HỆ THỐNG MẠNG - TÌM HIỂU VÀ NGUYÊN CỨU GIAO THỨC OSPF CHƯƠNG 4 pdf

Công nghệ này được hi vọng là sẽ cải thiện hiệu năng định tuyến lớp mạng, khả năng mở rộng của lớp mạng, và sự mềm dẻo trong việc triển khai các dịch vụ mới bằng cách cho phép thêm vào c

ĐỒ ÁN HỆ THỐNG MẠNG

Đề tài:

TÌM HIỂU VÀ NGUYÊN CỨU GIAO

THỨC OSPF

CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG CỦA OSPF

4.1 Ứng dụng của OSPF trong mạng IP phân cấp

4.1.1 Phân cấp trong mạng IP cỡ lớn

Ban đầu, các mạng TCP/IP hoạt động dựa trên các giao thức định tuyến vécter khoảng cách đơn giản và cơ chế đánh địa chỉ IP 32-bit có phân lớp Các công nghệ này giới hạn khả năng phát triển của mạng Do vậy hiện nay các nhà thiết kế mạng

đã phải từ bỏ các công nghệ này để xây dựng các mạng hiện đại khác có khả năng

mở rộng để thích ứng với sự phát triển nhanh và những biến đổi liên tục của mạng Phần này sẽ giới thiệu các công nghệ mạng có khả năng giải quyết các yêu cầu này

Mô hình mạng phân cấp và các đặc trưng của mạng phân cấp

Mô hình mạng phân cấp giúp phân chia các vấn đề phức tạp của mạng thành các vấn đề nhỏ hơn và dễ quản lý hơn Mỗi lớp trong mạng phân cấp chỉ tập trung vào một tập các vấn đề khác nhau Điều này giúp cho người thiết kế mạng có thể sử dụng một cách tối ưu phần mềm và phần cứng mạng trong việc thiết kế mạng Ví

dụ, các thiết bị ở lớp thấp nhất được tối ưu để chỉ thực hiện chức năng truyền tải

Mô hình mạng phân cấp 3 lớp (hình vẽ)

Access layer Distribute layer Core layer

Trong mô hình này, các thết bị mạng và các liên kết được nhóm lại với nhau theo

ba lớp:

 Lớp lõi (core Layer)

 Lớp phân phối (Distribution Layer)

 Lớp truy nhập (Access Layer)

Ưu điểm của mô hình mạng phân cấp là chúng dễ dàng được module hoá Các thiết

bị trong cùng một lớp thực hiện các chức năng tương tự nhau Điều này cho phép các nhà quản trị mạng dễ dàng thêm hoặc bớt các thành phần đơn lẻ của mạng

4.1.2 Chức năng các lớp

Hình 4.1 Mô hình mạng phân cấp ba lớp

a Lớp lõi

Lớp lõi thực hiện chức năng truyền tải lưu lượng với tốc độ cao đảm bảo độ tin cậy Các thiết bị ở lớp lõi sẽ chuyển các gói tin nhanh nhất có thể được và chúng có thể đáp ứng được tất cả các nhu cầu về chuyển gói tốc độ cao cho mạng Các thiết bị này sẽ thực hiện các chức năng sau đối với các gói:

 Kiểm tra danh sách truy nhập

Các chính sách này giúp bảo vệ mạng và tiết kiệm tài nguyên cho mạng bằng cách loại bỏ các lưu lượng không cần thiết vào mạng Nếu một mạng có hai giao thức định tuyến trở lên, giả sử như RIP (Routing information Protocol)và IGRP (Interior Gateway Routing Protocol), thì thông tin giữa hai miền định tuyến này được chia sẻ tại lớp phân phối

c Lớp truy nhập

Lớp truy nhập cung cấp lưu lượng cho mạng và thực hiện điều khiển cổng vào mạng Người sử dụng đầu cuối truy nhập tài nguyên mạng bằng lớp truy nhập Có

chức năng như một cửa trước để vào mạng, lớp truy nhập sử dụng danh sách truy nhập để ngăn chặn các người dùng không có quyền truy cập vào mạng Lớp truy nhập cũng có thể đưa ra các điểm truy nhập từ xa tới mạng bằng cách sử dụng các công nghệ mạng diện rộng như Frame Relay, ISDN, hoặc leased line

4.1.3 Ứng dụng OSPF trong mạng phân cấp

a Sựphân chia thành vùng con trong miền OSPF

Khi mạng phát triển, cơ sở dữ liệu của mạng tăng theo dẫn đến phải tăng dung lượng bộ nhớ Router Để giải quyết vấn đề này, người ta sử dụng giải thuật SPF Nhưng điều này lại tăng gánh nặng sử lí cho CPU

Lợi ích của việc sử dụng Area: OSPF sử dụng các Area để giảm các ảnh hưởng bất

lợi trên OSPF định nghĩa Area là một nhóm logic các Router và các liên kết giúp phân chia hiệu quả một miền OSPF thành các miền con Các Router trong một Area sẽ không biết chi tiết cấu hình bên ngoài Area của nó

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 (ví dụ như

0 và 0.0.0.0 là tương đương, hoặc16 và 0.0.0.16; 271 và 0.0.1.15 là tương đương)

Backbone: Area ID 0 được sử dụng cho mạng Backbone Mạng Backbone là mạng

chịu trách nhiệm thông báo các thông tin về cấu hình tổng quát của mỗi Area cho các Area khác

b Ứng dụng OSPF trong mạng phân cấp

Trong mạng phân cấp sử dụng giao thức định tuyến OSPF, thì lớp lõi của mạng sẽ tương ứng với mạng backbone trong miền OSPF, lớp phân phối và lớp truy nhập sẽ tương ứng với các vùng con khác (không phải backbone) (xem hình vẽ)

Area 0 Core layer

Distribute layer

Access layer

Distribute layer

Distribute layer

A cc es

s la

yer

Hình 4.2

4.2 OSPF với việc cân bằng tải

4.2.1 Vấn đề định tuyến đa đường và cân bằng tải trong mạng IP

E D

C A

B

a Định tuyến đa đường:

Định tuyến đa đường: là định tuyến các gói tin tới đích theo nhiều đường khác

nhau Lưu lượng đi từ nguồn tới đích được phân chia ra trên các đường (hình 4.3)

Ưu điểm và nhược điểm của định tuyến đa đường:

Hình 4.3 Gói tin đi từ A đến E có thể đi theo hai đường A-B-D-E

hoặc A-C-D-E

Định tuyến đa đường giúp tận dụng tốt hơn băng thông của các đường dẫn từ nguồn tới đích so với định tuyến đơn đường Điều này giúp cho tốc độ truyền thông cao hơn Tuy nhiên định tuyến đa đường có nhược điểm là phức tạp hơn so với định tuyến đơn đường

Trong các giao thức định tuyến trạng thái đường liên kết có hỗ trợ phương thức định tuyến đa đường Theo đó, các đường có cost thấp nhất trong các đường có thể tới đích sẽ được lựa chọn Ví dụ, nếu ta chọn định tuyến hai đường thì hai đường có cost thấp nhất trong các đường dẫn tới đích sẽ được cùng sử dụng

b Cân bằng tải

Cân bằng tải cho phép các Router định tuyến đa đường các gói tin từ nguồn tới đích bằng cách gửi các gói tin lên tất cả các tuyến khả dụng Cân bằng tải được chia làm hai loại gồm equal cost và unequal cost

Cân bằng tải theo kiểu equal cost: là cân bằng tải mà lưu lượng được phân phối

đều nhau giữa các đường truyền

Cân bằng tải theo kiểu unequal cost: trong phưong thức này, các gói được truyền

trên các đường dẫn với tỷ lệ khác nhau Lưu lượng được phân bố tỷ lệ nghịch với cost của đường dẫn Tức là đường dẫn có cost thấp hơn sẽ được truyền nhiều lưu lưọng hơn, trong khi đường dẫn có cost cao hơn sẽ được truyền ít lưu lượng hơn

Một số giao thức định tuyến hỗ trợ cả equal-cost và unequal-cost, trong khi một số khác chỉ hỗ trợ equal cost Định tuyến tĩnh không có metric chỉ hỗ trợ equal cost

Ngoài ra cân bằng tải cũng được phân chia theo đích hoặc theo gói

Cân bằng tải theo đích (Per Destination load balancing): là cân bằng tải mà việc

phân chia lưu lượng phụ thuộc vào địa chỉ đích Ví dụ nếu có hai đường dẫn tới cùng một mạng, thì tất cả các gói tới một đích trong mạng sẽ được truyền theo đường thứ nhất, tất cả các gói tới đích thứ hai trong mạng được truyền theo đường thứ hai, tất cả các gói đến đích thứ ba lại được truyền theo đường thứ nhất và cứ như vậy Cân bằng tải loại này thường được sử dụng trong các Router của Cisco khi chúng ở chế độ chuyển mạch nhanh

Cân bằng tải theo gói (Per Packet Load Balancing): (xét với cùng một đích)

 Nếu các đường dẫn là equal-cost: một gói tới một đích được gửi trên một

liên kết, gói tiếp theo tới cùng đích đó được gửi trên liên kết tiếp theo và cứ như vậy

 Nếu các đường dẫn là unequalcost: các gói gửi tới cùng một đích sẽ được

truyền trên các đường dẫn tới đích đó theo một tỷ lệ phụ thuộc vào cost của mỗi đường Cụ thể là nếu đường dẫn thứ nhất có cost là a, đường dẫn thứ hai

có cost là b thì tỷ lệ truyền gói là giữa đường thứ nhất và thứ hai sẽ là b/a

4.2.2 Ứng xử của OSPF với cân bằng tải

Giao thức định tuyến OSPF có hỗ trợ định tuyến đa đường và cân bằng tải theo kiểu equal cost

4.3 OSPF trong miền MPLS

4.3.1 Vai trò của MPLS trong mạng IP cỡ lớn

a Giới thiệu về công nghệ chuyển mạch nhãn đa giao thức MPLS

Hình 4.4 Cân bằng tải trong OSPF

MPLS là công nghệ tập trung vào giải quyết các vấn đề còn tồn tại liên quan đến việc chuyển tiếp các gói tin trong môi trường liên mạng hiện nay IETF đã đưa ra các tiêu chuẩn về MPLS và mô tả mục đích cơ bản của MPLS như sau:

Mục đích cơ chính của nhóm nghiên cứu MPLS là chuẩn hoá một công nghệ cơ sở giúp kết hợp giữa việc chuyển tiếp theo kiểu chuyển đổi nhãn với định tuyến lớp mạng Công nghệ này được hi vọng là sẽ cải thiện hiệu năng định tuyến lớp mạng, khả năng mở rộng của lớp mạng, và sự mềm dẻo trong việc triển khai các dịch vụ mới (bằng cách cho phép thêm vào các dịch vụ mới mà không cần thay đổi kiểu chuyển tiếp gói tin)

Kiến trúc MPLS mô tả các cơ chế để thực hiện chuyển mạch nhãn bằng cách kết hợp giữa chuyển mạch tốc độ cao của chuyển mạch lớp hai với khả năng định tuyến của lớp ba MPLS gán các nhãn cho các gói để truyền tải các gói qua mạng

Cơ chế chuyển tiếp gói tin qua mạng này gọi là cơ chế chuyển đổi nhãn (label swapping) Trong cơ chế này, các gói được gán các nhãn có độ dài cố định giúp cho các node chuyển mạch có thể dựa vào đó để sử lý các gói tin và chuyển tiếp chúng qua mạng Sự khác nhau đáng kể giữa MPLS và công nghệ WAN truyền thống là cách các nhãn được gán và khả năng mang danh sách các nhãn (stack of label) được gắn vào gói

Kỹ thuật chuyển tiếp các gói trong miền MPLS hoàn toàn trái ngược với trong môi trường mạng phi kết nối ngày nay, nơi mà mỗi gói được sử lý tại mỗi node, header

lớp 3 được kiểm tra, và các quyết định về chuyển tiếp gói tin được thực hiện dựa trên giải thuật định tuyến lớp mạng

Kiến trúc được chia thành hai phần tách biệt bao gồm: Phần chuyển tiếp (gọi là mặt bằng dữ liệu) và phần điều khiển (gọi là mặt bằng điều khiển) Phần chuyển tiếp sử dụng cơ sở dữ liệu chuyển tiếp nhãn (label-forwarding database) được lưu trữ trong các chuyển mạch nhãn để thực hiện chuyển tiếp các gói tin dựa trên các nhãn mà các gói mang theo Phần điều khiển có nhiệm vụ tạo và duy trì thông tin chuyển tiếp nhãn (label-forwarding information) giữa một nhóm các chuyển mạch nhãn kết

nối với nhau.(Hình 4.5)

Data plane in a node

Label Forwarding Table Outgoing labeled

packets

incoming labeled packets

Label binding Exchange with other Routers

Hình 4.5 Kiến trúc cơ bản của một node MPLS

Mỗi node MPLS phải chạy ít nhất một giao thức định tuyến IP (hoặc sử dụng định tuyến tĩnh) để trao đổi thông tin định tuyến IP với các node MPLS khác trong mạng Khi này, mỗi node MPLS sẽ là một Router IP trong mặt bằng điều khiển

Các giao thức định tuyến IP sẽ xây dựng bảng định tuyến IP cho các node Sau đó bảng định tuyến này được sử dụng để xây dựng bảng chuyển tiếp IP (IP forwarding table) Tiếp đó bảng định tuyến này lại được sử dụng để xác định việc trao đổi nhãn Việc chuyển đổi nhãn này được thực hiện bởi giao thức phân bổ nhãn LDP (Label distribution Protocol)

Quá trình điều khiển định tuyến IP trong miền MPLS sử dụng các nhãn đã được trao đổi với các node MPLS kế cận để xây dựng bảng chuyển đổi nhãn (Label Forwarding Table), để chuyển tiếp các gói qua mạng MPLS

LSR cạnh là một Router thực hiện việc ánh xạ từ địa chỉ IP của gói vào miền MPLS sang một nhãn tương ứng và thực hiện chuyển đổi ngược lại khi gói ra khỏi miền MPLS Các LSR cạnh sử dụng bảng định tuyến IP kết hợp với thông tin về nhãn để gán nhãn cho các gói IP trước khi chúng vào mạng hoặc xoá bỏ các nhãn này khỏi các gói trước khi chúng được chuyển đến các node không thuộc miền MPLS Hình sau chỉ ra kiến trúc của một LSR cạnh

Sự chuyển đổi nhãn tại phần cạnh của mạng

Chức năng này được thực hiện tại node cạnh của mạng Ở đây, các gói được đánh nhãn trước khi chúng được chuyển tiếp vào miền MPLS Khi một gói được chuyển tiếp tới hop tiếp theo, node chuyển tiếp gói sẽ dựa vào nhãn đã được gán cho gói để đưa ra các quyết định chọn đường thay

vì phải thực hiện các chức năng định tuyến ở lớp ba như các mạng IP truyền thống Hình sau mô tả toàn bộ quá trình truyền gói trong miền MPLS

Hình 4.6 Kiến trúc LSR cạnh

F

E D

C B

b Vai trò của MPLS trong mạng IP cỡ lớn

Xét một mạng IP cỡ lớn được phân cấp lớp như hình vẽ:

Core layer

Node 4 Node 3

Node 2 Node 1

Hình 4.7 Quá trình truyền gói trong miền MPLS

Hình 4.8

Mạng đang xét gồm ba lớp là : lớp lõi, lớp phân phối, và lớp truy nhập Ở đây ta sẽ tập trung nghiên cứu về lớp lõi Nhiệm vụ chính của lớp lõi là chuyển tiếp các gói tin với tốc độ nhanh nhất có thể, và vấn đề đặt ra là ta sẽ sử dụng node chuyển mạch là thiết bị nào trong lớp lõi để thực hiện điều này Có hai sự lựa chọn sau:

 Nếu sử dụng thiết bị Switch làm node chuyển mạch trong lớp lõi, điều này sẽ làm cho tốc độ chuyển tiếp các gói tin là rất nhanh do việc định tuyến được thực hiện ở lớp hai Tuy nhiên ưu điểm này lại dẫn đến nhược điểm đó là do việc định tuyến được thực hiện ở lớp hai nên các gói sẽ được định tuyến một cách kém thông minh hơn (định tuyến theo kiểu quảng bá) điều này dẫn đến miền quảng bá trong lớp lõi sẽ rất lớn và lớp lõi phải có băng thông rất lón mới có thể đáp ứng được (điều này là trái ngược với thực tế bởi lớp lõi trong các mạng IP cỡ lớn thường có băng thông rất nhỏ)

 Nếu sử dụng Router làm node chuyển mạch trong lớp lõi của mạng IP cỡ lớn thì tác dụng lại hoàn toàn ngược lại so với việc sử dụng Switch làm node chuyển mạch Việc định tuyến sẽ được thực hiện ở lớp ba nên tốc độ chuyển tiếp các gói tin sẽ chậm hơn so với việc sử dụng Switch Ngược lại các quyết định định tuyến ở đây lại thông minh hơn so với Switch dẫn đến làm giảm miền quảng bá trong lớp lõi

Để giải quyết vấn đề trên người ta sử dụng kỹ thuật chuyển mạch nhãn MPLS Mỗi node chuyển mạch trong lớp lõi là một LSR Các gói đi vào lớp lõi sẽ được gán thêm một nhãn định tuyến để phục vụ cho việc chuyển tiếp các gói tin trong lớp lõi Với phương pháp này, các gói tin đi vào lớp lõi sẽ được chuyển tiếp nhanh hơn so với phương pháp sử dụng Router nhưng lại giảm được miền quảng bá so với phương pháp sử dụng Switch

4.3.2 Sự kết hợp giữa LDP và OSPF

Trong mạng MPLS, quá trình chuyển tiếp các gói tin là theo phương pháp chuyển mạch nhãn Các gói đi từ bên ngoài vào miền MPLS sẽ phải đi qua các LSR cạnh Tại đây các gói sẽ được gán nhãn trước khi đi vào trong mạng Khi các gói được truyền trong mạng, các node sẽ phân tích thông tin chứa trong nhãn của mỗi gói để đưa ra các quyết định tuyến cho gói và gán cho gói một nhãn mới Khi các gói này được chuyển đến LSR cạnh để ra khỏi mạng, nhãn của nó sẽ được các LSR cạnh xoá bỏ trước khi ra

khỏi miền MPLS.(xem hình vẽ 4.9)

Để thực hiện việc gán nhãn một cách chính xác cho các gói, các LSR phải căn cứ vào bảng chuyển tiếp nhãn (label forwarding table) Để xây dựng bảng này, người

ta sử dụng giao thức phân bổ nhãn LDP Tuy nhiên giao thức này chỉ hoạt động khi

trong mạng phải có bảng định tuyến IP Trong trường hợp này IETF khuyến nghị nên dùng giao thức định tuyến OSPF để xây dựng bảng định tuyến