Cisco Network part 37 pdf

ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐỊNH TUYẾN


Tác giả: Trần Văn Thành
Giới thiệu về các giao thức định tuyến

A. Đại cương về định tuyến

I. Thuật ngữ

I. 1. Routing Protocol

Routing protocol: là ngôn ngữ để một router trao đổi với router khác để
chia sẻ thông tin định tuyến về khả năng đến được cũng như trạng thái của
mạng.

Được cài đặt tại các Router, chúng được sử dụng để: xây dựng nên bảng
định tuyến để đảm bảo rằng tất c
ả các Router đều có bảng “Routing table ”
tương thích nhau cũng như đường đi đến các mạng phải được xác định
trong “Routing Table”.

I. 2. Routed Protocol

Nó s
ử dụng các bảng “Routing Table” mà Routing Protocol xây dựng lên
để đảm bảo việc truyền dữ liệu qua mạng một cách tin cậy. Ví dụ: IP và
IPX.
I. 3. Vùng tự trị AS (Autonomous System)

Mạng Internet được chia thành các vùng nhỏ hơn gọi là các vùng tự trị
(Autonomous System – AS ). AS bao gồm một tập hợp các mạng con
được kết nối với nhau bởi Router. Một hệ thống AS thông thường thuộc
quyền sử hữu của một công ty hay nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP). V
à
để các hệ thống AS này kết nối được với nhau, nhà quản lý phải đăng ký
với cơ quan quản trị mạng trên Internet (Inter NIC) để lấy được một số
nhận dạng AS cho riêng mình. Bên trong mỗi AS, các nhà quản lý có
quyền quyết định loại Router cũng như giao thức định tuyến cho hệ thống
của mình.

I. 4. Bảng định tuyến

Một host hay một Router phải xem xét bảng định tuyến của mình trư
ớc khi
chuyển gói tin đến địa chỉ ở xa. Bảng này được gán tương ứng mỗi địa chỉ
đích với một địa chỉ Router cần đến ở chặng tiếp theo.Bảng địa chỉ đích
trong bảng có thể bao gồm các địa chỉ mạng, mạng con, các hệ thống độc
lập. Trong bảng định tuyến có thể bao gồm một tuyến mặc định, đư
ợc biểu
diễn bằng địa chỉ 0.0.0.0.

Bảng định tuyến của mỗi giao thức định tuyến là khác nhau, nhưng có thể
bao gồm nhữnh thông tin sau :

Địa chỉ đích của mạng, mạng con hoặc hệ thống.

Địa chỉ IP của Router chặng kế tiếp phải đến.

Giao tiếp vật lý phải sử dụng để đi đến Router kế tiếp.

Mặt nạ mạng của địa chỉ đích.

Khoảng cách đến đích (thí dụ : số lượng chặng để đến đích).

Thời gian (tính theo giây) từ khi Router cập nhật lần cuối.

I. 5. Khoảng cách quản lý (Administrative Distance (AD))

Administrative Distance đư
ợc sử dụng để đánh giá độ tin cậy của thông tin
định tuyến mà Router nhận từ Router hàng xóm. AD là một số nguyên
biến đổi từ : 0 đến 255; 0 tương ứng với độ tin cậy cao nhất và 255 có
nghĩa là không có lưu lượng đi qua tuyến này (tức là tuyến này không
được sử dụng để vận chuyển thông tin của người sử dụng). Tức là khi một
Router nhận được một thông tin định tuyến, thông tin này được đánh giá
và một tuyến hợp lệ được đưa vào bảng định tuyến của Router. Thông tin
định tuyến được đánh giá dựa vào AD, giả sử Router được cài đặt nhiều
hơn một giao thức định tuyến thì giao thức định tuyến nào có AD nhỏ hơn
sẽ được Router sử dụng.

Mối giao thức định tuyến có tưng ứng một giá trị AD:
Directly 0
Static route 1
RIP 120
OSPF 110
IGRP 100

II. Nguyên tắc định tuyến

Các giao thưc định tuyến phi đạt được các yêu cầu đồng thời sau:

Khám phá động một topo mạng.

Xây dựng các đường 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 mạng và cập nhật các cây đường
ngắn nhất.

Làm tất cả các điều trên theo định kỳ thời gian.

III. Các thành phần của định tuyến (Components of Routing Data)

Routing là quá trình chuyển tiếp packet từ một mạng này sang mạng khác.

