HỆ THỐNG MẠNG - TÌM HIỂU VÀ NGUYÊN CỨU GIAO THỨC OSPF CHƯƠNG 2 pps

Đồ án tốt nghiệp Chương 2. Định tuyến trong mạng
IP
ĐỒ ÁN HỆ THỐNG MẠNG
Đề tài:
TÌM HIỂU VÀ NGUYÊN CỨU GIAO
THỨC OSPF
CHƯƠNG 2 ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG IP


2.1 Vài nét về định tuyến IP

Cả Host và Router đều có bảng định tuyến , nhưng bảng định tuyến của Host đơn
giản hơn nhiều so với Router. Bảng định tuyến của những máy tính đơn lẻ có thể
chỉ có hai dòng: một là lộ trình mạng cục bộ và hai là lộ trình mặc định của những
gói tin không thể phân phối trong mạng cục bộ. Nếu gói tin thuộc mạng cục bộ,
phần mềm TCP/IP sẽ sử dụng ARP để phân giải địa chỉ IP thành địa chỉ vật lí bên
trong mạng cục bộ. Nếu gói tin không được phân phối trong mạng cục bộ, việc
chuyển tiếp gói tin sẽ diễn ra như sau:
 Máy Host sẽ trích ra trong bảng định tuyến địa chỉ IP của giao diện của
Router liên kết với mạng cục bộ này. Sau đó, địa chỉ IP này được phân giải
thành địa chỉ vật lí của giao diện nhận bằng giao thức ARP.
 Tiếp theo, datagram được chuyển qua lớp truy cập mạng cùng với địa chỉ
vật lí này.
Đồ án tốt nghiệp Chương 2. Định tuyến trong mạng
IP
 Bộ tương thích mạng của Router sẽ nhận frame vì thấy địa chỉ vật lí đích của
frame chính là địa chỉ vật lí của nó.
 Ruoter mở frame và chuyển datagram lên lớp Internet.
 Router kiểm tra địa chỉ IP của datagram. Sau đó, Router sẽ kiểm tra bảng
định tuyến của nó để tìm ra đường đi thích hợp với địa chỉ đích của
datagrram và chuyển tiếp datagram này.

2.2 Phân loại định tuyến

2.2.1 Định tuyến tĩnh

Ở phương pháp này, thông tin định tuyến được cung cấp từ người quản trị mạng
thông qua các thao tác bằng tay vào trong cấu hình của Router. Ngưòi quản trị
mạng phải cập nhật bằng tay đối với các mục chỉ tuyến tĩnh này bất cứ khi nào
topo liên mạng bị thay đổi.

2.2.2 Định tuyến động

Ở phương pháp này, thông tin định tuyến được cập nhật một cách tự động. Công
việc này được thực hiện bởi các giao thức định tuyến được cài đặt trong Router.
Chức năng của giao thức định tuyến là định đường dẫn mà một gói tin truyền qua
một mạng từ nguồn đến đích. Ví dụ giao thức thông tin định tuyến RIP (Routing
Information Protocol) , RIP2 (RIP version 2), OSPF (Open Shortest Path First).
Đồ án tốt nghiệp Chương 2. Định tuyến trong mạng
IP

a. Các thuật toán định tuyến

Định tuyến Vector khoảng cách

Định tuyến vector khoảng cách (còn được gói là định tuyến Bellman Ford) là một
phương pháp định tuyến đơn giản , hiệu quả và được sử dụng trong nhiều giao thức
định tuyến như RIP (Routing information Protocol), RIP2 (RIP version 2), OSPF
(Open Shortest Path First).

Vector khoảng cách được thiết kế để giảm tối đa sự liên lạc giữa các Router cũng

như lượng dữ liệu trong bảng định tuyến. Bản chất của định tuyến vector khoảng
cách là một Router không cần biết tất cả các đường đi đến các phân đoạn mạng, nó
chỉ cần biết phải truyền một datagram được gán địa chỉ đến một phân đoạn mạng
đi theo hướng nào. Khoảng cách giữa các phân đoạn mạng được tính bằng số
lượng Router mà datagram phải đi qua khi được truyền từ phân đoạn mạng này đến
phân đoạn mạng khác. Router sử dụng thuật toán vector khoảng cách để tối ưu hoá
đường đi bằng cách giảm tối đa số lượng Router mà datagram đi qua. Tham số
khoảng cách này chính là số chặng phải qua (hop count).

