Giáo trình hình thành hệ thống kết nối trong giao thức kết tuyến chuẩn IETF p1 ppsx

PHƯƠNG PHÁP QUẢN
LÝ CISCO IOS
1. Các khái niệm về OSPF đơn vùng

1.2 Tổng quát về OSPF
OSPF là một giao thức
đ
ị
nh
tuyến theo trạng thái
đư
ờ
ng
liên kết
đư
ợ
c
triển khai
dựa trên các chuẩn mở. OSPF
đ
ự
ơ
c
mô tả trong nhiều chuẩn của IETF (Internet
Engineering Task Force). Chuẩn mở
ở

đ
ây
có nghĩa là OSPF hoàn toàn mở
đ

ố
i
với
công cộng, không có tính
đ
ộ
c
quyền
Nếu so sánh với RIPv1 và v2 thí OSPF là một giao thức
đ
ị
nh
tuyến nội vi IGP tốt
h
ơ
n
vì khả năng mở rộng của nó. RIP chỉ giới hạn trong 15 hop, hội tụ chậm và
đ
ôi

khi chọn
đư
ờ
ng
có tốc
đ
ộ

chậm vì khi quyết
đ

ị
nh
chọn
đư
ờ
ng
nó không quan tâm
đ
ế
n
các yếu tố quan trọng khác như băng thông chẳng hạn. OSPF khắc phục
đư
ợ
c

các nhược
đ
i
ể
m
của RIP và nó là một giao thức
đ
ị
nh
tuyến mạnh, có khả năng mở
rộng, phù hợp với các hệ thống mạng hiện
đ
ạ
i.
OSPF có thể

đư
ợ
c
cấu hình
đơ
n

vùng
đ
ể

sử dụng cho các mạng nhỏ.
Giáo trình hình thành hệ thống kết nối trong
giao thức kết tuyến chuẩn IETF
241

Hình 1.2
Mạng OSPF lớn
đư
ợ
c
thiết kế phân cấp và chia
thành nhiều vùng
Ví dụ như hình 2.2.1, mạng OSPF lớn cần sử dụng thiết kế phân cấp và chia thành
nhiều vùng. Các vùng này
đ
ề
u
đư
ợ

c
kết nối vào cùng phân phối la vùng 0 hay còn
gọi là vùng xương sống (backbone). Kiểu thiết kế này cho phép kiểm soát hoạt
đ
ộ
ng cập nhật
đ
ị
nh
tuyến. Việc phân vùng như vậy làm giảm tải của hoạt
đ
ộ
ng

đ
ị
n
h tuyến, tăng tốc
đ
ộ

hội tụ, giới hạn sự thay
đ
ổ
i
của hệ thống mạng vào từng
vùng và tăng hiệu suất hoạt
đ
ộ
ng.

1.2.2Thuật ngữ của OSPF

Router
đ
ị
nh
tuyến theo trạng thái
đư
ờ
ng
liên kết xác
đ
ị
nh
các router láng giềng và
thiết lập mối quan hệ với các láng giềng này.
242

OSPF thực hiện thu thập thông tin về trạng thái các
đư
ờ
ng
liên kết từ các router
láng gi
ề
ng.
Mỗi router OSPF quảng cáo trạng thái các
đư
ờ

ng
liên kết của nó và
chuyển tiếp các thông tin mà nó nhận
đư
ợ
c
cho tất cả các láng giềng khác.
Hình 2.2.2.a. Link – là một cổng trên router. Link-state: trạng thái của một
đường liên kết giữa hai router, bao gồm trạng thái của một cổng trên router và
mối quan hệ giữa nó với router láng giềng kết nối vào cổng đó.
Router xử lý các thông tin nhận
đư
ợ
c
đ
ể

xây dựng một cơ sở dữ liệu về trạng thái
các
đư
ờ
ng
liên kết trong một vùng. Mọi router trong cùng một vùng OSPF sẽ có
cùng một cơ sở dữ liệu này. Do
đ
ó
mọi router sẽ có thông tin giống nhau về trạng
thái của các
đư
ờ

ng liên k
ế
t
và láng giềng của các router khác.
243

Hình 2.2.2.b
Link-state database (Topological database) – danh sách các thông
tin về mọi
đư
ờ
ng
liên kết trong vùng.
Hình 2.2.2.c.Area - Tập hợp các mạng và các router có cùng chỉ số danh định
vùng. Mỗi router trong một vùng chỉ xây dựng cơ sở dữ liệu về trạng thái các