Chúng chuyển tiếp packet như thế nào?

Thứ nhất: bạn cần phải biết logical address là gì? Địa chỉ logic được sử
dụng để xác định host thuộc mạng nào.

Thứ hai: Sau khi nhận packet từ một interface nó sẽ quyết định đẩy packet
ra interface tương ứng, để chuyển tiếp packet đi.

Để đưa ra quyết định chính xác router phải thực hiện đư
ợc 3 nhiệm vụ sau:
Router xác định xem lưu lượng mà nh
ận hoặc gửi chạy giao thức lớp mạng

nao? IP, IPX hay AppleTalk.

Tiếp theo sẽ kiểm tra xem địa chỉ mạng đích có trong routing table hay
không. Nếu không tìm thấy đường đến mạng đích đó trong routing table,
router sẽ discard packet đó và gửi một gói ICMP network unreachable về
host nguồn đã gửi packet.

N
ếu tìm thấy trong routing table tuyến đường tới mạng đích router sẽ
forward packet ra interface tưng ứng. Router sẽ đẩy packet đó ra buffer
của interface đó. Tiếp theo kiểu encapsulation (đóng gói) của frame lớp 2
của interface đó. Nếu là Ethernet thì chạy ARP để lấy địa chỉ lớp 2 là
MAC, còn nếu là Frame-Relay thì chạy Inverse ARP hoặc static map để
tìm DLCI. Cuối cùng Outbound interface sẽ đưa frame xuống phương tiện
truyền dẫn và forward thông tin đến next hop.
Packet sẽ tiếp tục được sử lý cho đến đích cuối cùng.

1. Routing tables

Routing table là một bảng chứa các tuyến đường đến các mạng mà người
quản trị cấu hình. Các bảng này được tạo ra bằng tay theo ý muốn của
người quản trị hay bằng cách trao đổi thông tin định tuyến với các router
khác.

Để nhìn thấy routing table trên router, chúng ta sử dụng câu lệnh: show ip
route.

Error!

Đoạn Code: xác định cách mà tuyến đường được học.

Dòng Gateway of last resort is not set: cho biết routing table không có
default gateway, nếu router nhận được một packet mà địa mạng đích
không tìm thấy trong routing table thì router sẽ drop packet và g
ửi một bản
tin ICMP network unreachable tới nơi gửi packet đó.

Xét dòng thông tin sau:
R 175.21.0.0/16 [120/1] via 10.10.10.1, 00:00:18, Serial0
R: có nghĩa tuyến đường được học bằng giao thức RIP.
175.21.0.0/16: Địa chỉ mạng và số bit 1 trong subnetmask của mạng đích.

[120/1]: 120 là administrative distance của tuyến đường, 1 là metric của
tuyến đường. Với RIP thì đây là hop count.
via 10.10.10.1: là địa chỉ next-hop của tuyến. Đây là đỉa chỉ mà packet c
ần
phải gửi tới để gửi packet tới đích.
00:00:18: khảong thời gian kể từ khi tuyến đường được update. Trong
trường hợp này là 18 second.
Serial0: là interface mà tuyến đường được học qua đó. Đồng thời đó cũng
là interface mà packet được gửi qua để tới đích.

2. Xây dựng bảng định tuyến (Populating the Routing Table)
Trước khi tuyến đường được đưa vào bảng định tuyến, router pảhi học về
những tuyến đường đó. Có hai cách để học tuyến đường:
+ Statically defining a route
+ Dynamically learning a route

a/ Statically Defined Routes

Statically defined route: bằng cách này tuyến đường được nhập bằng tay
vào router. Static route được nhập vào router với cú pháp như sau ở global
configuration mode:
ip route prefix mask {address|interface} distance
prefix = IP route prefix for the destination.
mask = Prefix mask for the destination.
address = IP address of the next hop that can be used to reach the
destination.
interface = Network interface to use.
distance = (Optional) Administrative distance.

N
ếu bạn muốn cấu hình default route, thì phần prefix = 0.0.0.0 và mask =
0.0.0.0. Default route sữ gửi bất cứ packet nào mà địa chỉ mạng đích tưng
ứng không tìm thấy trong bảng định tuyến.

Ưu điểm của static route là ngưởi quản trị có toàn quyền điều khiển thông
tin lưu trong routing table và phải lãng phí băng thông để xây dựng nên
routing table.