Định tuyến theo trạng thái liên kết

Định tuyến vector khoảng cách sẽ không còn phù hợp đối với một mạng lớn gồm
rất nhiều Router. Khi đó mỗi Router phải duy trì một mục trong bảng định tuyến
Đồ án tốt nghiệp Chương 2. Định tuyến trong mạng
IP
cho mỗi đích, và các mục này chỉ đơn thuần chứa các giá trị vector và hop count.
Router cũng không thể tiết kiệm năng lực của mình khi đã biết nhiều về cấu trúc
mạng. Hơn nữa, toàn bộ bảng giá trị khoảng cách và hop count phải được truyền
giữa các Router cho dù hầu hết các thông tin này không thực sự cần thiết trao đổi
giữa các Router.

Định tuyến trạng thái liên kết ra đời là đã khắc phục được các nhược điểm của định
tuyến vector khoảng cách.

Bản chất của định tuyến trạng thái liên kết là mỗi Router xây dựng bên trong nó
một sơ đồ cấu trúc mạng. Định kỳ, mỗi Router cũng gửi ra mạng những thông điệp
trạng thái. Những thông điệp này liệt kê những Router khác trên mạng kết nối trực
tiếp với Router đang xét và trạng thái của liên kết. Các Router sử dụng bản tin
trạng thái nhận được từ các Router khác để xây dựng sơ đồ mạng. Khi một Router
chuyển tiếp dữ liệu, nó sẽ chọn đường đi đến đích tốt nhất dựa trên những điều

kiện hiện tại.

Giao thức trạng thái liên kết đòi hỏi nhiều thời gian sử lí trên mỗi Router, nhưng
giảm được sự tiêu thụ băng thông bởi vì mỗi Router không cần gửi toàn bộ bảng
định tuyến của mình. Hơn nữa, Router cũng dễ dàng theo dõi lỗi trên mạng vì bản
tin trạng thái từ một Router không thay đổi khi lan truyền trên mạng (ngược lại, đối
với phương pháp vector khoảng cách, giá trị hop count tăng lên mỗi khi thông tin
định tuyến đi qua một Router khác).

b. Giao thức định tuyến
Đồ án tốt nghiệp Chương 2. Định tuyến trong mạng
IP

Các giao thức IGP và các giao thức EGP

Các EGP định tuyến dữ liệu giữa các hệ thông tự trị (autonomous systems). Một ví
dụ của EGP là BGP (Border Gateway Protocol), là giao thức định tuyến bên ngoài
chủ yếu của Internet.

Các IGP định tuyến dữ liệu bên trong một hệ thống tự trị. Các ví dụ của IGP là
RIP, OSPF, IS-IS Sau đây sẽ trình bày một số giao thức định tuyến IGP thông
dụng.

Một số giao thức định tuyến IGP thông dụng

Giao thức thông tin định tuyến (RIP)

Giao thức định tuyến RIP phiên bản 1 nhận được từ giao thức định tuyến của hệ
thống mạng Xerox, mà cũng được gọi là RIP, RIP được gắn vào với BSP UNIX
như là một phần của giao thức TCP/IP và trở thành nhân tố chuẩn cho giao thức IP.

Như đã đề cập ở trước đây. RIP sử dụng một thuật toán Vector khoảng cách mà
đường xác định đường tốt nhất bằng sử dụng metric bước nhảy. Khi được sử dụng
trong những mạng cùng loại nhỏ, RIP là một giao thức hiệu quả và sự vận hành
của nó là khá đơn giản. RIP duy trì tất cả bảng định tuyến trong một mạng được
cập nhật bởi truyền những lời nhắn cập nhật bảng định tuyến sau mỗi 30s. Sau một
Đồ án tốt nghiệp Chương 2. Định tuyến trong mạng
IP
thiết bị RIP nhận một cập nhật, nó so sánh thông tin hiện tại của nó với những
thông tin được chứa trong thông tin cập nhật.

Vào giữa năm 1988, IETF đã phát hành RFC 1058 mô tả hoạt động của hệ thống
sử dụng RIP. Tuy nhiên RFC này ra đời sau khi rất nhiều hệ thống RIP đã được
triển khai thành công. Do đó, một số hệ thống sử dụng RIP không hỗ trợ tất cả
những cải tiến của thuật toán véc-tơ khoảng cách cơ bản (ví dụ như cập nhật có
điều kiện và đầu độc ngược).

Hạn chế của RIP:
Giới hạn độ dài tuyến đường: Trong RIP, cost có giá trị lớn nhất được đặt là 16. Do
đó, RIP không cho phép một tuyến đường có cost lớn hơn 15. Tức là, những mạng
có kích thước lớn hơn 15 bước nhảy phải dùng thuật toán khác. Lưu lượng cần
thiết cho việc trao đổi thông tin định tuyến lớn.
 Tốc độ hội tụ khá chậm
 Không hỗ trợ mặt nạ mạng con có độ dài thay đổi (VLSM): Khi trao đổi
thông tin về các tuyến đường, RIP không kèm theo thông tin gì về mặt nạ
mạng con. Do đó, mạng sử dụng RIP không thể hỗ trợ mặt nạ mạng con có
độ dài thay đổi.

