tìm hiểu giao thức định tuyến và triển khai cấu hình định tuyến lan

LỜI MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, công nghệ IP đang ngày càng đƣợc sử dụng rộng rãi
trong các lĩnh vực truyền thông. Nó không chỉ đƣợc sử dụng để truyền dữ liệu mà còn
dùng để truyền các dịch vụ khác nhƣ thoại, audio, video, các dịch vụ đa phƣơng tiện....
Do vậy, các nhà nghiên cứu viễn thông đã tích cực nghiên cứu phát triển công nghệ IP
để đáp ứng kịp thời cho các nhu cầu thực tế. Trong đó vấn đề phát triển các giao thức
định tuyến trong mạng IP là một vấn đề hết sức quan trọng. Một trong những phát
minh gần đây nhất về vấn đề này là giao thức OSPF đƣợc phát triển bởi nhóm đặc trách
kĩ thuật Internet IETF. OSPF đƣợc phát triển để khắc phục những hạn chế của giao
thức định tuyến RIP đƣợc phát triển trƣớc đó.
Đề tài “TÌM HIỂU GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN VÀ TRIỂN KHAI CẤU HÌNH
ĐỊNH TUYẾN LAN” tìm hiểu các kiến thức cơ bản về giao thức định tuyến và trọng
tâm là giao thức định tuyến OSPF,các ứng dụng của nó trong mạng IP ngày nay. Ngoài
ra đề tài cũng nhắc lại những kiến thức cơ bản nhất về mạng IP để giúp ngƣời đọc dễ
dàng hơn trong việc tiếp cận với giao thức OSPF. Đề tài bao gồm những nội dung sau:
 Chƣơng 1 Các khái niệm cơ bản về giao thức OSPF.
 Chƣơng 2 Giới thiệu tổng quan về giao thức OSPF,các khái niệm và thuật ngữ
sử dụng trong giao thức định tuyến OSPF.
 Chƣơng 3 Các ứng dụng và demo quá trình cấu hình giao thức OSPF.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Bàn Thạch đã tận tình hƣớng dẫn em trong
quá trình hoàn thành đồ án chuyên nghành này. Em chân thành cảm ơn các thầy cô
giáo và bạn bè, những ngƣời đã giúp đỡ em trong suốt thời gian qua.

-1-


LỜI NÓI ĐẦU
Giao thức định tuyến nội vi (IGP) có 2 loại chính là định tuyến theo vectơ
khoảng cách cà định tuyến theo trạng thái đƣờng liên kết.
Thuật toán định tuyến trạng thái theo đƣờng liên kết , hay còn gọi là thuật toán
chọn đƣờng đi ngắn nhất (SPF- Shortest Path First), lƣu giữ một cơ sở dữ liệu phức tạp

các thông tin về cấu trúc hệ thống mạng.
Ngày nay, khi hệ thống mạng ngày càng phát triển lớn hơn và phức tạp hơn thì
những điểm yếu của giao thức định tuyến theo véctơ khoảng cách lại càng bộc lộ rõ
hơn.Vì vậy sự ra đời của giao thức định tuyến theo trạng thái đƣờng liên kết là sự tất
yếu để sửa chữa các điểm yếu đó.OSPF là một trong những giao thức quan trọng nhất
của loại giao thức định tuyến tuyến theo trạng thái đƣờng liên kết.Chúng ta sẽ làm rõ
vấn đề này ở nội dung đƣợc trình bày sau đây.

-2-


DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT
Các từ viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

DBD

Database description
paket

Gói mô tả cơ sở dữ liệu

LSU

Link state update

Cập nhật thông tin trạng

thái liên kết

LSACK

Link state
acknowledgement

Tin báo nhận trạng thái
liên kết

OSPF

Open shorter path fist

Giao thứ đƣờng đi ngắn
nhất

LSA

Link state age

Tuổi trạng thái liên kết

TOS

Type of sevice

Loại dịch vụ

SPF

shorter path fist

Các loại dịch vụ

AS

Autonomous system

Vùng tự trị

-3-


MỤC LỤC
CHƢƠNG 1 ................................................................................................................................. 5
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN ....................................................................................................... 5
1.1 KHÁI NIỆM VỀ ĐỊNH TUYẾN ...................................................................................... 5
1.1.1 Định Tuyến Động ....................................................................................................... 5
1.2.1 Định Tuyến Tĩnh ........................................................................................................ 5
1.2. KHÁI NIỆM VỀ CÁC GIAO THỨC .............................................................................. 5
1.2.1.Tổng Quan Chung Về Các Giao Thức ....................................................................... 5
1.2.2 Phân Loại Các Giao Thức Định Tuyến ...................................................................... 6

2.2.2.1 Đặc điểm của giao thức định tuyến theo vector khoảng cách ................. 7
CHƢƠNG 2 ............................................................................................................................... 11
GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN OSPF (Open Shoter Path Fist) ................................................. 11
2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ OSPF (Open Shortest Path First) ......................................... 11

