Định tuyến động, thuật toán định tuyến, giao thức RIP và OSPF DT7

Định tuyến động, thuật toán định tuyến, giao thức RIP và OSPF DT7 Báo cáo bài tập lớn môn Mạng máy tính Viện điện tử viễn thông Đại học Bách Khoa Hà Nội

Computer NetworksDynamic Routing : Distance Vector and Link State Protocol ,

Routing Algorithm , RIP and OSPF

Định tuyến động, thuật toán định tuyến, giao thức RIP và OSPF

Người thực hiện: Nguyễn Huy Thành

Chu Anh Dũng Bùi Thị Thanh Hường

Nội dung seminar

• Khái niệm cơ bản về định tuyến

• Thuật toán định tuyến

• Định tuyến động

‰ Distance vector , RIP

‰ Linkstate , OSPF

Tài liệu tham khảo :

1 Computer Networks - Andrew S Tanenbaum

2 Cisco Networking Academy Program

3 Wikipedia

4 Bài giảng nhập môn MMT – GV Hồ Đắc Phương ĐHQGHN

Nội dung seminar

• Khái niệm cơ bản về định tuyến

• Thuật toán định tuyến

• Định tuyến động

‰ Distance vector , RIP

‰ Linkstate , OSPF

Tài liệu tham khảo :

1 Computer Networks - Andrew S Tanenbaum

2 Cisco Networking Academy Program

3 Wikipedia

Tài liệu tham khảo :

1 Computer Networks - Andrew S Tanenbaum

2 Cisco Networking Academy Program

3 Wikipedia

4 Bài giảng nhập môn MMT – GV Hồ Đắc Phương ĐHQGHN

5 Internet resources

Khái niệm cơ bản về định tuyến

• Định tuyến là một chức năng không thể thiếu được trong mạng viễn thông

trong quá trình thực hiện đấu nối các cuộc gọi trong mạng, và nó cũng được

coi là phần trung tâm của kiến trúc mạng, thiết kế mạng và điều hành mạng

Việc định tuyến được thực hiện bởi 1 thiết bị mạng được gọi là Router

• Định tuyến giúp ta có thể trao đổi thông tin giữa các máy ở cách xa nhau

• Định tuyến : là phương thức tổ chức các đường đi từ 1 mạng

này đến các mạng khác.

• Router : thực hiện định tuyến , tìm đường tốt nhất và lọc các

gói tin (packet)!Để thực hiện định tuyến , 1 router cần biết :

o Địa chỉ đích (nơi nó gửi packet)

o Tài nguyên (thông tin) mà router học được từ các mạng khác

mà nó biết

o Cách để duy trì hoạt động của router (duy trì bảng định tuyến)

o Phương pháp để tìm đường

Path Selection ÆThe best Route

Có rất nhiều đường để đi từ nhà đến trường!Nhưng đâu là đường đi an toàn

nhất ,nhanh nhất , đáng tin cậy nhất!?

Path Selection ÆThe best Route

Câu hỏi tương tự cũng đặt ra cho việc định tuyến dữ liệu !

Để truyền dữ liệu cho PC2 , PC1 phải truyền dữ liệu cho R1, R1 sẽ

gửi cho R2 , sau đó R2 sẽ gửi cho R3 , và cuối cùng là Pc2.Cách

thức gửi gói tin ở mỗi thiết bị là ko như nhau , chúng biến đổi rất

mềm dẻo

Layer 3 Protocol

Định tuyến hoạt động ở lớp 3 trong mô hình OSI, dựa trên nền địa chỉ IP

Các thành phần,khái niệm liên quan đến định tuyến

9 Bảng định tuyến : dùng để lưu các địa chỉ mạng mà router

biết

9 Thông số định tuyến (Routing metrics):các giao thức định

tuyến dựa vào metric để lựa chọn đường đi cho router , mỗi

giao thức có cách tính metric riêng , RIP dựa vào số hop ,

OSPF dựa vào cost.

