Nghiên cứu các kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv4 và IPv6

Mục lục ©HEQI© Giói thiệu đề tài 10 Tóm tắt nội dung luận văn 12 Phần I: Các kỹ thuật định tuyến trong IPv4 15 CHƯƠNG 1: ROUTING INFORMATION PROTOCOL (RIP) 16 1.1. Giới thiệu RIP: 16 1.2. Hoạt động cơ bản của RIPvl: .16 1.3ể Định dạng thông điệp RIPvl: .17 1.4Ể Giới thiệu RIPv2: .19 1.5. Khả năng tường thích với RIPvl: .19 1.6Ể Định dạng thông điệp RIPv2: .20 1.7. Authentication trong RIPv2: .22 CHƯƠNG 2: ENHANCED INTERIOR GATEWAY ROUTING PROTOCOL (IGRP - EIGRP) 24 2.1. Nguồn gốc của EIGRP : IGRP .24 2.1.1. Giới thiệu: .24 2.1.2. Giá trị metric trong IGRP: 25 2.1.3. Định dạng gói tin IGRP: .27 2.2. Từ IGRP đến EIGRP: 28 2.3. Sự tương thích với IGRP: 29 2.4. Hoạt động của EIGRP: .30 2.4.lẽ Cấu trúc từng phần phụ thuộc giao thức (Protocol-Dependent Modules - PDM): 30 2.4.2. Giao thức truyền tải tin cậy (Reliable Transport Protocol - RTP): 31 2.4.3. Khám phá và khôi phục mối quan hệ láng giềng (Neighbor Discovery / Recovery): .32 2.4.4. Thuật toán cập nhật lan truyền (Diffusing Update Algorithm - DUAL): .33 2.4.4.1. Khái niệm căn bản về DUAL: .33 2.4.4.2. Cơ cấu máy trạng thái giới hạn DUAL (DUAL Finite State Machine): 37 2.5. Định dạng gói tin EIGRP (EIGRP Packet Formats): .39 2.5.1. Phần Header của gói tin EIGRP: 40 2.5.2. Loại TLV tổng quát: 42 2.5.3. Loại IP-Specific TLV: 42 2.5.3.1. Loại IP Internal Routes TLV: .42 2.5.3.2. Loại IP External Routes TLV: .43 CHƯƠNG 3: OPEN SHORTEST PATH FIRST (OSPF) 45 3.1. Giới thiệu: 45 3.2. Hoạt động cơ bản của OSPF: 45 3.3. Các loại mạng trong OSPF (OSPF Network type): 46 3.4. Router được chỉ định (DR) và Router được chỉ định dữ phòng (BDR): .47 3.4.1. Giới thiệu: .47 3.4.2. Quá trình bầu chọn DR/BDR: .49 3.5. Cơ cấu trạng thái cổng giao tiếp (Interface State Machine - ISM): 50 3.6. Neighbor và Adjacency: 51 3.6ểl. Cơ cấu trạng thái láng giềng (Neighbor State Machine - NSM): 52 3.6.2ể Xây dựng mối quan hệ Adjacency: .53 3.7. Flooding: .54 3.8. Các loại router trong OSPF (OSPF Router type): .56 3.9. Các loại đường trong OSPF (OSPF path type): .57 3.10. Vùng (Area): .57 3ẽ 10.1. Giới thiệu: 57 3.10.2. Vùng cụt (Stub Areas): .59 3.10.3. Totally Stubby Areas: 59 3.10.4. Not-So-Stubby Areas: 60 3.11. Chứng thực trong OSPF (Auhentication): .61 3.12. Các loại gói tin OSPF (OSPF packet types): 62 3.12.1. Phần Header của gói tin OSPF: 62 3.12.2. Giao thức Hello và gói tin Hello: 64 4.12Ế2.1ề Giao thức Hello: 64 4.12.2.2. Định dạng gói tin Hello: .64 3.12.3. Gói tin Database Description: .65 3ẵ12.4. Gói tin Link State Request: 66 3.12.5. Gói tin Link State Update: .66 3.12.6. Gói tin Link State Acknowledgment: 67 3.13. Các loại gói tin OSPF LSA: 67 3.13.1. Phần Header của gói tin OSPF LSA: .68 3.13.2. Gói tin Router LS As: .69 3.13.2.1. Đặc điểm: .69 3ề13.2.2. Định dạng: 70 3ế13.3. Gói tin Network LSAs: 71 3.13.3.1. Đặc điểm: .71 3.13.3.2. Định dạng: 72 3ẽ 13.4. Gói tin Network Summary LSAs: .73 4.14.4.1. Đặc điểm: .73 4.14.4.2. Định dạng: 73 3.13.5. Gói tin ASBR Summary LSAs: .74 3.13.5.1. Đặc điểm: .74 3.13.5.2. Định dạng: 74 3.13.6. Gói tin Autonomous System External LSAs: .75 3.13.6.1. Đặc điểm: .75 3.13.6.2. Định dạng: 75 3.13.7. Gói tin NSSA External LSAs: 76 3.13.7.1. Đặc điểm: .76 3.13ể7.2. Định dạng: 76 3.13.8. Trường tùy chọn (Option Field): 