bài tiểu luận về các giao thức định tuyến - routing protocol

Internet Protocol:Giao thức IP Internet Protocol - Giao thức Liên mạng: là một giao thức hướng dữ liệu được sử dụng bởi các máy chủ nguồn và đích để truyền dữ liệu trong một liênmạng chu

- -Đề Tài: Bài tiểu luận về các giao thức định

tuyến - routing protocol

MỤC LỤC

I Giới thiệu chung về hệ thống mạng intranet: 3

II Giao thức định tuyến - Routing Protocol: 4

1 TCP/IP: 4

2 Internet Protocol: 6

3 Routing Protocol: 7

III Các giao thức định tuyến động IGPs: 10

1 RIP – Routing information protocol: 10

a Định nghĩa: 10

b RIPv1 packet type: 11

c Ripv1 packet format: 12

d Các phương thức hoạt động của RIP 13

e Tính toán đường đi trong giao thức RIP: 13

f Câu lệnh cấu hình cho RIPv1: 15

g Nhược điểm của giao thức RIPv1 16

2 RIPv2 – Routing Information protocol version 2: 16

3 Cách khắc phục nhược điểm cho RIPv1 và RIPv2: 17

4 EIGRP (Enhanced Interior Getway Routing Protocol) 17

a Định nghĩa: 17

b EIGRP packet: 19

c Phương thức hoạt động: 22

d Cấu hình định tuyến EIGRP cho router: 27

5 OSPF (Open Short Path First) 28

a OSPF areas 29

b Backbone area và area 0 29

c ABR và ASBR 29

d OSPF Hello Packet 30

e OSPF Packet types 31

f OSPF Algorithm 32

g OSPF Metric 32

h DR và BDR 33

i OSPF redistribution 34

k Auto summarization trong OSPF 34

I Giới thiệu chung về hệ thống mạng intranet: Intranet (mạng nội bộ): Một mạng kết nối các công ty hay tổ chức với nhau mà dựa trên các giao thức TCP/IP Một mạng Intranet có thể truy nhập thong qua Internet, nhưng chỉ những người mà dược phép mới truy nhập được (mật khẩu,khoá giãi mã, ) Các mạng Intranet là sự lựa chon ít tốn kem hơn cho các mạng tư nhân, và là một dạng của VPN (Mạng riêng ảo) Bất kỳ giao thức Internet được biết đến có thể được tìm thấy

Protocol) Intranet được hiểu như một phần mở rộng của internet nhưng chỉ giới hạn ởmột tổ chức Intranet có thể cung cấp một cổng vào internet như một cổng mạng với cácthiết bị tường lửa để ngăn chặn sự xâm nhập trái phép từ bên ngoài.

II Giao thức định tuyến - Routing Protocol:

Hình bên dưới cho thấy sự giống và khác nhau giữa 2 mô hình OSI vàTCP/IP:

Chi tiết kiến trúc của mô hình TCP/IP:

2 Internet Protocol:

Giao thức IP (Internet Protocol - Giao thức Liên mạng): là một giao thức hướng

dữ liệu được sử dụng bởi các máy chủ nguồn và đích để truyền dữ liệu trong một liênmạng chuyển mạch gói IP được sử dụng ở tầng 3 (network layer) của mô hình OSI hay ởtần 2(internet layer) của mô hình TCP/IP Thực chất, Internet là mạng của các mạngnối với nhau qua bộ định tuyến (Router) IP là giao thức được sử dụng để hướngcác gói dữ liệu đến nút mạng mà nó cần đến Mục đích ra đời của IP là để thốngnhất việc sử dụng các máy chủ và router từ các hãng sản xuất khác nhau Chonên, IP cho phép kết nối nhiều loại mạng có đặc điểm khác nhau mà không làmgián đoạn hoạt động của mạng và kết nối với Internet

