Tài liệu Giao thức định tuyến ospf cho ipv6

Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục MỤC LỤC MỤC LỤC ...................................................................................................................... i DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................................... iv THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ........................................................................................... vi LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................ viii CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN OSPF ....................1 1.1 Khái niệm về định tuyến ........................................................................................1 1.2 Phân loại định tuyến ..............................................................................................2 1.2.1 Định tuyến tĩnh ................................................................................................2 1.2.2 Định tuyến động ..............................................................................................2 1.2.3 Phân loại các giao thức định tuyến .................................................................3 1.2.3.1 Khái niệm .................................................................................................3 1.2.3.2 Phân loại ...................................................................................................3 1.3 Giao thức định tuyến OSPF cho IPv4 (OSPFv2) ..................................................4 1.3.1 Giới thiệu chung về OSPF ..............................................................................4 1.3.2 Một số khái niệm cơ bản trong OSPF .............................................................6 1.3.2.1 Neighbor và Adjacency ............................................................................6 1.3.2.2 Giao thức Hello ........................................................................................6 1.3.2.3 Các loại mạng trong OSPF .......................................................................7 1.3.2.4 Bình bầu DR và BDR ...............................................................................8 1.3.3 Các loại Router ................................................................................................9 1.3.4 Các loại LSA .................................................................................................11 1.3.5 Các loại vùng cơ bản .....................................................................................12 1.3.6 Các loại gói tin ..............................................................................................14 1.3.7 Giao diện OSPF.............................................................................................15 1.3.7.1 Cấu trúc dữ liệu giao diện ......................................................................15 1.3.7.2 Các trạng thái giao diện ..........................................................................16 1.3.8 Neighbor OSPF .............................................................................................17 1.3.8.1 Cấu trúc dữ liệu Neighbor ......................................................................17 1.3.8.2 Các trạng thái Neighbor .........................................................................18 1.3.9 Quá trình thiết lập mối quan hệ giữa các neighbor (adjacency) ...................19 1.3.10 Tràn lụt (flooding) .......................................................................................22 1.3.10.1 Tràn lụt tin cậy sử dụng xác nhận ........................................................24 Nguyễn Mạnh Tùng D04VT2 i Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục 1.3.10.2 Tràn lụt tin cậy sử dụng số trình tự, tổng kiểm tra và tuổi ...................24 CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ IPv6 ........................................................................26 2.1 Khái quát về IPv6 ................................................................................................26 2.1.1 Những giới hạn của IPv4 ..............................................................................26 2.1.2 Những đặc trưng của IPv6 ............................................................................27 2.2 Địa chỉ IPv6 .........................................................................................................28 2.2.1 Không gian địa chỉ IPv6 ................................................................................28 2.2.2 Cú pháp địa chỉ IPv6 .....................................................................................29 2.2.3 Phân loại địa chỉ IPv6 ...................................................................................30 2.2.3.1 Địa chỉ Unicast .......................................................................................31 2.2.3.2 Địa chỉ Anycast ......................................................................................35 2.2.3.3 Địa chỉ Multicast ....................................................................................36 2.2.4 Cấu trúc của gói IPv6 ....................................................................................38 2.2.4.1 IPv6 Header ............................................................................................39 2.2.4.2 Các header mở rộng của IPv6 ................................................................41 CHƯƠNG III: GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN CHO IPv6 ........................................48 3.1 Giới thiệu về OSPF cho IPv6 (OSPFv3) .............................................................48 3.2 Những khác biệt so với OSPFv2 .........................................................................48 3.2.1 Giao thức hoạt động trên mỗi link, thay vì trên mỗi subnet .........................48 3.2.2 Sự gỡ bỏ ngữ nghĩa địa chỉ ...........................................................................49 3.2.3 Sự mở rộng phạm vi tràn lụt .........................................................................49 3.2.4 Sử dụng các địa chỉ link-local .......................................................................49 3.2.5 Những thay đổi trong nhận thực ...................................................................50 3.2.6 Những thay đổi trong khuôn dạng gói ..........................................................50 3.2.7 Những thay đổi trong khuôn dạng LSA ........................................................51 3.2.8 Quá trình xử lý các loại LSA chưa xác định .................................................52 3.2.9 Hỗ trợ Stub Area ...........................................................................................52 3.2.10 Các neighbor được định dạng bởi Router ID ..............................................52 3.3 Sự vận hành của OSPFv3 ....................................................................................52 3.3.1 Cấu trúc dữ liệu giao diện .............................................................................53 3.3.2 Cấu trúc dữ liệu Neighbor .............................................................................54 3.3.3 Các LSA ........................................................................................................55 3.3.3.1 LSA Header ............................................................................................55 3.3.3.2 Cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết .............................................................56 Nguyễn Mạnh Tùng D04VT2 ii Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục 3.3.3.3 Router LSA .............................................................................................56 3.3.3.4 Network-LSA .........................................................................................57 3.3.3.5 Inter-Area-Prefix-LSA ...........................................................................57 3.3.3.6 Inter-Area-Router-LSA ..........................................................................58 3.3.3.7 AS-external-LSA ....................................................................................58 3.3.3.8 Link-LSA ................................................................................................59 3.3.3.9 Intra-Area-Prefix-LSA ...........................................................................59 3.3.4 Quá trình cài đặt các LSA trong cơ sở dữ liệu ..............................................60 3.3.5 Virtual link ....................................................................................................60 3.4 Khuôn dạng dữ liệu OSPF ...................................................................................61 3.4.1 Quá trình đóng gói các gói OSPF .................................................................61 3.4.2 Trường Options .............................................................................................61 3.4.3 Các khuôn dạng gói OSPF ............................................................................62 3.4.3.1 Tiêu đề gói OSPF ...................................................................................63 3.4.3.2 Gói Hello ................................................................................................64 3.3.4.3 Gói mô tả cơ sở dữ liệu ..........................................................................66 3.3.4.4 Gói yêu cầu trạng thái liên kết................................................................67 3.3.4.5 Gói cập nhật trạng thái liên kết ..............................................................68 3.3.4.6 Gói xác nhận trạng thái liên kết..............................................................69 3.4.4 Khuôn dạng LSA..........................................................................................70 3.4.4.1 LSA header .............................................................................................70 3.4.4.2 Router -LSA ...........................................................................................72 3.4.4.3 Network -LSA ........................................................................................74 3.4.4.4 Inter –Area – Prefix - LSA .....................................................................75 3.4.4.5 