Tìm hiểu về mô hình OSPF

Tìm hiểu về mô hình OSPF

MỤC LỤC

1 Các khái niệm về OSPF đơn vùng 5

1.1 Tổng quát về OSPF 5

1.2 Thuật ngữ của OSPF 6

2 OSPF với giao thức định tuyến theo vectơ khoảng cách 10

2.1 Thuật toán chọn đường ngắn nhất 12

2.2 Các loại mạng OSPF 13

2.3 GiaothứcOSPF Hello 16

2.4 Các bước hoạtđộngcủaOSPF 17

3 Cấu hình OSPF đơn vùng 21

3.1 Cấu hình tiến trình định tuyến OSPF 21

3.2 Cấu hình địa chỉ loop back cho OSPF và quyền ưu tiên cho router 22 3.3 Thay đổi giá trị chi phí của OSPF 25

3.4 Cấu hình quá trình xác minh cho OSPF 27

3.5 Cấu hình các thong số thời gian của OSPF 28

3.6 OSPF thực hiện quảng bá đường mặc định 29

3.7 Những lỗi thường gặp trong cấu hình OSPF 30

3.8 Kiểm tra cấu hình OSPF 31

TỔNG KẾT 32

TÀI LIỆU THAM KHẢO 33

LỜI CẢM ƠN

Để có được bài tiểu luận này lời đầu tiên cho nhóm chúng em xin chân thành cám ơn Ban Giám Hiệu trường Đại Học Công Nghiệp TP HCM đã tạo điều kiện cho chúng em được học tập tại trường

Và đặc biệt Nhóm chúng em xin gửi lời cám ơn chân thành nhất đến Thầy Nguyễn Minh Hải, giảng viên khoa Khoa học và Máy tính, đã trang bị cho chúng em những kiến thức chuyên môn, quan tâm, tạo cơ hội cho chúng em được thể hiện khả năng làm việc theo nhóm, phát huy tinh thần đoàn kết và tận tình hướng dẫn giúp đỡ nhóm em hoàn thành một cách tốt nhất bài tiểu luận trong thời gian qua

Với điều kiện học tập và thời gian có hạn cũng như lượng kiến thức còn hạn chế nên bài tiểu luận sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Nhóm chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của Thầycùng toàn thể các bạn để Nhóm có điều kiện bổ sung, nâng cao kiến thức của mình để có những bài tiểu luận đầy đủ và hay hơn trong quá trình học tập sau này./

Tp Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 8 năm 2012

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

TÌM HIỂU VÀ PHÂN TÍCH MỘT SỐ ỨNG DỤNG VỀ MÔ HÌNH OSPF

1 Các khái niệm về OSPF đơn vùng

1.1 Tổng quát về OSPF

OSPF là một giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết được 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 RIPv1 và v2 thí 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 đường có tốc độ chậm vì khi quyết định chọn đường nó không quan tâm đến các yếu

tố quan trọng khác như băng thông chẳng hạn OSPF khắc phục được các nhược 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 được cấu hình đơnvùng để sử dụng cho các mạng nhỏ.

Hình 1.1 Mạng OSPF lớn được thiết kế phân cấp và chia thành nhiều vùng

Ví dụ như hình 1.1, mạng OSPF lớn cần sử dụng thiết kế phân cấp và chia

thành nhiều vùng Các vùng này đều được kết nối vào cùng phân phối la vùng 0 hay còn gọi là vùng xương sống (backbone) Kiểu thiết kế này cho phép kiểm soát hoạt động cập nhật địnhtuyến Việc phân vùng như 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.

1.2 Thuật ngữ của OSPF

Router định tuyến theo trạng thái đường 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 đường liên kết từ các router láng giềng Mỗi router OSPF quảng cáo trạng thái các đường liên kết của nó

và chuyển tiếp các thông tin mà nó nhận được cho tất cả các láng giềng khác

Hình 1.2.a Link – là một cổng trên router Link-state: trạng thái của một đường

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 được để xây dựng một cơ sở dữ liệu về trạng thái các đường 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 đường liên kết và láng giềng của các router khác

Hình 1.2.b Link-state database (Topological database) – danh sách các thông tin

về mọi đường liên kết trong vùng.

Hình 1.2.c 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

đường liên kết trong vùng đó Do đó, các router trong cùng một vùng sẽ có

thông tin giống nhau về trạng thái các đường liên kết Router nằm trong một

vùng được gọi la router nội vùng.

Mỗi router áp dụng thuật toán SPF và cơ sở dữ liệu của nó để tính toán chọn đường tốt nhất đến từng mạng đích Thuật toán SPF tính toàn chi phí dựa trên băng thông củađường truyền Đường nào có chi phí nhỏ nhất sẽ được chọn để đưa vào

bảng định tuyến.