Dữ liệu trong một liên mạng IP được gửi theo các khối được gọi là các gói (packet hoặc datagram) Cụ thể, IP không cần thiết lập các đường truyền trước khi một máy chủ

gửi các gói tin cho một máy khác mà trước đó nó chưa từng liên lạc với.Các thiết bị địnhtuyến (router, switch layer 3, fiwall…) liên mạng chuyển tiếp các gói tin IP qua các mạngtầng liên kết dữ liệu được kết nối với nhau

Giao thức IP cung cấp một dịch vụ gửi dữ liệu không đảm bảo (còn gọi là cố gắng

cao nhất), nghĩa là nó hầu như không đảm bảo gì về gói dữ liệu Gói dữ liệu có thể đến

nơi mà không còn nguyên vẹn, nó có thể đến không theo thứ tự (so với các gói khác đượcgửi giữa hai máy nguồn và đích đó), nó có thể bị trùng lặp hoặc bị mất hoàn toàn Nếumột phần mềm ứng dụng cần được bảo đảm, nó có thể được cung cấp từ nơi khác, thường

từ các giao thức giao vận nằm phía trên IP

Cách gói tin di chuyển qua các tần mạng:

IP addressing: Giao thức IP sử dụng các địa chỉ IP để đánh địa chỉ cho một thiết

bị trong vùng mạng như máy tính (host) và các router Đánh địa chỉ là công việc cấp địachỉ IP cho các máy đầu cuối, cùng với việc phân chia và lập nhóm các mạng con của cácđịa chỉ IP để thuận tiện trong việc định tuyến Việc định tuyến IP được thực hiện bởi tất

cả các máy chủ, nhưng đóng vai trò quan trọng nhất là các thiết bị định tuyến liên mạng,

đó chính là router Trong bài báo cáo này chúng ta sẽ đi sâu vào việc làm thế nào để cácgọi tin có thể truyền đi được trên mạng thông qua việc định tuyến gói tin của router

3 Routing Protocol:

Một trong những chức năng cơ bản được cung cấp bởi giao thức IP đó là khả nănghình thành các liên kết giữa các mạng vật lý với nhau Một hệ thống thực hiện chức năngnày gọi là một bộ IP router Trong một mạng intranet thì các máy tính được liên kết vàgiao tiếp với nhau thông qua các router, và các router có chức năng định tuyến các góitin Để thực hiện được điều đó, trên mỗi một router đều phải có một hệ thống các đường

đi đến mỗi một vùng mạng được hình thành bởi một giao thức định tuyến ( routing

protocol) Giao thức này sẽ dựa trên một thuật toán nhất định để quy định và tìm đườnghay là định tuyến các gói tin.

Một giao thức định tuyến là một giao thức quy định cách làm thế nào để giao tiếpđược với nhau, cho phép họ lựa chọn các tuyến đường giữa hai nút trên mạng máy tính,

sự lựa chọn của tuyến đường này đang được thực hiện bởi thuật toán định tuyến

Trên thực tế có nhiều giao thức định tuyến khác nhau được áp dụng cho từng hệthống mạng khác nhau:

 Interior Getway protocols (IGPs): cho phép trao đổi thông tin định tuyến trong

một Autonomous System Ví dụ như: RIP (routing information protocol), OSPF(open short path first)

 Exterior Getway Protocols (EGPs): cho phép trao đổi thông tin định tuyến giữa

các Autonomous System.Ví dụ như: BGP (border getway protocol)

Ở trong bài báo cáo này sẽ đi sâu vào các giao thức định tuyến IGPs Cụ thể là cácgiao thức định tuyến động distance vecter protocols và link state protocols

Distance vecter protocols:

Sử dụng thuật toán vecter khoảng cách, tính toán khoảng cách ngắn nhất giữa cácnút mạng được biết đến như thuật toán bellman-ford

Các giao thức sử dụng distance vecter:

 RIP (Routing Information Protocol): sử dụng hop count ( số router) để

làm metric (max 15 hop count) Đếm số hop count để tìm đường đi ngắnnhất Có 2 loại là Rip version 1 và Rip version 2

