OSPF OVERVIEW
OSPF
Open Shortest Path First, hoặc OSPF, là một trong những giao thức được sử dụng rộng rãi nhất trong các mạng IP hiện nay. Nó hoạt động tốt trong các mạng lớn, đảm bảo định tuyến không có vòng lặp, là một giao thức không phân lớp, hội tụ nhanh chóng và là chuẩn mở hoạt động tốt trên các thiết bị của nhiều nhà cung cấp. Chỉ số của OSPF là chi phí cho mỗi liên kết và không bao gồm toàn bộ đường dẫn. OSPF không trao đổi các bảng định tuyến mà thay vào đó gửi các quảng cáo liên kết (LSA), mô tả cấu trúc liên kết mạng mà router sử dụng để xây dựng cơ sở dữ liệu trạng thái kết nối (LSDB) hoặc bảng định tuyến của nó. LSDB là một cấu trúc liên kết được biểu diễn dưới dạng máy tính. LSDB cho phép mỗi router tạo một bảng với tất cả các kết nối mạng giữa các router và các giao diện của chúng - tương tự như một sơ đồ được tạo ra để tạo tài liệu cho một mạng. Các router trong cùng một khu vực sẽ nhận được cùng một LSA. Router được chỉ định (DR) là router dẫn đầu hoặc làm chủ cho các khu vực mạng. Nếu DR không thành công thì router chỉ định sao lưu (BDR) sẽ tiếp quản DR. OSPF sử dụng hai địa chỉ multicast: 224.0.0.5 được sử dụng để nhận các cập nhật OSPF và 224.0.0.6 được DR sử dụng để nhận các bản cập nhật.
Hoạt động của OSPF
Để tạo và duy
trì thông tin định tuyến, các bộ định tuyến OSPF hoàn thành quá trình :
Thiết lập mối quan hệ hàng xóm: OSPF cho phép router phải hình thành adjacencies với hàng xóm của nó trước khi có thể chia sẻ thông tin với hàng xóm. Một router được kích hoạt OSPF gửi các gói tin Hello ra khỏi tất cả các giao diện cho phép OSPF để xác định xem hàng xóm có hiện diện trên các liên kết đó hay không. Nếu một hàng xóm có mặt, router được kích hoạt OSPF sẽ cố gắng thiết lập neighbor với hàng xóm đó.
Trao đổi quảng cáo trạng thái kết nối: Sau khi thiết lập adjacencies, router sau đó trao đổi quảng cáo trạng thái kết nối (LSA). LSA chứa trạng thái và chi phí của mỗi liên kết được kết nối trực tiếp. Các router tràn LSA của nó đến các láng giềng lân cận. Các láng giềng liền kề nhận LSA ngay lập tức tràn LSA đến các hàng xóm được kết nối trực tiếp khác, cho đến khi tất cả các router trong khu vực đều có LSA.
Xây dựng bảng tô pô: Sau khi nhận được các LSA, các bộ định tuyến hỗ trợ OSPF xây dựng bảng tôpô (LSDB) dựa trên các LSA nhận được. Cơ sở dữ liệu này cuối cùng nắm giữ tất cả thông tin về cấu trúc liên kết của mạng. Điều quan trọng là tất cả các router trong khu vực đều có cùng thông tin trong các LSDB của chúng.
Thực hiện thuật toán SPF: Các bộ định tuyến sau đó thực thi thuật toán SPF tạo ra cây SPF.
Xây dựng bảng định tuyến: Từ cây SPF, các đường dẫn tốt nhất được chèn vào bảng
định tuyến. Các quyết định định tuyến được thực hiện dựa trên các mục nhập
trong bảng định tuyến.