Hình 1.2.d Cost – giá trị chi phí đặt cho một đường liên kết Giao thức định tuyến

theo trạng thái đường liên kết tính chi phí cho một liên kết dựa trên bang thông

hoặc tốc độ của đường liên kết đó.

Hình 1.2.e Routing table – hay còn gọi là cơ sở dữ liệu để chuyển gói Bảng định tuyến là kết quả chọn đường của thuật toán chọn đường địa dựa trên cơ sở dữ liệu

về trạng thái các đường 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 được 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 nhưng không phải láng giềng nào cũng có mối quan hệ thân mật Do đó bạn cần lưu 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 1.2.f 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 lượng trao đổi thông tin định tuyến với nhiều roưter 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

Hình 1.2 g Design Router (DR) và Backup Designated Router (BDR) là router

được tất cả các router khác trong cùng một mạng LAN bầu ra làm đại diện Mỗi

một mạng sẽ có một DR va BDR riêng.

2 OSPF với giao thức định tuyến theo vectơ khoảng cách.

Trong phần này chúng ta sẽ so sánh OSPF với một giao thức định tuyến theo vectơ khoảng cách là RIP Router định tuyến theo trạng thái đường liên kết có một

sơ đồ đầy đủ về cấu trúc hệ thống mạng Chúng chỉ thực hiển trao đổi thông tin về trạng thái các đường liên kết lúc khởi động và khi hệ thống mạng có sự thay đổi Chúng không phát quảng bá bảng định tuyến theo định kỳ như các router định tuyến theo vectơ khoảng cách Do đó, các router định tuyến theo trạng thái đường liên kết

sử dụng ít băng thông hơn cho hoạt động duy trì bảng định tuyến

RIP phù hợp cho các mạng nhỏ và đường tốt nhất đối với RIP là đường có số lượng hợp ít nhất OSPF thì phù hợp với mạng lớn, có khả năng mở rộng, đường đi tốt nhất của OSPF được xác định dựa trên tốc độ của đường truyền RIP cũng như các giao thức định tuyến theo vectơ khoảng cách đều sử dụng thuật toán chọn đường đơn giản Còn thuật toán SPF thì rất phức tap Do đó, nếu router chạy giao thì chi phí OSPF tương ứng càng thấp OSPF chọn đường tốt nhất từ cây SPF

OSPF bảo đảm không bị định tuyến lặp vòng Còn giao thức định tuyến theo vectơ khoảng cách vẫn có thể bị định tuyến thức định tuyến theo vectơ khoảng cách

sẽ cần ít bộ nhớ và năng lực xử lý thấp hơn so với khi chạy OSPF

OSPF chọn đường dựa trên chi phí được tính từ tốc độ của đường truyền Đường truyền có tốc độ càng cao lặp vòng Nếu một kết nối không ổn định, chập chờn, việc phát liên tục các thông tin về trang thái của đường liên kết này sẽ dẫn đến tình trạng các thông tin quảng cáo không đồng bộ làm cho kết quả chọn đường của các router bị đảo lộn

OSPF giải quyết được các vấn đề sau:

* Tốc độ hội tụ

* Hỗ trợ VLSM (Variable Length Subnet Mask)

* Kích cỡ mạng

* Chọn đường

* Nhóm các thành viên

Hình 2 Sự cố xảy ra khi một kết nối không ổn định làm cho việc cập nhật

không đồng bộ

Trong một hệ thống mạng lớn, RIP phải mất vài phút mới có thể hội tụ được

vì mỗi router chỉ trao đổi bảng định tuyến với các router láng giềng kết nối trực tiếp với mình mà thôi Còn đối với OSPF sau khi đã hội tụ vào lúc khởi động, khi có thay đổi thì việc hội tụ sẽ rất nhanh vì chỉ có thông tin về sự thay đổi được phát ra cho mọi router trong vùng

OSPF có hõ trợ VLSM nên nó được xem là một giao thức định tuyến không theo lớp địa chỉ RIPv1 không có hỗ trợ VLSM, tuy nhiên RIPv2 có hỗ trợ VLSM

Đối với RIP, một mạng đích cách xa hơn 15 router xem như không đến được

vì RIP có số lượng hop giới hạn là 15 Điều này làm kích thước mạng của RIP bị giới hạn trong phạm vi nhỏ OSPF thì không hề có giới hạn về kích thước mạng, OSPFhoàn toàn phù hợp cho các mạng vừa và lớn

Khi nhận được từ láng giềng các router bao cáo về số lượng hop đến mạng đích, RIP sẽ cộng thêm 1 vào thống số hop này và dựa vào số lượng hop đó để chọn đường đến mạng đích Đường nào có khoảng cách ngắn nhất hay nói cách khác là

có số lượng hop ít nhất sẽ là đường tốt nhất đối với RIP Chúng ta thấy thuật toán

chọn đường như vậy rất đơn giản và không đòi hỏi nhiều bộ nhớ và năng lượng xử

lý của router RIP không hề quan tâm đến băng thông đường truyền khi quyết định chọn đường

