Các khái niệm về OSPF đơn vùng 1.2 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.. 1.2.2Thuật ngữ của OSPF Rou
Trang 11 Các khái niệm về OSPF đơn vùng
1.2 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 đơn vùng để sử dụng cho các mạng nhỏ
Trang 2Hình 1.2 Mạng OSPF lớn được thiết kế phân cấp và chia
thành nhiều vùng
Ví dụ như hình 2.2.1, 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 định tuyến 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
1.2.2Thuật 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
Trang 3láng 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 2.2.2.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
Trang 4Hình 2.2.2.b Link-state database (Topological database) – danh sách các thông
tin về mọi đường liên kết trong vùng
Hình 2.2.2.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 của đường truyền Đường nào có chi phí nhỏ nhất sẽ được chọn để đưa vào bảng định tuyến
Trang 5Hình 2.2.2.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 băng
thông hoặc tốc độ của đường liên kết đó
Hình 2.2.2.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
Trang 6Mỗi 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 2.2.2.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
Trang 7Hình 2.2.2.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
2.2.3 So sánh 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 la 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 hop 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
Trang 8thức 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 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 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
Trang 9Hình 2.2.3 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, OSPF hoàn 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
Trang 10chọn 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
2.2.4 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 2.2.4.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 2.2.4.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
