Tìm hiểu về định tuyến OSPF đa vùng

OSPF là giao thức trạng thái liên kết sử dụng thuật toán SPF Shortest Path First của Dijktra để xử lý các thông tin chứa trong cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết và là một giao thức mở t

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU GIAO THỨC OSPF 3

1 Khái niệm OSPF 3

2 Nguyên lý hoạt động 3

3 Ưu điểm và nhược điểm của OSPF 4

CHƯƠNG II: MỘT SỐ KHÁI NIỆM SỬ DỤNG TRONG OSPF 5

1 Giao thức Hello 5

1.1 Giao thức Hello là gì 5

1.2 Chức năng của giao thức Hello 5

1.3 Nguyên lý hoạt động của giao thức Hello 5

2 DR,BDR là gì, quá trình bầu chọn DR và BDR 6

2.1 DR, BDR 6

2.2 Qúa trình bầu chọn DR và BDR 6

3 Neighbor 6

3.1 Khái niệm Neighbor 6

3.2 Cấu trúc dữ liệu Neighbor 6

3.3 Các loại mạng 8

4 Định dạng gói tin OSPF 9

4.1 The Packet Header 9

4.2 Hello packet 10

4.3 The Database Description Packet 11

4.4 The Link State Request Packet 12

4.5 The Link State Update Packet 13

4.6 The Link State Acknowledgment Packet 13

5 Cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết (LSA) 14

5.1 Khái niệm 14

5.2 Các loại LSA 14

6 Các loại Router trong Area 20

CHƯƠNG III: VÙNG (AREA) 21

1 Tại sao trong OSPF lại chia ra các Router theo các Area? 21

2 Area sử dụng liên kết ảo 21

3 Các loại Area 22

3.1 Backbone (Area 0) 23

3.2 Normal area 23

3.3 Area cụt (Stub Area) 23

3.4 Area cụt hoàn toàn (Totally Stubby Area) 24

3.5 Not – so – Stubby Area(NSSA) 24

3.6 Totally Not – so – Stubby Area(Totally NSSA) 26

CHƯƠNG IV: CẤU HÌNH OSPF ĐA VÙNG 27

1 Cấu hình OSPF cơ bản: 27

1.1 Câu lệnh khởi động OSPF trên router 27

1.2 Câu lệnh Network 27

1.3 Wildcard mask 28

1.4 Thông tin về giao thức định tuyến mà router đang sử dụng 28

1.5 Router ID và loopback address 29

1.6 Sửa đôi reference-bandwidth 30

1.7 Cấu hình giá trị cost 30

2 Cấu hình các Vùng (Area) 30

2.1 Area cụt (Stub Area) 30

2.2 Area cụt hoàn toàn (Totally Stubby Area) 32

2.3 Not – so – Stubby Area (NSSA) 34

2.4 Totally Not So Stubby Area (Totally NSSA) 35

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU GIAO THỨC OSPF

1 Khái niệm OSPF

OSPF (Open Shortest Path First) được phát triển bởi IETF (Internet Engineering Task Force – nhóm đặc trách kỹ thuật Internet) OSPF là giao thức trạng thái liên kết sử dụng thuật toán SPF ( Shortest Path First) của Dijktra để xử lý các thông tin chứa trong cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết và

là một giao thức mở tức là nó hoàn toàn mở đối với công cộng, không có tính độc quyền.Thuật toán tao ra một đường đi ngắn nhất mô tả cụ thể các tuyến đường nên chọn dẫn tới mạng đích

Ưu điểm chính của OSPF so với các giao thức vector khoảng cách là khả năng đáp ứng nhanh theo sự thay đổi của hệ thống mạng, hoạt động tốt trong các mạng cỡ lớn và ít bị ảnh hưởng đối với các thông tin định tuyến tồi

2 Nguyên lý hoạt động

Hoạt động của OSPF được mô tả một cách tổng quát như sau:

2.1 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 chấp nhận các tham số được chỉ ra trong gói Hello, chúng sẽ trở thành các Neighbor của nhau

2.2 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

2.3 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

2.4 Mỗi 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

2.5 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 2.6 Khi cơ sở dữ liệu hoàn chỉnh, mỗi Router sử dụng giải thuật SPF để tính toán đường đi ngắn nhất (đường đi có cost thấp nhất) tới tất cả các đích đã biết Sơ đồ này gọi là cây SPF

2.7 Mỗi Router xây dựng bảng định tuyến từ cây SPF của nó

3 Ưu điểm và nhược điểm của OSPF

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

phân phối nguồn địa chi IP một cách có hiệu quả hơn

 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

 Là giao thức định tuyến dạng clasless nên hỗ trợ được VLSM và discontigous network