Inter – Area –Router -LSA .....................................................................76 3.4.4.6 AS-external-LSA ....................................................................................77 3.4.4.7 Link-LSA ................................................................................................79 3.4.4.8 Intra –Area –Prefix – LSA .....................................................................81 KẾT LUẬN ..................................................................................................................83 PHỤ LỤC .....................................................................................................................84 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................92 Nguyễn Mạnh Tùng D04VT2 iii Đồ án tốt nghiệp đại học Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Xác định đường truyền ....................................................................................1 Hình 1.2 Định tuyến động................................................................................................2 Hình 1.3 Các giao thức định tuyến ..................................................................................4 Hình 1.4 Các Adjacency trong mạng đa truy nhập .........................................................8 Hình 1.5 Bình bầu DR .....................................................................................................9 Hình 1.6 Các loại Router ...............................................................................................10 Hình 1.7 Các loại LSA ...................................................................................................11 Hình 1.8 Stub Area ........................................................................................................13 Hình 1.9 Not-So-Stubby Area ........................................................................................14 Hình 1.10 Quá trình thiết lập Adjacency.......................................................................21 Hình 1.11 Tràn lụt gói trong mạng quảng bá ...............................................................24 Hình 2.1 Cấp phát không gian địa chỉ IPv6 ..................................................................29 Hình 2.2 Cấu trúc địa chỉ aggreatable global unicast ..................................................31 Hình 2.3 Sự phân cấp địa chỉ global unicast ................................................................32 Hình 2.4 Cấu trúc địa chỉ link-local ..............................................................................33 Hình 2.5 Cấu trúc địa chỉ site-local unicast..................................................................34 Hình 2.6 Cấu trúc địa chỉ NSAP ...................................................................................35 Hình 2.7 Cấu trúc địa chỉ subnet-router anycast ..........................................................36 Hình 2.8 Cấu trúc địa chỉ multicast ..............................................................................36 Hình 2.9 Giá trị các bit trong trường scope ..................................................................37 Hình 2.10 Cấu trúc gói IPv6 .........................................................................................38 Hình 2.11 Cấu trúc IPv6 Header ..................................................................................39 Hình 2.12 Giá trị của trường Next Header ...................................................................41 Hình 2.13 Cấu trúc Hop-by-Hop Options Header ........................................................42 Hình 2.14 Cấu trúc Routing Header ............................................................................43 Hình 2.15 Cấu trúc Routing Header loại 0 ...................................................................43 Hình 2.16 Cấu trúc Fragment Header ..........................................................................44 Hình 2.17 Quá trình phân mảnh gỏi IPv6 .....................................................................45 Hình 2.18 Cấu trúc Authencation Header .....................................................................46 Hình 2.19 Cấu trúc ESP Header và Trailer ..................................................................47 Nguyễn Mạnh Tùng D04VT2 iv Đồ án tốt nghiệp đại học Danh mục hình vẽ Hình 3.1 OSPFv3 header và OSPFv2 header ...............................................................56 Hình 3.2 Trường Options ..............................................................................................62 Hình 3.3 Tiêu đề gói OSPF ...........................................................................................63 Hình 3.4 Các loại gói OSPF ..........................................................................................63 Hình 3.5 Khuôn dạng gói Hello ....................................................................................65 Hình 3.6 Gói mô tả cơ sở dữ liệu ..................................................................................66 Hình 3.7 Gói yêu cầu trạng thái liên kết .......................................................................68 