Hình 2.1 Mạng OSPF đƣợc thiết kế phân cấp và chia thành nhiều vùng .......... 11

2.1.1 Thuật Ngữ Của OSPF ............................................................................................... 11
2.1.2.Thuật Toán Định Tuyến Theo Trạng Thái Liên Kết ................................................ 15
2.2 CÁC LOẠI MẠNG OSPF............................................................................................... 17
2.3 DR VÀ BDR .................................................................................................................... 17
2.4 VÙNG OSPF ................................................................................................................... 18
2.5 KIỂU ĐỊNH TUYẾN ...................................................................................................... 19
2.6 CẬP NHẬT VÀ DUY TRÌ BẢNG ĐỊNH TUYẾN ...................................................... 21
2.7 ĐỊNH DẠNG GÓI HELLO CỦA OSPF ....................................................................... 22
2.8 CÁC BƢỚC HOẠT ĐỘNG CỦA OSPF ....................................................................... 23
CHƢƠNG 3 ............................................................................................................................... 26
CẤU HÌNH ĐỊNH TUYẾN ...................................................................................................... 26
3.1 PHẦN MỀM MÔ PHỎNG ............................................................................................ 26
3.1.1 Giới Thiệu Về Phần Mềm Packet Tracer 5.2 ........................................................... 26
3.2.2 Khái Niệm Về Cấu Hình Router............................................................................... 26

3.2.2.1 Khái niệm ............................................................................................... 26
3.2.2.2 Cấu trúc router. ..................................................................................... 27
3.2 CẤU HÌNH ĐỊNH TUYẾN VỚI GIAO THỨC OSPF .................................................. 28

Table 3.1 Bảng mô tá chi tiết IP của các Router. ............................................... 29
3.2.1 Quá Trình Thực Hiện Mô Phỏng ............................................................................. 29

3.2.1.1 Các câu lệnh sử dụng trong bài lab ....................................................... 29
3.2.1.2 Cấu hình địa chỉ mạng cho cac cổng của Router: ................................. 29
CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................ 35

-4-


CHƯƠNG 1

CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.1 KHÁI NIỆM VỀ ĐỊNH TUYẾN
Định tuyến là quá trình mà router thực hiện để chuyển gói dữ liệu tới mạng
đích.Tất cả các router dọc theo đƣờng đi đều dựa vào địa chỉ IP đích của gói dữ liệu để
chuyển gói theo đúng hƣớng đến đích cuối cùng .Để thực hiện đƣợc điều này ,router
phải học thông tin về đƣờng đi tới các mạng khác .Nếu router chạy định tuyến động thì
router tự động học những thông tin này từ các router khác .Còn nếu router chạy định
tuyến tĩnh thì ngƣời quản trị mạng phải cấu hình các thông tin đến các mạng khác cho
router .
1.1.1 Định Tuyến Động
Giao thức định tuyến động cho phép router này chia sẻ các thông tin định tuyến
mà nó biết cho các router khác .Từ đó ,các router có thể xây dựng và bảo trì bảng định
tuyến của nó.
Sau đây là một số giao thức định tuyến :
• Routing information Protocol(RIP)
• Interior Gateway Routing Protocol(IGRP)
• Enhanced Inteior Gateway Routing Protocol(EIGRP)
• Open Shortest Path First(OSPF)
1.2.1 Định Tuyến Tĩnh
Định tuyến tĩnh là phƣơng pháp định mà các thông tin về đƣờng đi phải do
ngƣời quản trị mạng nhập cho router .Khi cấu trúc mạng có bất kỳ thay đổi nào thì
chính ngƣời quản trị mạng phải xoá hoặc thêm các thông tin về đƣờng đi cho router.
Những loại đƣờng đi nhƣ vậy gọi là đƣờng đi cố định .Đối với hệ thống mạng lớn thì
công việc bảo trì mạng định tuyến cho router nhƣ trên tốn rất nhiều thời gian .Còn đối
với hệ thống mạng nhỏ ,ít có thay đổi thì công việc này đỡ mất công hơn .Chính vì
định tuyến tĩnh đòi hỏi ngƣời quản trị mạng phải cấu hình mọi thông tin về đƣờng đi
cho router nên nó không có đƣợc tính linh hoạt nhƣ định tuyến động .Trong những hệ
thống mạng lớn ,định tuyến tĩnh thƣờng đƣợc sử dụng kết hợp với giao thức định tuyến
động cho một số mục đích đặc biệt.

1.2. KHÁI NIỆM VỀ CÁC GIAO THỨC
1.2.1.Tổng Quan Chung Về Các Giao Thức
Ở lớp Internet của bộ giao thức TCP/IP , router sử dụng một giao thức định
tuyến IP để thực hiện việc định tuyến .
Sau đây là một số giao thức định tuyến IP:
 RIP – giao thức định tuyến nội theo vectơ khoảng cách.
-5-


 IGRP- giao thức định tuyến nội theo vectơ khoảng cách Cisco.
 OSPF – giao thức định tuyến nội theo trạng thái đƣờng liên kết.
 EIGRP- giao thức mở rộng của IGRP.

 BGP- giao thức định tuyến ngoại theo vectơ khoảng cách.
 RIP (Routing information Protocol) đƣợc định nghĩa trong RPC 1058:
 Là giao thức định tuyến theo vectơ khoảng cách.
 Sử dụng số lƣợng hop để làm thông số chọn đƣờng đi.
 Nếu số lƣợng hop để tới đích lớn hơn 15 thì gói dữ liệu sẽ bị huỷ bỏ.

