Báo Cáo Nguyên lý và mô phỏng các giao thức định tuyến OSPF

TÓM TẮT
Nội dung đề tài được thực hiện giới thiệu một cách tương đối tất cả các lý thuyết liên quan đến giao thức định tuyến OSPF, đồng thời thực hiện các bài thực hành cấu hình, mô phỏng cho các mô hình mạng mà giao thức OSPF hỗ trợ trên phần mềm GNS3 của Cisco.

LÝ THUYẾT VÀ NGUYÊN LÝ

1. Giới thiệu chung về OSPF
Giao thức OSPF (Open Shotest Path First) là một giao thức cổng trong. Nó được phát triển để khắc phục những hạn chế của giao thức RIP. Bắt đầu được xây dựng vào năm 1988 và hoàn thành vào năm 1991, các phiên bản cập nhật của giao thức này hiện nay vẫn được phát hành. Tài liệu mới nhất hiện nay của chuẩn OSPF là RFC 2328. OSPF có nhiều tính năng không có ở giao thức vector khoảng cách. Việc hồ trợ các tính năng này đã khiến cho OSPF trở thành một giao thức định tuyến đước sử dụng rộng rãi nhất trong các mội trường mạng lớn. Trong thực tế, RFC 1812 (đưa ra các yêu cầu cho bộ định tuyến IPv4) - đã xác định giao thức OSPF là giao thức định tuyến động duy nhất cần thiết. Sau đây sẽ liệt kê các tính năng đã tạo nên thành công của giao thức này:
1.1 OSPF là gì ?
OSPF là một giao thức dựa theo trạng thái liên kết. Giống như các giao thức trạng thái liên kết, mỗi bộ định tuyến OSPF đều thực hiện thuật toán Dijkstra để xử lý các thông tin chứa trong cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết. Thuật toán tạo ra một đường đi ngắn nhất mô tả cụ thể các tuyến đường nên chọn dẫn tới mạng đích.
1.2 Nguyên lý hoạt động
Hoạt động của OSPF được mô tả một cách tống quát như sau:

1. Các Router OSPF gửi các gói Hello ra tất cả các giao tiếp chạy OSPF. Nếu hai Router chia sẻ một liên kết dữ liệu cùng chẩp nhận các tham số được chỉ ra trong gói Hello, chúng sẽ trở thành các Neighbor của nhau.
2. Adjacency có thể coi như là các liên kết ảo điểm - điểm, được hình thành giữa các Router trao đổi gói tin Hello và loại mạng sử dụng để các gói tin Hello truyền trên đó.
3. Sau khi các Adjacency được hình thành, mỗi Router gửi các LSA (Link State Advertisment) qua các Adjacency. Các LSA mô tả tất cả các liên kết của Router và trạng thái của các liên kết.
4. Mỗii Router nhận một LSA từ một Neighbor. Ghi LSA vào cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết của nó và gửi bản copy 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.

1.3 Ưu điểm và nhược điểm
Ưu điểm :
ã Cân bằng tải giữa các tuyến cùng cost: Việc này dùng cùng lúc nhiều tuyến cho phép tận dụng có hiệu quả tài nguyên qua mạng.
ã Phân chia mạng một cách logic: Điều này làm giảm bớt các thông tin phát ra trong những điều kiện bất lợi. Nó cũng giúp kết hợp các thông báo về định tuyến, hạn chế việc phát đi những thông tin không cần thiết về mạng.
ã Hỗ trợ nhận thực: OSPF hồ trợ nhận thực cho tất cả các node phát thông tin quảng các định tuyến. Điều này hạn chế được nguy cơ thay đổi bảng định tuyến với mục đích xấu.
ã Thời gian hội tụ nhanh hơn: OSPF cho phép truyền các thông tin về thay đổi một cách tức thì. Điều đó giúp rút ngắn thời gian hội tụ cần thiết để cập nhật thông tin cấu hình mạng.
ã Hỗ trợ CIDR và VLSM: Điều này cho phép nhà quản trị mạng có thể phân phổi nguồn địa chi IP một cách có hiệu quả hơn.
ã Sử dụng area để giảm yêu cầu về CPU, memory của OSPF router cũng như lưu lượng định tuyến và có thể xây dựng hierarchical internetwork topologies.
ã Là giao thức định tuyến dạng clasless nên hỗ trợ được VLSM và discontigous network.
ã OSPF sử dụng địa chỉ multicast 224.0.0.5 (all SPF router) 224.0.0.6 (DR và BDR router) để gửi các thông điệp Hello và Update.
ã OSPF còn có khả năng hỗ trợ chứng thực dạng plain text và dạng MD5
ã Sử dụng route tagging để theo dõi các extemal route.
OSPF còn có khả năng hỗ trợ Type of Service.
Nhược điểm:
ã Do thuật toán SPF phức tạp nên khi khởi động toàn bộ hệ thống thì đòi hỏi thời gian hội tụ (converge) lâu.
ã Các Router chạy giao thức định tuyến OSPF đòi hỏi phải có đầy đủ thông tin về cấu trúc mạng nên bảng định tuyến lớn.

