OSPF(Open Shortest Path First) là một giao thức định tuyến chuẩn chạy trên tất cả các thiết bị thuộc dạng định tuyến linkstates,có hiệu quả cao và hỗ trợ cho mạng lớn. Đây là một giao thức được sử dụng rộng rãi trong các mạng doanh nghiệp có kích thước lớn. Mỗi router khi chạy giao thức sẽ gửi các trạng thái đường link của nó cho tất cả các router trong vùng (area). Sau một thời gian trao đổi, các router sẽ đồng nhất được bảng cơ sở dữ liệu trạng thái đường link (Link State Database – LSDB) với nhau, mỗi router đều có được bản đồ mạng của cả vùng. Từ đó mỗi router sẽ chạy giải thuật Dijkstra tính toán ra một cây đường đi ngắn nhất (Shortest Path Tree) và dựa vào cây này để xây dựng nên bảng định tuyến.
Trang 1LSU Link state Update
DBD Database DescriptionLSR Link state RequestSPT Short path tree
DR router Designated RoutersBDR router Backup Designated RoutersABR Area Border Routers
ASBRs Autonomous System Border
Routers
NBMA Non-broadcast Multi-access
Network
Trang 2DANH MỤC HÌNH ẢNH
Trang 3CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIAO THỨC OSPF
1.1. Tổng quan
1.1.1. Khái niệm
OSPF(Open Shortest Path First) là một giao thức định tuyến chuẩn chạy trên tất cảcác thiết bị thuộc dạng định tuyến link-states,có hiệu quả cao và hỗ trợ cho mạng lớn.Đây là một giao thức được sử dụng rộng rãi trong các mạng doanh nghiệp có kích thướclớn Mỗi router khi chạy giao thức sẽ gửi các trạng thái đường link của nó cho tất cả cácrouter trong vùng (area) Sau một thời gian trao đổi, các router sẽ đồng nhất được bảng cơ
sở dữ liệu trạng thái đường link (Link State Database – LSDB) với nhau, mỗi router đều
có được bản đồ mạng của cả vùng Từ đó mỗi router sẽ chạy giải thuật Dijkstra tính toán
ra một cây đường đi ngắn nhất (Shortest Path Tree) và dựa vào cây này để xây dựng nênbảng định tuyến
1.1.2. Đặc điểm
OSPF tuân thủ các đặc điểm của kiểu định tuyến link states:
• Được thiết kế theo kiến trúc phân cấp bởi các Areas
• Xây dựng mối quan hệ neighbor với các router lân cận trong cùng một Area
• Các router xây dựng bảng cơ sở dữ liệu về toàn bộ tuyến đường trên mạng vàđồng bộ CSDL với nhau
• Classless routing: Gửi subnet mask trong bản tin cập nhật định tuyến(VLSM)
• Trigger update : Gửi bản tin update (LSAs) khi có sự thay đổi của mộtlinks.Ngoài ra LSAs sẽ được refresh mỗi 30 phút
• Ospf sử dụng thuật toán Dijkstra để xác định đường đi tốt nhất đến mạng đích
• Chỉ số AD ospf =110
• Metric của ospf là cost,nó được tính toán dựa vào băng thông của links
Ospf xây dựng và lưu trữ 3 bảng sau:
• Bảng neighbor : list các router neighbor
• Bảng topology : list các route khả dụng để có thể biết toàn bộ mạng trong mộtarea
• Gửi tới địa chỉ Multicast :224.0.0.5
• Gửi theo chu kì :Hello interval : 10s , Deal interval : 40s
Trang 4• Router ID: là giá trị định danh duy nhất cho mỗi router chạy OSFP , giá trịnày có thể được đặt như sau (Các router id phải khác nhau):
Manual (thủ công):#router-id A.B.C.D
Auto:IP Interface loopback cao nhất (nếu không có interfaceloopback sẽ lấy IP interface vật lý cao nhất)
• Area ID (0-65535) : Định nghĩa một vùng định tuyến các router chạy OSPF.Các router trong một vùng mới có thể trở thành hàng xóm của nhau
Note : Area 0 (backbone area) : Các area khác muốn kết nối phải qua area 0
