Báo Cáo Tìm Hiểu Giao Thức Định Tuyến OSPF

Bu chÝnh viÔn th«ng vµ c«ng nghÖ th«ng tin ngµy nay rÊt ph¸t triÓn.Cuéc c¸ch m¹ng th«ng tin ®· vµ ®ang diÔn ra trªn hÇu hÕt c¸c níc tiªn tiÕn trªn thÕ giíi . Cã thÓ nãi th«ng tin ngµy nay ®ãng vai trß hÕt søc quan träng trong cuéc s«ng hµng ngµy cña mçi con ngêi tõ viÖc ¨n g× ë ®©u ,xem g× trong nh÷ng ngµy tíi ®Õn vÊn cæ phiÕu t¨ng gi¸ hay gi¶m gi¸ hay nh÷ng vÊn ®Ò quan träng cña c¶ thÕ giíi ®Òu ®îc ph¶n ¸nh qua th«ng tin ®îc cËp nhËt hµng ngµy. §iÒu ®ã cho thÊy m¹ng líi viÔn th«ng ®· bao trïm trªn toµn thÕ giíi . 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

GVHD: Hoàng Trọng Minh

MỤC LỤC

Lời mở đầu 2

Danh mục cỏc từ viết tắt và cụng thức toỏn học 1

Danh mục bảng biểu và hỡnh vẽ 2

I: Cỏc khỏi niệm cơ bản 2

1 Khỏi niệm về định tuyến : 2

2.Khỏi niệm về giao thức : 3

II: Cỏc giao thức 3

1.Tổng quan chung về cỏc giao thức : 3

2 Giao thức định tuyến RIPvà OSPF( Lý do ra đời OSPF) 4

III: Giao thức đường đi ngắn nhất (OSPF-open shoter Path Fist) 5

1.Giao thức đường đi ngắn nhất (OSPF-Open Shortest Path First) 5

1.1Định tuyến động và thuật toỏn LSA 6

2.So sỏnh liờn kết động và liờn kết tĩnh: 7

3:V ựng OSPF 13

4:Kiểu router 13

Trong hình trên đã chỉ ra 3 liểu router gồm :router mạng lõi (Backbone-router) , Router biên khu vực (Area boder (Backbone-router), router nội miền(Internal router) 14

5:Kiểu đ ịnh tuyến 14

6:Cập nhật định tuyến 16

7:Định dạng của gúi tin OSPF: OSPF sử dụng 5 loại gúi khỏc nhau 17

7.1 Gúi chào (Hello) của OSPF 19

7.2:Gúi mụ tả cơ sở dữ liệu của OSPF: 21

7.3Gúi yờu cầu trạng thỏi liờn kết 22

7.4Gúi cập nhật trạng thỏi liờn kết 23

Tổng Kết : 29

GVHD: Hoàng Trọng Minh

Lời mở đầu

Bu chính viễn thông và công nghệ thông tin ngày nay rất phát triển.Cuộc cách mạng thông tin đã và đang diễn ra trên hầu hết các nớc tiên tiến trên thế giới

Có thể nói thông tin ngày nay đóng vai trò hết sức quan trọng trong cuộc sông hàng ngày của mỗi con ngời từ việc ăn gì ở đâu ,xem gì trong những ngày tới đến vấn cổ phiếu tăng giá hay giảm giá hay những vấn đề quan trọng của cả thế giới đều đợc phản ánh qua thông tin đợc cập nhật hàng ngày Điều đó cho thấy mạng lới viễn thông đã bao trùm trên toàn thế giới

Ngày nay chỳng ta cũng khụng phải lo về việc thiếu hụt băng thụng cho truyền tin như trước kia thay vào đú là việc làm sao để sử lý gúi tin tại cỏc nỳt là nhanh nhất

