Giao thức định tuyến Link-state trao đổi các bảng định tuyến:
Hoạt động tìm hiểu và khám phá mạng trong định tuyến Link-state được dùng trong các quá trình sau:
- Các Router trao đổi các LSA cho nhau. Mỗi Router bắt đầu với các mạng được kết nối trực tiếp để lấy thơng tin.
- Mỗi Router đồng thời với các Router khác tiến hành xây dựng một cơ sở dữ liệu về Topo mạng bao gồm tất cả các LSA đến từ liên mạng.
- Giải thuật SPF tính tốn mạng cĩ thể đạt đến. Router xây dựng Topo mạng luận lý này như một cây, tự nĩ là gốc, gồm tất cả các đường dẫn cĩ thể đến mỗi mạng trong liên mạng đang chạy giao thức Link-state. Sau đĩ, nĩ sắp xếp các đường dẫn này theo chiến lược chọn đường dẫn ngắn nhất (SPF).
Router liệt kê các đường dẫn tốt nhất của nĩ, và các Port dẫn đến các mạng đích trong bảng định tuyến của nĩ. Nĩ cũng duy trì các cơ sở dữ liệu khác về các phần Topo mạng và các chi tiết về hiện trạng.
3.5.3 Các thay đổi về Topo mạng lan truyền như thế nào xuyên qua mạng: mạng:
Các giải thuật Link-state căn cứ vào các cập nhật Link-state như nhau. Bất cứ khi nào một Topo mạng Link-state thay đổi, các Router đầu tiên nhận biết được sự thay đổi này gửi thơng tin đến các Router khác hay đến một Router được gán trước làm tham chiếu cho tất cả các Router khác cập nhật. Điều này liên quan đến việc gửi thơng tin định tuyến chung đến tất cả các Router trong liên mạng. Để đạt được sự hội tụ, mỗi Router thực hiện như sau:
- Theo dõi các kế cận của nĩ: ứng dụng mỗi tên của kế cận xem đang mở hay đĩng (Up hay Down), và giá trị của liên kết (Link Cost) đến kế cận đĩ.
- Tạo một gĩi LSA trong đĩ liệt kê tên của các giá trị liên kết, bao gồm các kế cận mới, các thay đổi trong giá trị liên kết, và các liên kết dẫn đến các kế cận đã được ghi.
- Gửi gĩi LSA này đi sao cho tất cả các Router đều nhận được. - Khi nhận một gĩi LSA mới nhất được phát ra từ mỗi Router.
- Hồn thành bản đồ của liên mạng bằng cách dùng dữ liệu từ gĩi LSA tích lũy được và sau đĩ tính tốn các tuyến đường dẫn đến tất cả các mạng khác sử dụng thuật đốn SPF.
Mỗi khi một gĩi LSA tạo ra một thay đổi trong cơ sỡ dữ liệu Link- state, thuật tốn Link-state sẽ tính tốn lại để tìm ra các đường dẫn tốt nhất và cập nhật bảng định tuyến. Sau đĩ, mỗi Router lưu ý về sự thay đổi Topo mạng này khi xác định đường dẫn ngắn nhất để định tuyến các gĩi.
Hình 3.6 Các thay đổi về Topo mạng trong Link-state
3.5.4 Hai Link-state liên quan với nhau:
Cĩ hai Link-state liên quan với nhau: các nhu cầu về bộ nhớ, xử lý và các nhu cầu về băng thơng.
CHƯƠNG IV
THIẾT LẬP VAØ SO SÁNH
4.1 RIP (Routing Information Protocol):
RIP là một trong những Routing Protocol đầu tiên được sử dụng. RIP hoạt động dựa trên thuật tốn Distance-vector, được sử dụng rộng rãi tuy nhiên chỉ thích hợp cho những hệ thống nhỏ và ít phức tạp, trở thành chuẩn mở cho các nhà quản trị.
RIP là giao thức dạng Classful, nghĩa là khơng chứa thơng tin Subnet Mask trong các cập nhật định tuyến. Do đĩ, RIP khơng hỗ trợ VLSM (Variable Length Subnet Mask: một kỷ thuật cho phép người quản trị dùng nhiều giá trị Subnet Mask trong cùng một địa chỉ mạng) và mạng khơng liên tục.
