Bài Giảng Open Shortest Path First (OSPF)

OSPF
Giáo viên Bộ môn
Cô Nguyễn Thị Phương Dung

Sinh viên thực hiện








Hà Nguyễn Kim Khánh
Đào Thị Bích Phượng
Dương Quốc Trung
Phan Thanh Long
Chu Hoàng Long
Trần Tuấn Sang
Bùi Văn Triều

Lớp: Đ02THA1
10/22/15

1


Nội dung











10/22/15

Tổng quan về OSPF
Giao thức Link-state
Một số thuật ngữ của OSPF
OSPF và RIP
Các loại mạng OSPF
Các bước hoạt động của OSPF
Giao thức Hello
Trao đổi thông tin Link-state
Thuật toán SPF
Một số cấu hình trong OSPF

2


Tổng quan về OSPF
 OSPF (Open Shortest Path First) là








giao thức định tuyến được phát triển
bởi IETF (Internet Engineering Task
Force).
Được thiết kế để khắc phục những
vấn đề mà RIP chưa khắc phục được.
OSPF cũng như RIP, nó là một giao
thức cổng nội (IGP).
OSPF là một giao thức trạng thái liên
kết (Link State Protocol).
Sử dụng thuật toán SPF.
Là một giao thức mở.

10/22/15

3


Tổng quan về OSPF
 Một OSPF router phải thực

hiện các chức năng:
 Sử dụng thông tin Hello và
Link State Advertisement
(LSAs) nhận được từ những
router khác để xây dựng
một cơ sở dữ liệu về mạng.
 Trao đổi thông tin về trạng
thái liên kết với các router

liền kề.
 Lưu trữ thông tin định tuyến
trong bảng định tuyến của
nó.

10/22/15

4


Giao thức Link-state
 Hoạt động dựa trên một cơ sở dữ liệu tập trung, mô tả toàn bộ
network (topological databasse).

 Giao thức trạng thái liên kết thực hiện các công việc:





Đối phó nhanh với những thay đổi của mạng.
Gửi những thủ tục cập nhật chỉ khi có sự thay đổi của mạng.
Sử sụng kỹ thuật hello để tìm kiếm và duy trì các lân bang.
Lưu trữ thông tin đường đi trong bảng định tuyến.

10/22/15

5

Đặc tính của OSPF
 Sử dụng các vùng, áp dụng





trên cấu trúc liên mạng phân
cấp.
Không giới hạn metric.
Hỗ trợ VLSM cho việc quản
lý địa chỉ hiệu quả hơn.
Hỗ trợ cân bằng tải.
Thời gian hội tụ nhanh, tránh
được lặp.

10/22/15

6


M ột số thuật ngữ
 Autonomous system/Area.
 Neighbor/Adjacent: láng giềng/liền





kề.

Link-state: trạng thái của liên kết
giữa 2 router.
Link-State Advertisement (LSA): gói
quảng bá trạng thái liên kết trong cơ
sở dữ liệu của một router.
Cost: chi phí tương ứng trên 1 liên
kết, thông thường mặc định là
108/băng thông.
Packet Hello: gói hello, được các
router dùng để phát hiện và theo dõi
mối quan hệ với các láng giềng.

10/22/15

7


M ột số thuật ngữ
 Adjacencies Database: bảng các liền kề, chứa thông tin về các router
liền kề với nó.

 Link-state database (Topological database): bảng trạng thái liên kết,
gồm thông tin về tất cả các network, và liên kết của tất cả các router.

 Routing table: bảng định tuyến, chứa thông tin về đường đi ngắn nhất
đến tất cả các router.
10/22/15

8

M ột số thuật ngữ




Backbone: Area 0.
Router ID.
DR, BDR (Designated Router,
Backup Designated Router):
router được chỉ định và router
được chỉ định dự phòng (trong
mạng Broadcast và NBMA).
 Flooding: thủ tục các router
gửi cập nhật link-state khi có
một sự thay đổi trạng thái liên
kết.
 Hello interval/Dead interval/
Rxmt Interval.
10/22/15

9


OSPF và RI P
RIP

OSPF

Thuộc giao thức Distance-vector

Thuộc giao thức Link-state

Nhìn topology mạng từ các lân
bang

Nhìn một cách giống nhau về
topology mạng

Metric được tính bằng số hop

Tính đường đi ngắn nhất đến tất cả
các router khác theo cost metric

Cập nhật định kỳ, thường xuyên:
hội tụ chậm

Event-triggered updates: hội tụ
nhanh

Chuyển tiếp routing table đến các
lân bang

Chuyển tiếp link-state update đến
tất cả các router khác

Yếu điểm trong topology lớn

Ứng dụng tốt với topology lớn

10/22/15

10


Các loại mạng OSPF
 OSPF routers quyết định chọn

adjacent dựa vào loại mạng
chúng được kết nối.

 OSPF hỗ trợ các loại mạng:
 Broadcast multi-access.
 Point-to-Point.
 Non broadcast multi-access.
 Point-to-multipoint.
 Ngoài ra: Virtual link.

10/22/15

11


Các loại mạng OSPF
 Một số mạng cần chọn ra DR và BDR, một số không cần chọn DR và
BDR:

Network Type

Characteristics

DR Election

Broadcast multiaccess

Ethernet, Token Ring, or FDDI

Yes

NBMA

Frame Relay, X.25, SMDS

Yes

Point-to-point

PPP, HDLC

No

Point-to-multipoint

Configured by an administrator

No

10/22/15

12

Các bước hoạt động của OSPF
 Các router gửi packet hello
ra các interface được chỉ
định sử dụng OSPF. Nếu 2
router láng giềng thỏa thuận
các tham số được mô tả
trong packet hello của nhau,
chúng sẽ thiết lập một liền
kề.
 Trong mạng Broadcast và
NBMA, DR/BDR được bầu
chọn trong quá trình gửi
Packet hello.