9 Giao thức định tuyến (routing protocols):router sd các giao

thức định tuyến để duy trì bảng định tuyến và trao đổi thông

tin với các router lân cận

Vd: RIP , OSPF , IGRP , EIGRP

9 Convergence time (thời gian hội tụ ):

Khoảng thời gian tính từ lúc router mất 1 tuyến và tìm được

tuyến khác để thay thế gọi là Convergence time

Tham khảo : http://vi.wikipedia.org/wiki/Routing

Bảng định tuyến và thông số định tuyến

Network Protocol

Destination Network Connected

Learned

10.120.2.0

172.16.1.0

Exit Interface E0

S0

Routed Protocol: IP

Nhiệm vụ của router là học về các mạng mà nó

không trực tiếp kết nối

172.16.1.0 10.120.2.0

E0 S0

Giao thức định tuyến

9Giao thức định tuyến trong :Interior Gateway Protocol(IGP)

vd : RIP , OSPF

9Giao thức định tuyến ngoài : Exterior Gateway Protocol (EGP)

vd: Border Gateway Protocol (BGP)

Phân loại định tuyến

Định tuyến tĩnh : người quản trị

mạng tự cấu hình và thiết lập

đường đi cho router

Định tuyến động: các giao thức định tuyến sẽ tự động lựa chọn đường đi cho mô hình mạng dựa trên thông tin , trạng thái của mạng

• 2 loại :

Định tuyến tĩnh

•Định tuyến tĩnh:đường đi được xác định trước , ko thay đổi trong quá trình

định tuyến, định tuyến tĩnh sử dụng trong các mạng có ít máy ,việc cấu hình

là đơn giản

•Người quản trị sẽ cấu hình định tuyến tĩnh bao gồm : các mạng đích sẽ đến

thông qua interface nào !Cũng như định tuyến động , mục đích của việc cấu

hình (configuring) cho router là đưa các tuyến vào bảng định tuyến.Router

chỉ gửi các gói tin tới các địa chỉ đích có trong bảng định tuyến

•Nhược điểm : kém linh động , không thích nghi được với sự thay đổi của

mạng

Định tuyến động

•Định tuyến động : các router sử dụng các giao thức định tuyến để gửi

thông tin định tuyến cho các router mà nó biết, các router khác sẽ cập nhật

các thông tin định tuyến,và tiếp tục gửi đi các thông tin định tuyến của nó

cho các router lân cận, quá trình diễn ra liên tiếp tạo ra các tuyến thông

suốt kết nối các mạng với nhau

• Định tuyến động sử dụng trong các mạng có số lượng thiết bị lớn

Phân loại định tuyến động

Để tránh các hiện tượng routing loop(lặp đường đi) người ta phải kết

hợp với các thuật toán định tuyến để đưa ra các giao thức định

tuyến.Dựa vào cơ chế hoạt động của giao thức định tuyến , người ta

chia định tuyến động ra làm 2 loại cơ bản :

+ Distance Vector vd : RIP, IGRP

+ Link-State vd : OSPF , IS-IS

Nội dung seminar

• Khái niệm cơ bản về định tuyến

• Thuật toán định tuyến

• Định tuyến động

‰ Distance vector , RIP

‰ Linkstate , OSPF

Thuật toán định tuyến

• Thuật toán định tuyến có nhiệm vụ quyết định đường đi

cho gói tin

z

22

1

12

53

5

• Network = Graph = G(N,E)

• N = tập hợp các routers = { u, v, w, x, y, z }

• E = tập các đường nối giữa các routers

= { (u,v), (u,x), (v,x), (v,w), (x,w), (x,y), (w,y), (w,z), (y,z) }

• Trọng số = chi phí (cost): độ trễ, độ nghẽn mạng, cước phí…

• Đường đi tốt = đường đi có “chi phí” thấp nhất

Phân loại thuật toán định tuyến

Thông tin tập trung hay phân tán?

‰ Tập trung:

• mỗi router phải nắm giữ thông

tin toàn bộ mạng (topology, link

cost…)

• “link state” algorithms

‰ Phân tán:

• router nắm được chi phí truyền

tin tới các router được nối trực

tiếp với mình (hàng xóm)

• quá trình tính toán mang tính

chất lặp đi lặp lại, trao đổi thông

tin giữa các routers

• “distance vector” algorithms

• link cost thay đổi

A Link-State Routing Algorithm

• Giải thuật SPF(hay còn gọi là Giải thuật Dijkstra):

– tất cả các nút mạng có thông tin như nhau về các liên kết của

toàn bộ mạng.