Hình 3.8 Gói cập nhật trạng thái liên kết ......................................................................69 Hình 3.9 Gói xác nhận trạng thái liên kết .....................................................................70 Hình 3.10 LSA Header...................................................................................................71 Hình 3.11 Khuôn dạng LS type ......................................................................................71 Hình 3.12 Chức năng của bit U .....................................................................................72 Hình 3.13 Phạm vi tràn lụt ............................................................................................72 Hình 3.14 Các loại LSA ứng với mã chức năng ............................................................72 Hình 3.15 Router-LSA ...................................................................................................73 Hình 3.16 Giá trị của trường Type trong Router-LSA ..................................................74 Hình 3.17 Network-LSA.................................................................................................75 Hình 3.18 Inter-Area-Prefix-LSA ..................................................................................76 Hình 3.19 Inter-Area-Router-LSA .................................................................................77 Hình 3.20 AS-external-LSA ...........................................................................................78 Hình 3.21 Link-LSA .......................................................................................................80 Hình 3.22 Intra-Area-Prefix-LSA ..................................................................................81 Nguyễn Mạnh Tùng D04VT2 v Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ Chú giải tiếng Anh Chú giải tiếng Việt ABR Area Border Router Router biên Area AS Autonomous System Hệ tự trị ASBR AS Boundary Router Router biên AS BDR Backup Designated Router Router đại diện dự phòng BGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng biên CIDR Classless Internet Domain Routing Định tuyến tên miền không phân lớp DD Database Description Gói mô tả cơ sở dữ liệu DES Data Encryption Standard Tiêu chuẩn mã hóa dữ liệu DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Giao thức cấu hình động DR Designated Router Router đại diện EGP Exterior Gateway Protocol Giao thức cổng ngoài ESP Encapsulating Security Payload Gói gọn bảo mật tải tin FDDI Fiber Distributed Data Interface Giao diện phân phối dữ liệu sử dụng cáp quang FP Format Prefix Tiền tố định dạng IANA Internet Assigned Numbers Authority Tổ chức cấp phát địa chỉ số Internet ICMP Internet Control Message Giao thức điều khiển truyền Protocol tin trên Internet ICV Integrity Value Check Kiểm tra giá trị toàn vẹn IETF Internet Engineering Task Force Nhóm đặc trách kỹ thuật Internet IGP Interior Gateway Protocol Giao thức định tuyến cổng nội IGRP Interior Gateway Routing Protocol Giao thức định tuyến cổng nội IKE Internet Key Exchange Giao thức trao đổi khóa Internet Nguyễn Mạnh Tùng D04VT2 vi Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt IP Internet Protocol Giao thức Internet IPsec IP security Bảo mật IP IPng Internet Protocol Next Generation Thế hệ giao thức Internet kế tiếp ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet LSA Link State Advertisement Quảng cáo trạng thái liên kết MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MTU Maximum Transmission Unit Đơn vị truyền tải lớn nhất NBMA Non Broadcast Multiacces Đa truy nhập không quảng bá NSAP Network Service Access Point Điểm truy cập dịch vụ mạng NSSA Not-So-Stubby Area Một loại vùng trong OSPF OSI Open Systems Interconnection Mô hình kết nối các hệ thống mở OSPF Open Shortest Path First Giao thức đường ưu tiên ngắn nhất PDU Protocol Data Unit Đơn vị dữ liệu giao thức RIP Routing Information Protocol Giao thức thông tin định tuyến RIPv1 RIP version 1 RIP phiên bản 1 RIPv2 RIP version 2 RIP phiên bản 2 SA Security Association Kết hợp bảo mật SPF Shortest Path First Thuật toán đường ngắn nhất TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tải ToS Type of Service Trường kiểu dịch vụ trong IPv4 UDP User Datagram Protocol Giao thức gói dữ liệu người dùng VLSM Variable Length Subnet Mask Mặt nạ mạng con có chiều dài thay đổi Nguyễn Mạnh Tùng D04VT2 vii Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói đầu LỜI NÓI ĐẦU Như chúng ta đã biết, định tuyến là một chức năng không thể thiếu trong mạng viễn thông nói chung cũng như mạng IP nói riêng. Mục đích của định tuyến là truyền thông tin từ một điểm trong mạng (nguồn) tới một hoặc nhiều điểm khác (đích). Mỗi khi thực hiện thiết kế, xây dựng một mạng mới hay cải tiến một mạng đã có, người thiết kế mạng phải đặc biệt quan tâm tới vấn đề định tuyến, bởi hoạt động của một mạng có hiệu quả hay không, chất lượng của các dịch vụ cung cấp có thỏa mãn được yêu cầu của người sử dụng mạng hay không phụ thuộc rất nhiều vào việc định tuyến trong mạng. Trải qua một quá trình phát triển lâu dài, rất nhiều phương pháp, kỹ thuật định tuyến