Giao thức là một kiểu cỏch thức giao tiếp , đối thoại Cũng như con người mỏy múc muốn làm việc với nhau cũng cần cú những cỏch thức giao tiếp riờng Trong việc truyền tin cũng vậy cỏc Router muốn giao tiếp với nhau cũng cần phải cú những giao thức để làm việc với nhau Cỏc giao thức đú thường là RIP , IGRP, EGRP, IS-IS,BGP4 và OSPF

Danh mục các từ viết tắt và công thức toán học

paket Gói mô tả cơ sở dữ liệu LSU Link state update Cập nhật thông tin trạng

thái liên kết

acknowledgement

Tin báo nhận trạng thái liên kết

OSPF Open shorter path fist Giao thứ đường đi ngắn

nhất LSA Link state age Tuổi trạng thái liên kết

SPF shorter path fist Các loại dịch vụ

Danh mục bảng biểu và hỡnh vẽ

Bảng 1.0 Các giao thức định tuyến và tiêu chí so sánh 5

Bảng 1.5 Định dạng gói miêu tả cơ sở dữ liệu 20 Bảng 1.6 :Định dạng gói yêu cầu trạng thái liên kết 21 Bảng 1.7 Định dạng chung của gúi cập nhật trạng thỏi liờn kết 21

Bảng 2.3 Đinh dạng LSA liên kết tóm tắt tới mạng 26 Bảng 2.4 Định dang LSA liên kết router biên 27

Hình 1.8 Cập nhật bảng định tuyến nội miền 17 Hình 1.9 Cập nhật bảng định tuyến 2 vùng 17 Hình 2.0 Cập nhật bảng định tuyến ơ r mạng lõi 19

I: Cỏc khỏi niệm cơ bản

1 Khỏi niệm về định tuyến :

Định tuyến là một tiến trình lựa chọn con đường cho thực thể thông tin chuyển qua mạng, nó còn được coi là khả năng của một nút trong vấn đề lựa chọn đường dẫn cho thông tin qua mạng

Định tuyến là một khái niệm cốt lõi của mạng IP và nhiều loại mạng khác nhau Định tuyến cung cấp phương tiện tìm kiếm các tuyến đường theo các thông tin mà thực thể thông tin được chuyển giao trên mạng

2.Khái niệm về giao thức :

Để đơn giản ta chỉ cần hiểu giao thức là cách thức giao tiếp Trong mạng thông tin giữa các máy tính thì giao thức rất quan trọng , giao thức chính là cầu nối giữa các máy tính , các hệ thống máy tính và các hệ thống mạng

II: Các giao thức

1.Tổng quan chung về các giao thức :

Các giao thức hiênc có gồm có RIP (RIP-1, RIP-2) ; OSPF, IGRP, EIGRP, IS-IS, BGP4 Trong đó thì phân ra làm hai loại

Giao thức nội miền và giao thức đa miền

Giao thức liên miền gồm: RIP, OSPF …

Giao thức liên miền gồm: OSPF, IS_IS…

Trong đó thì các giao thức đều có những ưu nhược đỉêm riêng được thể hiện qua bảng sau :