 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

 OSPF còn có khả năng hỗ trợ chứng thực dạng plain text và dạng MD5

 Sử dụng route tagging để theo dõi các external route

 OSPF còn có khả năng hỗ trợ Type of Service

CHƯƠNG II: MỘT SỐ KHÁI NIỆM SỬ DỤNG

TRONG OSPF

1 Giao thức Hello

1.1 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

1.2 Chức năng của giao thức Hello

Giao thức Hello thực hiện các chức năng sau:

khi chúng trở thành các Neighbor của nhau

 Đảm bảo thông tin hai chiều giữa các Neighbor

 Các gói Hello hoạt động như các Keepalive giữa các Neighbor

Multiaccess (NBMA)

1.3 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 hợp, 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

1 OSPF chọn ngẫu nhiên 1 router và kiểm tra danh sách neighbor của nó

2 Nếu 1 router có priority = 0 Thì router đó không tham gia vào quá tình bầu chọn

3 Sau đó quá trình lựa chọn BR & BDR bắt đầu theo các mức ưu tiên sau:

a Router có Priority cao nhất làm DR, cao thứ 2 làm BDR Priority mặc định là 1

b Nếu Priority bằng nhau thì xét Router ID, cao nhất làm DR, cao thứ 2 làm BDR

- Router nào khởi động đầu tiên sẽ là DR, và thứ 2 là BDR

- Nếu khởi động cùng một lúc thì tuân theo quy tắc trên

- DR bị mất, BDR lên thay, và bình chọn BDR mới

3 Neighbor

3.1 Khái niệm Neighbor

-Các thiết bị được kết nối trực tiếp với nhau gọi là Neighbor

3.2 Cấu trúc dữ liệu Neighbor

Neighbor ID: là Router ID của Neighbor

Neighbor IP: là địa chỉ IP của giao diện nối tới mạng của Neighbor Khi một gói OSPF được truyền unicast tới Neighbor, địa chỉ này sẽ là địa chỉ đích

Area ID: để hai Router trở thành các Neighbor của nhau, Area ID trong gói Hello nhận được phải phù hợp với Area ID của giao diện nhận

Interface: là giao diện gắn vào mạng của mạng chưa Neighbor

Neighbor Priority: là Router Priority của Neighbor được chỉ ra trong gói tib Hello

State: là trạng thái chức năng của Neighbor sẽ được trình bày ở phần sau

Poll Interval: Gía trị này chỉ sử dụng đối với các Neighbor trong mạng NBMA Vì các Neighbor không thể tự động khám phá trong mạng NBMA nếu các Neighbor này ở trạng thái Down, do vậy gói Hello sẽ được gửi tới các Neighbor sau mỗi khoảng thời gian nhất định Khoảng thời gian này gọi là Poll Interval

Neighbor Options: là các khả năng OSPF tuỳ chọn được hỗ trợ Neighbor Các tuỳ chọn này được trình bày ở phần sau

Anactivity Time: la Time có chuy kỳ là Router Dead Interval Time được reset khi nhận được gói tin Hello từ Neighbor Nếu Inctivity Time hết hiệu lực mà chưa nhận được gói tin Hello, Neighbor sẽ được khai báo là Down

Designated Router: Địa chỉ này chứa trong trường DR của gói tin Hello

Backup Designate Router: Địa chỉ này chứa trong trương BDR của gói tin Hello

Master/Slave: Quan hệ chủ - tớ (được thoả thuận trong trạng thái Exstart) thiết lập Neighbor nào sẽ điều khiển việc đồng bộ cơ sở dữ liệu

DD Sequence Number: là số trình tự gói Database Description (DD) đang được gửi tới Neighbor

Last Received Database Description Packet: Các bít Initilize, More,

Master, các Option và số trình tự của gói tin DD nhận được cuối cùng được ghi trong cơ sở dữ liệu Neighbor Thông số này dùng để xác định gói tin DD tiếp theo có phải là bản sao của gói trước

Link State Retransmission List: là danh sách các LSA đã được flood trên Adjacency nhưng chưa được công nhận LSA sẽ được truyền lại sau khoảng thời gian Rs Interval cho đến khi chúng nhận được công nhận hoặc Adjacency bị phá vỡ

Database Summary List: là danh sách các LSA được gửi tới Neighbor trong gói DD trong quá trình đồng bộ cơ sở dữ liệu Các LSA tạo nên cơ

sở dữ liệu trạng thái liên kết khi Router chuyển sang trạng thái Exchange

Link State Request List: Là danh sách các LSA trong các gói DD của Neighbor “mới” hơn các LSA trong cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết Các gói yêu cầu trạng thái liên kết được gửi tới Neighbor yêu cầu các bản copy của các LSA này Khi nhận được các LSA yêu cầu trong các gói cập nhận trạng thái liên kết,danh sách yêu cầu trạng thái liên kết sẽ được rút dần cho đến hết

3.3 Các loại mạng

OSPS định nghĩa năm loại mạng :