2. Giao thức Hello
2.1 Giao thức Hello là gì ?
Khi Router bắt đầu khởi động tiến trình định tuyến OSPF trên cổng nào đó của Router thì nó sẽ gửi 1 gói tin Hello ra cổng đó và tiếp tục gửi gói tin theo định kỳ. OSPF Router sẽ sử dụng gói Hello để thiết lập mối quan hệ neighbor với nhau và cũng để xác định xem Router neighbor có còn hoạt động nữa hay không.
2.2 Chức năng của giao thức Hello
Giao thức Hello thực hiện các chức năng sau:
ã Dùng để khám phá các Neighbor
ã Dùng để quảng cáo các tham số mà hai Router phải chấp nhận trước khi chúng trở thành các Neighbor của nhau.
ã Đảm bảo thông tin hai chiều giữa các Neighbor.
ã Các gói Hello hoạt động như các Keepalive giữa các Neighbor.
ã Dùng để bầu cử DR và BDR trong mạng Broadcast và Nonbroadcast Multiaccess (NBMA).
2.3 Nguyên lý hoạt động của giao thức Hello
Khi các Router OSPF gửi các gói tin Hello định kỳ ra các giao diên OSPF. Chu kỳ gửi được gọi là Hello Interval và được cấu hình trong cơ sở dữ liệu giao điện. Nếu một Router không nhận được gói tin Hello từ Neighbor trong một khoảng thời gian gọi là Router Dead Interval nó sẽ khai báo Neighbor này bị Down.
Khi một Router nhận một gói tin từ một Neighbor, nó sẽ kiểm tra xem các trường Area ID, Authentication, Network Mask, Hello Interval, Router Dead Interval và Option trong gói Hello có phù hợp với các giá trị đã được cấu hình ở giao diện đang nhận hay không.
Nếu không phù họp, gói sẽ bị huỷ và Adjacency không được thiết lập. Nếu tất cả phù hợp, gói Hello được khai báo là hợp lệ. Nếu Router ID của Router gốc đã có trong bảng Neighbor của giao diện nhận, Router Dead Interval được reset. Nếu không, nó ghi Router ID này vào bảng Neighbor.
Một Router gửi một gói Hello, gói Hello sẽ chứa Router ID của tất cả các Neighbor cần thiết trong liên kết mà gói truyền đi. Nếu một Router nhận được một gói tin Hello hợp lệ có chưa Router ID của nó, Router này sẽ biết rằng thông tin hai chiều đã được thiết lập.
3. Các loại mạng trong định tuyến OSPF
OSPS định nghĩa 3 loại mạng :
1. Mạng điểm - điểm (point – to – point)
2. Mạng quảng bá (broadcast)
3. Mạng không quảng bá : gồm hai loại :
- Mạng đa truy nhập không quảng bá (NBMA)
- Mạng điểm – đa điểm (point – to – multipoint)