đã được đưa ra. Nghiên cứu về các kỹ thuật định tuyến là một lĩnh vực nghiên cứu rất rộng bởi mỗi mạng cần có một chiến lược định tuyến cho riêng mình, phù hợp với mục đích truyền dẫn, phù hợp với công nghệ mạng, phù hợp với yêu cầu của người sử dụng mạng để trao đổi thông tin…Chúng ta không thể áp đặt hoàn toàn một chiến lược định tuyến của một mạng lên một mạng khác. Do đó, đối với người thiết kế mạng, khi xác định kỹ thuật định tuyến để sử dụng trong một mạng mới, cần phải biết kỹ thuật định tuyến được sử dụng trong một số mạng khác.Từ đó có thể định ra chiến lược định tuyến thích hợp cho mạng của mình. Kỹ thuật định tuyến trong mạng IP gồm có kỹ thuật định tuyến nội miền (định tuyến nội) và kỹ thuật định tuyến liên miền (định tuyến ngoại). Trong đó các giao thức định tuyến là nền tảng của các kỹ thuật định tuyến. Giao thức định tuyến liên miền chủ yếu được sử dụng hiện nay đó là BGP. Các giao thức định tuyến nội miền bao gồm: RIP, IGRP, EIGRP, OSPF, IS-IS. Trong các giao thức định tuyến nội, OSPF được biết đến như là một trong những giao thức mạnh, phù hợp với các môi trường mạng lớn, phức tạp. Trong những năm gần đây, sự bùng nổ, sự phát triển ồ ạt của các ứng dụng và công nghệ đã dẫn đến tình trạng thiếu địa chỉ IP trầm trọng. IPv4 không đủ khả năng để đáp ứng cho nhu cầu tương lai. Trước tình hình trên, một phiên bản mới của giao thức IP đã được ra đời, đó là IP version 6 (IPv6). Để hỗ trợ cho IPv6, OSPF cũng cần phải thay đổi. Trước thức tế đó, IETF đã nghiên cứu và đưa ra phiên bản mới của OSPF, đó là OSPF version 3 (OSPFv3) cho IPv6. Như vậy, việc nghiên cứu OSPFv3 có ý nghĩa to lớn cho việc định tuyến trong tương lai. Nguyễn Mạnh Tùng D04VT2 viii Đồ án tốt nghiệp đại học Lời nói đầu Dưới sự hướng dẫn của TS. Dư Đình Viên, em đã mạnh dạn tìm hiểu về giao thức định tuyến OSPFv3. Để đạt được mục tiêu trên, đồ án gồm: Chương I: Tổng quan về giao thức định tuyến OSPF cho IPv4. Chương II: Giới thiệu về IPv6. Chương III: Giao thức định tuyến OSPF cho IPv6 Do hạn chế về kiến thức cũng như thời gian nên chắc chắn đồ án sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy em rất mong được thầy cô và các bạn góp ý để đồ án của em hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn TS. Dư Đình Viên và các thầy cô trong Bộ môn Chuyển mạch Khoa Viễn Thông đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Hà Nội, ngày 17 tháng 11 năm 2008 Sinh viên: Nguyễn Mạnh Tùng Nguyễn Mạnh Tùng D04VT2 ix Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I.Tổng quan về OSPF CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN OSPF 1.1 Khái niệm về định tuyến Định tuyến là một chức năng không thể thiếu trong mạng viễn thông nói chúng và trong mạng IP nói riêng. Nó là một công việc quan trọng trong quá trình truyền tin trong mạng. Mục đích của định tuyến là xác định đường đi cho thông tin của người sử dụng từ điểm nguồn đến điểm đích trong môi trường liên mạng. Chức năng định tuyến được thực hiện tại lớp mạng (lớp 3 theo mô hình tham chiếu OSI). Trong môi trường liên mạng, định tuyến được thực hiện qua các bộ định tuyến (router). Hình 1.1 Xác định đường truyền Trong các mạng thông tin khác nhau, việc xác định đường truyền cũng diễn ra khác nhau. Tuy nhiên, cách xác định đường truyền nào cũng gồm hai bước cơ bản: • Thứ nhất là thu thập và phân phát thông tin về tình trạng mạng (ví dụ như trạng thái đường truyền, tình trạng tắc nghẽn…). Các thông tin này sẽ được sử dụng làm cơ sở cho việc xác định đường truyền. • Thứ hai là dựa trên các thông tin trạng thái ở trên, chọn ra đường truyền khả dụng nhất cho thông tin cần truyền. Lớp mạng sẽ thực hiện chuyển gói từ đầu cuối tới đầu cuối (end-to-end) theo kiểu nỗ lực tối đa (best-effort) qua liên mạng. Sau khi các router đã quyết định sử dụng đường dẫn nào, nó sẽ tiến hành chuyển gói tới đích. Nguyễn Mạnh Tùng D04VT2 1 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I.Tổng quan về OSPF 1.2 Phân loại định tuyến 1.2.1 Định tuyến tĩnh Trong phương pháp định tuyến tĩnh, thông tin định tuyến được người quản trị mạng tạo lập trực tiếp qua các thao tác bằng tay vào trong cấu hình của router.Bất cứ khi nào cấu trúc mạng thay đổi, người quản trị mạng phải cập nhật lại các tuyến tĩnh một cách thủ công. Định tuyến tĩnh bộc lộ một số nhược điểm như: quyết định định tuyến không dựa trên sự đánh giá lưu lượng và cấu trúc mạng hiện thời, các bộ định tuyến không thể phát hiện ra các bộ định tuyến mới, chúng chỉ có thể chuyển gói tin tới các bộ định tuyến được chỉ định bởi nhà quản trị mạng. Như vậy, định tuyến tĩnh không thích ứng được với sự thay đổi cấu trúc và lưu lượng của mạng. Tuy nhiên, phương pháp định tuyến tĩnh lại sử dụng có hiệu quả trong các mạng nhỏ với các tuyến đơn, các bộ định tuyến không cần trao đổi các thông tin tìm đường cũng như cơ sở dữ liệu định tuyến. Vì vậy khi sử dụng định tuyến tĩnh sẽ không tốn băng thông cho quá trình trao đổi thông tin định tuyến. 