OSPF thì chọn đường dựa vào chi phí được tính từ băng thông của đường truyền Mọi OSPF router đều có thông tin đầy đủ về cấu trúc của hệ thống mạng dựa vào đó để tự tính toán chọn đường tốt nhất Do đó thuật toán chọn đường này rất phức tạp, đòi hỏi nhiều bộ nhớ và năng lực xử lý của router cao hơn so với RIP

RIP sử dụng cấu trúc mạng dạng ngang hàng Thông tin định tuyến được truyền lần lượt cho mọi router trong cùng một hệ thống RIP OSPF sử dụng khái niệm về phân vùng Một mạng OSPF có thể chia các router thành nhiều nhóm Bằng cách này, OSPF có thể giới hạn lưu thông trong từng vùng Thay đổi trong vùng này không ảnh hưởng đến hoạt động của các vùng khác Cấu trúc phân cấp như vậy cho phép hệ thống mạng có khả năng mở rộng một cách hiệu quả

2.1 Thuật toán chọn đường ngắn nhất.

Trong phần này sẽ giải thích cách OSPF sử dụng thuật toán chọn đường ngắn nhất như thế nào Theo thuật toán này, đường tốt nhất là đường có chi phí thấp nhất Edsger Wybe Dijkstra, một nhà khoa học máy tính người Hà Lan, đã phát minh thuật toán này nên nó còn có tên là thuật toán Dijkstra Thuật toán này xem hệ thống mạng là một tập hợp các nodes được kết nối với nhau bằng kết nối điểm-đến-điểm Mỗi kết nối này có một chi phí Mỗi node có một cái tên Mỗi node có đầy đủ cơ sở

dữ liệu về trạng thái của các đường liên kết, do đó chúng có đầy đủ thông tin về cấu trúc vật lý của hệ thống mạng Tất cả các cơ sở dữ liệu này đều giống nhau cho mọi router trong cùng một vùng Ví dụ như trên hình 2.1.a, D có các thông tin là nó kết nối tới node C bằng đường liên kết có chi phí là 4 và nó kết nối đến node E bằng đường liên kết có chi phí là 1 Thuật toán chọn đường ngắn nhất sẽ sữ dụng bản thân node làm điểm xuất phát và kiểm tra các thông tin mà nó có về các node kế cận

Trong hình 2.1.b, node B chọn đường đến D Đường tốt nhất đến D là đi bằng đường của node E có chi phí là 4 Như vậy là gói dữ liệu đi từ B đến D sẽ đi theo đường từ B qua C qua E rồi đến D.

Node B chọn đường đến node F là đường thông qua node C có chi phí là 5 Mọi đường khác đều có thể bị lặp vòng hoặc có chi phí cao hơn

Hình 2.1.a

Hình 2.1.b

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 vao 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 được thiết lập giữa hai láng giềng với nhau thì thông tin về trạng thái đường liên kết mới được trao đổi

Giao tiếp OSPF nhận biết ba loại mạng sau:

• Mạng quảng bá đa truy cập, ví dụ như mạng Ethernet

Hình 2.2.a Ba loại mạng của OSPF.

Trong mạng đa truy cập không thể biết được là có bao nhiêu router sẽ có thể

kết nối được 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 đường 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 được thiết lập.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 đường 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 như một người phát ngôn chung.Việc bầu DR rất có hiệu quả nhưng cũng có một số nhược điểm DR trở thành một tâm điểm nhạy cảm đối với sự cố Do đó, cần có một router thứ hai được 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 được các thông tin về trạng thái đường 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 2.2.b 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

Hình 2.2.c

2.3 Giao thức OSPF Hello

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 đưa 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 được 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 như Frame Relay, chu kỳ mặc định của hello là 30 giây.Trong mạng đa truy cập, giao thức hello tiến hành bầu

DR và BDR.Mặc dù gói hello rất nhỏ nhưng nó cũng bao gồm cả phần header của gói OSPF Cấu trúc của phần header trong gói OS được thể hiện trên hình 2.3.a Nếu

là gói hello thì trường Type sẽ có giá trị là 1

Hình 2.3.a Phần header của gói OSPF

Gói hello mang những thông tin để thống nhất giữa mọi láng giềng với nhau trước khi có thể thiết lập mối quan hệ láng giềng thân mật và trao đổi thông tin về trạng thái các đường liên kết

Hình 2.3.b Phần header của gói OSPF 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.

2.4 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 trước khi có thể thiết lập mối quan hệ thân mật và trao đổi thông tin về trạng thái các đường 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 thân mật với mọi router OSPF còn lại trong cùng một mạng