Tiêu chí Giao thức thông tin dịnh tuyến

Định

tuyến

tĩnh

Thích hợp cho

mạng lớn và

khó khăn khi

Dễ cho thi

hành

Kiểu thuật

toán

Hỗ trợ CIDRR

Hỗ chợ chia

tải

Hỗ chợ chứng

thực

Cho phép đánh

trọng số

Thủ tục mời

chào cho

Router láng

riềng

Không

Sử dụng quảng

bá cho việc

cập nhật bảng

định tuyến

Bảng 1:các giao thức định tuyến và tiêu chí so sánh

2 Giao thức định tuyến RIPvà OSPF( Lý do ra đời OSPF)

Qua bảng so sánh trên đây ta nhận thấy ngay được các khả năng của các giao thức định tuyến và các hạn chế của nó Trong đó giao thứcRIP là một giao thức định tuyến miền trong được sử dụng cho các hệ thống tự trị Giao thức thông tin định tuyến thuộc loại giao thức định tuyến khoảng cách vectơ, giao thức sử dụng giá trị để đo lường đó là số bước nhảy (hop count) trong đường đi từ nguồn đến đích Mỗi bước đi trong đường đi từ nguồn đến đích được coi như có giá trị là 1 hop count Khi một bộ định tuyến nhận được 1 bản tin cập nhật định tuyến cho các gói tin thì nó sẽ cộng 1 vào giá trị đo lường (hop count) đồng thời cập nhật vào bảng định tuyến Trong đó đáng chú ý là RIP- 1 và RIP-2 RIP thực hiện việc ngăn cản vòng lặp định tuyến vô hạn bằng cách thực hiện giới hạn số đường đi cho phép trong 1 đường đi từ nguồn tới đích Số hop tối đa trong một đường đi là 15 Nếu 1 bộ định tuyến nhận được một bản tin cập nhật định tuyến và tại đây giá trị

đo lường trở thành 16 thì đích coi như là nút mạng không thể đến được Nhược điểm của RIP chính là giới hạn đường kính tối đa của 1 mạng RIP là dưới 16 hops RIP có đặc điểm hoạt động ổn định nhưng khả năng thay đổi chậm Khi có thay đổi về cấu hình mạng, RIP luôn thực hiện chế độ chia rẽ tầng và áp đặt cơ chế ngăn chặn các thông tin định tuyến sai được phát tán trong các bộ định tuyến RIP

sử dụng các bộ định thời để điều chỉnh hoạt động của mình Bộ định thời cập nhật định tuyến theo khoảng thời gian định trước, thông thường 30s là bộ định thời lại được khởi động lại để cập nhật lại các thông tin định tuyến được gởi từ các bộ định tuyến lân cận Điều này cũng giúp ngăn chặn sự tắc nghẽn trong mạng khi tất

cả các bộ định tuyến cùng 1 thời điểm cố gắng cập nhật các bảng định tuyến lân cận.Chính vì điều đó mà người ta đã ghĩ ra cách khắc phục những nhược điểm của RIP để cho ra OSPF một giao thức vừa áp dụng cho đa miền vừa áp dụng cho nội miền

III: Giao thức đường đi ngắn nhất (OSPF-open shoter Path Fist)

1.Giao thức đường đi ngắn nhất (OSPF-Open Shortest Path First)

Giao thức OSPF là một giao thức định tuyến miền trong được sử dụng rộng rãi Phạm vi hoạt động của nó cũng là một hệ thống tự trị (AS) Các router đặc biệt được gọi là các router biên AS có trách nhiệm ngăn thông tin về các AS khác vào trong hệ thống hiện tại

Để thực hiện định tuyến hiệu quả, OSPF chia hệ thống tự trị ra thành nhiều khu vực nhỏ Mỗi AS có thể được chia ra thành nhiều khu vực khác nhau Khu vực là tập hợp các mạng, trạm và router nằm trong cùng một hệ thống tự trị Tất cả các mạng trong một khu vực phải được kết nối với nhau Tại biên của khu vực, các router biên khu vực tóm tắt thông tin về khu vực của mình và gửi các thông tin này tới các khu vực khác Trong số các khu vực bên trong AS, có một khu vực đặc biệt được gọi là đường trục; tất cả các khu vực trong một AS phải được nối tới đường trục Hay nói cách khác là đường trục được coi như là khu vực sơ cấp còn các khu vực còn lại đều được coi như là các khu vực thứ cấp

Các router bên trong khu vực đường trục được gọi là các router đường trục, các router đường trục cũng có thể là một router biên khu vực Nếu vì một lý do

HÖ thèng tù trÞ (AS)

Router biªn khu vùc Khu vùc ® êng trôc Router ® êng trôc

Tíi AS kh¸c

Router biªn AS

H×nh 1.0: C¸c khu vùc trong mét hÖ thèng tù trÞ

nào đó mà kết nối giữa một khu vực và đường trục bị hỏng thì người quản trị mạng phải tạo một liên kêts ảo (virtual link) giữa các router để cho phép đường trục tiếp tục hoạt động như một khu vực sơ cấp