1.2.2 Định tuyến động Ở phương pháp này, thông tin định tuyến sẽ được cập nhật một cách tự động. Sau khi người quản trị nhập các lệnh cấu hình để khởi tạo định tuyến động, thông tin về tuyến sẽ được cập nhật một cách tự động mỗi khi nhận được một thông tin mới từ liên mạng. Các thay đổi về topo mạng được trao đổi giữa các router. Hình 1.2 Định tuyến động Nguyễn Mạnh Tùng D04VT2 2 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I.Tổng quan về OSPF Định tuyến động có ưu điểm trong các mạng phức tạp, nó hết sức linh hoạt trong việc thích ứng với các thay đổi của cấu trúc và lưu lượng mạng. 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 thông tin cập nhật định tuyến. Định tuyến động dựa vào các giao thức định tuyến để chia sẻ tri thức giữa các router. Trong định tuyến động, một trong các giao thức định tuyến sẽ được kích hoạt trong môi trường liên mạng. Các router sẽ tự động trao đổi, cập nhật thông tin định tuyến một cách tự động. Dựa trên các thông tin định tuyến thu thập được, các router sẽ xây dựng các thực thể trong bảng định tuyến.Việc sử dụng định tuyến động cho phép các router thích ứng với việc thay đổi cấu trúc mạng. 1.2.3 Phân loại các giao thức định tuyến 1.2.3.1 Khái niệm Giao thức định tuyến là một tập các quy tắc mà router sử dụng khi liên lạc với các router hàng xóm để trao đổi thông tin định tuyến và lựa chọn đường đi tối ưu nhất. Khi một giao thức định tuyến cập nhật bảng định tuyến, mục đích của nó là xác định đâu là thông tin tốt nhất để lưu trong bảng định tuyến thông qua giải thuật định tuyến. Mỗi giải thuật định tuyến xác định thông tin tốt nhất theo cách riêng của nó. Giải thuật tạo ra một tham số, được gọi là metric cho mỗi đường qua mạng. Giá trị metric càng nhỏ thì đường đi càng tối ưu. Chúng ta có thể tính toán 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: • Số bước nhảy (hopcount) • Băng thông (bandwith) • Tải (load) • Độ tin cậy / độ khả dụng (reliability) • Độ trễ (delay) Trong một giao thức cụ thể, chỉ một hoặc một vài tham số được lựa chọn để tính quãng đường. 1.2.3.2 Phân loại Các giao thức định tuyến được mô tả trong hình 1.3, gồm 2 loại chinh sau: Nguyễn Mạnh Tùng D04VT2 3 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I.Tổng quan về OSPF • Giao thức định tuyến cổng nội (IGP – Interior Gateway Protocol): Được sử dụng để định tuyến trong một hệ tự trị (AS). IGP được chia ra làm 2 loại chính: ✓ Véc tơ khoảng cách (Distance Vector) bao gồm: RIP, IGRP, EIGRP, RIPv2 ✓ Trạng thái liên kết (Link state) bao gồm: OSPF, IS – IS • Giao thức định tuyến cổng ngoại (EGP): Được sử dụng cho quá trình định tuyến giữa các AS với nhau. Giao thức cổng ngoại được sử dụng phổ biến hiện nay là BGP (Border Gateway Protocol). Phiên bản đầu tiên của BGP được đưa ra là BGPv1 vào năm 1989, và phiên bản gần đây nhất là BGPv4. Giao thứcđịnh tuyến động Giao thức định tuyến cổng nội Giao thức định tuyến cổng ngoại BGP Giao thức vector khoảng cách RIPv1 IGRP RIPv2 EIRP Giao thức trạng thái liên kết IS-IS OSPF Hình 1.3 Các giao thức định tuyến 1.3 Giao thức định tuyến OSPF cho IPv4 (OSPFv2) 1.3.1 Giới thiệu chung về OSPF OSPF (Open Shortest Path First) là một giao thức định tuyến dạng link-state, được phát triển bởi IETF (Internet Engineering Task Force – Nhóm đặc trách kỹ thuật Internet). OSPF sử dụng giải thuật Dijkstra để xây dựng bảng định tuyến. OSPF có nhiều tính năng không có ở các giao thức vector khoảng cách. Ưu điểm chính của OSPF so với các giao thức vector khoảng cách là khả năng đáp ứng nhanh theo sự thay Nguyễn Mạnh Tùng D04VT2 4 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I.Tổng quan về OSPF đổi của hệ thống mạng, hoạt động tốt trong các mạng cỡ lớn và ít bị ảnh hưởng bởi các thông tin định tuyến tồi. OSPF là một giao thức mở, vì vậy nó được phổ biến rộng rãi và không có tính độc quyền. Một số tính năng của OSPF: • Phân chia mạng một cách logic: OSPF sử dụng khái niệm phân vùng. Bằng cách này, OSPF có thể giới hạn lưu thông trong từng vùng, thay đổi trong vùng này không ảnh hưởng đến hoạt động của các vùng khác. Cấu trúc như vậy cho phép hệ thống mạng có khả năng mở rộng một cách hiệu quả và giảm bớt yêu cầu về bộ nhớ của các router OSPF. • Thời gian hội tụ nhanh hơn: OSPF cho phép truyền các thông tin về những thay đổi tuyến một cách tức thì đến tất cả các router, điều đó sẽ rút ngắn thời gian hội tụ cần thiết để cập nhật kiến trúc mạng. • Hỗ trợ nhận thực: OSPF hỗ trợ nhận thực cho tất cả các node phát thông tin quảng cáo định tuyến, điều này hạn chế được nguy cơ thay đổi bảng định tuyến. • Cân bằng tải giữa các tuyến cùng giá (cost): Việc sử dụng cùng lúc nhiều tuyến cho phép tận dụng có hiệu quả tài nguyên mạng. • Hỗ trợ CIDR và VLSM: Điều này cho phép nhà quản trị mạng có thể phân phối nguồn địa chỉ IP một cách có hiệu quả hơn. • Sử dụng cost làm thông số định tuyến để chọn đường đi trong mạng, vì vậy có thể phản ánh được dung lượng của đường truyền. • OSPF đảm bảo không bị định tuyến lặp vòng: Mỗi router có một sơ đồ đầy đủ và đồng bộ về toàn bộ cấu trúc mạng, do đó chúng rất khó bị lặp vòng. • OSPF là một giao thức trạng thái liên kết. Vì vậy, cũng giống như các giao thức trạng thái liên kết khác, mỗi router OSPF đều sử dụng thuật toán SPF (Shortest Path First) để xử lý các thông tin chứa trong cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết. Thuật toán sẽ tạo ra một cây đường đi ngắn nhất mô tả cụ thể các tuyến dẫn tới đích. Hoạt động của OSPF được mô tả một cách tổng quát như sau: 1. Đầu tiên, các router OSPF gửi các gói Hello ra tất cả các giao diện chạy OSPF. Nếu hai router chia sẻ một liên kết dữ liệu cùng chấp nhận các tham số được chỉ ra trong gói Hello, chúng sẽ trở thành các router hàng xóm (neighbor) của nhau Nguyễn Mạnh Tùng D04VT2 5 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I.Tổng quan về OSPF 2. Quan hệ mật thiết (Adjacency) có thể coi như các liên kết ảo điểm-điểm, được hình thành giữa các neighbor. Việc hình thành một Adjacency phụ thuộc vào các yếu tố như loại router trao đổi các gói Hello và loại mạng sử dụng để truyền các gói Hello. 