10/22/15

13


Các bước hoạt động của OSPF
 Router theo dõi quan hệ với các liền kề bằng cách gửi hello định kỳ.
 Trong quá trình hình thành liền kề, 2 router đồng bộ thông tin về Linkstate thông qua Data Description, L-S request và L-S update.
 Khi Link-state được đồng bộ, router sử dụng thuật toán SPF tính đường
đi ngắn nhất đến tất cả các router, xây dựng bảng định tuyến.

10/22/15

14

Các bước hoạt động của OSPF
 Nếu có một liên kết bị thay đổi trạng
thái, router phát hiện sẽ gửi Link-state
update (chứa các LSA, có sử dụng L-S
Acknoledgement) đến các liền kề xung
quanh, quá trình flooding diễn ra. Để
đảm bảo thông tin update được đồng bộ,
các LSA sử dụng kỹ thuật Sequencing,
Checksums và Aging. Bảng định tuyến
sẽ được tính lại.

 Nếu mạng ổn định, không có thay đổi
nào xảy ra thì sau 30 phút các LSA được
refresh lại.
10/22/15

15


OSPF packet formats
 OSPF Packet:

 OSPF packet header:
10/22/15

16

Giao thức Hello
 OSPF thiết lập quan hệ liền kề giữa các

router láng giềng nhằm trao đổi thông tin
định tuyến.
 Để phát hiện và duy trì quan hệ với các
gateway lân cận, OSPF sử dụng giao thức
Hello.
 Hello quan trọng đối với những mạng đa
truy xuất như Ethernet vì 2 lí do:
 Các gateway có thể bị hỏng hoặc
reboot bất kì lúc nào, phần cứng mạng
không nhận biết các sự kiện đó.
 Tất cả các gateway nối vào mạng đa
truy xuất có thể trực tiếp thông tin liên
lạc. Như thế, cần ngăn ngừa việc hình
thành những cạnh liên thuộc dư thừa.
10/22/15

17


Giao thức Hello
 Ban đầu, OSPF router sẽ gửi gói tin hello
đến địa chỉ multicast 224.0.0.5 (all OSPF
routers). Các interface có hỗ trợ OSPF sẽ
nhận được và thiết lập quan hệ liền kề.
 Sau khi mỗi liền kề được thiết lập, packet
Hello được gửi định kỳ để đảm bảo rằng
cả hai phía vẫn còn “sống” và thống nhất

về mối quan hệ liên thuộc.
 Khoảng thời gian định kỳ (Hello interval)
tùy thuộc từng loại interface:
 Broadcast multiacess: 10 giây.
 Non-Broadcast multiacess: 30 giây.
 Trong môi trường Broadcast multiacess
và NBMA, gói tin hello còn được sử dụng
để chọn ra DR, BDR.
10/22/15

18


Giao thức Hello
 Các trạng thái khi thiết lập
quan hệ adjacency:
 Down
 Attemp
 Init
 2-way
 Exstart
 Exchange
 Loading
 Full.

10/22/15

19

Giao thức Hello
 Packet hello:

10/22/15

20


Trao đổi thông tin Link-state
 Database Description (DD)

được sử dụng để đồng bộ
Topological database giữa 2
router.
 Router sẽ gửi L-S req đến liền
kề nếu DD có chứa header của
LSA mới.
 Liền kề sẽ gửi lại L-S update
theo danh sách các LSA trong
L-S req.
 Router trả về L-S Ack để báo
đã nhận được update.

10/22/15

21


Trao đổi thông tin Link-state
 L-S update:

 L-S Acknowledgment:

 LSA header:
10/22/15

22


Trao đổi thông tin Link-state
 Có nhiều loại LSA phục vụ cho các mục đích khác nhau: Router

LSA, Network LSA, Network Summary LSA, ASBR Summary
LSA, AS External LSA, Group Membership LSA, NSSA External
LSA, External Attributes LSA, Opaque LSA, Opaque LSA và
Opaque LSA.
 Router LSA được tạo ra bởi các router, mô tả các link của router và
trạng thái của chúng.

10/22/15

23


Thuật toán SPF
 OSPF sử dụng thuật toán tìm đường
đi ngắn nhất (SPF) từ router đến đích,
cụ thể là thuật toán Dijkstra (1959).

 Mỗi link có một trọng số là cost, mỗi

node có một định danh. Tại mỗi node,
thông tin về tất cả các liên kết với nó
được biết đầy đủ.

 Ý tưởng: con đường từ một đỉnh đến
một đỉnh trên đồ thị là tốt nhất chỉ khi
từng chặng con là tốt nhất. Do đó từ
một node hiện tại là node xuất phát, sẽ
lựa chọn chặng tiếp theo có chi phí
thấp nhất. Khi có nhiều đường đi giữa
2 node bất kỳ, sẽ chọn con đường có
chi phí thấp hơn.

10/22/15

24


Thuật toán SPF
 Kết quả của thuật toán Dijkstra

cho ra một topology không lặp
(loop-free topology).

 Về lý thuyết, thông tin đường đi

gồm một tập distance[] và một tập
previous[]. distance[u] = chi phí
từ node xuất phát đến node thứ u,
và previous[v] là node liền trước

của node v trong đường đi.

 Dựa vào cây đường đi, router xây
dựng Routing table.

10/22/15

25