 Cập nhật theo định kỳ mặc định là 30 giây.
 IGRP (Internet gateway routing Protocol)là giao thức đƣợc phát triển độc quyền
bởi Cisco .Sau đây là một số đặc điểm mạnh của IGRP:
 Là giao thức định tuyến theo vectơ khoảng cách.
 Sử dụng băng thông ,tải ,độ trễ và độ tin cậy của đƣờng truyền làm thông
số lựa chọn đƣờng đi.

 Cập nhật theo định kỳ mặc định là 90 giây.
 OSPF (Open Shortest Path First)là giao thức đình tuyến theo trạng thái đƣờng
liên kết .Sau đây là các đặc điểm chinhs của OSPF :
 Là giao thức định tuyến nâng cao theo vectơ khoảng cách .

 Có chia tải.
 Có các ƣu điểm của định tuyến theo vectơ khoảng cách và định tuyến
theo trạng thái đƣờng liên kết.
 Sử dụng thuật toán DUAL (Diffused Update Algorithm) để tính toán
chọn đƣờng tốt nhất. Cập nhật theo định kỳ mặc định là 90 gây hoặc cập
nhật khi có thay đổi về cấu trúc mạng.
 BGP (Border Gateway Protocol) là giao thức định tuyến ngoại. Sau đây là các
đặc điểm chính của BGP.
 Là giao thức định tƣyến ngoại theo vectơ khoảng cách.


Đƣợc sử dụng để định tuyến giữa các ISP hoặc giữa ISP và khách hàng.



Đƣợc sử dụng để định tuyến lƣu lƣợng Internet giữa các hệ tự quản (AS).

1.2.2 Phân Loại Các Giao Thức Định Tuyến
Đa số các thuật toán định tuyến đƣợc xếp vào 2 loại sau:
 Vectơ khoảng cách.
 Trạng thái đƣờng liên kết.
-6-


2.2.2.1 Đặc điểm của giao thức định tuyến theo vector khoảng cách
Định tuyến theo vectơ khoảng cách thực hiện truyền bản sao của bảng định
tuyến từ router này sang router khác theo định kỳ .Việc cập nhật định kỳ giữa các
router giúp trao đổi thông tin khi cấu trúc mạng thay đổi .Thuật toán định tuyến theo
vectơ khoảng cách còn đƣợc gọi là thuật toán Bellman-Ford.
Mỗi router nhận đƣợc bảng định tuyến của những router láng giềng kết nối trực

tiếp với nó .Chuyển bảng định tyến cho router láng giềng theo định kỳ và tính lại vectơ
khoảng cách.

Hình 1.1 Mô tả quá trình định tuyến vecto khoảng cách
Ở hình trên ta thấy router B nhận đƣợc thông tin từ router A .Sau đó router B sẽ
cộng thêm khoảng cách từ router B đến router A (ví dụ nhƣ tăng số hop lên ) vào các
thông tin định tuyến nhận đƣợc từ A.Khi đó router B sẽ có bảng định tuyến mới và
truyền bảng định tuyến này cho router láng giềng khác là router C.Quá trình này xảy ra
tƣơng tự cho tất cả các router láng giềng khác.
Router thu thập thông tin về khoảng cách đến các mạng khác ,từ đó nó xây dựng
và bảo trì một cơ sở dữ liệu về thông tin định tuyến trong mạng. Tuy nhiên , hoạt động
theo thuật toán vectơ khoảng cách nhƣ vậy thì router sẽ không biết đƣợc chính xác cấu
trúc của toàn bộ hệ thống mạng mà chỉ biết đƣợc các router láng giềng kết nối trực tiếp
với nó mà thôi .
Bảng định tuyến đƣợc cập nhật khi cấu trúc mạng có sự thay đổi .Quá trình cập
nhật này cũng diễn ra từng bƣớc một từ router này đến router khác.Khi cập nhật ,mỗi
router gửi đi toàn bộ bảng định tuyến của nó cho các router láng giềng .Trong bảng
định tuyến có thông tin về đƣờng đi tới từng mạng đích ,tổng chi phí cho đƣờng đi ,địa
chỉ của router kế tiếp .
Khi sử dụng định tuyến theo vectơ khoảng cách ,bƣớc đầu tiên là router phải xác
định các router láng giềng với nó .Các mạng kết nối trực tiếp vào cổng giao tiếp của
router sẽ có khoảng cách là 0.Còn đƣờng đi tới các mạng không kết nối trực tiếp vào

-7-


router thì router sẽ chọn đƣờng tốt nhất dựa trên thông tin mà nó nhận đƣợc từ các
router láng giềng .