OSPF là giao thức định tuyến trạng thái liên kết, được thiết kế cho các mạng lớn hoặc các mạng liên hợp và phức tạp Các giải thuật định tuyến trạng thái sử dụng các giải thuật Shortest Path First (SPF) cùng với một cơ sở dữ liệu phức tạp về cấu hình của mạng Cơ sở dữ liệu về cấu hình mạng về cơ bản bao gồm tất cả dữ liệu

về mạng có liên kết đến bộ định tuyến chứa cơ sở dữ liệu

Giải thuật chọn đường dẫn ngắn nhất SPF là cơ sở cho hệ thống OSPF Khi 1 bộ định tuyến sử dụng SPF được khởi động, bộ định tuyến sẽ khởi tạo cấu trúc cơ sở

dữ liệu của giao thức định tuyến và sau đó đợi chỉ báo từ các giao thức tầng thấp hơn dưới dạng các hàm Bộ định tuyến sẽ sử dụng các gói tin OSPF Hello để thu nhận các bộ định tuyến lân cận của mình Bộ định tuyến gửi gói tin Hello đến các lân cận và nhận các bản tin Hello từ các bộ định tuyến lân cận Ngoài việc sử dụng gói tin Hello để thu nhận các lân cận, bản tin Hello còn được sử dụng để xác nhận việc mình vẫn đang hoạt động đến các bộ định tuyến khác

Mỗi bộ định tuyến định kỳ gửi các gói thông báo về trạng thái liên kết (LSA) để cung cấp thông tin cho các bộ định tuyến lân cận hoặc cho các bộ định tuyến khác khi một bộ định tuyến thay đổi trạng thái Bằng việc so sánh trạng thái liên kết của các bộ định tuyến lion kề đ• tồn tại trong cơ sở dữ liệu, các bộ định tuyến bị lỗi sẽ

bị phát hiện ra nhanh chóng và cấu hình mạng sẽ được biến đổi thích hợp Tờ cấu trúc dữ liệu được sinh ra do việc cập nhật liên tục các gói LSA, mỗi bộ định tuyến

sẽ tính toán cây đường đi ngắn nhất của mình và tự mình sẽ làm gốc của cây Sau

đó từ cây đường đi ngắn nhất sẽ sinh ra bảng định tuyến

1.1Định tuyến động và thuật toán LSA

Định tuyến động lựa chọn tuyến dựa trên thông tin trạng thái hiện thời của mạng Thông tin trạng thái có thể đo hoặc dự đoán và tuyến đường có thể thay đổi khi topo mạng hoặc lưu lượng mạng thay đổi Thông tin định tuyến cập nhật vào trong các bảng định tuyến của các nút (node) mạng trực tuyến, và đáp ứng tính thời gian thực nhằm tránh tắc nghẽn cũng như tối ưu hiệu năng mạng Định tuyến động xây dựng trên hai yếu tố cơ bản: Mô hình tính toán và thông tin trạng thái

1.2Thuật toỏn trạng thỏi liờn kết LSA: Trong thuật toỏn trạng thỏi

liờn kết, cỏc node mạng quảng bỏ giỏ trị liờn kết của nú với cỏc node xung quanh tới cỏc node khỏc Sau khi quảng bỏ tất cả cỏc node đều biết rừ topo mạng và thuật toỏn sử dụng để tớnh toỏn con đường ngắn nhất tới node đớch được mụ tả hỡnh thức như sau:

Giả thiết :

r là node nguồn, d là node đớch

Cdr là giỏ thấp nhất từ node r tới đớch d

Nr

d là node tiếp theo của r trờn đường tới d

Cr

s(r,s) là giỏ của liờn kết từ r tới s,

Tớnh toỏn:

Bảng định tuyến trong mỗi node r được khởi tạo như sau:

Cr = 0; ∀s : s ≠ Nr

d thỡ Cr

s = ∞;

Gọi Ω là tập cỏc nút sau khi thực hiện sau k bước thuật toỏn : Khởi tạo: Cr

d (r,d) = ∞, ∀d ∈ Ω

Bước 1: Ω = r

Cr

s(r,s) = Min Cr

s (r,s); Nr

d =s, ∀r≠s;

Bước k: Ω = Ω ∪w ( w∉ Ω )

Cr

d(r,d) = Min [Cr

s(r,s) + Cs

d (s,d)] , ∀s∉ Ω Thuật toỏn dừng khi tất cả cỏc node thuộc Ω

Khi tớnh toỏn đường đi ngắn nhất sử dụng cỏc thuật toỏn trờn đõy, thụng tin trạng thỏi của mạng thể hiện trong hệ đo lượng (metric), cỏc bộ định tuyến phải được cập nhật giỏ trờn tuyến liờn kết Một khi cú sự thay đổi topo mạng hoặc lưu lượng cỏc node mạng phải khởi tạo và tớnh toỏn lại tuyến đường đi ngắn nhất, tuỳ theo giao thức được sử dụng trong mạng

2.So sỏnh liờn kết động và liờn kết tĩnh:

Định tuyến động lựa chọn tuyến dựa trên thông tin về trạng thái hiện thời của mạng Thông tin trạng thái có thể đo hoặc dự đoán và tuyến đờng có thể thay đổi khi topo mạng hoặc lu lợng mạng thay đổi Thông tin định tuyến cập nhật vào trong các bảng định tuyến của các nút mạng trực tuyến và đáp ứng tính thời gian thực nhằm tránh tắc nghẽn cũng nh tối u hiệu năng mạng Định tuyến động xây dựng trên hai yếu tố cơ bản: Mô hình tính toán và thông tin trạng thái Có hai kiểu

mô hình tính toán sử dụng trong định tuyến động là mô hình tập trung và mô hình phân tán Mô hình tập trung đợc xây dựng từ hệ thống tính toán định tuyến nhng trong các điều kiện mạng phát triển rất nhanh và mạnh, mô hình phân tán thực sự chiếm đợc u thế với độ động lớn hơn vì các chức năng định tuyến đợc thực hiện trên nhiều thực thể mạng, các thông tin đợc lu tại nhiều thực thể và vì thế độ tin cậy của mạng tăng lên Ưu điểm lớn nhất của định tuyến động là nó có thể thiết lập tuyến đờng tới tất cả các thiết bị trong mạng, tự động thay đổi tuyến đờng khi cấu hình mạng thay đổi Nó rất thích hợp khi:

 Thêm thiết bị và địa chỉ mới vào mạng

 Loại bỏ thiết bị và địa chỉ khỏi mạng

 Tự động cấu hình phù hợp với sự thay đổi của mạng

Trong một mạng phức hợp sử dụng định tuyến động, một mạng có thể bị tái tạo lại cấu hình một cách liên tục vì sự khác nhau về thiết bị và chính sách của rất nhiều nhà khai thác cùng hoạt động Điều đó có thể gây nên những tổn thất trên mạng về sử dụng tài nguyên Điều đó cũng có nghĩa là sử dụng định tuyến động cũng sẽ tạo ra sự phức tạp cao nhất Ví dụ sau nhằm minh hoạ sự cần thiết của định tuyến động trên Internet Mạng ở hình 1.1 sẽ thích ứng khác nhau đối với các thay

đổi về tôpô mạng, tuỳ thuộc việc nó sử dụng cơ chế định tuyến tĩnh hay định tuyến

động

Hỡnh 1.1:mụ tả sự thớch ứng khác nhau về topo mạng

Định tuyến tĩnh cho phép các router định tuyến gói tin từ mạng này tới mạng khác dựa trên các thông tin đợc cấu hình nhân công Trong ví dụ này, router R1 luôn gửi lu lợng có đích là router R4 qua router R3 Router R1 tham chiếu tới bảng

