Bài giảng các giao thức định tuyến khái niệm phân loại

Các
 giao
 thức
 định
 tuyến
 
Khái
 niệm,
 phân
 loại
 

TS.
 Trương
 Diệu
 Linh
 
Bộ
 môn
 Mạng
 thông
 Fn
 &
 Truyền
 thông
 
Viện
 Công
 nghệ
 
 thông

 Fn
 
1/19/15

1


Mục
 lục
 
Ø Định
 tuyến
 
Ø Phân
 loại
 các
 giao
 thức
 định
 tuyến
 
Ø Các
 giải
 thuật
 định
 tuyến
 
Ø Kết
 luận
 

 

1/19/15

2


Định
 tuyến
 –
 Những
 khái
 niệm
 cơ
 bản
 
•  Chức
 năng
 chính
 của
 tầng
 mạng
 (network
 layer)
 là
 vận
 chuyển
 dữ
 

liệu
 giữa
 các
 cặp
 nút
 không
 liền
 kề.
 Từ
 đó
 có
 2
 nhiệm
 vụ:
 
–  chọn
 đường
 cho
 các
 dữ
 liệu
 giữa
 các
 máy/
 thiết
 bị
 đầu
 cuối..
 
 

–  Chuyển
 Fếp
 dữ
 liệu
 theo
 đường
 đi
 đã
 chọn.
 

•  Việc
 chọn
 đường
 được
 thực
 hiện
 bởi
 các
 rouFng
 protocol
 

–  RouFng
 protocol
 onh
 đường
 đi
 bằng
 các

 thuật
 toán
 chọn
 đường
 
–  Kết
 quả
 onh
 toán
 được
 lưu
 trong
 các
 router
 phục
 vụ
 quá
 trình
 chuyển
 
Fếp
 dữ
 liệu
 Fếp
 theo.
 
 

•  Việc
 chuyển

 Fếp
 dữ
 liệu
 được
 thực
 hiện
 bởi
 các
 routed
 protocol
 

–  Chuyển
 Fếp
 dữ
 liệu
 giữa
 các
 cổng
 của
 router
 theo
 đường
 đi
 đã
 được
 
xác
 định
 ở

 trên
 

•  Định
 tuyến
 được
 nghiên
 cứu
 trong
 mạng
 máy
 onh,
 viễn
 thông,
 giao
 
thông
 vận
 tải
 cũng
 như
 trong
 các
 bài
 toán
 phân
 phối
 tài
 nguyên
 nói

 
chung.
 

1/19/15

3


Định
 tuyến
 –
 Những
 khái
 niệm
 cơ
 bản
 
•  Giao thức được định tuyến (routed
protocol)
 

Hình 1: Giao thức được định tuyến, IP protocol
1/19/15

4


Định
 tuyến

 –
 Những
 khái
 niệm
 cơ
 bản
 
•  Giao thức được định tuyến (routed protocol)
–  Một
 giao
 thức
 được
 định
 tuyến
 chuyển
 Fếp
 dữ
 liệu
 mà
 
không
 cần
 quan
 tâm
 đến
 đường
 đi
 tổng
 thể
 từ

 nguồn
 đến
 
đích,
 
–  Giao
 thức
 đã
 được
 định
 tuyến
 cung
 cấp
 định
 nghĩa
 khuôn
 
dạng
 và
 mục
 đích
 của
 các
 trường
 có
 trong
 một
 gói
 Fn,
 

–  The
 Internet
 Protocol
 (IP)
 và
 Novell
 Internetwork
 Packet
 
Exchange
 (IPX)
 là
 các
 giao
 thức
 được
 định
 tuyến.
 Một
 số
 
các
 giao
 thức
 được
 định
 tuyến
 khác
 như
 là

 DECnet,
 
AppleTalk,
 Banyan
 VINES,
 và
 Xerox
 Network
 Systems
 (XNS).
 

1/19/15

5


Định
 tuyến
 –
 Những
 khái
 niệm
 cơ
 bản
 
•  Giao thức định tuyến (routing protocol)

Hình 2: Giao thức định tuyến, RIP, IGRP
1/19/15

6


Định
 tuyến
 –
 Những
 khái
 niệm
 cơ
 bản
 
•  Giao thức định tuyến (routing protocol)

–  Giao
 thức
 định
 tuyến
 được
 dùng
 trong
 khi
 thực
 hiện
 giải
 
thuật/
 thuật
 toán

 định
 tuyến
 để
 trao
 đổi
 thông
 Fn
 giữa
 các
 
mạng,
 cho
 phép
 các
 router
 xây
 dựng
 bảng
 định
 tuyến
 một
 
cách
 linh
 hoạt.
 