Cấu trúc phân cấp của OSPF
Nếu chạy OSPF trong một mạng đơn giản, số lượng các bộ định tuyến và các liên kết tương đối nhỏ và các đường dẫn tốt nhất đến tất cả các đích sẽ dễ dàng được suy ra. Tuy nhiên, thông tin cần thiết để mô tả các mạng lớn hơn với nhiều bộ định tuyến và liên kết có thể trở nên khá phức tạp. Tính toán SPF so sánh tất cả các đường dẫn có thể có cho các tuyến đường có thể dễ dàng biến thành một phép tính phức tạp và tốn thời gian cho router
Một trong những phương pháp chính để giảm độ phức tạp này và kích thước của cơ sở dữ liệu thông tin trạng thái kết nối là phân vùng miền định tuyến OSPF thành các đơn vị nhỏ hơn được gọi là các vùng hay khu vực. Điều này cũng làm giảm thời gian cần cho thuật toán SPF
Khu vực là một phân đoạn mạng
được chia nhỏ thành các miền phát sóng. OSPF có thể được chia thành nhiều khu
vực, được kết nối bởi bộ định tuyến biên giới khu vực (ABR). ABR tóm tắt thông
tin định tuyến và sau đó gửi thông tin này đến ABR tiếp theo cho các khu vực
khác. Mỗi khu vực có một số nhận dạng 32 bit số, mỗi mạng OSPF phải có một Area
0, và mỗi ABR phải được kết nối với Area 0. Một Router ranh giới hệ thống tự
trị (ASBR) có thể được sử dụng để kết nối các router OSPF với các giao thức
khác.
Backbone router:Khu vực 0 được gọi là " khu vực xương sống" hoặc "lõi" của một mạng OSPF. Tất cả các khu vực phải có kết nối với khu vực này. Bộ định tuyến đường trục phải có giao diện đến khu vực 0
Router nội vùng:Router nằm bên trong một khu vực nếu tất cả các giao diện của nó thuộc về cùng một khu vực.
ABR:Một router ABR phải duy trì các cơ sở dữ liệu trạng thái kết nối riêng biệt cho từng vùng mà nó được kết nối trong bộ nhớ. Các router này kết nối nhiều khu vực với area 0
ASBR:Các router ASBR chạy nhiều hơn một giao thức định tuyến và trao đổi thông tin từ các giao thức định tuyến khác vào OSPF, bao gồm BGP, EIGRP và các tuyến tĩnh.
Các loại tin OSPF
OSPF sử dụng năm loại gói giao thức định tuyến, có chung một đầu giao thức phổ biến. Mỗi gói OSPF được đóng gói trực tiếp trong tiêu đề IP. Số giao thức IP cho OSPF là 89.
Type 1: Gói tin Hello: Các gói tin Hello được sử dụng để phát hiện, xây dựng và duy trì các các hàng xóm OSPF. Để thiết lập adjacencies, các đồng nghiệp OSPF ở cả hai bên của liên kết phải đồng ý về một số tham số chứa trong gói Hello để trở thành các nước láng giềng OSPF.
Type 2: Gói Mô tả Cơ sở dữ liệu (DBD): Khi hàng xóm OSPF đã được thiết lập, gói DBD được sử dụng để mô tả LSDB để các router có thể so sánh xem cơ sở dữ liệu có được đồng bộ hay không.
Type 3: Gói yêu cầu liên kết trạng thái (LSR): Khi quá trình đồng bộ hóa cơ sở dữ liệu đồng bộ hóa kết thúc, router vẫn có thể có danh sách các LSA bị thiếu trong cơ sở dữ liệu của nó. Bộ định tuyến sẽ gửi một gói LSR để thông báo cho các láng giềng OSPF gửi phiên bản mới nhất của các LSA còn thiếu.
Type 4: Gói cập nhật trạng thái kết nối (LSU): Có một số loại LSU, được gọi là LSA. Các gói LSU được sử dụng cho lũ lụt của LSA và gửi trả lời LSA cho các gói LSR. Nó chỉ được gửi đến những router hàng xóm được kết nối trực tiếp trước đây đã yêu cầu LSA dưới dạng gói LSR. Trong trường hợp lũ lụt, các bộ định tuyến lân cận chịu trách nhiệm đóng gói lại thông tin LSA nhận được trong các gói LSU mới.
Type 5: Gói thừa nhận trạng thái kết nối (LSAck): LSAcks được sử dụng để làm cho lũ lụt của LSA
đáng tin cậy. Mỗi LSA nhận được phải được xác nhận rõ ràng. Nhiều LSA có thể
được thừa nhận trong một gói LSAck duy nhất.