Hình 1.2 Mô tả bảng định tuyến các Router

Hình trên mô tả quá trình router A nhận đƣợc thông tin về các mạng khác từ
router B.Các thông tin này đƣợc đặt trong bảng định tuyến với vectơ khoảng cách đã
đƣợc tính toán lại cho biết từ router A đến mạng đích thì đi theo hƣớng nào ,khoảng
cách bao nhiêu.
2.2.2.2 Đặc điểm của giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết
Thuật toán định tuyến theo trạng thái đƣờng liên kết là thuật toán Dijkstras hay
còn gọi là thuật toán SPF (Shortest Path First tìm đƣờng ngắn nhất).Thuật toán định
tuyến theo trạng thái đƣờng liên kết thực hiện việc xây dựng và bảo trì một cơ sở dữ
liệu đầy đủ về cấu trúc của toàn bộ hệ thống mạng .
Định tuyến theo trạng thái đƣờng liên kết sử dụng những công cụ sau:
 Thông điệp thông báo trạng thái đƣờng liên kết (LSA-Link-state
Advertisement): LSA là một gói dữ liệu nhỏ mang thông tin định tuyến đƣợc
truyền đi giữa các router .
 Cơ sở dữ liệu về cấu trúc mạng :đƣợc xây dựng từ thông tin thu thập đƣợc từ
các LSA .
 Thuật toán SPF :dựa trên cơ sở dữ liệu về cấu trúc mạng ,thuật toán SPF sẽ
tính toán để tìm đƣờng ngắn nhất .
 Bảng định tuyến :chứa danh sách các đƣờng đi đã đƣợc chọn lựa .Quá trình
thu thập thông tin mạng để thực hiện định tuyến theo trạng thái đƣờng liên
kết.

-8-


Mỗi router bắt đầu trao đổi LSA với tất cả các router khác, trong đó LSA mang
cơ sở dữ liệu dựa trên thông tin của các LSA.
Mỗi router tiến hành xây dựng lại cấu trúc mạng theo dạng hình cây với bản
thân nó là gốc ,từ đó router vẽ ra tất cả các đƣờng đi tới tất cả các mạng trong hệ thống.
Sau đó thuật toán SPF chọn đƣờng ngắn nhất để đƣa vào bảng định tuyến. Trên bảng
định tuyến sẽ chứa thông tin về các đƣờng đi đã đƣợc chọn với cổng ra tƣơng ứng.Bên

cạnh đó, router vẫn tiếp tục duy trì cơ sở dữ liệu về cấu trúc hệ thống mạng và trạng
thái của các đƣờng liên kết. Router nào phát hiện cấu trúc mạng thay đổi đầu tiên sẽ
phát thông tin cập nhật cho tất cả các router khác.Router phát gói LSA, trong đó có
thông tin về router mới, các thay đổi về trạng thái đƣờng liên kết. Gói LSA này đƣợc
phát đi cho tất cả các router khác.

Hình 1.3 Quá trình gửi gói LSAs
Mỗi router có cơ sở dữ liệu riêng về cấu trúc mạng và thuật toán SPF thực hiện
tính toán dựa trên cơ sở dữ liệu này .

Hình 1.4 Các router xây dựng bảng định tuyến với đƣờng đi ngắn nhất
-9-


Khi router nhận đƣợc gói LSA thì nó sẽ cập nhật lại cơ sở dữ liệu của nó với
thông tin mới vừa nhận đƣợc. Sau đó SPF sẽ tính lại để chọn đƣờng lại và cập nhật lại
cho bảng định tuyến .
Định tuyến theo trạng thái đƣờng liên kết có một số nhƣợc điểm sau:
 Bộ sử lý trung tâm của router phải tính toán nhiều.
 Đòi hỏi dung lƣợng bộ nhớ phải lớn.
 Chiếm dụng băng thông đƣờng truyền.
Router sử dụng định tuyến theo trạng thái đƣờng liên kết sẽ phải cần nhiều bộ nhớ
hơn và hoạt động xử lý nhiều hơn là sử dụng định tuyến theo vectơ khoảng cách.Router
phải có đủ bộ nhớ để lƣu cơ sở dữ liệu về cấu trúc mạng ,bảng định tuyến.Khi khởi
động việc định tuyến ,tất cả các router phải gửi gói LSA cho tất cả các router khác,khi
đó băng thông đƣờng truyền sẽ bị chiếm dụng làm cho băng thông dành cho đƣờng
truyền dữ liệu của ngƣời dùng bị giảm xuống. Nhƣng sau khi các router đã thu thập đủ
thông tin để xây dựng cơ sở dữ liệu về cấu trúc mạng thì băng thông đƣờng truyền
không bị chiếm dụng nữa .Chỉ khi nào cấu trúc mạng thay đổi thì router mới phát gói
LSA để cập nhật và những gói LSA này chiếm một phần băng thông rộng rất nhỏ .

-10-


CHƯƠNG 2
GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN OSPF (Open Shoter Path Fist)
2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ OSPF (Open Shortest Path First)
OSPF là một giao thức định tuyến theo trạng thái đƣờng liên kết đƣợc triển khai
dựa trên các chuẩn mở. OSPF đựơc mô tả trong nhiều chuẩn của IETF (Internet
Engineering Task Force). Chuẩn mở ở đây có nghĩa là OSPF hoàn toàn mở đối với
công cộng, không có tính độc quyền.
Nếu so sánh với RIP version 1 và version 2 thì OSPF là một giao thức định
tuyến nội vi IGP tốt hơn vì khả năng mở rộng của nó. RIP chỉ giới hạn trong 15 hop,
hội tụ chậm và đôi khi chọn đƣờng có tốc độ chậm vì khi quyết định chọn đƣờng nó
không quan tâm đến các yếu tố quan trọng khác nhƣ băng thông. OSPF khắc phục
đƣợc các nhƣợc điểm của RIP và nó là một giao thức định tuyến mạnh, có khả năng
mở rộng, phù hợp với các hệ thống mạng hiện đại. OSPF có thể đƣợc cấu hình đơn
vùng để sử dụng cho các mạng nhỏ.