Như
ợc điểm của static route là độ phức tạp của việc cấu hình tăng lên khi
kích thước của mạng tăng lên. Giả sử một mạng có N router thì người
quản trị cần phải cấu hình (N-1)*N câu lệnh trên tất cả các router. Một
nhược điểm nữa của static route là không có kh
ả năng thích ứng với những
mạng có cấu trúc thay đổi.

b/Dynamically Learned Routes
Dynamic routing là quá trình mà trong đó giao thức định tuyến phải tìm ra

đường tốt nhất trong mạng và duy trì chúng. Có rất nhiều cách để xây
dựng lên bảng định tuyến một cách động. Nhưng tất cả đều thực hiện theo
quy tắc sau: nó sẽ khám tất cả các tuyến đường đến đích có thể và thực
hiện một số quy tắc đã định trước để xác định ra đường tốt nhất đến đích.

Ưu điểm của dynamic routing là đơn giản trong việc cấu hình và tự động
tìm ra những tuyến đường thay thế nếu như mạng thay đổi.

Như
ợc điểm của dynamic routing là yêu cầu xử lý của CPU của router cao
hơn là static route. Tiêu tốn một phần băng thông trên mạng để xây dựng
lên bảng định tuyến.

b.1. Distance-Vector Routing

Distance-vector routing được chia làm hai phần: distance và vector.
Distance là metric để tới đích (tiêu chuẩn về khoảng cách để tới đích).
Vector là hướng để tới đích nó được xác định bởi next-hop của tuyến
đường.

Các giao thức định tuyến Distance-vector cập nhật và update bảng định
tuyến của mình bằng cách thường xuyên gửi thông điệp update liên tục
theo chu kỳ dưới dạng Broadcast. Thông điệp Broadcast đó bao gồm toàn
bộ bảng định tuyến. Tuy nhiên một vấn đề chung xảy ra đối với các giao
thức định tuyến Distance-Vector đó chính là “Routing Loop ”. Do các
Router không được update ngay lập tức( mà theo chu kỳ), chính điều đó đ
ã
khiến cho các Router xây dựng lên bảng định tuyến không đúng. Dẫn đến
các gói tin đi trên đường mà nó đã đi qua rồi, kết quả là gói tin đi lòng
vòng trên mạng. Hiện tượng “Routing Loop ” đã làm phát sinh lưu lượng

mạng vô ích gây lãng phí băng thông.

Chính vì vậy người ta đã đưa vào các giao thức định tuyến theo khoảng
cách các phương pháp để tránh loop đó là:

b.1.1. Route Poisoning

Một trong những phương pháp người ta đưa vào các giao thức định tuyến
để tránh loop đó là “Route poisoning”. Route poisoning bắt đầu hoạt động
khi Router nhận thấy một mạng nối tới nó bị down. Nó sẽ quảng bá tới tất
cả các Router lân cận nó rằng: Mạng đó là không thể tới được. Ví dụ với
RIP: nó s
ẽ gửi thông báo tới các Router lân cận của nó với hop count = 16.
Kết quả là mạng đó sẽ được xoá khỏi bảng định tuyến.

b.1.2. Split Horizon

Tuy nhiên trong một số trường hợp thì Route Poisoning không thể giải
quyết được. Như trường hợp dưới đây :

Error!


Ngư
ời ta đã đưa ra phương pháp Split Horizon, tránh các Router không
gửi lại các thông tin định tuyến quay trở lại Router mà nó đã “học” được
đường đi từ Rouer đó (vẫn có thể xảy ra với cấu trúc mạng vòng).

b.1.3.Hold-Down Timer

Để giải quyết trường hợp mà Split Horizon không giải quyết được ngư
ời ta
đưa ra phương pháp Hold-Down Timer. Tránh việc thay đổi tuyến được
thực hiện trư
ớc khi mạng hội tụ từ sự thay đổi đó. Tránh cập nhật thông tin
từ việc thiết lập lại các thông tin không đúng. Khi một Router nhận được
một cập nhật mà chứa một cấu trúc thay đổi, hold-down timer sẽ bắt đầu.
Bất cứ cập nhật nào trong thời gian này sẽ bị huỷ bỏ. Thời gian hold-timer
được đặt ít nhất phi lớn hơn 3 lần thời gian cập nhật thông tin toàn bộ
tuyến trong mạng.