định tuyến của nó và dựa theo các thông tin tĩnh để chuyển tiếp gói tới router R3

Router R3 cũng thực hiện các công việc tơng tự và chuyển tiếp gói tới router R4 Router R4 chuyển gói tới trạm đích

Nếu đờng đi giữa router R1 và router R3 bị lỗi, router R1 không thể chuyển gói tới Router R4 thông qua tuyến tĩnh đó thiết lập này Nh vậy, truyền thông với mạng

đích không thể thực hiện đợc cho đến khi router R1 đợc cấu hình lại để chuyển gói qua router R2 Đây chính là một nhợc điểm của định tuyến tĩnh Định tuyến động hoạt động linh hoạt hơn Theo bảng định tuyến của router R1, gói có thể tới đích của nó qua router R3 Tuy nhiên, cũng có một đờng đi sẵn khác tới đích, đó là đi qua router R2 Khi router R1 nhận ra rằng liên kết tới router R3 bị lỗi, nó điều chỉnh bảng định tuyến và đờng đi tới mạng đích sẽ qua router R2 Khi liên kết giữa router R1 và router R3 đợc khôi phục, router R1 có thể một lần nữa thay đổi bảng

định tuyến để chuyển đờng đi tới đích là qua router R3

Định tuyến động sử dụng các giao thức định tuyến để thực hiện xây dựng nên các bảng định tuyến trên các bộ định tuyến Các giao thức định tuyến động

đ-ợc chia thành 2 nhóm chính: Giao thức định tuyến véctơ khoảng cách và giao thức

định tuyến trạng thái liên kết Ngoài ra còn có nhóm giao thức thứ 3 là nhóm các giao thức định tuyến lai ghép giữa hai nhóm trên hay nói cách khác có các tính chất của cả hai nhóm giao thức: Định tuyến véctơ khoảng cách và định tuyến trạng thái liên kết

2.1:Giao thức định tuyến vecto khoảng cỏch (distance-vecto: gọi tắt là

định tuyến véctơ): Dựa vào các giải thuật định tuyến có cơ sở hoạt động là véctơ khoảng cách Theo định kỳ các bộ định tuyến chuyển toàn bộ các thông tin có trong bảng định tuyến đến các bộ định tuyến lân cận đấu nối trực tiếp với nó và cũng theo định kỳ nhận các bảng định tuyến từ các bộ định tuyến lân cận Sau khi nhận đợc các bảng định tuyến từ các bộ định tuyến lân cận, bộ định tuyến sẽ so sánh với bảng định tuyến hiện có và quyết định về việc xây dựng lại các bảng định tuyến theo thuật toán của từng giao thức hay không Trong trờng hợp phải xây dựng lại, bộ định tuyến sau đó sẽ gửi bảng định tuyến mới cho các lân cận và các lân cận lại thực hiện các công việc tơng tự Các bộ định tuyến tự xác định các lân cận trên cơ sở thuật toán và các thông tin thu lợm từ mạng

•Từ việc cần thiết phải gửi các bảng định tuyến mới lại cho các lân cận và các lân cận sau khi xây dựng lại bảng định tuyến lại gửi trở lại bảng định tuyến mới, định tuyến thành vòng có thể xảy ra nếu sự hội về trạng thái bền vững của mạng diễn ra chậm trên một cấu hình mới Các bộ định tuyến sử dụng các kỹ thuật

bộ đếm định thời để đảm bảo không nảy sinh việc xây dựng một bảng định tuyến sai Có thể diễn giải điều đó nh sau:

•Khi một bộ định tuyến nhận một cập nhật từ lân cận chỉ rằng một mạng có thể truy xuất trớc đây nay không thể truy xuất đợc nữa, bộ định tuyến đánh dấu tuyến không thể truy xuất và khởi động một bộ định thời