Hình 2.1 Mạng OSPF đƣợc thiết kế phân cấp và chia thành nhiều vùng
2.1.1 Thuật Ngữ Của OSPF
Router định tuyến theo trạng thái đƣờng liên kết xác định các router láng giềng
và thiết lập mối quan hệ với các láng giềng này.
OSPF thực hiện thu thập thông tin về trạng thái các đƣờng liên kết từ các router
láng giềng. Mỗi router OSPF quảng cáo trạng thái các đƣờng liên kết của nó và chuyển
tiếp các thông tin mà nó nhận đƣợc cho tất cả các láng giềng khác.

-11-

Hình 2.2 Link – là một cổng trên router.
Link-state: trạng thái của một đƣờng 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 đƣợc để xây dựng một cơ sở dữ liệu về trạng
thái các đƣờng liên kết trong một vùng. Mọi router trong cùng một vùng OSPF sẽ có
cùng một cơ sở dữ liệu này. Do đó mọi router sẽ có thông tin giống nhau về trạng thái
của các đƣờng liên kết và láng giềng của các router khác.

Hình 2.3 Link-state database (Topological database) – danh sách các thông tin về mọi
đƣờng liên kết trong vùng.

-12-


Hình 2.4 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 đƣờng
liên kết trong vùng đó. Do đó, các router trong cùng một vùng sẽ có thông tin giống
nhau về trạng thái các đƣờng liên kết. Router nằm trong một vùng đƣợc gọi là router
nội vùng.
Mỗi router áp dụng thuật toán SPF và cơ sở dữ liệu của nó để tính toán chọn
đƣờng tốt nhất đến từng mạng đích. Thuật toán SPF tính toán chi phí dựa trên băng
thông của đƣờng truyền. Đƣờng nào có chi phí nhỏ nhất sẽ đƣợc chọn để đƣa vào bảng
định tuyến.

Hình 2.5 Cost – giá trị chi phí đặt cho một đƣờng liên kết.
Giao thức định tuyến theo trạng thái đƣờng liên kết tính chi phí cho một liên kết
dựa trên băng thông hoặc tốc độ của đƣờng liên kết đó.

-13-

Hình 2.6 Routing table – hay còn gọi là cơ sở dữ liệu để chuyển gói.
Bảng định tuyến là kết quả chọn đƣờng của thuật toán chọn đƣờng địa dựa trên
cơ sở dữ liệu về trạng thái các đƣờng liên kết.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 đƣợc gọi là thân mật là những láng giềng mà router có thiết lập mối quan hệ hai
chiều. Một router có thể có nhiều láng giềng nhƣng không phải láng giềng nào cũng có
mối quan hệ thân mật. Do đó bạn cần lƣu ý mối quan hệ láng giềng khác với mối quan
hệ láng giềng thân mật, hay gọi tắt là mối quan hệ thân mật. Đối với mỗi router danh
sách láng giềng thân mật sẽ khác nhau.

Hình 2.7 Adjacency database – danh sách các router láng giềng có mối quan hệ hai
chiều,mỗi router sẽ có một danh sách khác nhau.
Để giảm bớt số lƣợng trao đổi thông tin định tuyến với nhiều router láng giềng
trong cùng một mạng, các router OSPF bầu ra một router đại diện gọi là Designated
router (DR) và một router đại diện dự phòng gọi là Backup Designated (BDR) làm
điểm tập trung các thông tin định tuyến. Mỗi một mạng sẽ có một DR va BDR riêng.

-14-


Hình 2.8 Design Router (DR) và Backup Designated Router (BDR) .
2.1.2.Thuật Toán Định Tuyến Theo Trạng Thái Liên Kết
Thuật toán định tuyến theo trạng thái đƣờng liên kết xây dựng và duy trì một
cơ sở dữ liệu phức tạp về cấu trúc hệ thống mạng bằng cách trao đổi các gói quảng cáo
trạng thái đƣờng liên kết LSAs (Link – State Advertisements) với tất cả các router khác
trong mạng.
Thuật toán định tuyến theo trạng thái đƣờng liên kết có đặc điểm sau:
 Chúng xây dựng và duy trì một cơ sở dữ liệu phức tạp về cấu trúc hệ

thống mạng.
 Chúng dựa trên thuật toán Dijkstra hay còn gọi là thuật toán SPF
(Shortest Path First) tìm đƣờng đi ngắn nhất.
Giao thức định tuyến theo trạng thái đƣờng liên kết phát triển và duy trì đầy đủ các
thông tin về mọi router trong mạng và cấu trúc kết nối của chúng. Điều này đƣợc thực
hiện nhờ quá trình trao đổi LSAs với các router khác trong mạng.
Mỗi router xây dựng cơ sở dữ liệu về cấu trúc hệ thống mạng của mình nhờ các
thông tin từ các LSA mà nó nhận đƣợc. Sau đó router sử dụng thuật toán SPF để tính
toán chọn đƣờng ngắn nhất đến từng mạng đích. Kết quả chọn đƣờng đƣợc đƣa lên
bảng định tuyến của router. Trong suốt tiến trình hoạt động, mọi sự thay đổi trong cấu
trúc hệ thống mạng nhƣ một thành phần mạng bị đứt hay mạng phát triển thêm thành
phần mới đều đƣợc phát hiện và đáp ứng kịp thời.
Việc trao đổi LSA đƣợc thực hiện khi có một sự kiện xảy ra trong mạng chứ không
đƣợc thực hiện theo định kỳ. Nhờ vậy tốc độ hội tụ nhanh hơn ví dụ không cần chờ hết
thời gian định kỳ các router mới đƣợc hội tụ.