STATIC ROUTE
Chúng ta có sơ đồ mạng như trong
hình yêu cầu cấu hình các tuyến tĩnh trên R1,R2,R3,R4 làm sao để PC1 có thể
ping tới PC3 trên R4
Bước 1: cấu hình và đặt các ip tương ứng trên sơ đồ
đảm bảo các port của các route ở trạng thái UP
Trên router R1:
R1(config)#interface Fastethernet 0/0
R1(config-if)#ip address 10.0.0.1 255.255.255.0
R1(config-if)# no shutdown
R1(config)#interface Fastethernet 1/0
R1(config-if)#ip address 10.0.1.1 255.255.255.0
R1(config-if)# no shutdown
R1(config)#interface Fastethernet 2/0
R1(config-if)#ip address 10.0.2.1 255.255.255.0
R1(config-if)# no shutdown
Trên router R2:
R2(config)#interface Fastethernet 0/0
R2(config-if)#ip address 10.0.0.2 255.255.255.0
R2(config-if)# no shutdown
R2(config)#interface Fastethernet 1/0
R2(config-if)#ip address 10.1.0.2 255.255.255.0
R2(config-if)# no shutdown
Trên router R3:
R2(config)#interface Fastethernet 0/0
R2(config-if)#ip address 10.1.1.2 255.255.255.0
R2(config-if)# no shutdown
R2(config)#interface Fastethernet 1/0
R2(config-if)#ip address 10.1.0.1 255.255.255.0
R2(config-if)# no shutdown
Trên router R4:
R4(config)#interface Fastethernet 0/0
R4(config-if)#ip address 10.1.1.1 255.255.255.0
R4(config-if)# no shutdown
R4(config)#interface Fastethernet 1/0
R4(config-if)#ip address 10.1.2.1 255.255.255.0
R4(config-if)# no shutdown
Bước 2: Xác định các mạng con không được kết nối trực tiếp
trên các router và viết các tuyến tĩnh cho các router đó
Trên router R1:
các mạng con không kết nối trực
tiếp trên R1 bao gồm: (10.1.0.0/24, 10.1.1.0/24, 10.1.2.0/24,10.1.3.0/24)
R1(config)#ip route 10.1.0.0 255.255.255.0 10.0.0.2
R1(config)#ip route 10.1.1.0 255.255.255.0 10.0.0.2
R1(config)#ip route 10.1.2.0 255.255.255.0 10.0.0.2
R1(config)#ip route 10.1.3.0 255.255.255.0 10.0.0.2
Trên router R2:
các mạng con không kết nối trực
tiếp trên R1 bao gồm: (10.0.1.0/24, 10.0.2.0/24,
10.1.1.0/24,10.1.2.0/24,10.1.3.0/24)
R2(config)#ip route 10.0.1.0 255.255.255.0 10.0.0.1
R2(config)#ip route 10.0.2.0 255.255.255.0 10.0.0.1
R2(config)#ip route 10.1.1.0 255.255.255.0 10.1.0.1
R2(config)#ip route 10.1.2.0 255.255.255.0 10.1.0.1
R2(config)#ip route 10.1.3.0 255.255.255.0 10.1.0.1
Trên router R3:
các mạng con không kết nối trực
tiếp trên R1 bao gồm: (10.0.1.0/24, 10.0.2.0/24,10.1.2.0/24,10.1.3.0/24)
R3(config)#ip route 10.0.1.0 255.255.255.0 10.1.0.2
R3(config)#ip route 10.0.2.0 255.255.255.0 10.1.0.2
R3(config)#ip route 10.1.2.0 255.255.255.0 10.1.1.1
R3(config)#ip route 10.1.3.0 255.255.255.0 10.1.1.1
Trên router
R4:
các mạng con không kết nối trực
tiếp trên R1 bao gồm: (10.0.1.0/24, 10.0.2.0/24,10.0.0.0/24,10.1.0.0/24)
R4(config)#ip route 10.0.1.0 255.255.255.0 10.1.1.2
R4(config)#ip route 10.0.2.0 255.255.255.0 10.1.1.2
R4(config)#ip route 10.0.0.0 255.255.255.0 10.1.1.2
R4(config)#ip route 10.1.0.0 255.255.255.0 10.1.1.2
EIGRP METRIC CACULATION
Băng thông: Giá trị băng thông được sử dụng
trong phép tính chỉ số EIGRP được xác định bằng cách chia 10.000.000 cho băng
thông (tính bằng kbps) của liên kết chậm nhất dọc theo đường dẫn đến mạng đích.
