GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN vềOSPF

Định tuyến là cách thức mà Router bộ định tuyến hay PC hoặc thiết bị mạng khác sử dụng để truyền phát các gói tin tới địa chỉ đích trên mạng.. Link-state không gửi bảng định tuyến của mì

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 3

I.KHÁI QUÁT CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN: 4

1.Khái niệm 4

2.Phân loại 4

a Định tuyến tĩnh 4

b.Định tuyến động 5

II.GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN OSPF: 7

1.OSPF giải quyết các vấn đề : 7

2.Đóng gói bản tin OSPF : 7

3 Các loại gói tin OSPF 8

4.Giao thức Hello 8

a.Thiết lập hàng xóm 9

b.OSPF Hello và Dead Interval 10

c.OSPF link-state Updates 10

d.Bầu DR và BDR 11

5.Thuật toán OSPF 11

6.Xác thực 13

7.Cách xác định Router ID 13

8.Bảng định tuyến 14

9.Kiểu mạng của OSPF 16

10.Quá trình lan tràn bản tin LSAs và bầu chọn DR và BDR trong mạng Multiaccess 17

a.Quá trình lan tràn bản tin LSAs 17

b.Bầu chọn DR và BDR 17

11.Metric OSPF 19

III MÔ PHỎNG : 20

Mô hình 1 20

Mô hình 2 : 22

IV.KẾT LUẬN : 26

Tài liệu tham khảo 27

Ngày nay chúng ta cũng không phải lo về việc thiếu hụt băng thông cho truyền tin như trước kia thay vào đó là việc làm sao để sử lý gói tin tại các nút là nhanh nhất

Giao thức là một kiểu cách thức giao tiếp , đối thoại Cũng như con người máy móc muốn làm việc với nhau cũng cần có những cách thức giao tiếp riêng Trong việc truyền tin cũng vậy các Router muốn giao tiếp với nhau cũng cần phải có những giao thức để làm việc với nhau Các giao thức đó thường là RIP , IGRP, EGRP, IS-IS,BGP4 và OSPF

OSPF Là giao thức định tuyến nhóm link-state, thường được triển khai trong các hệ thống mạng phức tạp Giao thức OSPF tự xây dựng những cơ chế riêng cho mình ,tự bảo đảm những quan hệ của chính mình với các router khác Nó có thể dò tìm nhanh chóng sự thay đổ của topology (cũng như lỗi của các interface ) và tính toán lại những route mới sau chu kỳ hội tụ Chu kỳ hội tụ của OSPF rất ngắn và cũng tốn rất ít lưu lượng đường truyền

Chính vì các lý do trên nhóm đã lựa chọn đề tài tìm hiểu giao thức định tuyến OSPF

và đưa ra các mô hình mô phỏng trực quan và sinh động bằng phần mềm mô phỏng Packet tracer của CISCO Nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Lê Minh Tuấn đã góp ý và

động viên nhóm trong quá trình làm đề tài Mặc dù đã cố gắng hết sức nhưng do khả năng còn hạn chế nên không thể tránh khỏi thiếu sót nhóm mong nhận được sự góp ý từ các thầy

cô và các bạn đọc để nhóm có thể hoàn thiện đề tài Xin chân thành cảm ơn !

I.KHÁI QUÁT CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN:

1.Khái niệm

Định tuyến là cách thức mà Router (bộ định tuyến) hay PC (hoặc thiết bị mạng khác) sử dụng

để truyền phát các gói tin tới địa chỉ đích trên mạng

Khái niệm routing gắn liền với mạng Intranet và Internet sử dụng một mô hình định tuyến hop-by-hop Điều này có nghĩa rằng mỗi PC hay Router sẽ tiến hành kiểm tra trường địa chỉ đích trong phần tiêu đề của gói IP, tính toán chặng tiếp theo (Next hop) để từng bước chuyển gói IP dần đến đích của nó và các Router cứ tiếp tục phát các gói tới chặng tiếp theo như vậy cho tới khi các gói IP đến được đích