-15-


Hình 2.9.a Mô tả quá trình tính toán trên các router

Hình 2.9.b Mô tả quá trình tính toán đƣờng đi qua bảng định tuyến
Tùy theo từng giao thức và thông số định tuyến tƣơng ứng, giao thức định tuyến
có thể phân biệt đƣợc hai đƣờng đến cùng một đích và sử dụng đƣờng tốt nhất. Trong
hình 2.9.a , trên bảng định tuyến có hai đƣờng đi từ Router A đến Router D. Hai đƣờng
này có chi phí bằng nhau nên giao thức định tuyến ghi nhận cả hai. Có một số giao
thức định tuyến theo trạng thái đƣờng liên kết có cách đánh giá khả năng hoạt động của
hai đƣờng và chọn đƣờng tốt nhất.Nếu đƣờng đi qua Router C gặp trở ngại nhƣ bị
nghẽn mạch hoặc bị hƣ hỏng thì giao thức định tuyến theo trạng thái đƣờng liên kết có
thể nhận biết đƣợc các thay đổi này và chuyển gói di theo đƣờng qua Router B.

-16-


2.2 CÁC LOẠI MẠNG OSPF
Các OSPF router phải thiết lập mối quan hệ láng giềng để trao đổi thông tin
định tuyến. Trong mỗi một mạng IP kết nối vào router, nó đều cố gắng ít nhất là trở
thành một láng giềng hoặc là láng giềng thân mật với một router khác. Router OSPF
quyết định chọn router nào làm láng giềng thân mật là tuỳ thuộc vào mạng kết nối của
nó. Có một số router có thể cố gắng trở thành láng giềng thân mật với mọi router láng
giềng khác. Có một số router khác lại có thể chỉ cố gắng trở thành láng giềng thân mật
với một hoặc hai router láng giềng thôi. Một khi mối quan hệ láng giềng thân mật đã
đƣợc thiết lập giữa hai láng giềng với nhau thì thông tin về trạng thái đƣờng liên kết
mới đƣợc trao đổi.
Giao tiếp OSPF nhận biết 3 loại mạng sau:
 Mạng quảng bá đa truy cập nhƣ mạng Ethernet.
 Mạng điểm nối điểm.
 Mạng không quảng bá đa truy cập (NBMA – NonBroadcast Multi Access).

Hình 2.10 Ba loại mạng OSPF.

2.3 DR VÀ BDR
Trong mạng đa truy cập không thể biết đƣợc là có bao nhiêu router sẽ có thể kết
nối đƣợc kết nối vào mạng. Trong mạng điểm-đến-điểm chỉ có hai router kết nối với
nhau.
Trong mạng quảng bá đa truy cập có rất nhiều router kết nối vào. Nếu mỗi
router đều thiết lập mối quan hệ thân mật với mọi router khác và thực hiện trao đổi
thông tin về trạng thái đƣờng liên kết với mọi router láng giềng thì sẽ quá tải. Nếu có
10 router thì sẽ cần 45 mối liên hệ thân mật, nếu có n router thì sẽ có n*(n-1)/2 mối
quan hệ láng giềng thân mật cần đƣợc thiết lập.

-17-


Giải pháp cho vấn đề quá tải trên là bầu ra một router làm đại diện (DR –
Designated Router). Router này sẽ thiết lập mối quan hệ thân mật với mọi router khác
trong mạng quảng bá. Mọi router còn lại sẽ chỉ gửi thông tin về trạng thái đƣờng liên
kết cho DR. Sau đó DR sẽ gửi các thông tin này cho mọi router khác trong mạng bằng
địa chỉ mutlticast 224.0.0.5. DR đóng vai trò nhƣ một ngƣời phát ngôn chung.
Việc bầu DR rất có hiệu quả nhƣng cũng có một số nhƣợc điểm. DR trở thành
một tâm điểm nhạy cảm đối với sự cố. Do đó, cần có một router thứ hai đƣợc bầu ra để
làm router đại diện dự phòng (BDR – Backup Designated Router), router này sẽ đảm
trách vai trò của DR nếu DR bị sự cố. Để đảm bảo cả DR và BDR đều nhận đƣợc các
thông tin về trạng thái đƣờng liên kết từ mọi router khác trong cùng một mạng, chúng
ta sử dụng địa chỉ multicast 224.0.0.6 cho các router đại diện.

Hình 2.11 DR và BDR nhận các gói LSAs
Trong mạng điểm-nối-điểm chỉ có 2 router kết nối với nhau nên không cần bầu
ra DR và BDR. Hai router này sẽ thiết lập mối quan hệ láng giềng thân mật với nhau.

2.4 VÙNG OSPF
Mạng OSPF lớn cần sử dụng thiết kế phân cấp và chia thành nhiều vùng. Các
vùng này đều đƣợc kết nối vào cùng phân phối là vùng 0 hay còn gọi là vùng xƣơng
sống (backbone). Kiểu thiết kế này cho phép kiểm soát hoạt động cập nhật định tuyến.
Việc phân vùng nhƣ vậy làm giảm tải của hoạt động định tuyến, tăng tốc độ hội tụ, giới
hạn sự thay đổi của hệ thống mạng vào từng vùng và tăng hiệu suất hoạt động.

