CHƯƠNG 3: CƠ SỞ KỸ THUẬT MẠNG IP VÀ NGN
3.1. Cơ sở kĩ thuật mạng IP
3.1.4. Định tuyến trong mạng IP
Định tuyến là quá trình xác định đường đi để chuyển tải thông tin trong liên mạng từ nguồn đến đích. Nó là một chức năng được thực hiện ở tầng mạng. Chức năng này cho phép router đánh giá các đường đi sẵn có tới đích. Để đánh giá đường đi, định tuyến sử dụng các thông tin về Topology của mạng. Các thông tin này có thể do người quản trị thiết lập hoặc được thu thập thông qua các giao thức định tuyến.
Tầng mạng hỗ trợ chuyển gói cuối-tới-cuối cố gắng nhất (best-effort) qua các mạng được kết nối với nhau. Tầng mạng sử dụng bảng định tuyến IP để gửi các gói từ mạng nguồn đến mạng đích. Sau khi đã quyết định sử dụng đường đi nào, router tiến hành việc chuyển gói. Nó lấy một gói nhận được ở giao diện vào và chuyển tiếp gói này tới giao diện ra tương ứng (giao diện thể hiện đường đi tốt nhất tới đích cho gói).
Trong một liên mạng, mỗi mạng được định danh bởi một địa chỉ mạng và router sử dụng các địa chỉ mạng này để nhận biết đích. Router sử dụng địa chỉ mạng để nhận dạng mạng đích (LAN) của một gói tin trong một liên mạng. Hình 3.5 minh họa ba địa chỉ mạng được dùng để nhận diện các phân đoạn kết nối tới router.
Hình 3.5 Định tuyến gói tin theo địa chỉ mạng và địa chỉ trạm
Khi định tuyến dữ liệu từ nguồn đến đích, router thường chuyển tiếp gói từ một liên kết dữ liệu (mạng) này đến một liên kết dữ liệu khác, sử dụng hai chức năng cơ bản là xác định đường đi và chuyển mạch.
3.1.4.2. Định tuyến tĩnh và định tuyến động
Các tuyến tĩnh được người quản trị cập nhật và quản lý một cách thủ công. Trong trường hợp tôpô mạng thay đổi, người quản trị phải cập nhật lại các tuyến tĩnh cho phù hợp.
Định tuyến động hoạt động khác với định tuyến tĩnh. Sau khi người quản trị nhập các lệnh cấu hình để khởi tạo định tuyến động, thông tin về tuyến sẽ được cập nhật tự động mỗi khi nhận được một thông tin mới từ liên mạng. Các thay đổi về tôpô mạng được trao đổi giữa các router.
Tại sao định tuyến tĩnh
Định tuyến tĩnh có một số ứng dụng hữu ích. Định tuyến động có khuynh hướng truyền đạt tất cả các thông tin về một liên mạng. Tuy nhiên, trong trường hợp vì lý do an toàn, chúng ta có thể muốn che dấu một số phần của liên mạng. Định tuyến tĩnh cho phép chúng ta chỉ rõ thông tin muốn tiết lộ.
Trong trường hợp chỉ có một đường đi duy nhất tới mạng, thì chỉ một tuyến tĩnh tới mạng là đủ. Loại mạng này được gọi là mạng cụt (stub network). Cấu hình định tuyến tĩnh cho một mạng cụt tránh được lưu lượng cập nhật định tuyến động.
Sự cần thiết của định tuyến động
Mạng ở hình 3.6 sẽ thích ứng khác nhau đối với các thay đổi về tôpô mạng, tuỳ thuộc việc nó sử dụng định tuyến tĩnh hay định tuyến động.
Định tuyến tĩnh cho phép các router định tuyến gói tin từ mạng này tới mạng khác dựa trên các thông tin được cấu hình thủ công. Trong ví dụ này, Router A luôn gửi lưu lượng có đích là Router C qua Router D. Router A tham chiếu tới bảng định tuyến của nó và dựa theo các thông tin tĩnh để chuyển tiếp gói tới Router D. Router D cũng thực hiện các công việc tương tự và chuyển tiếp gói tới Router C. Router C chuyển gói tới trạm đích.
Nếu đường đi giữa Router A và Router D bị lỗi, Router A không không thể chuyển gói tới Router D thông qua tuyến tĩnh đã thiết lập này. Như vậy, truyền thông với mạng đích không thể thực hiện được cho đến khi Router A được cấu hình lại để chuyển gói qua Router B. Đây chính là một nhược điểm của định tuyến tĩnh.
Hình 3.6: Định tuyến động và khả năng thay thế tuyến hỏng không
Định tuyến động hoạt động linh hoạt hơn. Theo bảng định tuyến của Router A, gói có thể tới đích của nó qua Router D. Tuy nhiên, còn có một đường đi sẵn có khác tới đích, đó là đi qua
Router B. Khi Router A nhận ra rằng liên kết tới Router D bị lỗi, nó điều chỉnh bảng định tuyến và đường đi tới mạng đích sẽ qua Router B.
