Tìm Hiểu Giao Thức Định Tuyến OSPF

Bài Tập Lớn
Đề Tài 4: Tìm Hiểu Giao Thức Định Tuyến OSPF




Giáo viên hướng dẫn:
Thành viên:


1. Khái niệm

 OSPF (Open Shortest Path First) là một

giao thức định tuyến dạng link-

state, sử dụng thuật toán Dijkstra “ Shortest Path First (SPF)” để xây
dựng bảng định tuyến

◦ Open: chuẩn mở của IETF (Version 3 – RFC 2740)
◦ Shortest Path First: Cài đặt giải thuật Dijkstra

 Thông tin về trạng thái liên kết (LSA)
toàn AS

được quảng bá “tràn ngập” trên


2. Lịch Sử Phát Triển Của OSPF
Quá trình phát triển OSPF (bắt đầu nghiên cứu từ 1987).OSPF được mô tả trong chuẩn của IETF (Internet Engineering
Task Force). OSPF có tính mở (cơng cộng), khơng mang tính độc quyền.

•
•
•
•

1989: OSPF Ver 1.
1991: OSPF Ver 2.
1998: OSPFv2Update.
1999: OSPF Ver 3 (IPv6).

OSPF Ver 1


3. Ưu
•

điểm

Ưu điểm chính của OSPF so với các giao thức vector khoảng cách là khả năng đáp ứng nhanh theo sự thay đổi của hệ thống mạng, hoạt động tốt
trong các mạng cỡ lớn và ít bị ảnh hưởng đối với các thơng tin định tuyến tồi.

•

1)

Tốc độ hội tụ nhanh

2)

Kích thước mạng có thể hỗ trợ lớn

3)

Chọn đường theo trạng thái đường link state hiệu quả hơn distance vector

4)

Đường đi linh hoạt hơn.

5)

Hỗ trợ xác thực (Authenticate)

6)

Sử dụng chi phí (cost) làm thơng số định tuyến để chọn đường đi trong mạng.

7)

Thực hiện cập nhật khi mạng có sự thay đổi.

Trong 1 hệ thống dùng disistance vector (RIP) thì một mạng đích q 15

router thì khơng thể đến được. Điều này làm kích thước mạng dùng RIP nhỏ, khả năng mở rộng kém. OSPF thì khơng bị giới hạn về kích thước, tăng
khả năng mở rộng.
OSPF có thể cấu hình theo nhiều vùng (area), bằng cách này có thể giới hạn lưu thông trong từng vùng. Thay đổi vùng này không ảnh hưởng đến vùng
khác . Do vậy khả năng mở rộng rất cao.

Một số thuật ngữ
•Router ID: Nhận dạng router trong một miền tự trị AS gồm 32 bit, thường lấy giá trị địa chỉ IP có trọng số cao nhất để gán
•Link State: trạng thái của các liên kết (up/down) và trọng số của các liên kết (cost)
•Cost : có giá trị từ 1-65.536 miêu tả chiều dài của một liên kết, nó cho phép người quản trị mạng gán trực tiếp hay tính theo cơng
thức mặc định trong IOS

•LSA: bản tin thông báo về trạng thái liên kết, được trao đổi giữa các router trong một miền tự trị AS
•Metric: trọng số của một tuyến từ một router đến mạng đích


Đóng gói bản tin OSPF


Các loại gói tin OSPF
Các loại gói tin OSPF:

1. Hello: Khởi tạo kết nối với router OSPF khác.
2. DBD (Database description): chứa danh sách ngắn gọn
database các router link-state, để kiểm tra tính đồng bộ dữ liệu
giữa các router.

3. LSR(Link State Request): Yêu cầu router gửi nhiều thông tin về
trạng thái đường link.

4. LSU(Link State Update): Gói tin trả lời lại LSR, chứa các gói
quảng bá Link-State.

5. LSAck: Khi LSU được nhận, LSAck sẽ được gửi.

Các Mơi Trường / Các Loại Mạng
•Mạng điểm - điểm (Mạng point-to-point): là mạng nối hai Router với nhau.
•Mạng quảng bá (BroadCast – Multi Access): là mạng có khả năng kết nối nhiều hơn hai thiết bị và các thiết bị này đều có thể
nhận các gói gửi từ một thiết bị bất kì trong mạng. VD: Ethernet.