Độ trễ: Không giống như băng thông, đại diện cho "liên kết yếu nhất", giá trị độ trễ được cộng dồn. Cụ thể, đó là tổng của tất cả các độ trễ được liên kết với tất cả các giao diện phải được thoát để truy cập vào mạng đích.Lệnh show interfaces hiển thị độ trễ của giao diện tính bằng micro giây. Tuy nhiên, giá trị được sử dụng trong phép tính chỉ số của EIGRP là hàng chục micro giây. Điều này có nghĩa là thêm tất cả các độ trễ giao diện đầu ra như được thấy trong câu lệnh show interfaces cho mỗi giao diện đầu ra, và sau đó chia cho 10 để có được đơn vị đo lường hàng chục micro giây.
Độ tin cậy: Độ tin cậy là một giá trị được sử dụng trong tử số của một phân số, với 255 là mẫu số của nó. Giá trị của phân số cho biết độ tin cậy của một liên kết. Ví dụ: giá trị độ tin cậy là 255 cho biết liên kết là đáng tin cậy 100% (nghĩa là 255/255 = 1 = 100%).
Tải: Tương tự như độ tin cậy, tải là một giá trị được sử dụng trong tử số của một phân số, với 255 là mẫu số của nó. Giá trị của phân số cho biết liên kết bận đến mức nào. Ví dụ: giá trị tải là 1 cho biết liên kết được tải tối thiểu (nghĩa là, 1/255 = 0,004 <1 phần trăm).
MTU: Mặc dù nó không xuất hiện trong công thức metric của
EIGRP, giá trị MTU của giao diện (mặc định là 1500 Byte) được thực hiện trong
một thông báo Cập nhật EIGRP được sử dụng trong trường hợp buộc (ví dụ, hai
tuyến đến mạng đích có cùng số liệu nhưng giá trị MTU khác nhau), khi giá trị
MTU cao hơn được ưu tiên.
Các giá trị K mặc
định là:
K1=K3=1;K2=K4=K5=0
Thay các giá trị k
mặc định vào công thức ta có công thức rút gọn như sau
EIGRP
metric caculation example
Trong hình cho thấy
R1 có hai tuyến đường để đi tới mạng 192.168.45.0
Băng thông tối thiểu
dọc theo đường dẫn trên (R1 - R2 – R4 ) là 128kbps. Tính toán băng thông EIGRP
cho đường dẫn này là:
Độ trễ thông qua
đường dẫn này là:
delays = (R1– R2 delay) + (R2 – R4 delay) + (R4 – R5 delay) =10+2000+10 =2020
Cuối cùng, chỉ số
EIGRP cho đường dẫn này là:
metric =
(min-bandwidth + delays) x 256=(78125+2020)x256=20517120
Băng thông tối thiểu dọc theo đường dẫn trên (R1 – R3 – R4 ) là 256kbps. Tính toán băng thông EIGRP cho đường dẫn này là:
Độ trễ thông qua
đường dẫn này là:
delays = (R1 – R3 delay) + (R3 – R4 delay) + (R4 – R5 delay) =10+2000+10=2020
Cuối cùng, chỉ số
EIGRP cho đường dẫn này là:
metric = (min-bandwidth
+ delays) x 256 =(39062+2020)*256=10516992
R1 chọn đường thấp
hơn trên đường dẫn phía trên do giá trị chỉ số thấp hơn. R1 cài đặt tuyến đường
thông qua đường dẫn thấp hơn với bước nhảy tiếp theo là R3 và một chỉ số
10516992 trong bảng định tuyến IP của nó.