1 Mạng điểm - điểm

2 Mạng quảng bá

3 Mạng đa truy nhập không quảng bá

4 Mảng điểm – đa điểm

5 Các liên kết ảo

Mảng 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 AllSPF Router

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

Mạng NBMA (Nonbroadcast - Multiaccess): Ví dụ như X25, Frame relay,

ATM.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

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

Các liên kết ảo: Là một cấu trúc đặc biệt được Router hiểu như là các

mạng điểm – điểm không đánh số Các gói OSPF được phát unicast trên các liên kết ảo

4 Định dạng gói tin OSPF

OSPF packet được đóng gói trong IP packet tương ứng với trường Protocol number là 89, do vậy maximum của OSPF packet là 1500 octet OSPF packet header là giống đối với các loại OSPF packet khác nhau nhưng OSPF packet data thì biến đổi tuỳ theo loại OSPF packet

Chú ý: IP packet với protocol number = 89 thì trường TTL luôn luôn bằng 1 để đảm bảo rằng packet không bao giờ đi quá một hop

4.1 The Packet Header

Tất cả các OSPF packet đều có chung một dạng như sau:

Trong đó:

- Version: là phiên bản OSPF, phiên bản gần đây nhất là 2

- Type: xác định ra loại OSPF packet Có 5 loại OSPF packet như sau:

- Packet length: là độ dài của OSPF packet gồm cả header (đơn vị là

octet)

- Router ID: là ID của router gửi

- Area ID: là area mà từ đó packet được gửi Nếu packet được gửi qua

virtual link, Area ID sẽ là 0.0.0.0 (backbone Area ID) bởi vì virtual link luôn được gắn với backbone

- Checksum: kiểm tra toàn bộ packet kể của header

- AuType: xác định loại nhận thực được sử dụng Bảng sau là cấc loại

nhận thực có thể:

4.2 Hello packet

Cấu trúc gói tin hello

Hello packet được dùng để thiết lập và duy trì adjiacecy Hello packet mang những thông số mà neighbor phải đồng ý để trở thành adjacency

Network Mask: là address mask của interface mà packet được gửi từ đó Nếu mask này không match với interface mà packet được nhận thì packet

Router Priority: được sử dụng để bình bầu DR và BDR Nếu nó được thiết lập giá trị là 0 thì sẽ loại khỏi quá trình bình bầu DR và BDR

Router Dead Interval: là số giây mà router gửi đợi một Hello packet từ neighbor trước khi công bố neighbor dead Nếu thông số này trong Hello đến không giống với thông số của nó thì packet sẽ bị drop

Designated Route: là IP address của interface của DR trên mạng (không phải là Router ID của nó)

Backup DR: là IP address của interface của BDR trên mạng

Neighbor: chứa danh sách tất cả neighbor trên mạng mà router gửi nhận

từ các Hello hợp lệ

4.3 The Database Description Packet

Database Description packet: nó được sử dụng khi một adjacency được thiết lập Mục đích chính của DD packet là mô tả một vài hay tất cả LSA trong database cho đến khi nào có thẻ xác định là match LSA trong database của nó

Interface MTU: là kích thước lớn nhất của IP packet (đơn vị là octet) mà packet có thể được gửi đi mà không bị phân mảnh Trường này được thiết lập là 0x0000 khi packet được gửi qua virtual link

Option: là trường tuỳ chọn, router sẽ không chuyển tiếp LSA nếu không thoả mãn điều kiện trong trường Option

Có 5 bit không sử dụng và có giá trị là: 00000b

Ba bit I, M và MS đã giới thiệu trong phần building adjacency

DD Sequence Number: trường này để đảm bảo rằng DD packet được nhận đúng thứ tự trong quá trình đồng bộ database Thông số này luôn luôn được thiết lập bởi master cho DD packet đầu tiên và tăng dần lên trong các DD packet gửi sau

LSA Header: danh sách của một vài hay tất cả LSA header trong link state database của router gửi

4.4 The Link State Request Packet

Trong quá trình đồng bộ database khi router nhận các DD packet, router

sẽ kiểm tra xem LSA header trong DD packet nếu không có trong database của nó thì những LSA này ghi lại vào Link State Request list Router sẽ gửi một hay một vài Link State Request packet hỏi neighbor về LSA đó

Link State Type: xác định loại LSA (router LSA, network LSA )

Link State ID: xác định ra LSA header

Advertising Router: là router ID của router mà gửi LSA

4.5 The Link State Update Packet

Nó được sử dụng khi flood LSA và gửi LSA trả lời cho Link State Request packet

Number of LSAs: xác định số LSA trong packet này

LSAs: là full LSA (header + data) Mỗi update có thể mang nhiều LSA tới

maximum kích thước của packet cho phép trên link

4.6 The Link State Acknowledgment Packet

Được sử dụng để tạo quá trình flood các LSA môt cách tin cậy (reliable)