-18-

Hình 2.12 Mạng OSPF lớn đƣợc thiết kế phân cấp và chia thành nhiều vùng.

2.5 KIỂU ĐỊNH TUYẾN
Có 3 kiểu định tuyến router khác nhau :
 Định tuyến nội miền.
 Định tuyến liên miền.
 Định tuyến miền trong ( hay còn gọi là định tuyến trong nội miền ).

Hình 2.13 Định tuyến miền trong.
Nhƣ hình trên thì một PC muốn truy nhập đến một sever trong nội miền thì
router trong miền đó sẽ hƣớng tuyến đi trong miền mà không hƣớng ra ngoài.
Trong định tuyến liên miền ta nhận thấy rõ một vùng tự trị đƣợc phân làm 3 khu vực.

-19-


Khu vực 1

Khu vực 2

Router biên khu vực

Khu vực đƣờng trục

Tới AS
khác

Router đƣờng trục
Router
biên AS

Hệ thống tự trị (AS)

Hình 2.14 Các khu vực trong một hệ thống tự trị.
Trong đó quan trọng nhất là khu vực mạng lõi hay khu vực đƣờng trục.
Ví dụ về định tuyến mạng ngoài :

Hình 2.15 Định tuyến mạng ngoài.
Theo ví dụ trên thì khu vực 0 đóng vai trò là một mạng lõi khi thông tin muốn
truyền từ mạng 1 sang mạng 2 hay ngƣợc lại bắt buộc phải qua mạng 0 rồi sau đó đi
tiếp . Hay có thể nói mạng 0 đóng vai trò là mạng sơ cấp còn mạng 1,mạng 2 đóng vai
trò là các mạng thứ cấp.

-20-


Định tuyến giữa các mạng hoàn toàn có thể đƣợc thông qua các router biên vùng
tự trị. Thật quá dễ dàng khi định tuyến giữa 2 mạng sử dụng OSPF khi đó các router
biên khu vực không phải tổng hợp thông tin đi tới ,xử lý thông tin và chuyến tiếp vào
vùng mạng trong . Lúc này router biên vùng tự trị chỉ làm nhiệm vụ chuyển tiêp gói tin
vào trong khu vực cần đến.
Thông tin định tuyến giữa mạng không sử dụng OSPF đƣợc tổng hợp và phân
phối lại tới mạng OSPF thông qua router biên khu vực ,khi đó router biên khu vực làm
nhiệm vụ xử lý gói tin đi tới và chuyển tiếp ra khu vực ngoài.

Hình 2.16 Biểu diễn 2 khu vực tự trị thông qua router biên khu vực kết nối với nhau.

2.6 CẬP NHẬT VÀ DUY TRÌ BẢNG ĐỊNH TUYẾN
Giao thức định tuyến theo trạng thái đƣờng liên kết sử dụng các thành phần sau đây:
 LSAs.

 Cơ sở dữ liệu về cấu trúc hệ thống mạng.
 Thuật toán SPF.
 Cây SPF.
 Bảng định tuyến với đƣờng đi và cổng ra tƣơng ứng để định tuyến cho gói
dữ liệu.
Giao thức định tuyến theo trạng thái đƣờng liên kết đƣợc thiết kế để khắc phục
các nhƣợc điểm của giao thức định tuyến theo vectơ khoảng cách. Ví dụ nhƣ:giao thức
định tuyến theo vectơ khoảng cách chỉ trao đổi thông tin định tuyến với các router kết
nối trực tiếp với mình mà thôi, trong khi đó giao thức định tuyến theo trạng thái đƣờng
liên kết thực hiện trao đổi thông tin định tuyến trên một vùng rộng lớn.
Khi có một sự cố xảy ra trong mạng, ví dụ nhƣ có một router láng giềng bị mất
kết nối giao thức định tuyến theo trạng đƣờng liên kết lập tức phát các gói LSAs ra trên
toàn vùng bằng 1 địa chỉ multicast đặc biệt. Tiến trình này thực hiện gửi thông tin ra tất
cả các cổng, trừ cổng nhận đƣợc thông tin. Mỗi router nhận đƣợc một LSA, cập nhật
thông tin mới này vào cơ sở dữ liệu về cấu trúc hệ thống mạng. Sau đó router chuyển
tiếp gói LSA này cho tất cả các thiết bị làng giềng khác. LSAs làm cho mọi router
trong vùng thực hiện tính toán lại đƣờng đi. Chính vì vậy số lƣợng router trong một
vùng nên có giới hạn.
-21-


Một kết nối tƣơng ứng với một cổng trên router. Thông tin về trạng thái của một
liên kết bao gồm thông tin về một cổng của router và mối quan hệ với các router láng
giềng trên cổng đó. Ví dụ nhƣ: thông tin về một cổng trên router bao gồm địa chỉ IP,
subnet mask, loại mạng kết nối vào cổng đó…Tập hợp tất cả các thông tin trên đƣợc
lƣu lại thành một cơ sở dữ liệu về trạng thái các đƣờng liên kết, hay còn gọi là cơ sở dữ
liệu về cấu trúc hệ thống mạng. Cơ sở dữ liệu này đƣợc sử dụng để tính toán chọn
đƣờng tốt nhất. Router áp dụng thuật toán chọn đƣờng ngắn nhất Dijkstra vào cơ sở dữ
liệu về cấu trúc mạng, từ đó xây dựng nên cây SPF với bản thân router là gốc. Từ cây
SPF này, router sẽ chọn ra đƣờng ngắn nhất đến từng mạng đích. Kết quả chọn đƣờng

đƣợc đặt trên bảng định tuyến của router.