 EIGRP (Enhanced Interior Getway Routing Protocol): sử dụng thuật

toán DUAL (Diffusing Update Algrorithm) để tính toán đường đi ngắnnhất

Link state protocols:

 Sử dụng thuật toán Dijksta’s để tìm đường đi ngắn nhất Thuật toán nàytích lũy chi phí dọc theo mỗi con đường, từ nguồn tới đích

 Giao thức được sử dụng là OSPF (Open Short Path First)

III Các giao thức định tuyến động IGPs:

1 RIP – Routing information protocol:

b RIPv1 packet type:

Có 2 loại:

 Request packet: một gói tin request sẽ được gửi đi đến các router hàng

xóm để yêu cầu gửi bảng định tuyến, mỗi khi một cổng trên router đượckích hoạt

 Response packet: gói tin gửi trả lại yêu cầu chứa bảng định tuyến của nó

RIP header chia ra gồm 3 trường thông tin:

 Command field: Chỉ ra cho ta biết đâu là gói tin request và response 1 là

gói Request và 2 là gói Response

 Version field: Chỉ ra phiên bản của giao thức RIP 1 là RIPv1 và 2 là

RIPv2

 Must be zero: Trường này thực tế không sử dụng, nó được them vòa để

cung cấp tính tương thích về sau cho các chẩn của RIP Nó có thể mặc định

là 0

Route Entry chứa 3 trường gồm:

 Address Family identifier (AFI): Chỉ ra kiểu địa chỉ được sử dụng để cấu

hình mạng Nó là 2 đối với giao thức IP

 IP address: địa chỉ của router đích

 Metric: Số lượng hop count, giá trị từ 1 đến 16

Data Link Frame gồm:

 Địa chỉ MAC nguồn

 Địa chỉ MAC đích: broadcast FF-FF-FF- FF-FF-FF

IP Packet gồm:

d Các phương thức hoạt động của RIP

 Active Mode: Các router chạy chế độ này sẽ quảng bá bảng định tuyến và

luôn luôn gửi trả gói tin update cho các router hàng xóm Mặc định thì cácrouter đều được enable chế độ này

 Passive Mode: Các router chạy chế độ này sẽ không quảng bá bảng định

tuyến mà chỉ gửi trả gói tin update nếu có thay đổi Việc làm này nhằmtrách cho bảng định tuyến dài và bị lặp lại đường đi

e Tính toán đường đi trong giao thức RIP:

Cho ví dụ một hệ thống mạng đơn giản như sau:

Ban đầu trước khi kích hoạt giao thức RIP trên các interface của router,router sẽ nhận ngay các mạng kết nối trực tiếp với nó và cập nhật vào bảng địnhtuyến như hình vẽ trên

Sau khi kích hoạt RIP thì router sẽ lập tức gửi gói tin request đến các routerhàng xóm và các router hàng xóm sẽ gửi lại các gói response để cập nhật thông tinđịnh tuyến Nếu thông tin nhận được là đường đi mới thì lập tức sẽ được cập nhậtvào bảng định tuyến, còn nếu là thông tin đường cũ thì nó sẽ chọn đường đi nào cómetric nhỏ hơn để lưu vào bảng.

Bảng định tuyến sẽ hội tụ khi thông tin của các bảng về các mạng giốngnhau và nếu có một bất kỳ sự thay đổi nào trong mạng thì lập tức thông tin cậpnhật định tuyến được gửi tiếp Mỗi một router sẽ cứ sau 30s sẽ tự gửi một gói tinupdate đến hàng xóm

Mạng hội tụ thành công khi ko có sự thay đổi về bảng định tuyến Trongtrường hợp như ví dụ trên thì bảng định tuyến của mỗi router sau khi mạng hội tụ:

f Câu lệnh cấu hình cho RIPv1:

Trên các router ta sử dụng các câu lệnh sau để cấu hình:

- Để kích hoạt giao thức trên router:

Router(config)#router rip

- Tạo bảng routing table ban đầu với các mạng liên kết trự tiếp: Router(config-router)#network IP_Address_interface

- Quảng bá static ra ngoài vùng mạng:

Router(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 ip_address_next_hop interface_direct

- Quảng bá RIP sang giao thức định tuyến khác:

Router(config-router)#redistribute static metric 1

g Nhược điểm của giao thức RIPv1

 Chỉ được sử dụng trong một phạm vi vùng mạng nhỏ như trong công tynhỏ Bị giới hạn tối đa 15 router Do vậy không có tính mở rộng

 Mạng hội tụ chậm do bảng định tuyến đường đi bị lặp lại nhiều lần

 RIPv1 là một giao thức Classfull nên ko gửi kèm subnet mask Nêu RIPkhông hỗ trợ discontiguous network (vùng mạng ko liên tiếp), VSLM Dovậy RIPv1 phải tự động tổng hợp các mạng thành những mạng major (cósubnet mask /24, /16,…)

2 RIPv2 – Routing Information protocol version 2:

 RIPv2 cũng giống như RIPv1 RIPv2 cũng là thuộc Distance Vecter nênthuật toán sử dụng cũng là dựa trên việc đếm hop count để tìm đường đingắn nhất

 Tuy nhiên RIPv2 có sự khác biệt lớn, nó là giao thức classless Tức là nógửi kèm subnet mask trong gói tin gửi đi Do vậy nó có hỗ trợ mạng VLSM

và discontiguous networks

 RIPv2 có hỗ trợ việc xác minh thông tin định tuyến và gửi thông tin địnhtuyến theo địa chỉ multicast 244.0.0.9

Gói tin của RIPv2:

 Nhược điểm của giao thức RIPv2: Đó là mạng hội tụ chậm và bảng địnhtuyến đường đi vẫn bị lặp lại

 Thêm câu lệnh Router(config-router)#version 2 để kích hoạt RIPv2 Mặcđịnh khi kích hoạt giao thức RIP là chạy RIPv1

3 Cách khắc phục nhược điểm cho RIPv1 và RIPv2:

Nhược điểm lớn nhất của 2 giao thức này đó là bảng định tuyến bị lặp lại đường

đi nhiều lần gây tốn bộ nhớ cho router Sau đây ta đi chi tiết từng phương pháp để ngănchặn vòng lặp này

a Sử dụng giá trị lớn nhất cho hop count: tức là nhỏ hơn 16 hop count thì tiếp tục

update bảng định tuyến còn lớn hơn sẽ coi như ko tồn tại

b Sử dụng Split Horizon (đường cắt ngang): Nguyên nhân gây ra vòng lặp này là

do router nhận được thông tin định tuyến từ một router hàng xóm và nó lại gửi thông tin định tuyến đó cho chính router vừa gửi cho Cụ thể hơn là router B gửi thông tin định tuyến đường đi đến router A nối trực tiếp với nó cho router C, sau đó router C lại gửi tiếpthông tin định tuyến đường đi đến router A được nối qua con router B cho con router B, điều này gây ra cho con B là có 2 đường đến con A tạo nên vong lặp Và vòng lặp này có thể lên vô hạn nếu ko ngăn chặn Cơ chế của việc sử dụng phương pháp Split Horizon đó

là nếu router B đã gửi thông tin định tuyến đường đi đến con A cho con router B rồi thì con router B sẽ không gửi lại đường đi đó nữa Nhờ đó trách được cập nhật thông tin sai

và giảm bớt việc xử lý thông tin cập nhật

c Sự dụng việc ngăn ngừa ngay (split horizon with poison reverse): Tức là khi

một con đường nào bị ngắt thì router đó sẽ lập tức thông báo về con đường đó với thông

số định tuyến metric = 16

d Sử dụng việc cập nhật tức thời (triggered update): theo nguyên lý hoạt đông của