– cho phép tìm đường đi từ một nút tới tất cả các nút còn lại.

• Ký hiệu:

– c(i,j): chi phí phải trả để đi từ i tới j (trực tiếp)

– D(v): giá trị hiện tại của chi phí phải trả để đi từ đỉnh xuất phát tới

đỉnh v.

– p(v): đỉnh trước đỉnh v trên đường đi ngắn nhất

– N: tập hợp đỉnh mà đường đi ngắn nhất đã được xác định.

Dijkstra’s algorithm: example

D(C),p(C) 5,A 4,D 3,E 3,E

D(D),p(D) 1,A D(E),p(E) ∞

2,D

D(F),p(F)

∞

∞ 4,E 4,E 4,E

A

E D

C B

F

22

1

12

53

5

Distance Vector Routing Algorithm

Distance Table data structure

chi phí cho đường đi (XÆZÆ…ÆY)

Z là nút kế tiếp cần đi tới c(X,Z) + min {D (Y,w)}Z

D 5 5 4 2

E cost to destination via

A,1 D,5 D,4 D,4

Distance Table: example

A

C B

A 1 7 6 4

B 14 8 9 11

D 5 5 4 2

E cost to destination via

• Thông tin dẫn đường của nút nàyđược sử dụng bởi nút khác

– Một nút gặp sự cố có thể gây ảnh hưởng tới các nút khác.

Other routing algorithms

• Routing in Ad-hoc networks

• Routing in Mobile Systems

Nội dung seminar

• Khái niệm cơ bản về định tuyến

• Thuật toán định tuyến

• Định tuyến động

‰ Distance vector , RIP

‰ Linkstate , OSPF

Distance Vector Routing Protocols

• Pass periodic copies of routing table to neighbor routers and accumulate distance vectors

Routing Table Routing Table

Routing Table Routing Table

Routing Table Routing Table

Routing Table

Distance—How Far

Vector—In Which Direction

Distance—How Far

Vector—In Which Direction

Duy trì thông tin bảng định tuyến

Updates proceed step-by-step

from router to router.

A B

Process to Update This Routing Table

Topology Change Causes Routing Table Update

Router A Sends Out This Updated Routing Table After the Next Period Expires

Process ( step)

9 Router lưu các mạng kết nối trực tiếp với nó vào bảng định tuyến mà không

cần thông qua giao thức định tuyến

9 Routers gửi các bản tin update ra các interface của nó để quảng bá các mạng

mà nó biết.Những mạng này bo gồm các mạng kết nối trực tiếp với nó và các

mạng mà nó học được từ các router khác

9 Router nghe các bản tin routing update từ các hàng xóm để nó có thể học

thêm các tuyến mới

9 Các bản tin định tuyến bao gồm subnet number (địa chỉ mạng) và các metric

Metric xác định tuyến nào là tốt , metric càng thấp thì tuýen đó càng tốt

9 Khi có thể , router sử dụng các bản tin broadcast và multicast để gửi các

routing update.Bằng việc sử dụng các bản tin broadcast hay multicast , tất cả

các hàng xóm trong mạng LAN có thể nhận được 1 thông tin định tuyến như

nhau từ 1 bản tin update

9 Nếu router học được nhiều tuyến tới cùng 1 mạng , thì nó sẽ chọn tuyến dựa

trên metric

9 Router gửi các bản tin update định kỳ và cũng đợi để nhận các bản tin update

định kỳ từ các router khác

9 Nếu sau 1 khoảng thời gian nhất định mà router không nhận đươợ bản tin

update từ hàng xóm thì nó sẽ loại bỏ tuyến mà nó đã học được từ router đó

E0 S0 S0

1 2 10.1.0.0

10.2.0.0 10.4.0.0

0 0

10.3.0.0

10.2.0.0

0 0

Routing Table 10.2.0.0 S0

S1 S1 S0

1 1 10.1.0.0

10.4.0.0 10.3.0.0

0 0

Maintaining Routing Information Problem—

E0 S0 S0

1 2 10.1.0.0

10.2.0.0 10.4.0.0

0 0

10.3.0.0

10.2.0.0

0 0

Routing Table 10.2.0.0 S0

S1 S1 S0

1 1 10.1.0.0

10.4.0.0 10.3.0.0

0 0

Maintaining Routing Information Problem—

Routing Loops (cont.)