3. Sau khi các Adjacency được hình thành, mỗi router gửi các LSA (Link State Advertisement) qua các Adjacency cho các neighbor của nó. Các LSA mô tả tất cả các liên kết của router và trạng thái của các liên kết đó. 4. Mỗi router nhận một LSA từ neighbor, ghi LSA vào cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết của nó và gửi bản copy LSA tới tất cả các neighbor khác của nó. 5. Bằng cách trao đổi các LSA trong một area, tất cả các router sẽ xây dựng cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết của mình giống với các router khác. 6. Khi cơ sở dữ liệu hoàn chỉnh, mỗi router sử dụng giải thuật SPF để tính toán đường đi ngắn nhất (có cost thấp nhất) tới tất cả các đích đã biết. Sơ đồ này gọi là cây đường ngắn nhất (SPF). 7. Cuối cùng, mỗi router sẽ xây dựng bảng định tuyến từ cây SPF của nó. 1.3.2 Một số khái niệm cơ bản trong OSPF 1.3.2.1 Neighbor và Adjacency Trước khi gửi các LSA, các router OSPF phải khám phá các neighbor của nó và thiết lập Adjacency với chúng. Danh sách các neighbor được ghi vào trong bảng các neighbor cùng với liên kết (hoặc giao diện) nối với mỗi neighbor và các thông tin cần thiết khác để duy trì neighbor. 1.3.2.2 Giao thức Hello Giao thức Hello thực hiện chức năng sau: • Dùng để khám phá các neighbor: Nó quảng cáo các tham số mà hai router phải chấp nhận trước khi chúng trở thành các neighbor của nhau. • Đảm bảo thông tin hai chiều giữa các neighbor. • Dùng để bình bầu router đại diện DR (Designated Router) và DR dự phòng (Backup DR) trong mạng quảng bá (Broadcast) và mạng đa truy nhập không quảng bá (NBMA). Các router OSPF đều đặn gửi các gói Hello ra các giao diện OSPF. Chu kỳ gửi được gọi là Hello Interval và được cấu hình trong cơ sở dữ liệu giao diện. Nếu router không nhận được gói Hello từ neighbor trong một khoảng thời gian gọi là Router Dead Interval, nó sẽ khai báo neighbor này không hoạt động (ở trạng thái Down). Nguyễn Mạnh Tùng D04VT2 6 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I.Tổng quan về OSPF Khi một router nhận một gói Hello từ một neighbor của nó, nó sẽ kiểm tra các trường Area ID, Authentication, Network Mask, Hello Interval, Router Dead Interval và Option trong gói Hello xem có phù hợp với các giá trị đã được cấu hình ở giao diện nhận hay không. Nếu không phù hợp, gói sẽ bị phá hủy và Adjacency không được thiết lập. Nếu tất cả phù hợp, gói Hello sẽ được khai báo là hợp lệ. Nếu Router ID của router gốc đã có trong bảng neighbor của giao diện nhận, Router Dead Interval sẽ được thiết lập lại. Nếu không có, nó sẽ ghi Router ID này vào bảng neighbor. 1.3.2.3 Các loại mạng trong OSPF OSPF định nghĩa 5 loại mạng như sau: • Mạng điểm - điểm (point-to-point network). • Mạng quảng bá (broadcast network). • Mạng đa truy nhập không quảng bá (NBMA network). • Mạng điểm - đa điểm (point-to-multipoint network). • Liên kết ảo (virtual link). Mạng điểm - điểm: Là mạng nối hai router với nhau. Các neighbor hợp lệ trong mạng này luôn thiết lập Adjacency với nhau. Địa chỉ đích của các gói OSPF trong mạng này luôn luôn là địa chỉ lớp D 224.0.0.5 (gọi là A11SPF Routers). Mạng quảng bá: Như là Ethernet, Token Ring, FDDI. Đây là mạng đa truy nhập, trong đó có khả năng kết nối nhiều hơn hai router và các router này đều có thể nhận các gói gửi đi từ một router bất kỳ trong mạng. Các router trong mạng quảng bá sẽ bình bầu DR và BDR. Các gói Hello được phát multicast với địa chỉ đích là 224.0.0.5. Các gói xuất phát từ DR và BDR cũng được phát multicast với địa chỉ đích 224.0.0.5. Các router sẽ phát multicast các gói cập nhật và xác nhận trạng thái liên kết cho DR (hoặc BDR) với địa chỉ đích là địa chỉ lớp D 224.0.0.6 (gọi là A11 DRouters). Mạng đa truy nhập không quảng bá (NBMA): như là X25, Frame Relay và ATM. Đây là mạng có khả năng kết nối nhiều hơn hai router nhưng không có khả năng broadcast. Điều đó có nghĩa là một gói được gửi từ một router trong mạng sẽ không được nhận bởi tất cả các router khác trong mạng. Các router trong NBMA sẽ tiến hành bình bầu DR và BDR. Mạng điểm - đa điểm: Đây cũng là một trường hợp của mạng không quảng bá, nó được xem như là một tập hợp các liên kết điểm – điểm. Các router trong mạng không có quá trình bình bầu DR và BDR. Nguyễn Mạnh Tùng D04VT2 7 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I.Tổng quan về OSPF Liên kết ảo (virtual link): Đây là một cấu trúc đặc biệt trong cấu hình. Các router hiểu như là các mạng điểm - điểm. Các gói OSPF được truyền unicast qua các liên kết ảo. 1.3.2.4 Bình bầu DR và BDR Để trao đổi thông tin