2.Phân loại

Có 2 loại định tuyến : định tuyến tĩnh và định tuyến động

a Định tuyến tĩnh

Trong bảng định tuyến gồm

+địa chỉ mạng và subnet mask và địa chỉ IP của router tiếp theo hoặc exit interface

+được ký hiệu là chữ “S” trong bảng định tuyến

Chúng ta sử dụng định tuyến tĩnh khi :

+ khi mạng chỉ có 1 vài router hay mô hình mạng đơn giản

+ Mạng được kết nối với Internet chỉ thông qua 1 ISP

+ Mô hình Hub & spoke được sử dụng trên 1 mạng lớn

b.Định tuyến động

Giao thức định tuyến động được sử dụng bởi các router để chia sẻ thông tin về tình trạng của các mạng từ xa.Giao thức định tuyến động thực hiện 1 số hoạt động bao gồm :

1 RIP(Routing Information Protocol)

2 IGRP(Interior Gateway Routing Protocol)

3 EIGRP(Enhanced IGRP)

4 OSPF(Open Shortest Path First)

5 IS-IS(Intermediate System-to-Intermediate System )

6 BGP (Border Gateway Protocol)

-Các thuật toán tìm đường :gồm 2 loại

• Giao thức định tuyến Distance vector : Các giao thức định tuyến thuộc loại này như RIP,IGRP

Hoạt động theo nguyên tắc Neighbors , nghĩa là mỗi router sẽ gửi bảng định tuyến của mình cho tất cả router kết nối trực tiếp với nó Các router đó sau đó so sánh với bảng định tuyến

mà mình hiện có và kiểm tra lại các tuyến đường của mình với các tuyến đường mới nhận được , tuyến đường nào tối ưu hơn sẽ được đưa vào bảng định tuyến các gói tin update sẽ được gửi theo chu kỳ (30s với RIP, 90s với EIGRP)

+Ưu điểm : Dễ cấu hình,router không phải xử lý nhiều nên không tốn nhiều dung lượng bộ

nhớ và CPU có tốc độ xử lý nhanh hơn

+Nhược điểm :

-Hệ thống metric quá đơn giản (như RIP chỉ là hop count) dẫn đến việc các tuyến đường được chọn vào routing table chưa phải tuyến đường tốt nhất

-Vì các gói tin update được gửi theo định kỳ nên một lượng băng thông ( bandwidth) đáng kể

sẽ bị chiếm (mặc dù mạng không thay đổi nhiều )

+Do router hội tụ chậm ,dẫn đến việc sai lệch trong bảng định tuyến gây nên hiện tượng lặp định tuyến (loop)

• Giao thức định tuyến Link-state : Các giao thức định tuyến thuộc loại này như : OSPF,IS-IS

Link-state không gửi bảng định tuyến của mình, mà chỉ gửi trạng thái của các đường link trong linkstate database của mình đi cho các router khác,các router sẽ áp dụng giải thuật SPF (shortest path first),để tự xây dựng bảng định tuyến riêng cho mình.khi mạng đã hội tụ,link state protocol sẽ không gửi update định kỳ mà chỉ gửi khi nào có sự thay đổi trong mạng

+Ưu điểm : có thể thích nghi với đa số hệ thống ,cho phép người thiết kế có thể thiết kế

mạng linh hoạt,phản ứng nhanh với tình cuống xảy ra

Do không gửi inverval-update nên link state bảo đảm được băng thông cho các đường mạng

+Nhược điểm :

-Do router phải xử lý nhiều nên chiếm nhiều bộ nhớ ,tốc độ CPU chậm hơn nên tăng delay -Link state khá khó cấu hình để chạy tốt

II.GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN OSPF:

OSPF là giao thức định tuyến dạng Link-State dựa trên chuẩn mở được phát triển để thay thế phương thức Distance Vector (RIP) RIP là một giao thức định tuyến được chấp nhận trong những ngày đầu của mạng và Internet,nhưng do phụ thuộc vào số lượng hop mà router có thể