đường liên kết trong vùng đó. Do đó, các router trong cùng một vùng sẽ có
thông tin giống nhau về trạng thái các đường liên kết. Router nằm trong một
vùng được gọi la router nội vùng.
Mỗi router áp dụng thuật toán SPF và cơ sở dữ liệu của nó
đ
ể

tính toán chọn
đư
ờ
n
g

tốt nhất

đ
ế
n
từng mạng
đ
ích.
Thuật toán SPF tính toàn chi phí dựa trên băng thông
của
đư
ờ
ng
truyền.
Đư
ờ
ng
nào có chi phí nhỏ nhất sẽ
đư
ợ
c
chọn
đ
ể

đư
a
vào bảng
đ
ị
n
h tuyến.

244

Hình 2.2.2.d. Cost – giá trị chi phí đặt cho một đường liên kết. Giao thức định
tuyến theo trạng thái đường liên kết tính chi phí cho một liên kết dựa trên băng
thông hoặc tốc độ của đường liên kết đó.
Hình 2.2.2.e. Routing table – hay còn gọi là cơ sở dữ liệu để chuyển gói. Bảng

định tuyến là kết quả chọn đường của thuật toán chọn đường địa dựa trên cơ sở
dữ liệu về trạng thái các đường liên kết.

245

Mỗi router giữ một danh sách các láng giềng thân mật, danh sách này gọi là cơ sở
dữ liệu các láng giềng thân mật. Các láng giềng
đư
ợ
c
g
ọ
i
là thân mật là những láng
giềng mà router có thiết lập mối quan hệ hai chiều. M
ộ
t
router có thể có nhiều láng
giềng nhưng không phải láng giềng nào cũng có mối quan hệ thân mật. Do
đ
ó
bạn
cần lưu ý mối quan hệ láng giềng khác với mối quan hệ láng giềng thân mật, hay

gọi tắt là mối quan hệ thân mật.
Đ
ố
i
với mỗi router danh sách láng giềng thân mật
sẽ khác nhau.
Hình 2.2.2.f. Adjacency database – danh sách các router láng giềng có mối quan

hệ hai chiều. Mỗi router sẽ có một danh sách khác nhau.

Đ
ể

giảm bớt số lượng trao
đ
ổ
i
thông tin
đ
ị
nh
tuyến với nhiều roưter láng giềng
trong cùng một mạng, các router OSPF bầu ra một router
đ
ạ
i
diện gọi là
Designated router (DR) và một router
đ
ạ

i
diện dự phòng gọi là Backup Designated
(BDR) làm
đ
i
ể
m
tập trung các thông tin
đ
ị
nh
tuyến.
246

Hình 2.2.2.g. Design Router (DR) và Backup Designated Router (BDR) là router
được tất cả các router khác trong cùng một mạng LAN bầu ra làm đại diện. Mỗi
một mạng sẽ có một DR va BDR riêng.

2.2.3. So sánh OSPF với giao thức định tuyến theo vectơ khoảng cách
Trong phần này chúng ta sẽ so sánh OSPF với một giao thức
đ
ị
nh
tuyến theo vectơ
kho
ả
ng
cách la RIP. Router
đ
ị

nh
tuyến theo trạng thái
đư
ờ
ng liên kết có một sơ
đ
ồ

đ
ầ
y
đ
ủ

về cấu trúc hệ thống mạng. Chúng chỉ thực hiển trao
đ
ổ
i
thông tin về trạng
thái các
đư
ờ
ng
liên kết lúc khởi
đ
ộ
ng

và khi hệ thống mạng có sự thay
đ

ổ
i.
Chúng
không phát qu
ả
ng
bá bảng
đ
ị
nh
tuyến theo
đ
ị
nh
kỳ như các router
đ
ị
nh
tuyến theo
vectơ khoảng cách. Do
đ
ó,
các router
đ
ị
nh
tuyến theo trạng thái
đư
ờ
ng

liên kết sử
dụng ít băng thông hơn cho hoạt
đ
ộ
ng
duy trì bảng
đ
ị
nh
tuyến.
RIP phù hợp cho các mạng nhỏ và
đư
ờ
ng
tốt nhất
đ
ố
i
với RIP là
đư
ờ
ng
có số
lư
ợ
ng
hop ít nhất. OSPF thì phù hợp với mạng lớn, có khả năng mở rộng,
đư
ờ
ng