• Một số trường khác như: Authentication options, Interface address mask,Interface priority, Designated router and backup designated router, Activeneighbor
Để thiết lập hàng xóm thì các router phải thỏa mãn các điều kiện sau:
• Cùng MTUs (maximum transmission units)
Nếu thỏa mãn sẽ được lưu vào OSPF neighbor
Command : #show ip ospf neighbor
1.2.2. Trao đổi thông tin định tuyến
Trên mỗi router chạy OSPF có một bảng cơ sở dữ liệu về link-state được gọi làLSDB (Link state Database) bảng này ghi nhớ mọi trạng thái đường link của mọi routertrong vùng (Như một tấm bản đồ mạng) Bảng LSDB phải hoàn toàn giống nhau trongcác router Từ bảng LSDB các router sẽ sử dụng thuật toán Dijkstra shortest path first(SPF) để tính toán ra tuyến đường tốt nhất
Để xây dựng lên Bảng LSDB các router gửi gói tin LSU (Link state Update) trong
đó chứa các bản tin LSAs (Link state Advertisement) bản tin này chứa các thông tin địnhtuyến topo trong OSPF.Khi nhận gói tin LSU router sẽ update vào CSDL và gửi bản saocho các router còn lại
Để đảm bảo các router có LSBD giống nhau nó sẽ gửi bản tin DBD (DatabaseDescription) để đồng bộ CSDL
Sau khi trao đổi DBD router có thể phát hiện tuyến đường hết hạn.Nó sẽ gửi đibản tin LSR (Link state Request) tớ hàng xóm để yêu cầu update
Đáp lại LSR thì router sẽ gửi lại LSU
Bản tin LSAck để xác nhận LSU
Note: Show bảng Database: #show ip ospf database
Trang 51.2.3. Xây dựng bảng định tuyến
Các router lấy tuyến đường tốt nhất trong SPT (Short path tree) xây dựng lên bảngđịnh tuyến
Command: #show ip route ospf
Ký hiệu :O | OIA | OE1 |OE2
1.3. OSPF Neighbors trong mạng Multi-access
1.3.1. Khái Niệm
Trong mạng multi-access (có thể hiểu là mạng có nhiều thiết bị đấu vàoswitch).Giả sử chúng ta có n router đấu vào thì OSPF phải xây dựng nên n(n-1)/2quan hệ liền kề
Nếu số lượng router lớn sẽ rất khó khăn trong vấn đề trao đổi cập nhậtthông tin định tuyến và làm lãng phí băng thông khi có sự thay đổi trong mạng Đểtránh trường hợp này,OSPF chọn ra DR router (Designated Routers) cho mỗi mộtmạng multil-access này Để làm dự phòng cho DR router,BDR Router (BackupDesignated Routers) cũng sẽ được bình bầu Các router còn lại được gọi làDROTHER sẽ xây dựng mỗi quan hệ liền kề adjacencie với DR và BDR,còn giữachúng chỉ là quan hệ 2way ( sẽ đc đề cập trong phần tiếp theo,mối quan hệ này tức
có nghĩa là chỉ biết nhau chứ không bao giờ trao đổi)
Hình 1: OSPF DR ConceptNếu có một sự thay đổi xẩy ra trên một link liên kết,một update sẽ được gửitới DR và BDR qua địa chỉ 224.0.0.6,và DR sẽ gửi lại cho toàn bộ các Routertrong mạng vào địa chỉ 224.0.0.5 ( Có thể tưởng tượng nó sẽ thay mặt để thông tincùng lúc với tất cả router thay vì một router phải nói cho mỗi một router một) DR
và BDR được xác định bởi thông số priority được cấu hình trên interface củarouter nối với mạng multilaccess
Trang 6Hình 2: Network Prefix Advertisement with DR Segments1.3.2. Cấu hình bình bầu DR và BDR
Vì DR và BDR được xác định bởi thông số priority được cấu hình trên interface củarouter nối với mạng multilaccess Giá trị priority của 1 router từ 1 đến 255 Router cópriority lớn nhất sẽ trở thành DR và lớn thứ 2 sẽ là BDR.MẶc định Priority bằng 1
Nếu không may có Priority là bằng nhau nó sẽ dựa vào Router - ID Router cóRouter-id cao nhất là DR