với nhau, các router OSPF phải thiết lập Adjacency với nhau. Thông tin trao đổi giữa các router sẽ tạo ra nhiều LSA không cần thiết. Nếu một mạng đa truy nhập có n router thì có thể có n(n-1)/2 Adjacency. Hình 1.4 Các Adjacency trong mạng đa truy nhập Và khi n(n-1)/2 Adjacency này cùng gửi thông tin cập nhật thì việc ảnh hưởng tới hiệu suất của mạng là điều không tránh khỏi. Một router gửi một LSA tới tất cả các neighbor của nó. Các neighbor này lại gửi bản copy của LSA nhận được tới các neighbor của mình, điều này dẫn đến tạo ra nhiều bản copy của LSA trong mạng. Để tránh vấn đề trên, một router đại diện (DR) được bầu ra trong mạng đa truy nhập. Mỗi router trong mạng thiết lập Adjacency với DR. Chỉ có DR gửi các LSA tới các router còn lại trong mạng. Một router có thể là DR đối với mạng này, nhưng không là DR với mạng khác. Như vậy, thay vì có n(n-1)/2 Adjacency, chúng ta chỉ có (n-1) Adjacency. Nguyễn Mạnh Tùng D04VT2 8 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I.Tổng quan về OSPF Hình 1.5 Bình bầu DR Trong trường hợp DR bị hỏng, một DR mới phải được bầu ra. Các Adjacency mới phải được thiết lập, và các router phải đồng bộ cơ sở dữ liệu với DR mới. Trong khi các quá trình này diễn ra, mạng sẽ không khả dụng để truyền gói. Để khắc phục vấn đề này, một router dự phòng cho DR (BDR) được bình bầu. Tất cả các router thiết lập Adjacency với cả DR và BDR. DR và BDR cũng có thể thiết lập Adjacency với nhau. Nếu DR bị hỏng, BDR sẽ trở thành DR mới. Như vậy, DR sẽ đứng ra làm router trung gian, nhận và phân phối các LSA từ các router thành viên, sau đó phân phối đến các router còn lại. BDR chỉ là dự phòng của DR. Quá trình bình bầu sẽ diễn ra như sau: Khi một router OSPF được kích hoạt, nó sẽ tìm kiếm các neighbor của nó và kiểm tra DR và BDR. Nếu DR và BDR đã tồn tại, router sẽ chấp nhận chúng. Nếu không có BDR, một cuộc bình bầu BDR sẽ được tiến hành và router nào có priority cao nhất sẽ trở thành BDR. Nếu có nhiều hơn một router có cùng priority cao nhất, router nào có Router ID cao nhất sẽ trở thành BDR. Nếu chưa có DR, BDR sẽ trở thành DR và cuộc bầu cử BDR mới lại được thực hiện. 1.3.3 Các loại Router Có 4 loại Router OSPF được chỉ ra như hình 1.6 bao gồm: Router nội (Internal Router), Router biên Area (Area Border Router - ABR), Router Backbone, Router biên hệ tự trị (Autonomous System Boundary Router - ASBR). Nguyễn Mạnh Tùng D04VT2 9 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I.Tổng quan về OSPF Hình 1.6 Các loại Router Router nội: Là những router mà tất cả các giao diện của nó đều thuộc cùng một area. Những router này chỉ có một cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết. Router biên Area (ABR): Là các router dùng để kết nối một area với backbone và đóng vai trò như một gateway đối với lưu lượng nội vùng. Một ABR luôn có ít nhất một giao diện thuộc về mạng Backbone và phải duy trì cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết tách biệt cho mỗi area liên kết với nó. Vì vậy, ABR thường có bộ nhớ lớn hơn và bộ vi xử lý mạnh hơn so với các router nội. ABR có nhiệm vụ thu thập thông tin cấu hình của các area gắn với nó cho mạng Backbone, sau đó Backbone sẽ quảng cáo lại các thông tin đó cho các area khác. Router Backbone: Là những router có ít nhất một giao diện gắn vào mạng Backbone. Như vậy, Router Backbone có thể là một ABR hoặc một router nào đó thuộc mạng Backbone (area 0). Nguyễn Mạnh Tùng D04VT2 10 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I.Tổng quan về OSPF Router biên hệ tự trị (ASBR): Là những router hoạt động như một gateway đối với lưu lượng ngoài. Một ASBR có thể được xác định ở bất cứ vị trí nào trong hệ tự trị OSPF. Nó có thể là router nội, router Backbone hay ABR. 1.3.4 Các loại LSA Các loại LSA định nghĩa trong OSPF bao gồm: Loại LSA 1 Router 2 Network 3 Network Summary 4 ASBR Summary 5 AS External 6 Group Membership 7 NSSA External 8 External Attribute 9 -11 Opaque Hình 1.7 Các loại LSA Router LSA: LSA này được tạo ra bởi tất cả các loại router. Nó chứa danh sách của tất cả các liên kết kết nối trực tiếp với router cùng với trạng thái và cost đầu ra của mỗi liên kết. Các LSA này chỉ được flooding (tràn lụt) trong area chứa router tạo ra nó. Network LSA: Được tạo ra bởi DR trong các mạng đa truy nhập (broadcast hay NBMA). Network LSA chứa danh sách của tất cả các router gắn với DR. Cũng giống như Router LSA, các LSA này được tràn lụt trong area tạo ra nó. Network Summary LSA: LSA này được tạo ra bởi các ABR. Network Summary LSA mô tả thông tin tóm tắt của một area cho một area khác trong cùng một miền OSPF và ngược lại. LSA loại này sẽ được ABR gửi vào area để quảng cáo cho các đích bên ngoài area đó. Chúng thông báo cho các router bên trong area biết thông tin về các đích bên ngoài area mà ABR có thể tiếp cận được. Đồng thời, chúng cũng được ABR dùng để quảng cáo các đích bên trong area với các router thuộc các area khác. ASBR Summary LSA: Được tạo ra bởi ABR. Nó giống hệt Network Summary LSA ngoại trừ việc nó dùng để quảng cáo cho các đích đến là ASBR. AS External LSA: Cho biết thông tin về các tuyến bên ngoài AS. Nó được tràn lụt trong toàn miền OSPF. Nguyễn Mạnh Tùng D04VT2 11