b.1.4. Triggered (Flash) Updates

Để ngăn chặn tình trạng hết thời gian hold-timer mà thông tin update mới
tới. Người ta đưa ra phưng pháp Triggered (Flash) Updates tức l
à ngay sau
khi nhậnđược thông cập nhật mà chứa một cấu trúc thay đổi nó sẽ gửi
ngay lập tức broadcast update tới các Router lân cận.

b.2. Link-State Routing

Khác với Distance-vector routing protocol, router chỉ biết được next-hop
để gửi packet đi tới đích. Đối với Link-state routing protocol mỗi router
đều xác định được chính xác topology của mạng. Chính vì vậy router sẽ
đưa ra quyết định để đưa packet đến đích tốt hơn. Mỗi router trong mạng
sẽ báo cáo trạng thái của nó, các link nối trực tiếp và trạng thái của mỗi
link. Router sẽ nhân bản thông tin này tới tất cả các router trên m
ạng. Cuối
cùng tất cả các rouer trên mạng đều có cái nhìn giống nhau về topo mạng.

Một điểm khác nữa đối với distance-vector routing protocol là các router
không gửi toàn bộ routing table mà chỉ gửi sự thay đổi xảy ra hay một bản
tin hello với kích thước nhỏ gọn nếu như mạng không có sự thay đổi theo
những chu ky nhất định. Nên link-state có một ưu điểm nữa là tốn ít băng
thông hơn distance-vector để xây dựng nên routing table.

Như
ợc điểm của link-state protocol là phức tạp hơn trong cấu hình so với
distace-vector routing protocol và yêu cầu phần cứng của router cao hơn
khi sử dụng distance-vector routing protocol.

Tóm lại hoạt động của link-state routing protocol có thể chia làm 4 bước
sau:

1. Các router tìm neighbors của mình từ các router nối trực tiếp.
2. Sau khi tìm được neighbors xong, router gửi các LSA tới các neighbor
của nó. Sau khi nhận và copy thông tin từ LSA, router sẽ forward hay
flood LSA tới các neighbor của nó.
3. Tất cả các router lưu LSA trong database của nó. Điều đó có nghĩa là t
ất
c các router đều có một cái nhìn giống nhau về topo mạng.
4. Mỗi router sử dụng thuật toán Dijkstra để tính toán ra đường tốt nhất để
đưa vào routing table.

c/Quyết định tuyến đường nào sẽ được lưu vào Routing table (The Final
Decision on What Routes Populate the Routing Table)
Administrative distance và metric là hai nhân tố quyết định tuyến đường
nào sẽ được lưu vào routing table. Nhân tố đầu tiên xét đến là AD, AD là
độ tin cậy của routing protocol mà tìm ra tuyến đường. Nếu có nhiều hơn
tuyến đường tới đích thì tuyến đường nào có AD nhỏ hơn sẽ được đưa vào

routing table. Nếu các tuyến đường đó có cùng AD thì nhân tố thứ 2 được
xét đến chình là metric.

Metric là giá trị của tuyến đường cụ thể của một giao thức định tuyến nào
đó. Nếu có nhiều hơn một tuyến đường đến đích có cùng AD (cung giao
thức định tuyến) thì tuyến nào có metric tốt hơn sẽ được đưa vào routing
table. Nếu chúng có cùng AD và metric thì tuỳ từng routing protocol cụ
thể mà số lượng tuyến đường được đưa vào routing table là khác nhau.

3. Reaching the Destination
Sau khi router nhận packet, the router sẽ gỡ bỏ header lớp 2 để tìm địa chỉ
đích lớp 3. Sau khi đọc xong địa chỉ đích lớp 3 nó tìm kiếm trong routing
table cho địa chỉ đích đó. Giả sử đỉa chỉ đích đó có trong routing table,
router sẽ xác định địa chỉ của next-hop. Sau đó packet bị đẩy ra buffer của
interface tương ứng, router sẽ khám phá loại encapsulation lớp 2 nào được
sử dụng giữa out going interface và next-hop. Packet đư
ợc đóng gói xuống
lớp 2 rồi đưa xuống môi trường truyền dẫn dưới dạng bit, tín hiệu điện,
quang…Quá trình này sẽ tiếp tục cho đến khi packet được đưa đến đích th
ì
thôi.

IV. Hội tụ (Convergence)
Thời gian hội tụ (convergence time) là thời gian mà tất c router đồng ý về
topo mạng sau một sự thay đổi của mạng. Các router phải đồng bộ routing
table của chúng.