Maintaining Routing Information Problem—

Routing Loops (cont.)

• Slow convergence produces inconsistent routing

Routing Table 10.3.0.0 S0

E0

S0 S0

1 2 10.1.0.0

10.3.0.0

10.2.0.0

0 0

Routing Table 10.2.0.0 S0

S1 S1 S0

1 1 10.1.0.0

10.4.0.0 10.3.0.0

0 0

• Router C concludes that the best path to network

10.4.0.0 is through router B.

Maintaining Routing Information Problem—

Routing Loops (cont.)

Maintaining Routing Information Problem—

Routing Loops (cont.)

Routing Table 10.3.0.0 S0

S0

S0 S0

1 2 10.1.0.0

10.3.0.0

10.2.0.0

0 0

Routing Table 10.2.0.0 S0

S1

S1

S1

1 1 10.1.0.0

10.4.0.0

10.3.0.0

0 0

• Router A updates its table to reflect the new but

erroneous hop count.

Maintaining Routing Information Problem—

Routing Loops (cont.)

Maintaining Routing Information Problem—

Routing Loops (cont.)

Routing Table S0

S0

S0 S0

1 2

10.3.0.0

10.1.0.0 10.2.0.0

Routing Table S0 S1

S1

S0

3 1

Symptom: Counting to Infinity

• Packets for network 10.4.0.0 bounce between routers A, B, and C

• Hop count for network 10.4.0.0 counts to infinity

Routing Table 10.3.0.0 S0

S0

S0 S0

1 2 10.1.0.0

Routing Table S0 S1

S1

S0

5 1

Solution: Defining a Maximum

• Define a limit on the number of hops to prevent infinite loops

Routing Table 10.3.0.0 S0

S0

S0 S0

1 2 10.1.0.0

Routing Table S0 S1

S1

S0

16 1

Solution: Split Horizon

• It is never useful to send information about a route back in the direction from which the original packet came

X X

Routing Table 10.3.0.0 S0

S0 S0 S0

1 2 10.1.0.0

10.2.0.0 10.4.0.0

0 0

Routing Table S0 S1 S1 E1

1 2

10.2.0.0

10.1.0.0 10.4.0.0 10.3.0.0

0 0

Solution: Route Poisoning

• Routers set the distance of routes that have gone down to infinity

Routing Table 10.3.0.0 S0

S0 S0 S0

1 2 10.1.0.0

10.2.0.0 10.4.0.0

0 Infinity

10.3.0.0

10.2.0.0

0 0

Routing Table 10.2.0.0 S0

S1 S1 E1

1 2 10.1.0.0

10.4.0.0 10.3.0.0

0 0

Solution: Poison Reverse

• Poison reverse overrides split horizon

Routing Table 10.3.0.0 S0

S0 S0 S0

1 2 10.1.0.0

10.2.0.0 10.4.0.0

0 Infinity

10.3.0.0

10.2.0.0

0 0

Routing Table 10.2.0.0 S0

S1 S1 E1

Possibly Down Possibly Down

2 10.1.0.0

10.4.0.0 10.3.0.0

0 0

Poison Reverse

Solution: Holddown Timers

• The router keeps an entry for the network possibly down state, allowing

time for other routers to recompute for this topology change

Network 10.4.0.0 Is Down Then Back Up Then Back Down

Update After Holddown Time

Update After Holddown Time

Solution: Triggered Updates

• The router sends updates when a change in its routing table occurs

RIP(Routing Information Protocol)

• RIP là 1 giao thức định thuyến thuộc loại Distance Vector nên

nó có mọi đặc điểm của giao thức Distance Vector như : thuật

toán , cơ chế chống loop , cơ chế cập nhật bảng định tuyến

• Sử dụng thuật toán Distance Vector để tìm đường

• Được sử dụng trong hầu hết những ứng dụng LAN-to-LAN

Giao thức RIP trao đổi thông tin định tuyến giữa những router.