Khi liên kết giữa Router A và D được khôi phục, Router A có thể một lần nữa thay đổi bảng định tuyến để chuyển đường đi tới đích là qua Router D.
Các giao thức định tuyến động cũng có thể chuyển lưu lượng từ cùng một phiên làm việc qua nhiều đường đi khác nhau trong mạng để có hiệu suất cao hơn. Tính chất này được gọi là chia sẻ tải (load sharing).
Sự thành công của định tuyến động phụ thuộc vào hai chức năng cơ bản của router:
− Duy trì bảng định tuyến,
− Chia sẻ tri thức cho các router khác dưới dạng các cập nhật định tuyến.
Định tuyến động dựa vào các giao thức định tuyến để chia sẻ tri thức giữa các router. Giao thức định tuyến định nghĩa một tập luật mà router sử dụng khi liên lạc với các router kế cận.
Xác định khoảng cách trên các đường đi mạng
Khi một giải thuật định tuyến cập nhật bảng định tuyến, mục đích chính của nó là xác định đâu là thông tin tốt nhất để lưu trong bảng định tuyến. Mỗi giải thuật định tuyến xác định thông tin tốt nhất theo cách của riêng nó. Giải thuật tạo ra một số, được gọi là giá trị metric, cho mỗi đường đi qua mạng. Thường thì giá trị metric càng nhỏ thì đường đi càng tối ưu.
Có thể tính toán các metric dựa trên một đặc tính đơn lẻ của đường đi; hoặc cũng có thể tính các metric phức tạp hơn bằng cách kết hợp nhiều đặc tính. Các metric được sử dụng phổ biến gồm: chiều dài đường đi, độ tin cậy, độ trễ định tuyến, băng thông, tải, giá truyền thông.
Hầu hết các giải thuật định tuyến đều thuộc một trong 3 loại sau:
• Giải thuật vectơ khoảng cách (distance vector).
• Giải thuật trạng thái liên kết (Link State).
• Giải thuật lai.
Giải thuật định tuyến vectơ khoảng cách xác định hướng (vectơ) và khoảng cách tới bất kỳ một liên kết nào trên liên mạng. Giao thức định tuyến vectơ khoảng cách gửi định kỳ các bản sao của một bảng định tuyến từ một router tới các router hàng xóm (router nối trực tiếp). Những cập nhật đều đặn này giữa các router truyền đạt các thay đổi về tôpô mạng.
Giải thuật trạng thái liên kết (còn được gọi là giải thuật đường đi ngắn nhất) tạo lại chính xác tôpô của toàn bộ liên mạng (hoặc ít nhất một phần của liên mạng mà Router nối tới). Các giải thuật định tuyến trạng thái liên kết, còn được gọi là giải thuật đường đi ngắn nhất trước (SPF), duy trì một cơ sở dữ liệu phức tạp về thông tin tôpô. Trong khi giải thuật véctơ khoảng cách có các thông tin không cụ thể về các mạng ở xa và không có hiểu biết về các router ở xa, thì giải thuật định tuyến trạng thái liên kết duy trì các thông tin đầy đủ về router ở xa và cách chúng được kết nối với nhau.
Các giải thuật trạng thái liên kết dựa trên việc sử dụng các cập nhật trạng thái liên kết. Mỗi khi tôpô trạng thái liên kết thay đổi, các router đầu tiên biết được sự thay đổi này gửi một thông tin mới tới các router khác hoặc tới một router chỉ định (nơi các router khác có thể sử dụng để cập nhật).
3.1.4.3. Giao thức định tuyến
Ngày nay, một liên mạng có thể lớn đến mức một giao thức định tuyến không thể xử lý công việc cập nhật các bảng định tuyến của tất cả các router. Vì lý do này, liên mạng được chia thành nhiều hệ thống tự trị (AS - Autonomous System). Hệ thống tự trị là một nhóm các mạng và router chịu một quyền lực quản trị chung. Nó đôi khi còn được gọi là vùng định tuyến (routing domain). Định tuyến bên trong một hệ thống tự trị được gọi là định tuyến trong. Định tuyến giữa các hệ thống tự trị được gọi là định tuyến ngoài. Mỗi hệ thống tự trị có thể chọn một giao thức định tuyến trong để thực hiện định tuyến bên trong hệ thống. Tuy nhiên, thường chỉ có một giao thức định tuyến ngoài được chọn để thực hiện định tuyến giữa các hệ thống tự trị.
Hiện nay có nhiều giao thức định tuyến trong và ngoài đang được sử dụng. Tuy nhiên, tiêu biểu nhất và phổ biến nhất là giao thức định tuyến trong (OSPF) và một giao thức định tuyến ngoài (BGP). OSPF có thể được sử dụng để cập nhật các bảng định tuyến bên trong một hệ thống tự trị. BGP có thể được sử dụng để cập nhật các bảng định tuyến cho các router nối các hệ thống tự trị với nhau.