3.1 Mạng điểm - điểm: là mạng nối hai Router với nhau. Các Neighbor hợp lệ trong mạng điểm - điểm luôn thiết lập Adjacency. Địa chỉ của các gói OSPF trong mạng nay luôn là địa chỉ lớp D 224.0.0.5 gọi là All SPF Router.
3.2 Mạng quảng bá : Ví dụ như Ethernet, Token Ring, FDDI. Là mạng có khả năng kết nối nhiều hơn hai thiết bị và các thiết bị và các thiết bị này đều có thể nhận các gói gửi từ một thiết bị bất kỳ trong mạng. Các Router OSPF trong mạng quảng bá sẽ bầu cử DR và BDR. Các gói Hello được phát từ multicast với địa chỉ 224.0.0.5. Ngoài ra các gói xuất phát từ DR và BDR cũng được phát multicast với địa chỉ này. Các Router khác sẽ phát multicast các gói tin cập nhật và xác nhận trạng thái liên kết với địa chỉ lớp D là: 224.0.0.6 gọi là All DRouters.
3.3 Mạng NBMA (Nonbroadcast - Multiaccess):
Là mạng có khả năng kết nối nhiều hơn hai Router nhưng không có khả năng Broadcast. Tức là một gói tin gửi bởi một Router trong mạng không nhận được bởi tất cả các Router khác của mạng. Các Router trong NBMA bầu cử DR và BDR. Các gói OSPF được truyền theo kiểu unicast. Ví dụ như X25, Frame relay, ATM.
3.4 Mạng điểm - đa điểm: Là trường hợp đặc biệt của NBMA. Nó có thể coi là một tập hợp các điểm kết nối điểm - điểm. Các Router trong mạng không phải bầu cử DR và BDR. Các gói OSPF được truyền theo kiểu multicast.


MỤC LỤC
Danh mục hình VIII
Danh mục bảng IX
Các từ viết tắt X
CHƯƠNG 1 LÝ THUYếT VÀ NGUYÊN LÝ 1
1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ OSPF 1
1.1 OSPF là gì ? 1
1.2 Nguyên lý hoạt động 2
1.3 Ưu điểm và nhược điểm 2
2. GIAO THỨC HELLO 2
3. CÁC LOẠI MẠNG TRONG ĐỊNH TUYẾN OSPF 3
3.1 Mạng điểm – điểm 3
3.2 Mạng quảng bá 3
3.3 Mạng NBMA (Nonbroadcast – Multiaccess) 4
3.4 Mạng điểm – đa điểm 4
4. GIAO DIỆN OSPF 4
4.1 Cấu trúc dữ liệu giao diện 4
4.2 Trạng thái dữ liệu giao diện 5
4.3 Đề mục và đánh số các đề mục 5
4.4 Bảng biểu, hình vẽ, phương trình 6
5. DR VÀ BDR. QUÁ TRÌNH BẦU CHỌN DR VÀ BDR 7
5.1 DR và BDR 7
5.2 Quá trình bầu chọn DR và BDR 7
6. NEIGHBOR 7
6.1 Khái niệm Neighbor 7
6.2 Cấu trúc dữ liệu Neighbor 7
6.3 Các trạng thái Neighbor 9
6.4 Thiết lập quan hệ láng giềng của các Neighbor 13
7. AREA (VÙNG) 16
7.1 Định nghĩa Area 16
7.2 Lợi ích khi sử dụng Area 16
7.3 Các loại Area 17
7.4 Phân chia Area 17
7.5 Area sử dụng liên kết ảo 18
7.5.1 Định nghĩa liên kết ảo 18
7.5.2 Mục đích sử dụng liên kết ảo 18
7.6 Area cụt (Stub Area) 19
7.6.1 Khái niệm Stub Area 19
7.6.2 Mục đích sử dụng Stub Area 20
7.7 Area cụt hoàn toàn (Totally Stubby Area) 20
7.8 Not Stub Area (NSA) 20
8. CÁC LOẠI ROUTER TRONG AREA 22
9. CƠ SỞ DỮ LIỆU TRẠNG THÁI LIÊN KẾT (LSA) 23
10. CÁC LOẠI LSA 23
11. CÁC LOẠI ĐƯỜNG TRONG ĐỊNH TUYẾN OSPF 28
12. BẢNG ĐỊNH TUYẾN 29
13. TRA BẢNG ĐỊNH TUYẾN 29
CHƯƠNG 2 MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM GNS3 30
2.1 POINT – TO – POINT 30
2.2 BROADCAST (MULTIACCESS) 32
2.3 NON-BROADCAST (NBMA) 40