•Mạng NBMA (NonbroadCast – MultiAccess): là mạng có khả năng kết nối nhiều hơn hai Router nhưng khơng có khả năng
Broadcast. Tức một gói gửi bởi một Router trong mạng khơng được nhận bởi tất cả các Router khác của mạng. VD: Frame
Relay, ATM…

•Mạng điểm – đa điểm (Mạng Point-to-Multipoint): là trường hợp đặc biệt của NBMA. Nó có thể coi là một tập hợp các kết nối
điểm - điểm.

•Các liên kết ảo: là một cấu trúc đặc biệt được Router hiểu như là các mạng điểm - điểm không đánh số.


Vùng (Area)
•
•
•

Area : là một nhóm logic các Router và các liên kết giúp phân chia hiệu quả một miền OSPF thành các miền con
Lợi ích của việc sử dụng Area: OSPF sử dụng các Area để giảm kích thước cơ sở dữ liệu của Router khi mạng phát triển
Area ID : Area được nhận dạng bởi 32 bit Area ID. Area ID có thể được viết dưới dạng số thập phân hoặc số thập phân
được ngăn cách bởi các dấu chấm

•

Backbone: Area ID 0 được sử dụng cho mạng Backbone. Mạng Backbone là mạng chịu trách nhiệm thông báo các thơng
tin về cấu hình tổng qt của mỗi Area cho các Area khác.

Area có thể phân chia
Area có thể phân chia: là Area trong đó một lỗi liên kết sẽ phân chia Area thành hai phần tách biệt nhau. Nếu một Area bị phân chia,
và tất cả các Router ở hai bên phân chia vẫn có thể nhìn thấy ABR thì sẽ khơng có sự phá vỡ nào xảy ra. Backbone sẽ xem các Area
phân chia như là hai Area tách biệt.

Area 3

Area 3

Area 0

Area 0


Các loại Area

Gồm ba loại :

•

Stub area

•

Totally stubby area

•

Not-so-stubby area

Phân cấp OSPF


Phân cấp OSPF

 ABR – Area border routers: Quản lý một vùng và kết nối đến các vùng
khác.

 ASBR

–

Autonomous

system

boundary

router: Nối đến các AS khác.

 BR – Backbone routers: Thực hiện OSPF routing trong vùng backbone.
 Internal

Router:

bên trong một vùng.

Thực

hiện

OSPF


Gói tin Hello
 Dùng để khám phá các hàng xóm
 Dùng để quảng cáo các tham số mà hai Router

phải chấp nhận trước khi chúng

trở thành các hàng xóm của nhau.

 Đảm bảo thông tin hai chiều giữa các hàng xóm.
 Dùng

để bầu cử DR và BDR trong mạng

Multiaccess (NBMA).

Broadcast và Nonbroadcast


Hello và


Dead Interval

2 router có thể hình thành hàng xóm gần kề, chúng phải đồng ý về 3 giá trị về thời gian Hello, Dead Interval và kiểu

mạng.



Thời gian Hello chỉ ra việc gói Hello gửi thường xuyên thế nào, mặc định với mạng multiaccess và point-to-point là
10s và 30s với mạng non-broadcast multiaccess (NBMA).



Dead Interval là thời gian mà router chờ trước khi cho hàng xóm vào trạng thái down. Thời gian này theo cisco mặc
định là gấp 4 lần thời gian Hello. Với mạng multiaccess và point-topoint là 40s và với NBMA là 120s.


Neighbor và Adjacency
Trước khi gửi các LSA, các Router OSPF phải khám phá các Neighbor của nó và thiết lập Adjacency với
chúng.

Router A

Router B

Neighbor của B

Neighbor của A

Hello ?

Hello ?