Giao thức thông tin định tuyến phiên bản 2 (RIP-2)

Tổ chức IETF đưa ra hai phiên bản RIP-2 để khắc phục những hạn chế của RIP-1.

RIP-2 có những cải tiến sau so với RIP:
Đồ án tốt nghiệp Chương 2. Định tuyến trong mạng
IP
 Hỗ trợ CIDR và VLSM: RIP-2 hỗ trợ siêu mạng và mặt nạ mạng con có
chiều dài thay đổi. Đây là một trong những lý do cơ bản để thiết kế chuẩn
mới này. Cải tiến này làm cho RIP-2 phù hợp với các cách thức địa chỉ hoá
phức tạp không có trong RIP-1.
 Hỗ trợ chuyển gói đa điểm: Đây là cải tiến để RIP có thể thực hiện kiểu
chuyển gói đa điểm chứ không đơn thuần chỉ có kiểu quảng bá như trước.
Điều này làm giảm tải cho các trạm không chờ đợi các bản tin RIP-2. Để
tương thích với RIP-1, tuỳ chọn này sẽ được cấu hình cho từng giao diện
mạng.
 Hỗ trợ nhận thực: RIP-2 hỗ trợ nhận thực cho tất cả các node phát thông tin
định tuyến. Điều này hạn chế những thay đổi có ảnh hưởng xấu đối với bảng
định tuyến.
 Hỗ trợ RIP-1: RIP-2 tương thích hoàn toàn với RIP-1.
Những hạn chế của RIP-2
RIP-2 đã được phát triển để khắc phục rất nhiều hạn chế trong RIP-1. Tuy nhiên
những hạn chế của RIP-1 như giới hạn về số hop hay khả năng hội tụ chậm vẫn
còn tồn tại trong RIP-2.

Giao thức OSPF

Giao thức OSPF (Open Shortest Path First) là một giao thức cổng trong. Nó được
phát triển để khắc phục những hạn chế của giao thức RIP. Bắt đầu được xây dựng
vào năm 1988 và hoàn thành vào năm 1991, các phiên bản cập nhật của giao thức
này hiện vẫn được phát hành. Tài liệu mới nhất hiện nay của chuẩn OSPF là RFC
Đồ án tốt nghiệp Chương 2. Định tuyến trong mạng
IP
2328. OSPF có nhiều tính năng không có ở các giao thức vec-tơ khoảng cách. Việc

hỗ trợ các tính năng này đã khiến cho OSPF trở thành một giao thức định tuyến
được sử dụng rộng rãi trong các môi trường mạng lớn. Trong thực tế, RFC 1812
(đưa ra các yêu cầu cho bộ định tuyến IPv4) - đã xác định OSPF là giao thức định
tuyến động duy nhất cần thiết. Sau đây sẽ liệt kê các tính năng đã tạo nên thành
công của giao thức này:
 Cân bằng tải giữa các tuyến cùng cost: Việc sử dụng cùng lúc nhiều tuyến
cho phép tận dụng có hiệu quả tài nguyên mạng.
 Phân chia mạng một cách logic: điều này làm giảm bớt các thông tin phát ra
trong những điều kiện bất lợi. Nó cũng giúp kết hợp các thông báo về định
tuyến, hạn chế việc phát đi những thông tin không cần thiết về mạng.
 Hỗ trợ nhận thực: OSPF hỗ trợ nhận thực cho tất cả các node phát thông tin
quảng cáo định tuyến. Điều này hạn chế được nguy cơ thay đổi bảng định
tuyến với mục đích xấu.
 Thời gian hội tụ nhanh hơn: OSPF cho phép truyền các thông tin về thay đổi
tuyến mộtcách tức thì. Điều đó giúp rút ngắn thời gian hội tụ cần thiết để cập
nhậtothong tin cấu hình mạng.
 Hỗ trợ CIDR và VLSM: Điều này cho phép nhà quản trị mạng có thể phân
phối nguồn địa chỉ IP một cách có hiệu quả hơn.

OSPF là một giao thức dựa theo trạng thái liên kết. Giống như các giao thức trạng
thái liên kết khác, mỗi bộ định tuyến OSPF đều thực hiện thuật toán SPF để xử lý
các thông tin chứa trong cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết. Thuật toán tạo ra một cây
đường đi ngắn nhất mô tả cụ thể các tuyến đường nên chọn dẫn tới mạng đích.
Đồ án tốt nghiệp Chương 2. Định tuyến trong mạng
IP