RIP hỗ trợ cân bằng tải tối đa là 6 đường đi cĩ chi phí bằng nhau (Equal Cost Load Balancing).
RIP cĩ 2 phiên bản là RIP Version1 (RIPv1) và RIP Version2 (RIPv2) xác định đường đi với Metric là Hop Count (Path Length). Số lượng Hop tối đa là 15.
Mặc định: Router RIP sẽ gửi bảng định tuyến để cập nhật thơng tin sau khoảng thời gian trung bình là 30 giây (Update Timer), địa chỉ đích của thơng tin cập nhật này là 255.255.255.255 (All-Host Broadcast). Thời gian đường đi (Route) tồn tại trong bảng định tuyến khi khơng cập nhật mới là 180 giây (Invalid Timer / Timeout / Expiration Timer). Trong vịng 180 giây mà khơng cập nhật được thì Hop Count của đường đi (Route) sẽ mang giá trị là 16, mặc dù đường đi là khơng thể đến được nhưng Route vẫn được dùng để chuyển tiếp gĩi. Router sẽ khơng nhận bất cứ cập nhật mới của Route này trong khoảng thời gian là 180 giây (Hold Down). Khoảng thời gian Route phải chờ trước khi xĩa Route ra khỏ bảng định tuyến là 240 giây (Flush Timer / Garbage Collection Timer).
- Routing Information Protocol Version 1 (RIPv1) là một giao thức đơn giản, RIPv1 được sử dụng trong mơi trường mạng nhỏ, ít phức tạp hoặc ít cĩ sự thay đổi về Topo mạng, và nĩ cũng hoạt động dựa trên thuật tốn Distance-vector, sẽ gởi một cập nhật mới mỗi lần là 30 giây và các bảng cập nhật mới này sẽ cập nhật tồn bộ bảng định tuyến.
- Bởi vì RIPv1 là giao thức đầu tiên trong giao thức định tuyến Distance- vector và trở thành một chuẩn mở cho các nhà quản trị, sau đĩ các nhà quản trị lập trình cho một giao thức định tuyến đã được định sẵn sao cho phù hợp với cấu trúc đã tồn tại . Cũng như giao thức định tuyến Distance- vector, RIPv1 cũng cĩ những phương thức tránh lặp định tuyến (Count To Infinity, Split Horizon With Poison Reverse (phương pháp phân chia ranh giới), Holddown, Triggered Update, Load Balancing).
4.1.1 Cập nhật định tuyến RIP:
RIP là giao thức hoạt động dạng Broadcast, mặc định sẽ gửi đến tất cả các thiết bị trên Ethernet LAN của Router mà nĩ gửi Packet đến. Điều này sẽ rất lãng phí, để tránh điều này, Interface Ethernet của Router muốn truyền Packet đi phải được cấu hình Passive và dùng thêm lệnh Neighbor để cho phép gửi cập nhật định tuyến đến các Router kế cận xác định.
Sau khi cập nhật bảng định tuyến, lập tức Router bắt đầu truyền cập nhật định tuyến để cho Router mạng khác biết về sự thay đổi đĩ.
4.1.2 Metric của định tuyến RIP:
Giao thức định tuyến RIP sử dụng Mectric là Hop Count mang giá trị
từ 1 đến 15. Đường (Route) cĩ Metric là 16 được định nghĩa là vơ hạn (Infinity) nghĩa là đường đi đĩ khơng đến được (Uncreachable). Mỗi tuyến đường từ nguồn tới đích đều được gán một giá trị Metric để làm tiêu chuẩn so sánh. Khi Router nhận được một cập nhật định tuyến mới, Router sẽ cộng
thêm một đơn vị vào giá trị Metric trong cập nhật định tuyến và đưa vào bảng định tuyến của chính Router đĩ. Địa chỉ IP của nơi gửi được sử dụng như là Hop kế tiếp.
4.1.3 Tính ổn định:
RIP cũng cĩ một số tính năng ổn định giống như giao thức định tuyến khác. Những tính năng đem đến sự ổn định mặc dù cĩ những thay đổi đột