77 CHƯƠNG 4: BORDER GATEWAY PROTOCOL (BGP) 79 4.1. Giới thiệu: 79 4.2. Hoạt động căn bản của BGP: 79 4.3. Các thông điệp BGP: 81 4.3.1. Giới thiệu: .81 4.3Ế2. Thông điệp Open: .82 4.3.3. Thông điệp Keepalive: .83 4ể3.4. Thông điệp Update: .83 4.3.5ề Thông điệp Notification: .84 4.4. Cơ cấu trạng thái giới hạn BGP (BGP Finite State Machine): 84 4.4.1. Trạng thái rỗi (Idle State): .85 4.4.2. Trạng thái kết nối (Connect State): .85 4.4.3. Trạng thái tích cực (Active State): 85 4.4.4. Trạng thái OpenSent (OpenSent State): 85 4.4.5. Trạng thái OpenConfirm (OpenConfirm State): 86 4.4.6. Trạng thái thành lập (Established State): 86 4.5. Các thuộc tính đường đi (Path Attributes): 86 4.5.1. Giới thiệu: .86 4Ế5.2. Thuộc tính ORIGIN: .87 4.5.3. Thuộc tính AS PATH: .87 4.5.4. Thuộc tính NEXT HOP: .88 4.5.5. Thuộc tính LOCAL PREF: .89 4.5.6. Thuộc tính MULTI EXIT DIsc: 89 4.5.7. Thuộc tính ATOMIC AGGREGATE và AGGREGATOR: 90 4ể6. Quá trình xử lý quyết định BGP (BGP Decision Process): .91 4.7. Sự đồng bộ giữa IBGP và IGP: 92 Phần II: IPv6 và các kỹ thuật định tuyến trong IPv6 94 CHƯƠNG 5: ROUTING INFORMATION PROTOCOL NEXT GENERATION (RIPng) 95 5.1. Giới thiệu: 95 5.2. Định dạng thông điệp RIPng (RIPng Message Format): 95 5.3. Thông tin Hop kế (Next Hop Information): .97 5.4. Các thông điệp RIPng (RIPng messages): .97 5Ề4ềl. Thông điệp yêu cầu (Request message): 98 5.4.2. Thông điệp trả lời (Response message): .99 CHƯƠNG 6: OPEN SHORTES PATH FIRST VERSION 3 (OSPFV3) 101 6.1. Giới thiệu: 101 6.2. Các gói tin trong OSPFv3 (OSPFv3 Packets): 101 6.2.1. Phần Header của gói tin OSPFv3: 101 6.2.2. Gói tin Hello của OSPFv3: 102 6.2.3. Gói tin Database Description của OSPFv3: 102 .3. Các gói tin LSA trong OSPFv3: .104 6.3.1. Định dạng phần Header của OSPFv3 LSA: 104 6.3.2. Gói tin Link LSA của OSPFv3: .105 6.3.3. Gói tin Intra-Area Prefix LSA của OSPFv3: 107 6ề4ẵ4. Trường Options: .109 Phần III: Mô phỏng định tuyến .110 CHƯƠNG 7: CẤU HÌNH ĐINH TUYẾN MÔ PHỎNG MÔT SỐ MÔ HÌNH .111 ã ã Mô phỏng 1: RIP và vấn đề các mạng con không liên tục (Discontiguous subnet). Ill Mô phỏng 2: Tương thích giữa RIPvl và RIPv2 .117 Mô phỏng 3: EIGRP (IGRP) với tính năng chia sẻ tải trên những đường có chi phí không bằng nhau (unequal-cost balancing) .126 Mô phỏng 4: OSPF với cấu hình phân nhóm các router trong mạng quảng bá .134 Mô phỏng 5: BGP và vấn đề đồng bộ (synchronization) 143 Kết luận và hướng phát triển đề tài .149 Tài liệu tham khảo 150 Giới thiệu đề tài Với vai trò định đường đi trong việc chuyển một gói tin từ một thiết bị gửi đến một thiết bị nhận dựa vào địa chỉ lớp 3, định tuyển là thành phần không thể thiếu trong mọi hệ thống mạng. Với sự phát triển ngày càng nhanh về quy mô cũng như là độ phức tạp thì việc cấu hình định tuyến một cách thủ công bởi người quản trị mạng trên từng thiết bị lớp 3 trở nên khó khăn và không hiệu quả. Các giao thức định tuyến động ra đời với mục đích giảm tải công việc của người quản trị trong việc triển khai định tuyến và có thể đáp ứng tốt sự phát triển của hệ thống mạng hiện tại cũng như tương lai trong đó các giao thức sẽ dùng các thủ tục để tự động trao đổi và cập nhật thông tin định tuyến cho nhau. Với thực tế hệ thống mạng ngày càng mở rộng về quy mô và độ phức tạp nên tương ứng các nhà thiết kế cũng phải tạo ra nhiều giao thức định tuyến động trên cơ sở