Hình 2.17 Dùy trì thông tin định tuyến.

2.7 ĐỊNH DẠNG GÓI HELLO CỦA OSPF
Khi router bắt đầu khởi động tiến trình định tuyến OSPF trên một cổng nào đó
thì nó sẽ gửi một gói hello ra cổng đó và tiếp tục gửi hello theo định kỳ. Giao thức
Hello đƣa ra các nguyên tắc quản lý việc trao đổi các gói OSPF Hello.
Ở Lớp 3 của mô hình OSI, gói hello mang địa chỉ multicast 224.0.0.5. Địa chỉ
này chỉ đến tất cả các OSPF router. OSPF router sử dụng gói hello để thiết lập một
quan hệ láng giềng thân mật mới để xác định là router láng giềng có còn hoạt động hay
không. Mặc định, hello đƣợc gửi đi 10 giây 1 lần trong mạng quảng bá đa truy cập và
mạng điểm-nối-điểm. Trên cổng nối vào mạng NBMA, ví dụ nhƣ Frame Relay, chu kỳ
mặc định của hello là 30 giây.
Mặc dù gói hello rất nhỏ nhƣng nó cũng bao gồm cả phần header của gói
OSPF.Cấu trúc của phần header trong gói OSPF đƣợc thể hiện trên hình 2.18. Nếu là
gói hello thì trƣờng Type sẽ có giá trị là 1.

-22-


Hình 2.18 Phần Header của gói OSPF.
Gói hello mang những thông tin để thống nhất giữa mọi láng giềng với nhau
trƣớc khi có thể thiết lập mối quan hệ láng giềng thân mật và trao đổi thông tin về trạng
thái các đƣờng liên kết.

Hình 2.19 Phần Header của gói Hello.
Các thông tin trong phần Hello Interval, Đea Interval và Router ID phải đồng
nhất thì các router mới có thể thiết lập mối quan hệ láng giềng thân mật.

2.8 CÁC BƯỚC HOẠT ĐỘNG CỦA OSPF
Khi bắt đầu khởi động tiến trình định tuyến OSPF trên một cổng nào đó, nó sẽ
gửi gói Hello ra cổng đó và tiếp tục gửi hello theo định kỳ. Giao thức Hello là một tập
hợp các nguyên tắc quản lý việc trao đổi gói Hello. Gói Hello mang các thông tin cần
thống nhất giữa mọi router láng giềng trƣớc khi có thể thiết lập mối quan hệ thân mật
và trao đổi thông tin về trạng thái các đƣờng liên kết. Trong mạng đa truy cập, giao
thức Hello sẽ bầu ra một DR và BDR. DR và BDR duy trì mối quan hệ hân mật với
mọi router OSPF còn lại trong cùng một mạng.

-23-


Hình 2.20.a Bƣớc 1: phát hiện các router láng giềng.
Trong từng mạng IP kết nối vào router, router cố gắng thiết lập mối quan hệ thân mật
với ít nhất một láng giềng.

Hình 2.20.b Bƣớc 2: bầu ra DR và BDR. Quá trình này chỉ đƣợc thực hiện trong mạng
đa truy cập.
Các router đã có mối quan hệ thân mật lần lƣợt thực hiên các bƣớc trao đổi
thông tin về trạng thái các đƣờng liên kết. Sau khi hoàn tất quá trình này các ở trạng
thái gọi la full state. Mỗi router gửi thông tin quảng cáo về trạng thái các đƣờng liên
kết trong gói LSAs (Link-State Advertisements) và gửi thông tin cập nhật các trạng
thái này trong gói LSUs (Link-State Updates). Mỗi router nhận các gói LSAs này từ
láng giềng rồi ghi nhận thông tin vào cơ sở dữ liệu của nó. Tiến trình này đƣợc lặp lại
trên mọi router trong mạng OSPF.
Khi cơ sở dữ liệu về trạng thái các đƣờng liên kết đã đầy đủ, mỗi router áp dụng
thuật toán SPF để tự tính toán chọn đƣờng tốt nhất dựa trên cơ sở dữ liệu mà nó
có.Đƣờng ngắn nhất là đƣờng có chi phí thấp nhất đến mạng đích.

-24-

Hình 2.0.c Bƣớc 3: áp dụng thuật toán SPF vào cơ sở dữ liệu về trạng thái các đƣờng
liên kết để chọn đƣờng tốt nhất đƣa lên bảng định tuyến.
Sau đó các thông tin định tuyến cần phải đƣợc bảo trì. Khi có một sự thay đổi
nào về trạng thái của đƣờng liên kết, router lập tức phát thông báo cho mọi router khác
trong mạng. Thời gian Dead interval trong giao thức Hello là một thông số đơn giản để
xác định một router láng giềng thân mật còn hoạt động hay không.

-25-