Nếu hệ thống đã có DR và BDR nếu cắm thêm một Router mới có priority cao hơn
nó vẫn ưu tiên DR đang hoạt động.Để router có priority lớn hơn kia là DR là phải Restartlại process của router bằng câu lệnh : # clear ip ospf process
Nếu để Priority là 0 nó sẽ không bầu DR hay BDR
Command: vào interface của router gõ:
R(config-if)# ip ospf priority (0-255)
Để biết router nào trong 1 vùng multilaccess là DR hay BDR sử dụng lệnh:
# show ip ospf neighbor
Hình 3 : OSPF Neighbor Output
1.4. OSPF neighbor states
Như phần trước chúng ta đã biết giữa các DROTHER có trạng thái là 2way, VậyOSPF neighbor còn có các trạng thái nào khác Để trao đổi thông tin định tuyến thì các
Trang 7router chạy OSPF phải thiết lập mối quan hệ láng giềng với nhau trước Hai router lánggiềng sẽ trải qua các trạng thái sau:
• Down - Trạng thái khi router đang chờ lắng nghe bản tin Hello từ hàng xóm
• Init - cho biết một bản tin Hello đã đc nhận, thông tin liên lạc vẫn chưađược khởi tạo,vì hàng xóm vẫn đang trong quá trình chờ hello
• 2way - cho biết rằng giao tiếp hai chiều đã được thiết lập.Lúc này cả 2router đã nhận được bản tin hello của nhau Hello chứa một trường ID hàngxóm Do đó, giao tiếp sẽ ở trạng thái 2way khi một bộ định tuyến nhìn thấy
ID của chính nó trong gói tin Hello hàng xóm gửi nó Bình bầu DR/BDR
• ExStart - chỉ ra rằng các router đang chuẩn bị chia sẻ thông tin link states.Các mối quan hệ Master/slave được hình thành giữa các bộ định tuyến đểxác định ai sẽ bắt đầu trao đổi trước
• Exchange - chỉ ra rằng các router đang gửi thông tin mô tả cơ sở dữ liệu(DBD) của nó DBD chứa mô tả về Cơ sở dữ liệu cấu trúc liên kết của bộđịnh tuyến Router sẽ kiểm tra DBD của hàng xóm để xác định có nhữngthông tin gì mà nó còn thiếu
• Loading - Các bộ định tuyến đang trong quá trình trao đổi link states Về cơbản, các bộ định tuyến đang chia sẻ các bảng cấu trúc liên kết của chúngvới nhau.Khi mất thông tin tuyến đường gửi gói tin LSR
• Full - chỉ ra rằng các bộ định tuyến được đồng bộ hoàn toàn Bảng tô pôcủa tất cả các bộ định tuyến trong một area bây giờ sẽ giống nhau.Tùy thuộc vào “vai trò” của router neighbor,Trạng thái này có thể xuất hiệndưới dạng:
1.5. OSPF LSA TYPE
OSPF là giao thức link states,khác hẳn với giao thức distance vector như RIPquảng bá toàn bộ bảng định tuyến của nó, Router OSPF theo dõi trạng thái của các liênkết trong area nó thuộc về ,một liên kết (link) đơn giản là một giao diện router,và chúng
sẽ nó trao đổi trạng thái,thông tin về link đó bằng các bản tin LSA để xây dựng nênTopology database rồi từ đó dùng thuật toán để tìm đường đi tốt nhất đến đích và đưa vàobảng định tuyến Vậy có những loại LSA nào? Có 5 loại phổ biến trong mạng hiện nay(Phần này có nhắc đến các loại Router trong OSPF sẽ được nhắc tới ở phần sau):
Trang 8• Router LSA (SLA type 1) - Chứa danh sách tất cả các link cục bộ của chínhRouter đó,chứa trạng thái "states"," cost" của mỗi liên kết đó LSA loại 1 đượctạo bởi tất cả các bộ định tuyến trong OSPF, và được flood ra tất cả các bộđịnh tuyến khác trong area nó thuộc về
• Network LSA (Type 2) – Được tạo bởi tất cả các bộ định tuyến DesignatedRouter trong mạng multiaccess,LSA này chứa danh sách tất cả các bộ địnhtuyến Router được gắn với Designated Router Route được học từ LSA type 2