đ
i

tốt nhất của OSPF
đư
ợ
c
xác
đ
ị
nh
dựa trên tốc
đ
ộ

của
đư
ờ
ng
truyền. RIP cũng như
các giao thức
đ
ị
nh
tuyến theo vectơ khoảng cách
đ
ề
u
sử dụng thuật toán chọn
đư

ờ
ng
đơ
n
giản. Còn thuật toán SPF thì rất phức tap. Do
đ
ó,
nếu router chạy giao
247

thức
đ
ị
nh
tuyến theo vectơ khoảng cách sẽ cần ít bộ nhớ và năng lực xử lý thấp
hơn so với khi chạy OSPF.
OSPF chọn
đư
ờ
ng
dựa trên chi phí
đư
ợ
c
tính từ tốc
đ
ộ

của
đư

ờ
ng
truyền.
Đư
ờ
ng

truyền có tốc
đ
ộ

càng cao thì chi phí OSPF tương
ứ
ng
càng thấp.
OSPF chọn
đư
ờ
ng
tốt nhất từ cây SPF.
OSPF b
ả
o
đ
ả
m
không bị
đ
ị
nh tuyến lặp vòng. Còn giao thức

đ
ị
nh
tuyến theo vectơ
khoảng cách vẫn có thể bị
đ
ị
nh
tuyến lặp vòng.
Nếu một kết nối không
ổ
n
đ
ị
nh,
chập chờn, vi
ệ
c
phát liên tục các thông tin về trang
thái của
đư
ờ
ng
liên kết này sẽ dẫn
đ
ế
n
tình trạng các thông tin quảng cáo không
đ
ồ

ng
bộ làm cho kết quả chọn
đư
ờ
ng
của các router bị
đ
ả
o
lộn.
OSPF giải quyết
đư
ợ
c
các vấn
đ
ề

sau:
•

•
•

•
•
Tốc
đ
ộ

hội tụ.
Hỗ trợ VLSM (Variable Length Subnet Mask).
Kích cỡ mạng
Chọn
đư
ờ
ng

Nhóm các thành viên.
248

Hình 2.2.3. Sự cố xảy ra khi một kết nối không ổn định làm cho việc cập nhật
không đồng bộ.
Trong một hệ thống mạng lớn, RIP phải mất vài phút mới có thể hội tụ
đư
ợ
c
vì
mỗi router chỉ trao
đ
ổ
i
bảng
đ
ị
nh
tuyến với các router láng giềng kết nối trực tiếp
với mình mà thôi. Còn
đ
ố

i
với OSPF sau khi
đ
ã
hội tụ vào lúc khởi
đ
ộ
ng,
khi có
thay
đ
ổ
i
thì việc hội tụ sẽ rất nhanh vì chỉ có thông tin về sự thay
đ
ổ
i
đư
ợ
c
phát ra
cho mọi router trong vùng.
OSPF có hõ trợ VLSM nên nó
đư
ợ
c
xem là một giao thức
đ
ị
nh

tuyến không theo
lớp
đ
ị
a
chỉ. RIPv1 không có hỗ trợ VLSM, tuy nhiên RIPv2 có hỗ trợ VLSM.
Đ
ố
i
với RIP, một mạng
đ
ích
cách xa hơn 15 router xem như không
đ
ế
n
đư
ợ
c
vì
RIP có số lượng hop giới hạn là 15.
Đ
i
ề
u
này làm kích thước mạng của RIP bị giới
hạn trong phạm vi nhỏ. OSPF thì không hề có giới hạn về kích thước mạng, OSPF
hoàn toàn phù hợp cho các mạng vừa và lớn.
Khi nhận
đư