•  Thu
 thập
 thông
 Fn

 mạng:
 topo,
 tài
 nguyên
 
•  Trao
 đổi
 dữ
 liệu
 giữa
 các
 nút
 trong
 quá
 trình
 onh
 toán
 đường
 đi
 
•  Thiết
 lập
 bản
 định
 tuyến
 

–  Các
 giao
 thức/

 giải
 thuật
 định
 tuyến
 được
 thực
 thi
 bởi
 các
 
router,
 
–  Một
 số
 ví
 dụ
 về
 các
 giao
 thức
 định
 tuyến
 trên
 mạng
 
Internet
 là
 RIP,
 IGRP,
 OSPF,

 BGP,
 và
 EIGRP.
 
–  Một
 số
 ví
 dụ
 về
 các
 giao
 thức
 định
 tuyến
 trên
 mạng
 mobile
 
wireless
 ad
 hoc
 networks
 là
 AODV,
 DSR,
 OLSR.
 
1/19/15

7

Định
 tuyến
 –
 Những
 khái
 niệm
 cơ
 bản
 
u Giao thức định tuyến (routing protocols)

Hình 3: Định tuyến trên mạng ad hoc
1/19/15

8


Định
 tuyến
 –
 Những
 khái
 niệm
 cơ
 bản
 
u Giao thức định tuyến – Quy trình tìm
đường (Path Determination)

Hình 4: Quy trình tìm đường khi máy A gửi tin máy C
1/19/15

9


Định
 tuyến
 –
 Những
 khái
 niệm
 cơ
 bản
 
u Giao thức định tuyến – Quy trình tìm
đường (Path Determination)

Hình 5: Quy trình tìm đường
1/19/15

10


Định
 tuyến
 –
 Những
 khái

 niệm
 cơ
 bản
 
u Giao thức định tuyến – Quy trình chuyển
tiếp

Hình 6: Quy trình tìm đường trong IP
1/19/15

11


Định
 tuyến
 –
 Những
 khái
 niệm
 cơ
 bản
 
u Thiết bị định tuyến, routers:
ü Router, hay thiết bị định tuyến hoặc bộ định tuyến, là
một thiết bị mạng máy tính để thực thi các giải thuật/
giao thức định tuyến để chuyển các gói dữ liệu qua
một liên mạng và đến các đầu cuối,
ü Một router có thể nối với 2 hoặc nhiều hơn các
đường nối liên mạng,
ü Khi một gói tin đến từ một đường nối liên mạng,

router sẽ đọc các thông tin địa chỉ trên gói tin để xác
định thiết bị đích,
ü Router sẽ sử dụng các thông tin trong bảng định
tuyến hoặc routing policy của giao thức định tuyến để
đưa gói tin tới đích hoặc router chuyển tiếp,
1/19/15

12


Định
 tuyến
 –
 Những
 khái
 niệm
 cơ
 bản
 
u Thiết bị định tuyến - Mô hình chức năng
của routers:

Hình 8: Mô hình chức năng của routers
1/19/15

13


Định
 tuyến

 –
 Những
 khái
 niệm
 cơ
 bản
 
u Thiết bị định tuyến - Mô hình chức năng của routers:
ü Packet Forwarding: Khi nhận được gói tin tới, router sẽ
kiểm tra gói tin xem có lỗi không? Nếu không lỗi, kiểm tra
header của gói tin để lấy địa chỉ thiết bị đích và tìm kiếm
trong bảng định tuyến để đưa ra quyết định chuyển tiếp gói
tin.
ü Routing Protocol Message Processing: Xử lý các gói tin
liên quan tới giao thức/ giải thuật định tuyến nếu có bất cứ
sự thay đổi nào trong topology mạng để cập nhật lại bảng
định tuyến.
ü Specialized Services (dịch vụ riêng): Trong một số
trường hợp routers có thể được trang bị thêm một số dịch
vụ riêng để theo dõi/ quản trị mạng. Ví dụ như dịch vụ ACL
(Access List Control) của Cisco IOS.

1/19/15

14


Định
 tuyến
 –

 Những
 khái
 niệm
 cơ
 bản
 
u Bảng định tuyến (routing tables):

Hình 9: Ví dụ về bảng định tuyến
1/19/15

15


Định
 tuyến
 –
 Những
 khái
 niệm
 cơ
 bản
 
u Bảng định tuyến (routing tables): Routers sử dụng các
giao thức định tuyến để xây dựng, cập nhật và duy trì
thông tin trong bảng định tuyến, các thông tin trong bảng
định tuyến phụ thuộc vào giao thức định tuyến sử dụng,
thông thường gồm có:
ü  Protocol type - đặc tả giao thức định tuyến sử dụng để xây
dựng mỗi phần tử trong bảng định tuyến,

ü  Next-hop associations - Thông tin về router kế tiếp khi sử dụng
chức năng chuyển tiếp gói tin.
ü  Routing metric được sử dụng làm đơn vị cho tiêu chí định
tuyến, các giao thức định tuyến khác nhau thì sử dụng metric
khác nhau. Ví dụ RIP thì sử dụng hop count làm đơn vị định
tuyến duy nhất. IGRP sử dụng băng thông, tải, trễ, và đơn vị tin
cậy để tạo ra một đơn vị định tuyến riêng của mình.
1/19/15

16


Định
 tuyến
 –
 Những
 khái
 niệm
 cơ
 bản
 
u  Bảng định tuyến (routing tables):
ü  Bảng định tuyến trên Linux được xem bởi lệnh netstat –rn, trên Cisco IOS thì dùng lệnh show ip
route.