đi được chỉ là 15 nên RIP nhanh chóng không thể chấp nhận được trong các mạng lớn hơn Các mạng lớn hơn cần 1 giải pháp định tuyến mạnh mẽ hơn.OSPF là 1 giao thức định tuyến classless mà sử dụng khái niệm vùng cho khả năng mở rộng Nó sư dung thông số cost để tính đường đi tốt nhất OSPF sử dụng băng thông như là thước đo chi phí

1.OSPF giải quyết các vấn đề :

• Tốc độ hội tụ nhanh

• Hỗ trợ VLSM (Variable length subnet mask)

• Kích thước mạng có thể hỗ trợ lớn

• Chọn đường theo trạng thái đường link hiệu quả hơn distance vector

• Đường đi linh hoạt hơn

• Hỗ trợ xác thực (Authenticate)

2.Đóng gói bản tin OSPF :

Phần dữ liệu của 1 thông báo OSPF được đóng trong 1 gói.Trường dữ liệu này có thể bao gồm 1trong 5 loại bản tin OSPF

Các gói tiêu đề OSPF được gửi kèm với mỗi gói tin OSPF,bất kể loại bản tin nào của OSPF.Các OSPF header và loại gói dữ liệu cụ thể được gói gọn trong gói tin IP.Trong gói tiêu đề IP,trường giao thức được thiết lập bằng 89 để cho biết là OSPF,và địa chỉ đích được thiết lập là 1 trong 2 địa chỉ multicast :224.0.0.5 hoặc 224.0.0.6.Nếu gói OSPF được đóng gói trong 1 khung Ethernet,địa chỉ MAC đích cũng là 1 địa chỉ multicast : 01-00-5E-00-00-05 or 01-00-5E-00-00-06

3 Các loại gói tin OSPF

+ Hello : dùng để thiết lập và duy trì mối quan hệ hàng xóm với những router khác + DBD : gói tin này dùng để chọn lựa router nào sẽ được trao đổi thông tin trước (master/slave)

+ LSR : Link state request gói tin này dùng để chỉ định loại LSA dùng trong tiến trình trao đổi gói tin DBD

+ LSU : Link-state update được sử dụng để trả lời LSRs cũng như công bố thông tin mới.LSUs chứa 7 loại khác nhau của LSAs

+LSAck : khi 1 LSU được nhận,router gửi 1 Link-State Acknowledgement (LSAck) để xác nhận LSU

+ Bầu chọn DR va BDR ở trên mạng multiaccess và ethernet như Frame Relay

Cấu trúc của bản tin Hello

Trong đó :

• Type :loại gói OSPF :Hello (1),DD(2),LS Request (3),LS Update (4),LS ACK (5)

• Router ID :xác định router

• Area ID : Vùng hoạt động của OSPF

• Network Mask : subnet mask của giao diện gửi

• Hello Interval : số giây gửi bản tin Hello của router

• Router Prỉoity : sử dụng trong việc bầu chọn DR,BDR

• Designated Router : Router ID của DR nếu có

• Backup Designated Router : Router ID của BDR nếu có

• List of Neighbors : danh sách OSPF Router ID của router hàng xóm

a.Thiết lập hàng xóm

Trước khi 1 router OSPF gửi trạng thái liên kết của nó tới tất cả các router khác,trước tiên nó phải xác định xem có bất kỳ hàng xóm OSPF nào ở trên bất kỳ liên kết nào của nó Trong

hình, router OSPF đang gửi những gói Hello ra tất cả các cổng của nó cho phép các cổng của

nó xác định xem có bất kỳ hàng xóm nào ở trên liên kết đó không Thông tin ở trong OSPF Hello bao gồm OSPF Router ID của router đang gửi gói Hello Nhận 1 gói OSPF Hello ở trên giao diện xác nhận cho 1 router mà có router OSPF khác ở trên liên kết này.Sau đó OSPF được thiết lập là hàng xóm gần kề

b.OSPF Hello và Dead Interval

Trước khi 2 router có thể hình thành hàng xóm gần kề,chúng phải đòng ý về 3 giá trị thời gian Hello,cùng thời gian duy trì Dead Interval,và kiểu mạng