có kí hiệu O
• Network Summary LSA (Type 3) – Được tạo ra bởi các ABR Router,LSA nàychứa tất cả danh sách mạng đích (destination) trong một area LSA loại 3được gửi giữa các area để có thể truyền thông giữa các Area với nhau Routeđược học từ LSA type 3 có kí hiệu OIA
Trang 9• ASBR Summary LSA (Type 4) - Được tạo bởi ABR trong OSPF và chứa mộttuyến đường tới bất kỳ ASBR nào trong hệ thống OSPF LSA loại 4 được gửi
từ ABR vào Area mà nó thuộc về (local area), để các bộ định tuyến internalrouter biết cách đi ra khỏi Autonomus System
• External LSA (Type 5) - Được tạo bởi ASBR trong OSPF và chứa các routeđến mạng đích bên ngoài Autonomus System Loại 5 cũng có thể mang hìnhthức của một tuyến đường default route cho tất cả các mạng bên ngoài AS LSA loại 5 sẽ flood cho tất cả các Area trong hệ thống tự trị autonomussystem Route được học từ LSA type 5 có kí hiệu OE1 hoặc OE2
Trang 10Note:Khi 1 router học về 1 tuyến đường qua ospf từ nhiều router khác nhau thứ
tự ưu tiên sẽ là : O > OIA > OE1 > OE2.
1.6. OSPF AREA
1.6.1 Hệ thống phân cấp của OSPF
Tại sao phải phân cấp thành nhiều Area trong OSPF để làm gì và mục đích của nó
là như thế nào phần này chúng ta sẽ giải đáp vấn đề này
Với OSPF nó có thể tách hệ thống mạng thành các vùng riêng biệt được gọi làArea Router OSPF sẽ trao đổi thông tin định tuyến là các link states.Các router cùng area
sẽ xây dựng nên một topology database giống hệt nhau,Nghĩ đơn giản topology database
nó giống như tấm bản đồ khu vực,mỗi router sẽ có một tấm bản đồ khu vực đó giống vớitấm bản đồ mà các router khác trong cùng khu vực area Như vậy area càng nhỏ thì thôngtin trao đổi sẽ đc giảm bớt,và mạng cũng đc quy hoạch đơn giản hơn Việc này giúp chobăng thông và CPU của router được giảm tải OSPF traffic trao đổi có thể là intra-area(trong một area), inter-area (giữa các area), hoặc external (từ AS khác)
Area 0 được gọi là “Backbone” area,và luôn luôn phải có mặt trong OSPF Vớimột topo nhỏ chỉ cần một area 0 là đủ nên chúng ta hay gọi là OSPF đơn vùng
Khi mạng lớn với số lượng router nhiều,chúng ta chia thành nhiều vùng area(OSPF đa vùng) Và điều rất quan trọng là tất cả các area khác phải kết nối về Area0.Trong trường hợp một vùng không có liên kết trực tiếp với vùng 0 thì phải dùng tínhnăng virtual link ( biến vùng bên cạnh thành cầu nối với area 0) Area 0 để kết nối cácarea lại với nhau
1.6.2 Router trong OSPF
Như chúng ta biết OSPF chia kiến trúc thành các vùng Area Từ đó chúng ta sẽphân loại các router dựa vào vị trí của nó giữa các area Có các loại Router OSPF sau:
• Internal Routers – Router có tất cả interface nằm toàn bộ trong một vùng area
Trang 11• Area Border Routers (ABR) – Router có interface nằm trên cả 2 vùng area khácnhau
• Backbone Routers – Router có ít nhất interface hoặc tất cả interface nằm trongvùng Area 0
• Autonomous System Border Routers (ASBRs) – Router có nhiệm vụ kết nối ravùng mạng bên ngoài
Hình 4:Area OSPFNhìn vào hình trên ta có thể thấy có 3 area
Area 0 là backbone area cho Autonomous System ( AS hiểu đơn giản làmột nhóm các router có cùng chính sách - hay đơn giản là một hệ thốngmạng riêng)
Area 1 và Area 2 phải kết nối vào Area 0
Nó hình thành nên các vị trí khác nhau của router OSPF:
Router A,B nằm hoàn toàn trong vùng Area 1 nên được gọi là InternalRouter ( đối với Area 1)
Tương tự Router E và F cũng là Internal Router ( đối với Area 2)
Router C có interface nằm trên cả 2 area nên nó là ABR router Đồngthời nó cũng có một interface nằm trên Area 0 nên chúng ta cũng có thểgọi nó là backbone router
Note : Do ABR thuộc về cùng cả 2 vùng area nên nó có 2 topology database,mỗi database cho mỗi vùng
Router G là router ASBR,một router là ASBR có thể là những router:Kết nối với một AS (Hệ thống Tự trị) riêng biệt, chẳng hạn như Internethoặc Router redistributing lại một giao thức định tuyến khác vào OSPF
1.6.3 OSPF Area Types ( Phân loại các vùng area )
Chúng ta đã biết OSPF chia thành các loại LSA Vậy để kiểm soát việc quảng bá
và phân phối LSA thì OSPF sẽ định ra một số loại Area:
Trang 12• Standard Area - Các vùng bình thường trong OSPF:
Các router trong một vùng standard sẽ chia sẻ các Router LSA (Type 1)
và Network (Type 2) để xây dựng topology database Khi đã hội tụ, các
bộ định tuyến trong một area sẽ có topo database giống nhau
Standard area sẽ chấp nhận LSA Network summary (type 3), chứa cáctuyến đường để tiếp cận các tất cả các mạng khác ở các area khác
Standard area cũng chấp nhận ASBR Summary (Type 4) và External(Type 5) LSA chứa tuyến đường đến ASBR và các tuyến đường đến cácmạng bên ngoài
Mục đích của các Stub là hạn chế số lượng LSA được flood vào area này,
để tiết kiệm băng thông và CPU.Khi đó các ABR của vùng stub sẽ quảng bádefault route vào vùng này để các router sẽ có thể đi ra mạng ngoài,và ABR
sẽ trở thành next-hop của tuyến default route này
• Totally Stubby Area
Chia sẻ type 1 và type 2 SLA
Không chấp nhận type 3,type 4 và type 5 SLATương tự thì ABR của vùng này cũng phải quảng bá tuyến default route vớichính nó làm next hope để các router trong vùng này có thể đi tới các mạngcủa các area khác và cả mạng ngoài nữa
• Not So Stubby Area (NSSA)
Chia sẻ Type 1 và type 2
chấp nhận type 3
không chấp nhận type 4 và 5
Trang 13 Quan trọng: Nếu ASBR là một router nằm trong vùng này thì ASBR
sẽ tạo thành SLA type 7 Tức là bây giờ các type 7,chứa route để đi rangoài mạng sẽ được tạo ra và flood vào vùng này.Như vậy các routerngoài vùng này sẽ không forward LSA type 7 này mà sẽ convert Type
7 này thành Type 5 rồi flood vào các vùng của chúng
Hình 5: OSPF Area Types 1.7. OSPF Network Types
Đối với OSPF,tùy vào loại mạng mà cách hoạt động và hành xử của OSPF có thể
sẽ khác nhau.Một số loại Network cơ bản sẽ được giới thiệu sau đây:
• Broadcast Multi-Access : Một cách cơ abrn dung đây là mạng mà cácrouter OSPF kết nối thông qua một switch, OSPF sẽ bầu chọn ra DR andBDR Thông tin trao đổi sẽ được gửi lên DRs and BDRs với địa chỉmulticast 224.0.0.6 Thông tin được DRs and BDRs forward trở lại cácrouter DRother sẽ được gửi theo địa chỉ multicast 224.0.0.5 Neighbors sẽđược tự phát hiện,ko cần chỉ ra neighbor cho các router.Được cài đặt mặcđịnh khi bật OSPF trên Ethernet links
• Point-to-Point : mạng có sự tham gia của 2 router kết nối thông qua serial.OSPF ko bầu chọn DR and BDR,mà 2 router sẽ trao đổi thông tin địnhtuyến trực tiếp,cũng ko cần chỉ ra router neighbor cho router Thông tin traođổi được gửi theo địa chỉ 224.0.0.5
• Point-to-Multipoint : Mạng mà một interface có thể kết nối tới nhiều router