5 Cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết (LSA)

5.1 FKhái niệm

Các Link-state Advertisement (LSA) nhận bởi Router được lưu trong cơ

sở dữ liệu trạng thái liên kết của nó Các LSA này sẽ diễn tả sơ đồ cấu hình Area Vì mỗi Router trong Area tính toán đường đi ngắn nhất từ cơ sở

dữ liệu này, do đó điều kiện tiên quyết để định tuyến chính xác là cơ sở dữ liệu của tất các Router trong một Area phải giống nhau

Khi LSA cư trú trong cơ sở dữ liệu của Router, tuổi của nó sẽ tăng lên tùy thuộc vào thời gian cư trú Nếu tuổi của nó đạt đến MaxAge (1h), nó sẽ

bị đào thải khỏi miền OSPF Để tránh việc các LSA phù hợp bị đào thải do quá tuổi, người ta sử dụng cơ chế “làm tươi trạng thái liên kết” Cứ sau thời gian LSRefreshtime (30’), Router sẽ flood bản copy mới của LSA (do

nó tạo ra) với số trình tự tăng lên và tuổi bằng không Trong lúc nhận, các Router khác sẽ thay thế các bản copy LSA cũ và bắt đầu tính tuổi cho bản copy LSA mới

5.2 Các loại LSA

Bảng sau đây liệt kê các loại LSA được sử dụng trong OSPF

Type code

AS External LSA Group External LSA NSSA External LSA External Attribute LSA Opaque LSA (link – local scope) Opaque LSA (Area local scope) Opaque LSA (As scope)

Router LSA : được tạo ra bởi mọi Router LSA này chứa danh sách tất

cả các liên kết của Router cùng với trạng thái và chi phí (cost) đầu ra của mỗi liên kết Các LSA này chỉ được flood trong Area tạo ra nó

Hình 5.1 Router LSA mô tả tất cả các giao diện của Router

Network LSA: được tạo ra bởi DR trong các mạng đa truy nhập Network LSA chứa danh sách tất cả các Router gắn với DR và BDR Các LSA này được flood trong Area tạo ra nó

Hình 5.2 Network LSA mô tả mạng đa truy nhập và tất cả các Router

gắn vào mạng

Network Sumary LSA: được tạo ra bởi các ABR Chúng được gửi vào Area để quảng cáo cho các đích bên ngoài Area đó Thực tế, các LSA này như một phương tiện mà ABR dùng để nó cho các Route trong Area biết các đích bên ngoài mà ABR có thể tiếp cận được ABR cũng quảng các các đích bên trong Area gắn với nó cho các Router bên trong Backbone bằng các LSA này

Hình 5.3 Các Network Summary LSA mô tả các đích liên miền

LSA gồm cost từ ABR tới đích Mỗi đích chỉ quảng cáo bởi một LSA cho

dù ABR biết được nhiều đường tới đích đó Do vậy, nếu ABR biết được nhiều đường tới một đích nào đó trong Area gắn với nó, nó sẽ tạo một Network Summary LSA có cost thấp nhất trong các đường nó biết để gửi vào mạng Backbone Tương tự như vậy, nếu một ABR nhận được nhiều Network Summary LSA từ các ABR khác thông qua Backbone, nó sẽ chọn LSA có cost thấp nhất và quảng cáo nó vào trong Area (không phải là Backbone) gắn với nó Khi một Router khác nhận được một Network Summary LSA từ một ABR, nó không phải chạy thuật giải SPF Đúng hơn,

nó cộng cost của tuyến ABR và costt chứa trong LSA Tuyến tới đích được qảng cáo bởi ABR được lưu trong bảng định tuyến cùng với cost đã được tính toán Kiểu định tuyến này (sử dụng Router trung gian thay vì xác định đường đi đầy đủ tới đích) gọi là định tuyến theo kiểu vector khoảng cách Như vậy, OSPF là giao thức trạng thái liên kết trong một Area nhưng lại

sử dụng giải thật vector khoảng cách để định tuyến liên vùng (inter - Area)

ASBR Summary LSA: được tạo ra bởi ABR Nó giống hệt Network Summary LSA ngoại trừ nó dùng để quản cáo đính đến là ASBR

Hình 5.4 ASBR Summary LSA quảng cáo các tuyến nối tới ASBR

AS External LSA (Autonomous System External LSA): được tạo ra bởi các ASBR Các LSA này dùng để quảng cáo cho các đích bên ngoài hệ thống độc lập OSPF hoặc các tuyến mặc định bên ngoài vào hệ thống độc lập OSPF

AS External LSA là LSA duy nhất trong cơ sở dữ liệu không liên kết với một Area nào Nó được flood thông qua hệ thống độc lập OSPF (hình 3.19)