NONO

OK

Adjacency


Liên kết ảo
Liên kết ảo: là một liên kết nối tới Backbone thông qua một Area khác (không phải là Backbone)

Virtual Link

Area 0

Area 12

Area 1

Liên kết ảo không gắn với một liên kết vật lí đặc biệt nào. Nó là một đường hầm mà thơng qua nó, các gói được
định tuyến trên đường đi ngắn nhất từ nguồn đến đích.


Chi phí(Metric OSPF)


Metric OSPF được gọi là cost. OSPF sử dụng cost như là metric để xác định đường đi tốt nhất.
Giá trị cost càng nhỏ càng tốt và cost được tính theo cơng thức:
10^8 / bandwidth



Băng thơng mặc định là 100Mbps



Cost của một tuyến đường là giá trị tích luỹ từ 1 router tới router kế tiếp cho tới khi đến đích.


Chi

phí cho

một số

loại cổng


DR và BDR
•
•

DR và BDR được bầu ra trong các mạng đa truy nhập
DR có các nhiệm vụ sau: 

–
–
–
•

Mơ tả mạng đa truy nhập và các Router gắn vào mạng cho phần cịn lại của liên mạng.
Quản lý q trình tràn lụt trong mạng đa truy nhập.

DR đại diện cho mạng đa truy nhập. Các Router khác chỉ thiết lập Adjacency với DR.

BDR được bầu cử ra để dự phòng cho DR. Tất cả các Router thiết lập Adjacency với cả DR và BDR. Nếu DR hỏng, BDR sẽ trở thành DR mới.

A

B

C

C

D

B

D

E
A (DR)

E


DR và BDR


Các mạng đa truy nhập tồn tại hai vấn đề sau liên quan đến quá trình tràn lụt LSA như sau:

◦

Thông tin của một Adjacency(thân mật) giữa các Router sẽ tạo ra nhiều LSA khơng cần thiết.

◦

Q trình tràn lụt có thể gây xung đột. Một Router gửi một LSA tới tất cả các hàng xóm của nó. Các hàng xóm
này lại gửi bản copy của LSA nhận được tới các hàng xóm của mình dẫn đến tạo ra nhiều bản copy của LSA
trong mạng.


Tràn lụt (Flooding)

•

Tràn lụt là q trình các gói LSA được gửi qua mạng để đảm bảo cơ sở dữ liệu của mỗi node được cập nhật
và duy trì sự đồng nhất với các node khác.

•

Q trình tràn lụt sử dụng hai loại gói OSPF sau:

–
–

•

Gói cập nhật trạng thái liên kết (loại 4).
Gói xác nhận trạng thái liên kết (loại 5).

Mỗi gói cập nhật và xác nhận trạng thái liên kết có thể mang nhiều LSA. Các LSA được tràn lụt qua liên mạng,

nhưng các gói cập nhật và xác nhận chỉ được truyền giữa hai node.

Router A

Update
LSA 1
LSA 2
LSA 3
LSA 4

Các LSA được truyền qua Adjacency trong gói cập nhật

Router A


Giải pháp


cho vẫn đề tràn lụt

Để tránh các vấn đề trên, DR được bầu. DR có các nhiệm vụ sau:

◦

Mơ tả mạng đa truy nhập và các Router gắn vào mạng cho phần còn lại của liên mạng.

◦

Quản lý quá trình tràn lụt trong mạng đa truy nhập.

Mỗi Router trong mạng thiết lập quan hệ thân mật với DR . Chỉ có DR gửi các LSA tới phần cịn lại của liên mạng


Nếu DR bị hỏng, một DR mới phải được bầu ra. Đó chính là BDR




Router ID


Một router ID chỉ đơn giản là 1 định dạng như địa chỉ IP. Router cisco chọn router id dựa trên 3
tiêu chí :

◦ Sử dụng địa chỉ IP đã được cấu hình với lệnh router- id .
◦ Nếu router-id khơng được cấu hình thì router chọn địa

chỉ IP cao nhất của bất kỳ cổng

loopback nào.

◦ Nếu khơng có cổng loopback được cấu hình thì router
cổng vật lý nào của nó đang hoạt động .

sẽ chon địa chỉ IP cao nhất của bất kỳ


Ví dụ

về router

ID