ợ
c
từ láng giềng các router bao cáo về số lượng hop
đ
ế
n
mạng
đ
ích,

RIP sẽ cộng thêm 1 vào thống số hop này và dựa vào số lượng hop
đ
ó
đ
ể

chọn
đư
ờ
ng
đ
ế
n
mạng
đ
ích.
Đư
ờ
ng
nào có khoảng cách ngắn nhất hay nói cách khác là

có số lượng hop ít nhất sẽ là
đư
ờ
ng
tốt nhất
đ
ố
i
với RIP. Chúng ta thấy thuật toán
249

chọn
đư
ờ
ng
như vậy rất
đơ
n
giản và không
đ
òi
hỏi nhiều bộ nhớ và năng lượng xử
lý của router. RIP không hề quan tâm
đ
ế
n
băng thông
đư
ờ
ng

truyền khi quyết
đ
ị
nh

chọn
đư
ờ
ng.

OSPF thì chọn
đư
ờ
ng
dựa vào chi phí
đư
ợ
c
tính từ băng thông của
đư
ờ
ng
truyền.
Mọi OSPF router
đ
ề
u
có thông tin
đ
ầ

y
đ
ủ

về cấu trúc của hệ thống mạng dựa vào
đ
ó
đ
ể

tự tính toán chọn
đư
ờ
ng
tốt nhất. Do
đ
ó
thuật toán chọn
đư
ờ
ng
này rất phức
tạp,
đ
òi
hỏi nhiều bộ nhớ và năng lực xử lý của router cao hơn so với RIP.
RIP sử dụng cấu trúc mạng dạng ngang hàng. Thông tin
đ
ị
nh

tuyến
đư
ợ
c
truyền
lần lượt cho mọi router trong cùng một hệ thống RIP. OSPF sử dụng khái niệm về
phân vùng. Một mạng OSPF có thể chia các router thành nhiều nhóm. B
ằ
ng
cách
này, OSPF có thể giới hạn lưu thông trong từng vùng. Thay
đ
ổ
i
trong vùng này
không
ả
nh
hưởng
đ
ế
n
hoạt
đ
ộ
ng
của các vùng khác. Cấu trúc phân cấp như vậy
cho phép hệ thống mạng có khả năng mở rộng một cách hiệu quả.
2.2.4. Thuật toán chọn đường ngắn nhất.
Trong phần này sẽ giải thích cách OSPF sử dụng thuật toán chọn

đư
ờ
ng
ng
ắ
n
nhất
như thế nào.
Theo thuật toán này,
đư
ờ
ng
tốt nhất là
đư
ờ
ng
có chi phí thấp nhất. Edsger Wybe
Dijkstra, một nhà khoa học máy tính người Hà Lan,
đ
ã
phát minh thuật toán này
nên nó còn có tên là thuật toán Dijkstra. Thuật toán này xem hệ thống mạng là một
tập hợp các nodes
đư
ợ
c
kết nối với nhau bằng kết nối
đ
i
ể

m
-
đ
ế
n
-
đ
i
ể
m.
Mỗi kết nối
này có một chi phí. Mỗi node có một cái tên. Mỗi node có
đ
ầ
y
đ
ủ

cơ sở dữ liệu về
trạng thái của các
đư
ờ
ng
liên kết, do
đ
ó
chúng có
đ
ầ
y

đ
ủ

thông tin về cấu trúc vật
lý của hệ thống mạng. Tất cả các cơ sở dữ liệu này
đ
ề
u
giống nhau cho mọi router
trong cùng một vùng. Ví dụ như trên hình 2.2.4.a, D có các thông tin là nó kết nối
tới node C bằng
đư
ờ
ng
liên kết có chi phí là 4 và nó kết nối
đ
ế
n
node E bằng
đư
ờ
ng
liên kết có chi phí là 1.
Thuật toán chọn
đư
ờ
ng
ngắn nhất sẽ sữ dụng bản thân node làm
đ
i

ể
m
xuất phát và
kiểm tra các thông tin mà nó có về các node kế cận. Trong hình 2.2.4.b, node B
chọn
đư
ờ
ng
đ
ế
n
D.
Đư
ờ
ng
tốt nhất
đ
ế
n
D là
đ
i
bằng
đư
ờ
ng
của node E có chi phí
là 4. Như vậy là gói dữ liệu
đ
i

từ B
đ
ế
n
D sẽ
đ
i
theo
đư
ờ
ng
từ B qua C qua E rồi
đ
ế
n
D.