khắc phục nhược điểm của giao thức định tuyến trước và đáp ứng nhu cầu của hệ thống hiện tại. Như RIP phiên bản 2 (RIPv2) ra đời trên cơ sở khắc phục những khuyết điểm của RIPvl hay OSPF ra đời trên cơ sở khắc phục những khuyết điểm của các giao thức định tuyến thuộc loại định tuyến theo vector khoảng cáchểềẾNgoài động lực cải tiến những phương pháp định tuyến cũ để tạo ra phiên bản mới hay giao thức định tuyến mới thì việc thiết kế ra nhiều giao thức định tuyến mới còn được thúc đẩy bởi thực tế là có rất nhiều nền mạng khác nhau đang được triển khai như IP, IPX, AppleTalk cũng như nhiều tổ chức và nhà sản xuất phát triển định tuyến theo những hướng riêng như ISO, IETF hay Cisco System, Xerox, Novell nên hiện nay có rất nhiều giao thức định tuyến đã được thiết kế và ứng dụng như RIP for IP, Xerox Networking System’s SXNS RIP, Novell’s IPX RIP, DEC’S DNA Phase IV, Novell’s Netware Link Service Protocol (NLSP), AppleTalk’s Routing Table Maintenance Protocol (RTMP) . Với mục đích tìm hiểu về nguyên lý hoạt động cũng như những ưu khuyết điểm của các giao thức định tuyến đế có cách nhìn một cách chí tiết, cụ thể về các giao thức định tuyến động đã được triển khai và ứng dụng rộng rãi trong thực tế thông qua đó làm nền tảng để dễ dàng tìm hiểu, nghiên cứu các kỹ thuật định tuyến mới sẽ được phát triển trong tương lai, cũng như là dễ dàng tiếp cận khi làm việc trong các hệ thống mạng thực tế nên em chọn đề tài “Nghiên cứu các kỹ thuật định tuyến trong mạng IPv4 và IPv6” làm nội dung cho luận văn của mình. Do thời gian thực hiện luận văn và trình độ hạn chế cũng với sự phổ biến của nền mạng IP nên thông qua tên đế tài cũng hàm ý nói lên nội dung của luận văn chỉ đề cập đến các giao thức định tuyến được triển khai trên nền IP mà thôi. Ngoài ra, do sự phổ biến của các thiết bị Cisco Router trong các hệ thống mạng hiện nay nên luận văn lấy các cấu hình trên các thiết bị Cisco để minh họa. Tóm tắt nội dung của ỉuận văn Hiện nay IP có hai phiên bản tạo nên hai môi trường khác nhau là IPv4 và IPv6. Đối với IPv4, là môi trường IP đã được phát triển từ lâu và đã ổn định nên tương ứng cũng đã có nhiều giao thức định tuyến được phát triển hoàn chỉnh và triển khai rộng rãi hiện nay. Cũng chính vì vậy nên đã có nhiều tài liệu đề cập đến các giao thức định tuyến trong môi trường này, do đó trong nội dung của luận văn sẽ không trình bày lại những vấn đề cơ bản của các giao thức đó mà chủ yếu đề cập đến những đặc điểm đáng chú ý của các giao thức từ đó so sánh để thấy được những ưu khuyết điểm của mỗi giao thức, làm cơ sở cho việc chọn lựa giao thức định tuyến phù họp khi triển khai trong hệ thống mạng thực tế. Còn IPv6, đây là môi trường IP mới được phát triển gần đây để triển khai trong tương lai thay thế cho IPv4 và cho đến nay thì việc chuẩn hóa IPv6 cũng chưa hoàn chỉnh nên chúng chỉ được triển khai trong các hệ thống mạng thử nghiệm. Chính vì vậy, các giao thức định tuyển được phát triển cho môi trường này cũng đang dần được thiết kế và hoàn chỉnh. Nhưng với sự phát triển ngày càng nhanh của hệ thống mạng toàn cầu và nhu cầu truy cập mạng ngày càng tăng thì xu hướng là trong tương lai gần IPv6 sẽ được triển khai và ứng dụng phổ biến. Với mục đích làm nền tảng cho việc tìm hiểu các giao thức định tuyến được phát triển trong nền IPv6 trong tương lai cũng như là so sánh với các giao