Tuyến
kế thừa khả thi
Một lý do EIGRP nhanh chóng hội tụ trong trường hợp lỗi tuyến đường là EIGRP thường có một tuyến đường dự phòng đứng để tiếp quản nếu tuyến chính down. Để đảm bảo tuyến đường dự phòng không phụ thuộc vào tuyến đường chính, EIGRP triệt để hỗ trợ tuyến đường dự phòng bằng cách đảm bảo nó đáp ứng điều kiện khả thi của EIGRP. Cụ thể, điều kiện khả thi nêu rõ:
Tuyến EIGRP là tuyến đường kế tiếp khả thi nếu khoảng cách được báo cáo của nó (RD) từ hàng xóm nhỏ hơn khoảng cách khả thi (FD) của tuyến đường kế thừa.
Kiểm tra bảng topo của R1 để kiểm tra tuyến đường tới mạng 192.168.45.0/24 trong đầu ra cho thấy R1 không có tuyến kế thừa khả thi tới mạng 192.168.45.0/24
Mạng 192.168.45.0/24 có một tuyến đường trong bảng tôpô là do khoảng cách được quảng cáo của router kế thừa khả thi lớn hơn khoảng cách khả thi của router kế thừa
Kiểm tra giá trị BW và Delay cho các liên kết trong đường dẫn
Tính toán cho kết nối
R3-R4
Delay giá trị được tính bằng hàng chục micro giây vì vậy chia 20100 cho 10
Băng thông tối thiểu: dọc theo đường dẫn 1544kb
Tính FD:
Đầu ra như sau: (2174976/2172416)
Tính toán cho kết nối
R2-R4
Băng thông tối thiểu: dọc theo đường dẫn 128kb
Tính FD:
Metric = (2020 +
78125) *256 = 20517120 = FD
Đầu ra như sau: (20517120/20514560)
Do" 20517120
> 2174976 "đó là nguyên nhân tại sao tuyến kế thừa khả thi không được hiển
thị trong bảng topology
EIGRP LOAD BALANCING
Thuật toán cân bằng tải tốt sử dụng cả tốc độ dòng và thông tin độ tin cậy. Cân bằng tải làm tăng việc sử dụng các liên kết mạng và cuối cùng làm tăng băng thông và thông lượng hiệu quả.
Cisco IOS thực hiện cân bằng tải trên 4 đường dẫn chi phí bằng nhau theo mặc định. Đường dẫn tối đa "max-paths-num" router định nghĩa số lượng đường dẫn song song cùng một số liệu với cùng một mạng đích có thể được thêm vào bảng định tuyến và thực hiện cân bằng tải trên các liên kết trong cơ sở. Đặt "max-paths-num" thành 1 để tắt cân bằng tải.
EIGRP thực hiện cân bằng tải trên nhiều tuyến đường với các số liệu khác nhau - cân bằng tải chi phí không bằng nhau . Phương thức con "varier" của router xác định giá trị phương sai (từ 1 đến 128) xác định các tuyến có giá trị metric nhỏ hơn hoặc bằng nhân biến số thấp nhất được coi là bằng nhau và sẽ được sử dụng để cân bằng tải. Giá trị mặc định là 1, có nghĩa là cân bằng tải chi phí bằng nhau.
Chỉ có các đường dẫn đáp ứng điều kiện khả thi mới có thể được sử dụng để cân bằng tải không bằng nhau. Đường dẫn hoặc tuyến đường chỉ có thể được coi là tuyến kế thừa khả thi khi:
Khoảng cách được quảng cáo từ bộ định tuyến tiếp theo (khoảng cách khả thi của bộ định tuyến tiếp theo) phải nhỏ hơn chỉ số thấp nhất (khoảng cách khả thi) của bộ định tuyến cục bộ đến đích. Điều này có nghĩa là bộ định tuyến tiếp theo trong đường dẫn phải gần đích hơn so với bộ định tuyến cục bộ để ngăn các vòng lặp định tuyến.
Khoảng cách khả thi thông qua bộ định tuyến tiếp theo phải nhỏ hơn hoặc bằng mức thấp nhất số liệu (khoảng cách khả thi) của bộ định tuyến cục bộ nhân với hệ số chênh lệch. Nếu đường dẫn không phải là người kế thừa khả thi, nó không được sử dụng trong cân bằng tải, ngay cả khi phương sai được định cấu hình!