RIP thì cứ sau 30s mới thực hiện cập nhật bảng định tuyến một lần Ngoài ra còn chưa đểđến thời gian thông báo về một sự thay đổi nào đó trog bảng định tuyến, tức là có một sự thay đổi nào trong cấu trúc mạng thì lập tức router đó sẽ gửi thông tin thay đỏi ngay

4 EIGRP (Enhanced Interior Getway Routing Protocol)

a Định nghĩa:

 Lần đầu tiên được đưa vào sử dụng trong phiên bản ISO 9.21, EnhancedInterior Gateway Routing protocol (EIGRP) là một sự nâng cấp của IGRP.Bên cạnh những tính chất vốn có IGRP là một distance-vector protocol,EIGRP còn mang một số tính chất của link state protocol

 Là giao thức định tuyến Distance Vecter Routing Protocol Mặc dù vậy nóvượt trội hơn các giao thức cùng loại khác về khả năng định tuyến và có vàinét giống với các giao thức định tuyến Link State Routing Protocol

 Metric để đánh giá đường đi của giao thức EIGRP gồm:

Metric = (10,000,000/bandwidth kbps) * 256 + (sum of delay/10) * 256

 Bandwidth: Băng thông của kênh truyền

 Delay: Độ trễ trên kênh truyền

 Reliability: Độ tin cậy của kênh truyền

 Load: Tốc độ truyền dữ liệu

 Sự vượt trội của giao thức EIGRP được thể hiện qua:

 Sử dụng thuật toán DUAL (Diffusing Update Althogrithm) nhằmchống loop và thời gian hội tụ sẽ nhanh hơn

 Duy trì một bảng topology phân ra từ bảng định tuyến, nhằm xâydựng các tuyến đường tốt nhất và các tuyến đường backup

 Khi có một router không hoạt động thì thuật toán DUAL sẽ sử dụngđường backup nếu có trong sơ đồ mạng đó

 Mạng hội tụ nhanh hơn do không có thời gian holddown và một hệthống hệ thống tính toán các tuyến đường

 EIGRP gửi thông tin update tới tất cả các router hàng xóm trự tiếp theocách:

 Nonperiodic: Có nghĩa là thông tin update được gửi một cách khôngđịnh kỳ mà thông tin update chỉ được gửi mỗi khi mạng có sự thayđổi

 Partial: Có nghĩa là thông tin update trao đỏi với hàng xóm chỉ gồmthông tin thay đổi chứ không gửi toàn bộ bảng định tuyến

 Bounded: Có nghĩa là thông tin update chỉ gửi cho router có cùngprocess domain

 EIGRP có hỗ trợ mạng supernetting (CIDR) và VLSM Không chỉ hỗ trợgiao thức IP mà còn hỗ trợ giao thức IPX và AppletTalk

 EIGRP thông qua cập nhật định tuyến cục bộ, khi phát hiện ra router hàngxóm thì lập tức thay đổi được ghi vào bảng định tuyến và lan truyền đi

EIGRP sử dụng một lượng nhỏ băng thông để gửi gói tin hello đi trong môitrường mạng

 EIGRP hỗ trợ đồng bộ đường truyền trên nhiều kênh truyền, luôn luôn cânbằng tải nếu có nhiều đường truyền từ nguồn đến đích

 EIGRP còn hỗ trợ xác thực bằng việc sử dụng các bản tin mã hóa MD5tăng tính bảo mật Ngoài ra EIGRP là giao thức định tuyến kiểu classlesstức là có gửi kèm subnet mask trong thông tin định tuyến

b EIGRP packet:

Gói tin EIGRP gồm các thành phần như sau:

Data Link Frame Header:

 Địa chỉ MAC nguồn

 Địa chỉ MAC đích: là địa chỉ multicast 01-00-5E-00-00-0A

IP Packet Header:

 Địa chỉ IP nguồn

 Địa chỉ IP đích là địa chỉ multicast 244.0.0.10

 Protocol field = 88 cho EIGRP

EIGRP Packet Header: