Thuật toán định tuyến theo trạng thai đường liên kết xây dựng và duy trì một cơ sở dữ liệu phức tạp của thông tin về cấu trúc mạng.. Trong khi thuật toán định tuyến theo vectơ khoảng các
Trang 1đổi trạng thái của một đường liên kết, thông tin được phát ra cho tất cả các router trong mạng
OSPF là một trong những giao thức quan trọng nhất của loại giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết OSPF dựa trên một chuẩn mở nên nó có thể được sử dụng và phát triển bởi các nhà sản xuất khác nhau Đây là một giao thức phức tạp được triển khai cho các mạng lớn Các vấn đề cơ bản về OSPF sẽ được đề cập đến trong chương này
Cấu hình Cisco router cũng tương tự như cấu hình các giao thức định tuyến khác Đầu tiên OSPF cũng phải được khởi động trên router, sau đó khai báo các mạng
mà OSPF được phép hoạt động trên đó Ngoài ra, OSPF cũng có một số đặc tính riêng và cấu hình riêng Các đặc tính riêng này đã làm cho OSPF trở thành một
giao thức định tuyến mạnh nhưng đồng thời tạo nên những thách thức khi cấu hình OSPF
Trong hệ thống mạng lớn, OSPF có thể được cấu hình mở rộng trên nhiều vùng
khác nhau Nhưng trước khi có thể thiết kế và triển khai mạng OSPF lớn thì bạn
phải nắm được cấu hình OSPF trên một vùng Do đó chương này sẽ mô tả cấu hình OSPF đơn vùng
Sau khi hoàn tất chương này, các bạn có thể thực hiện các nhiệm vụ sau:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Xác định các đặc tính quan trọng của giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết
Giải thích được giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết xây dựng và duy trì thông tin định tuyến như thế nào
Phân tich về thuật toán định tuyến theo trạng thái theo trạng thái đường liên kết
Xác định ưu và nhược điểm cua loại giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết
So sánh và phân biệt giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết với giao thức định tuyến theo vectơ khoảng cách
Khởi động OSPF trên router
Cấu hình địa chỉ loopback để định quyền ưu tiên cho router
Thay đổi thông số chi phí để thay đổi quyết định chọn đường của OSPF
Cấu hình cho OSPF thực hiện quá trình xác minh
Thay đổi các thông số thời gian của OSPF
Trang 2•
•
•
•
•
•
•
Mô tả các bước tạo và quảng bá đường mặc định vào OSPF
Sử dụng các lệnh show để kiểm tra hoạt động của OSPF
Cấu hình tiến trình định tuyến OSPF
Định nghĩa các thuật ngữ quan trọng của OSPF
Mô tả các loại mạng OSPF
Mô tả giao thức OSPF Hello
Xác định các bước cơ bản trong hoạt động của OSPF
2.1 Giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết
2.1.1 Tổng quan về giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết
Giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết hoạt động khác với giao thức định tuyến theo vectơ khoảng cách Trong phần này sẽ giải thích những điểm khác nhau này Đây là những kiến thức cực kỳ quan trọng đối với 1 nhà quản trị mạng Một điểm khác nhau quan trọng mà bạn cần nhớ là giao thức định tuyến theo vectơ khoảng cách sử dụng phương pháp trao đổi thông tin định tuyến đơn giản hơn
Thuật toán định tuyến theo trạng thai đường liên kết xây dựng và duy trì một cơ sở
dữ liệu phức tạp của thông tin về cấu trúc mạng Trong khi thuật toán định tuyến theo vectơ khoảng cách không cung cấp thông tin cụ thể về đường đi trong mạng
và cũng không có nhận biết về các router khác trên đường đi, thì thuật toán định tuyến theo trạng thái đường liên kết có đầy đủ thông tin về các router trên đường đi
và cấu trúc kết nối của chúng
Loại
thức
•
•
•
•
•
1.Copy bảng định tuyến cho router láng giềng
2.Cập nhật định kì
3.RIPv1 và RIPv2 sử dụng số lượng hop làm thông số định tuyến
4.Mỗi router nhìn hệ thống mạng theo sự chi phối của các router láng giềng
5.Hội tụ chậm
Định tuyến RIPv1 và RIPv2
theo vectơ Intẻỉo Gateway
khoảng cách Routing Protocol
(IGRP)
Trang 3•
•
•
6.Dễ bị lặp vòng
7.Dễ cấu hình và dễ quản trị
8.Tốn nhiều băng thông
Định tuyến
theo trạng
thai đương
liên kết
Open Shortest Path
Intermediate – System to Intermedia – Sýtem (IS-IS)
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Sử dụng đường ngắn nhất
Chỉ cập nhật khi có sự kiện xảy ra
Gửi gói thông tin về trạng thái các đường liên kết cho tất cả các router trong mạng
Mỗi router có cái nhìn đầy đủ
về cấu trúc hệ thống mạng
Hội tụ nhanh
Không bị lặp vòng
Cấu hình phức tạp hơn
Đòi hỏi nhiều bộ nhớ và năng lượng xử lý hơn so với định tuyến theo vectơ khoảng cách
Tốn ít băng thông hơn so với định tuyến theo vectơ khoảng cách
2.1.2 Đặc điểm của giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết
Giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết thu thập thông tin về đường đi
từ tất cả các router khác trong cùng hệ thống mạng hay trong cùng một vùng đã
được xác định Khi tất cả các thông tin đã được thu thập đầy đủ thì sau đó mỗi router sẽ tự tính toán để chọn ra đường đi tốt nhất cho nó đến các mạng đích trong
hệ thống Như vậy mỗi router có một cái nhìn riêng và đầy đủ về hệ thông
mạng,khi đó chúng sẽ không còn truyền đi các thông tin sai lệch mà chúng nhận được từ các router láng giềng
Trang 4Sau đây là một số hoạt động của giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết:
•
•
•
•
Đáp ứng nhanh theo sự thay đổi của hệ thống mạng
Gửi cập nhật khi hệ thống mạng có sự thay đổi
Gửi cập nhật định kỳ để kiểm tra trạng thái đường liên kết
Sử dụng cơ chế hello để xác định router láng giềng có còn kết nối được hay không
Mỗi router gửi multicast gói hello để giữ liên lạc với các router láng giềng.Gói hello mang thông tin về các mạng kkết nối trực tiếp vào router.Ví dụ như hình 2.1.2, P4 nhận biết các láng giềng của nó trong mạng Perth3 là P1và P3 LSAs cung cấp thông tin cập nhật về trạng thái đường liên kết của các router trong mạng
Hình 2.1.2 Sử dụng hello để xác định router láng giềng
trên từng mạng
Trang 5Sau đây là các đặc điểm hoạt đông của router sử dụng giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết:
1 Sử dụng thông tin từ gói hello và LSAs nhận được từ các router láng giềng
để xây dựng cơ sở dữ liệu về cấu trúc hệ thống mạng
2 Sử dụng thuật toán SPF để xác tính toán ra đường ngắn nhất đến từng mạng
3 Lưu kết quả chon đường trong bảng định tuyến
2.1.3 Thông tin định tuyến được duy trì như thế nào
Phần này sẽ giải thích giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết sử dụng các thành phần sau đây như thế nào:
LSAs
Cơ sở dữ liệu về cấu trúc hệ thống mạng
Thuật toán SPF
Cây SPF
Bảng định tuyến với đường đi và cổng ra tương ứng để định tuyến cho gói
dữ liệu
Giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết được thiết kế để khắc phục các nhược điểm của giao thức định tuyến theovectơ khoảng cách Ví dụ như:giao thức định tuyến theo vectơ khoảng cách chỉ trao đổi thông tin định tuyến với các router kết nối trực tiếp với mình mà thôi, trong khi đó giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết thực hiện trao đổi thông tin định tuyến trên một vùng
rộng lớn
•
•
•
•
•
Khi có một sự cố xảy ra trong mạng, ví dụ như có một router láng giềng bị mất kết nối , giao thức định tuyến theo trạng đường liên kết lập tức phát các gói LSAs ra trên toàn vùng bằng 1 địa chỉ multicast đặc biệt Tiến trình này thực hiện gửi thông tin ra tất cả các cổng, trừ cổng nhận được thông tin Mỗi router nhận được một
LSA, cập nhật thông tin mới này vào cơ sở dữ liệu về cấu trúc hệ thống mạng Sau
đó router chuyển tiếp gói LSA này cho tất cả các thiết bị làng giềng khác LSAs
làm cho mọi router trong vùng thực hiện tính toán lại đường đi Chính vì vậy số lượng router trong một vùng nên có giới hạn
Trang 6Một kết nối tương ứng với một cổng trên router Thông tin về trạng thái của một liên kết bao gồm thông tin về một cổng của router và mối quan hệ với các router
láng giềng trên cổng đó Ví dụ như: thông tin về một cổng trên router bao gồm địa chỉ IP, subnet mask, loại mạng kết nối vào cổng đó…Tập hợp tất cả các thông tin trên được lưu lại thành một cơ sở dữ liệu về trạng thái các đường liên kết, hay còn gọi là cơ sở dữ liệu về cấu trúc hệ thống mạng Cơ sở dữ liệu này được sử dụng để tính toán chọn đường tốt nhất Router áp dụng thuật toán chọn đường ngắn nhất Dijkstra vào cơ sở dữ liệu về cấu trúc mạng, từ đó xây dựng nên cây SPF với bản thân router là gốc Từ cây SPF này, router sẽ chọn ra đường ngắn nhất đến từng mạng đích Kết quả chọn đường được đặt trên bảng định tuyến của router
Hình 2.1.3 2.1.4 Thuật toán định tuyến theo trạng thái đường liên kết
Thuật toán định tuyến theo trạng thái đường liên kết xây dựng và duy trì một cơ
sở dữ liệu phức tạp về cấu trúc hệ thống mạng bằng cách trao đổi các gói quảng
cáo trạng thái đường liên kết LSAs(Link – State Advertisements) với tất cả các
router khác trong mạng
Thuật toán định tuyến theo trạng thái đường liên kết có đặc điểm sau:
• Chúng được xem như là một tập hợp các giao thức SPF
Trang 7•
•
Chúng xây dựng và duy trì một cơ sở dữ liệu phức tạp về cấu trúc hệ thống mạng
Chúng dựa trên thuật toán Dijkstra
Giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết phát triển và duy trì đầy đủ các thông tin về mọi router trong mạng và cấu trúc kết nối của chúng Điều này được thực hiện nhờ quá trình trao đổi LSAs với các router khác trong mạng
Mỗi router xây dựng cơ sở dữ liệu về cấu trúc hệ thống mạng của mình nhờ các
thông tin từ các LSA mà nó nhận được Sau đó router sử dụng thuật toán SP để tính toán chọn đường ngắn nhất đến từng mạng đích Kết quả chọn đường được đưa lên bảng định tuyến của router Trong suốt tiến trình hoạt động, mọi sự thay đổi trong cấu trúc hệ thống mạng như một thành phần mạng bị đứt hay mạng phát triển thêm thành phần mới đều được phat hiện và đáp ứng theo
Việc trao đổi LSA được thực hiện khi có một sự kiện xảy ra trong mạng chứ không được thực hiện theo định kìy Nhờ vậy tốc độ hội tụ nhanh hơn ví không cần chờ hết thời gian định kỳ các router mới được hội tụ
Trang 8Hình 2.1.4
Ví dụ hình 2.1.4: Tùy theo từng giao thức và thông số định tuyến tương ứng, giao thức định tuyến có thể phân biệt được hai đường đến cùng một đích và sử dụng đường tốt nhất Trong hình 2.1.4, trên bảng định tuyến có hai đường đi từ Router A đến Router D Hai đường này có chi phí bằng nhau nên giao thức định tuyến ghi nhận cả hai Có một số giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết có cách đánh giá khả năng hoạt động của hai đường và chon đường tốt nhất Ví dụ, nếu đường đi qua Router C gặp trở ngại như bị nghẽn mạch hoặc bị hư hỏng thì giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết có thể nhận biết được các thay đổi này và chuyển gói di theo đường qua Router B
2.1.5 Ưu và nhược điểm của giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết
Sau đây là các ưu điểm của giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết:
•
•
•
Sử dụng chi phí làm thông số định tuyến để chọn đường đi trong mạng Thông số chi phí này có thể phản ánh được dung lượng của đường truyền
Thực hiện cập nhật khi có sự kiện xảy ra, phát LSAs ra cho mọi router trong
hệ thống mạng Điều này giúp cho thời gian hội tụ nhanh hơn
Mỗi router có một sơ đồ đầy đủ và đồng bộ về toàn bộ cấu trúc hệ thống mạng Do đó chúng rất khó bị lặp vòng
Trang 9•
•
•
•
Router sử dụng thông tin mới nhất để quyết định chọn đường đi
Cần thiết kế hệ thống mạng một cách cẩn thận để cơ sở dữ liệu về trạng thái các đường liên kết có thể được thu nhỏ lại Nhờ đó chúng ta có thể tiết kiệm được các tính toán Dijkstra và hội tụ nhanh hơn
Mọi router sử dụng sơ đồ cấu trúc mạng của riêng nó để chọn đường Đặc tính này sẽ giúp chúng ta khi cần xử lý sự cố
Giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết có hỗ trợ CIDR và
VLSM
Sau đây là các nhược điểm của giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết:
Chúng đòi hỏi nhiều dung lượng bộ nhớ và năng lực xử lý cao hơn so với giao thức định tuyến theo vectơ khoảng cách Do đó chúng khá mắc tiền đối với các tổ chức nhỏ, chi phi hạn hẹp và thiết bị cũ
• Chúng đòi hỏi hệ thống mạng phải được thiết kề theo mô hình phân cấp, hệ thống mạng được chia ra thành nhiều cùng nhỏ để làm giảm bớt độ lớn và độ phức tạp của cơ sở dữ liệu về cấu trúc hệ thống mạng
• Chúng đòi hỏi nhà quản trị mạng phải nắm vững giao thức
• Trong suốt quá trình khởi động, các router thu thập thông tin về cấu trúc hệ
thống mạng để xây dựng cơ sở dữ liệu, chúng phát các gói LSA ra trên toàn
bộ mạng Do đó tiến trình này có thể làm giảm dung lượng đường truyền dành cho dữ liệu khác
•
1.1.4 So sánh và phân biệt giữa định tuyến theo vectơ khoảng cách và định tuyến theo trạng thái đường liên kết
Trước tiên ta xét giao thức định tuyến theo vectơ khoảng cách Thông tin định tuyến mà các router gửi đi là những thông tin gì và gửi cho ai ? Các router định tuyến theo vectơ khoảng cách thực hiện gửi toàn bộ bảng định tuyến của mình
và chỉ gửi cho các router kết nối trực tiếp với mình Như chúng ta đã biết ,thông tin trên bảng định tuyến rất ngắn gọn,chỉ cho biết tương ứng với một mạng đích
là cổng nào của router , router kế tiếp có địa chỉ IP là gì, thông số định tuyến của con đường này là bao nhiêu Do đó, các router định tuyến theo vectơ
khoảng cách không biết được đường đi một cách cụ thể, không biết về các
router trung gian trên đường đi và cấu trúc kết nối giữa chúng Các bạn có thể
xem nội dung bảng định tuyến trên router bằng lệnh show ip route Hơn nữa,
bảng định tuyến là kết quả chọn đường tốt nhất của mỗi router Do đó, khi
Trang 10239
chúng trao đổi bảng định tuyến với nhau, các router chọn đường dựa trên kết quả đã chọn của router láng giềng Mỗi router nhìn hệ thống mạng theo sự chi phối của các router láng giềng
Các router định tuyến theo vectơ khoảng cách thực hiện cập nhật thông tin định tuyến theo định kỳ nên tốn nhiều băng thông đường truyền Khi có sự thay đổi xảy ra, router nào nhận biết sự thay đổi đầu tiên sẽ cập nhật bảng định tuyến của mình trước rồi chuyển bảng định tuyến bảng định tuyến cập nhật cho router láng giềng Router láng giềng nhận được thông tin mới, cập nhật vào bảng định tuyến đã được cập nhật cho các router láng giềng kế tiếp Quá trình cập nhật cứ lần lượt như vậy ra toàn bộ hệ thống Do đó thời gian bị hội tụ chậm
Bây giờ ta xét đến giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết Thông tin định tuyến mà các router gửi đi là gì và gửi cho ai? Khi bắt đầu hoạt động, mỗi router sẽ gửi thông tin cho biết nó có bao nhiếu kết nối và trạng thái của
mỗi đường kết nối như thế nào, và nó gửi cho mọi router khác trong mạng bằng địa chỉ multicast Do đó mỗi router đều nhận được từ tất cả các router khác thông tin về các kết nối của chúng Kết quả là mỗi router sẽ có đầy đủ thông tin
để xây dựng một cơ sở dữ liệu về trạng thái các đường liên kết, hay còn gọi là
cơ sở dữ liệu về cấu trúc mạng Như vậy, mỗi router đều có một cái nhìn đầy đủ
và cụ thể về cấu trúc của hệ thống mạng Từ đó, mỗi router tự tính toán để chọn đường đi tốt nhất đến từng mạng đích
Khi các router định tuyến theo trạng thái đường liên kết đã hội tụ xong, không thực hiện cập nhật định kỳ Chỉ khi nào có sự thay đổi thì thông tin về sự thay đổi đó được truyền đi cho tất cả các router trong mạng Do đó thời gian hội tụ nhanh và ít tốn băng thông
Ta thấy ưu điểm nổi trội của định tuyến theo trạng thái đường liên kết so với định tuyến theo vectơ khoảng cách là thời gian hội tụ nhanh hơn và tiết kiệm
băng thông đường truyền hơn Giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết có hỗ trợ CIDR và VLSM Do đó, chúng là một lựa chọn tốt cho mạng lớn
và phức tạp Thực chất giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết thực hiện định tuyến tốt hơn so với giao thức định tuyến theo vectơ khoảng cách ở mọi kích cỡ mạng Tuy nhiên, giao thức định tuyến theo trạng thái đường liên kết không được triển khai ở mọi hệ thống mạng vì chúng đòi hỏi dung lượng bộ