Hình 10: Ví dụ về bảng định tuyến trên Linux & Cisco IOS
1/19/15

17

Định
 tuyến
 –
 Những
 khái
 niệm
 cơ
 bản
 
u Đơn vị tiêu chí định tuyến (routing metric):
ü Bandwidth (Băng thông)
ü Delay (Trễ): Thời gian tối đa để gửi một gói tin trên một
đường dẫn giữa 2 thiết bị đầu cuối,
ü Load (Tải): Tần suất hoạt động của tài nguyên mạng nào
đó, ví dụ router hay đường dẫn mạng,
ü Reliability (độ tin cậy): Thường được đánh giá bằng khả
năng chịu lỗi trên một đường dẫn mạng,
ü Hop count: số lượng bước trung chuyển từ nguồn tới
đích,
ü Ticks: độ trễ của gói tin sử dụng IBM PC clock ticks. Một
tick xấp xỉ 1/18 giây,
ü Cost: chi phí, thông thường dựa trên dung lượng/ lưu
lượng dữ liệu gửi qua routers.
1/19/15

18


Yêu

 cầu
 về
 giao
 thức
 định
 tuyến
 
u  Cơ sở thiết kế các giao thức định tuyến:
ü  Optimization (Tối ưu): Đường đi của gói tin phải được tối ưu
hóa dựa trên các đơn vị định tuyến được lựa chọn.
ü  Simplicity & low overhead (Đơn giản và chi phí điều khiển
thấp): Các giao thức đinh tuyến được thiết kế đơn giản, hiệu quả
sẽ mang lại chi phí tính toán thấp, tối ưu hóa bộ nhớ sử dụng sẽ
rất hiệu quả khi mạng vận hành có quy mô lớn.
ü  Robustness & stability: các giao thức định tuyến phải được
thiết kế với sự ổn định cao
ü  Flexibility (mềm dẻo): các giao thức định tuyến phải được thiết
kế một cách mềm dẻo, linh hoạt để thích ứng nhanh với sự thay
đổi topology hay các đặc tính riêng của mạng (băng thông, trễ,
link-state, etc)
ü  Rapid convergence: các giao thức định tuyến phải được thiết
kế để quá trình tìm đường nhanh chóng hội tụ.

1/19/15

19


Phân loại các giao thức định tuyến
u Phân loại theo cách xây dựng: Định tuyến tĩnh vs. định

tuyến động
u Phân loại theo giải thuật định tuyến: Distance vector,
link state …
u Phân loại theo phạm vi: Định tuyến nội vùng, liên vùng
u Phân loại theo hình thức tính toán: Đinh tuyến nguồn
vs. định tuyến hop-by-hop
u Phân loại theo đích: Anycast, broadcast, multicast,
unicast
u Phân loại theo mạng: Định tuyến cho mạng quang,
mạng sensor, mạng di động
u Phân loại theo chất lượng: Định tuyến có dự phòng,
định tuyến đảm bảo băng chất lượng dịch vụ v.v…
1/19/15

20


Phân loại các giao thức định tuyến
u Trên mạng IP, thông thường có 2 loại định tuyến phổ
biến:
ü Static routing (định tuyến tĩnh):
ü thông tin đường đi được thiết lập cố định trên các bảng định
tuyến,
ü không có khả năng tự cập nhật.
ü Thường được xây dựng thủ công

ü Dynamic routing (định tuyến động):
ü Bảng định tuyến được xây dựng một cách tự động bằng các
giao thức định tuyến,
ü Bảng định tuyến được cập nhật tự động khi trạng thái mạng

thay đổi
•  Định tuyến động chiếm ưu thế trên Internet,

ü Quản trị mạng thường kết hợp cả định tuyến tĩnh và động.

1/19/15

21


Phân loại các giao thức định tuyến
u Ví dụ về định tuyến tĩnh (static routing):

Hình 11: Ví dụ về định tuyến tĩnh
1/19/15

22


Phân loại các giao thức định tuyến
u Ví dụ về định tuyến tĩnh (static routing):

Hình 12: Ví dụ về định tuyến tĩnh
1/19/15

23


Phân loại các giao thức định tuyến
u Cấu hình định tuyến tĩnh trên Cisco IOS:

Hình 13: Các lệnh để theo dõi bảng định tuyến trên Cisco IOS

1/19/15

24


Phân loại các giao thức định tuyến
u Cấu hình định tuyến tĩnh trên Cisco IOS:

Hình 14: Các lệnh để quản lý bảng định tuyến trên Cisco IOS
1/19/15

25