Thời gian Hello chỉ ra việc goi Hello gửi thường xuyên thế nào mặc định với mạng multiaccess và point-to-point là 10s và 30s với mạng non-broadcast multiaccess (NBMA) Trong hầu hết trường hợp,gói OSPF Hello gửi như multicast đến 1 địa chỉ dành riêng cho tất

cả SPF router tại 224.0.0.5.Sử dụng địa chỉ multicast cho phép thiết bị bỏ qua các gói dữ liệu nếu các cổng của nó không được kích hoạt để chấp nhận các gói tin OSPF

Dead Interval là thời gain mà router chờ trước khi cho hàng xóm vào trạng thái down.thời gian này theo cisco mặc định là gấp 4 lần thời gian Hello.Với mạng multiaccess và point-to-point là 40s và với NBMA là 120s

c.OSPF link-state Updates

Link-state updates (LSU) là gói tin được sử dụng để cập nhật định tuyến OSPF.Một gói LSU

có thể chứa 10 loại bản tin khác nhau của link-state Advertisements (LSAs) như hiển thị ở hình bên dưới.Sự khác nhau giữa các điều khoản LSU và LSA đôi khi có thể khó hiểu.Đôi khi những thuật ngữ này được dùng lẫn lộn Một LSU chứa 1 hoặc nhiều LSAs và các điều khoản khác có thể được sử dụng để tuyên truyền thông tin trạng thái liên kết bởi router OSPF

d.Bầu DR và BDR

Để giảm lưu lượng truy cập trên các mạng multiaccess ,OSPF bầu 1 DR va 1 BDR.DR có nhiệm vụ cập nhật router khác (gọi là DROthers) khi có sự thay đổi ở trong mạng.BDR để dự phòng cho DR

5.Thuật toán OSPF

Mỗi router OSPF duy trì 1 link-state database chứa các LSA nhận được từ tất cả router khác.Khi 1 router đã nhận được tất cả các LSA và xây dựng link-state địa phương,OSPF sử dụng thuật toán Dijkstra’s (SPF-shortest path first) để tạo ra 1 cây SPF.Sau đó Cây SPF được

sử dụng lưu giữ trong bảng định tuyến IP với đưòng đi ngắn nhất tới từng

Khi nhận được thông tin mạng thay đổi nó sẽ tính lại SPF

Giả thiết :

r là node nguồn, d là node đích

Cdr là giá thấp nhất từ node r tới đích d

Nrd là node tiếp theo của r trên đường tới d

Crs(r,s) là giá của liên kết từ r tới s,

Thuật toán dừng khi tất cả các node thuộc Ω

Khi tính toán đường đi ngắn nhất sử dụng các thuật toán trên đây, thông tin trạng thái của mạng thể hiện trong hệ đo lượng (metric), các bộ định tuyến phải được cập nhật giá trên tuyến liên kết Một khi có sự thay đổi topo mạng hoặc lưu lượng các node mạng phải khởi tạo và tính toán lại tuyến đường đi ngắn nhất, tuỳ theo giao thức được sử dụng trong mạng

6.Xác thực

Giống như các giao thức định tuyến khác OSPF có thể được cấu hình để xác thực.RIPV2,EIGRP,OSPF,IS-IS và BGP tất cả đều được cấu hình để mã hoá và xác thực thông tin định tuyến điều này đảm bảo rằng các con router chỉ chấp nhận thông tin định tuyến

từ router khác đã được cấu hình với cùng mật khẩu và thông tin xác thực

7.Cách xác định Router ID

Các OSPF Router ID được sử dụng để nhận diện từng router trong vùng định tuyến OSPF.Một router ID chỉ đơn giản là 1 địa chỉ IP.Router cisco chọn router id dựa trên 3 tiêu chí :