thức trong môi trường IPv4 nên trong nội dung luận văn cũng sẽ trình bày một số giao thức định tuyến hiện đã được phát triển cho IPv6. Toàn nộ nội dung luận văn được chia thành 3 phần với 7 chương : Phần I: đề cập đến các giao thức định tuyến phổ biển hiện được triển khai trong môi trường IPv4, gồm 4 chương: - Chương 1: trình bày giao thức định tuyến RIP (Routing Information Protocol), là giao thức tiêu biểu cho loại giao thức định tuyến vector khoảng cách (Distance Vector Routing Protocol). Đây là giao thức định tuyến cũ nhất được phát triển trên nền IP đến ay vẫn được sử dụng phổ biến. Là một giao thức cơ bản nhất nên được đề cập trong luận văn nhằm làm nền tảng để dễ dàng tiếp cận các giao thức định tuyến khác trong các chương tiếp theo. RIP hiện nay có hai phiên bản là RIPvl và RIPv2, trong đó RIPv2 là phiên bản cải tiến của RIPvl nên có thêm nhiều ưu điểm, chính vì vậy làm cho RIP vẫn có thể đáp ứng được các yêu cầu của hệ thống mạng hiện nay. - Chương 2: trình bày giao thức định tuyến EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol), là một giao thức định tuyến thuộc loại “Hybrid” vì nó vừa mang những đặc điểm của giao thức định tuyến loại vector khoảng cách vừa mang những đặc điểm của giao thức định tuyến loại trạng thái đường liên kết. EIGRP là giao thức định tuyến thuộc tài sản riêng của Cisco System và là giao thức nâng cấp từ giao thức IGRP, do đó trong chương này cũng sẽ trình bày một số đặc điểm của IGRP. - Chương 3: trình bày giao thức định tuyến OSPFv2 (Open Shortest Path First Version 2), là giao thức tiêu biểu thuộc loại giao thức trạng thái đường liên kết (Link State Routing Protocol). Đây là giao thức thuộc loại “mở” (tức không là tải sản riêng của bất kỳ nhà sản xuất nào) cùng với những ưu điểm vượt trội về tốc độ hội tụ, khả năng mở rộng hệ thống nên nó được triển khai rộng rãi trong các hệ thống mạng ngày nay. Do đó, giao thức này sẽ được trình bày một cách chi tiết hơn trong nội dung của luận văn với mục đích tìm hiểu cụ thể hơn và cũng làm nền tảng để dễ dàng khi tìm hiểu một giao thức định tuyến khác cũng thuộc loại trạng thái đường liên kết là IS-IS (mà sẽ không được trình bày trong luận văn). - Chương 4: trình bày giao thức định tuyến BGP (Border Gateway Protocol), là giao thức tiêu biểu cho loại giao thức định tuyến cổng ngoại BGP, trong khi các giao thức ở các chương trước đều thuộc loại giao thức định tuyến cổng nội IGP. BGP hiện được dùng phổi biến trong việc định tuyến giữa các hệ tự quản khác nhau trên Internet hay những hệ thống mạng lớn như các ISP. Phần II: đề cập đến hai giao thức định tuyến tiêu biểu trong môi trường IPv6. - Chương 5: trình bày giao thức định tuyến RIPng (Routing Information Protocol Next Generation), là giao thức RIP thiết kế cho để hoạt động trong môi trường mạng IPv6. Chú ý rằng đây không phải là giao thức được nâng cấp từ RIPvl hay RIPv2 trong IPv4 mà nó được phát triển hoàn toàn độc lập. - Chương 6: trình bày giao thức định tuyến OSPFv3 (Open Shortest Path First Version 3), tương tự RIPng thì đây là giao thức OSPF được thiết để hoạt động trong môi trường IPv6 và hoàn toàn độc lập với OSPFv2. Phần III: trình bày mô phỏng trên thiết bị Cisco trên một số mô hình định tuyến để thấy được các đặc tính và những vấn đề của các giao thức định tuyến mà trong phần lý thuyết đã đề cập. Đồ án tốt nghiệp