• Metric của nó tính bằng Hop count : số lượng chặng

• Nếu số Hop count bằng 15 thì gói tin gửi đi sẽ bị hủy bỏ

• Bản tin routing update sẽ được gửi đi tuần tự sau mỗi 30 giây

19.2 kbps

T1

– Maximum is 6 paths(default = 4)

– Hop-countmetric selects the path

– Routes update every 30 seconds

RIP Overview

RIPv1 vs RIPv2

• RIP Version 1 (RIPv1) requires that all devices in the

network use the same subnet mask, because it does not

include subnet mask information in routing updates This

is also known as classful routing

• RIP Version 2 (RIPv2) provides prefix routing, and does

send subnet mask information in routing updates This is

also known as classless routing

• With classless routing protocols, different subnets within

the same network can have different subnet masks The

use of different subnet masks within the same network is

referred to as variable-length subnet masking (VLSM).

RIP’s Routing Table

i - IS-IS, L1 - IS-IS level-1, L2 - IS-IS level-2, * - candidate default

U - per-user static route, o - ODR

T - traffic engineered route Gateway of last resort is not set

• Bản tin routing update gửi đi định kỳ, mỗi khi gửi router

gửi đi toàn bộ thông tin bảng định tuyến mà nó có

• RIP là 1 giao thức định tuyến Distance Vector

• Các phương pháp chống routing loop:

Nội dung seminar

• Khái niệm cơ bản về định tuyến

• Thuật toán định tuyến

LinkState Overview

• LinkState và Distance Vector đều có điểm chung là điền

vào bảng định tuyến những tuyến đường tốt nhất , chỉ

khác nhau ở cách chúng thực hiện việc Khác biệt lớn

nhất giữa chúng là :

• Distance vector protocols chỉ biết về 1 router khác nếu

nó nhận được 1 bản tin quảng bá về router ấy Bản tin

update của giao thức distance vector không nói gì về

router hàng xóm của router gửi Trong khi đó,giao thức

link-state quảng bá một thông tin lớn về mạng ,về topo

của mạng,khi đó router đòi hỏi phải có bộ nhớ lớn

Process (step)

1 Mỗi router tìm ra hàng xóm của nó thông qua mỗi

interface.Danh sách các router hàng xóm được giữ

trong bảng neighbor table

2 Mỗi router sử dụng các giao thức tin cậy để trao đổi

thông tin về topo mạng (LSAs) với các hàng xóm của

mình.

3 Mỗi router đặt các thông tin về topo mạng mà nó học

được vào 1 bảng gọi là topology table (hay topology

database)

4 Mỗi router sử dụng thuật toán SPF dựa trên bảng

topology database của nó để tính ra tuyến tốt nhất tới

mỗi mạng trong database

• Mỗi router tiếp tục đặt các tuyến tốt nhất vào bảng định

Ưu và nhược điểm của LinkState

9Thời gian hội tụ nhanh ,thay

đổi ngay lập tức khi cosự tác

động của nguồn

9Nó bao gồm cơ chế chống

routing loop trong thuật toán

9Router biết được topo của

9Đòi hỏi admin phải có kiến thức nhiều về mạng

Ưu điểm Nhược điểm

OSPF(Open Shortest Path First)

• Là chuẩn mở, sử dụng thuật toán SPF

• OSPF : l à 1 giao thức link-state phát triển bởi tổ chức

Internet Engineering Task Force (IETF) v ào năm 1988.

• OSPF được phát minh ra để đáp ứng đòi hỏi về 1 hệ thống

mạng lớn , ổn định mà RIP không có Trong khi EIGRP có

thể cấu hình dễ hơn nhưng chỉ hoạt động trên thiết bị

(router)của hãng Cisco

• OSPF không có giới hạn về metric (cost)