+ Sử dụng địa chỉ IP đã được cấu hình với lệnh router-id

+ Nếu router-id không được cấu hình thì router chọn địa chỉ IP cao nhất của bất kỳ cổng

loopback nào

+ Nếu không có cổng loopback được cấu hình thì router sẽ chon địa chỉ IP cao nhất của bất

kỳ cổng vật lý nào của nó đang hoạt động

Ví Dụ :cho mô hình như hình vẽ

Bởi vì chúng ta đã không cấu hình router id hoặc cổng loopback nên chúng ta xác định router

id dựa vào điều kiện thứ 3.ta có thể xử dụng lệnh “show ip protocol” để kiểm tra router id.1

số IOS không hiển thị được như hình vẽ thì ta sử dụng lẹnh “show ip ospf interface”.Như thể hiện trong hình router id của mỗi router là :

R1: 192.168.10.5, which is higher than either 172.16.1.17 or 192.168.10.1

R2: 192.168.10.9, which is higher than either 10.10.10.1 or 192.168.10.2

R3: 192.168.10.10, which is higher than either 172.16.1.33 or 192.168.10.6

8.Bảng định tuyến

Xét mô hinh như hình vẽ sau khi mang hội tụ thì mỗi router se có 1 bảng định tuyến của nó như trong hình vẽ

Ta dùng lệnh “show ip route” để thấy bảng định tuyến của từng router

9.Kiểu mạng của OSPF

Cách thức hoạt động:

Thay vì phải gửi lan tràn bản tin LSAs thì DROthers chỉ gửi LSAs của nó cho DR và BDR

sử dung địa chi 224.0.0.6.trong trường hợp này R1 gửi LSA cho DR và BDR ,Sau đó BDR lắng nghe xem DR co hoạt động tốt hay không.sau đó DR có nhiệm vụ chuyển tiếp các LSAs tới tất cả các router khác trong mạng bằng địa chỉ 224.0.0.5.Kết quả cuối cùng chỉ 1 router làm nhiệm vụ gửi lan tràn các LSAs

Các tiêu chí để bầu DR và BDR

• DR : router với độ ưu tiên của cổng là cao nhất

• BDR : router với độ ưu tiên của cổng là cao thứ 2

• Nếu độ ưu tiên bằng nhau thì Router ID cao nhất được sử dụng để làm DR

Mặc định độ ưu tiên là 1

Như trong hinh vẽ thì router C có router id lớn nhất nên được bầu là DR còn router B có router id lớn thứ 2 nên được bầu làm BDR.các router khác sẽ là DROthers

Thời gian bầu chọn DR và BDR chỉ diễn ra trong vòng vài giây ngay sau khi router khởi động với việc kích hoạt giao thức OSPF hoặc mạng Multiaccess.khi 1 router được bầu lam

DR thì nó vẫn là DR cho đến khi 1 trong các điều kiện sau thay đổi

• DR bị hỏng

• Tiến trình OSPF trên con DR bị hỏng

• Cổng Multiaccess ở trên con DR bị hỏng

III MÔ PHỎNG :

Mô hình 1

Kết quả duyệt web với tên miền ktvt.com trên PC2 sau khi cấu hình OSPF :

Kết quả kiểm tra các tuyến :

Kiểm tra thời gian các bản tin router ID và thiết lập hàng xóm trên RA

Hình dưới ta thấy nguồn thông tin định tuyến cập nhật từ các hàng xóm

Ta sẽ thay đổi khoảng thời gian gửi nhận các bản tin , chi phí cost =10 tức là giá trị cost được thay đổi trực tiếp =10 khác với câu lệnh thay đổi băng thông lúc này cost =10^8/băng thông (kbps)

Kết quả sau khi thay đổi :

Chú ý : nếu ta thay đổi giá trị thời gian bản tin hello và dead thì phải thay đổi đồng

thời trên các router nếu không mạng sau khi thay đổi sẽ không hoạt động được

Trên đây là vài chức năng được nhóm mô phỏng trực quan và kiểm tra và còn nhiều các chức năng khác như:

xác thực

mã hóa

tạo các phân vùng trong OPSP ( tạo đường hầm )

thay đổi các giá trị như độ ưu tiên của các router để xem sự thay đổi bình bầu

BR,BDR

chuyển giao giữa các giao thức định tuyến khác như RIP ,EIGRP sang OSPF và

ngược lại