Khái niệm về định tuyến (Routing)
Định tuyến (Routing) là quá trình xác định đường đi tối ưu để đến một đích nào đó trên mạng, sử dụng thiết bị chuyên dụng là router để thực hiện việc định tuyến.
Để thực hiện các kỹ thuật định tuyến, router cần có thông tin về đích đến của lưu lượng mà nó xử lý. Đồng thời, thông tin này cũng phải cho biết từ router hiện tại cần đi theo hướng nào để đến đích một cách tối ưu nhất.
Thông tin về các mạng đích (Destination Networks) và đường đi tối ưu đến các mạng này được router lưu trữ trong một bảng gọi là bảng định tuyến (Routing Table). Khi một gói tin đến router, router sẽ kiểm tra xem địa chỉ đích của gói tin đã tồn tại trong bảng định tuyến hay chưa. Nếu đã tồn tại, router sẽ chuyển tiếp gói tin theo đường đi tối ưu đã được xác định. Ngược lại, nếu chưa có thông tin về đích đến, router sẽ xem như không biết đường đi đến mạng đích của gói tin, thực hiện loại bỏ (drop) gói tin và gửi một bản tin phản hồi về nơi xuất phát để thông báo lỗi này.
Để định tuyến một gói tin đến một mạng nào đó, router cần cập nhật thông tin về mạng đó vào bảng định tuyến và xác định được đường đi tối ưu để đến mạng đích.
Các kĩ thuật định tuyến
Các phương pháp để router cập nhật thông tin định tuyến gồm:
Định tuyến tĩnh (Static Routing):
Người quản trị mạng tự cấu hình thông tin về mạng đích vào bảng định tuyến của router. Đồng thời, người quản trị cũng chỉ định cụ thể router phải chuyển dữ liệu theo đường nào để đến được đích.
Định tuyến động (Dynamic Routing):
Các router tự động trao đổi thông tin về các mạng với nhau và sử dụng các thuật toán tính toán đường đi để xác định tuyến đường tối ưu đến các mạng đích. Để thực hiện việc trao đổi thông tin và tính toán định tuyến, các router cần chạy các giao thức định tuyến (Routing Protocols).
Trong định tuyến động, các giao thức định tuyến được chia thành hai nhóm chính:
- Định tuyến ngoài (Exterior Gateway Protocol – EGP):
Tiêu biểu là giao thức BGP (Border Gateway Protocol). Đây là giao thức được sử dụng giữa các router thuộc các hệ tự trị khác nhau (Autonomous Systems – AS) nhằm trao đổi thông tin định tuyến giữa các AS. Các AS thường thuộc các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) và được quản lý, cấp phát bởi các tổ chức quản lý địa chỉ mạng quốc tế như IANA. - Định tuyến trong (Interior Gateway Protocol – IGP):
Bao gồm các giao thức như RIP, OSPF, EIGRP,… Đây là các giao thức định tuyến được sử dụng giữa các router nằm trong cùng một AS.
Đối với IGP
Các giao thức định tuyến có thể được chia thành nhiều nhóm khác nhau.
Phân loại theo cơ chế hoạt động
Các giao thức định tuyến gồm ba loại chính:
Distance Vector
Trong mô hình này, mỗi router sẽ định kỳ gửi toàn bộ bảng định tuyến của mình cho các router láng giềng. Giao thức tiêu biểu của loại này là RIP.
Đặc điểm của phương pháp định tuyến Distance Vector là dễ xảy ra hiện tượng lặp vòng định tuyến (routing loop), do đó cần sử dụng nhiều cơ chế chống loop khác nhau. Tuy nhiên, các cơ chế này có thể làm giảm tốc độ hội tụ của giao thức.
Link State
Trong mô hình Link State, mỗi router sẽ gửi các bản tin trạng thái liên kết (Link State Advertisement – LSA) cho các router khác trong hệ thống. Sau khi thu thập đầy đủ thông tin, mỗi router có thể xây dựng được bản đồ mạng hoàn chỉnh của toàn bộ hệ thống.
Việc tính toán đường đi tối ưu được thực hiện bằng thuật toán Dijkstra. Các giao thức Link State có tốc độ hội tụ rất nhanh. Giao thức tiêu biểu là OSPF.
Hybrid
Giao thức tiêu biểu của nhóm này là EIGRP. Đây là loại giao thức kết hợp đặc điểm của cả Distance Vector và Link State.
Tuy nhiên, về bản chất, EIGRP vẫn là giao thức thuộc nhóm Distance Vector nhưng được Cisco cải tiến nhằm tăng tốc độ hội tụ và mở rộng khả năng hoạt động. Đây cũng là giao thức định tuyến độc quyền của Cisco.
Phân loại theo khả năng hỗ trợ subnet mask
Các giao thức IGP cũng có thể được chia thành hai loại:
Classful Routing Protocols
Các giao thức classful không gửi kèm subnet mask trong các bản tin định tuyến. Vì vậy, chúng không hỗ trợ VLSM (Variable Length Subnet Mask) và mạng gián đoạn (Discontiguous Networks).
Giao thức tiêu biểu là RIPv1.
Classless Routing Protocols
Ngược lại với classful, các giao thức classless có gửi kèm subnet mask trong bản tin định tuyến. Nhờ đó, chúng hỗ trợ VLSM và mạng gián đoạn.
Các giao thức tiêu biểu gồm: RIPv2, OSPF và EIGRP.
Giá trị AD (Adminstraive Distance)
AD (Administrative Distance) là giá trị dùng để đo mức độ ưu tiên hoặc độ tin cậy của các phương thức định tuyến. Khi một router học được nhiều đường đi khác nhau đến cùng một đích thông qua các giao thức định tuyến khác nhau, router sẽ ưu tiên chọn đường đi có giá trị AD nhỏ nhất.
Cần lưu ý rằng giá trị AD có thể khác nhau tùy theo quy định của từng hãng sản xuất (Vendor). Bảng dưới đây là các giá trị AD do Cisco quy định.
Bảng giá trị AD của các giao thức định tuyến:
Bên cạnh khái niệm AD, Longest Match cũng là một khái niệm rất quan trọng trong định tuyến. Longest Match trong routing, hay còn gọi là Longest Prefix Match, là cơ chế được router sử dụng để lựa chọn đường đi phù hợp nhất khi chuyển tiếp dữ liệu.
Sau khi xây dựng bảng định tuyến, router sẽ thực hiện quá trình chuyển tiếp (forward) gói tin dựa trên nguyên tắc Longest Prefix Match. Theo nguyên tắc này, router sẽ ưu tiên chọn route có độ dài prefix lớn nhất (prefix-length dài nhất). Điều này đồng nghĩa với việc route đó mô tả mạng đích một cách chi tiết và cụ thể hơn, nên sẽ được chọn làm đường đi tốt nhất (best path) trong bảng định tuyến.
Metric
Metric là giá trị dùng để đánh giá mức độ tối ưu của một đường đi trong quá trình tính toán định tuyến. Trong số các đường đi đến cùng một đích, đường đi nào có metric nhỏ nhất sẽ được xem là tối ưu nhất và được đưa vào bảng định tuyến để sử dụng.
Mỗi kỹ thuật định tuyến (Routing Protocol) sẽ có phương pháp tính metric khác nhau:
- RIP tính metric dựa trên số lượng router phải đi qua để đến đích, gọi là hop-count.
- OSPF tính metric dựa trên băng thông (Bandwidth) của các đường truyền.
- EIGRP tính metric dựa trên nhiều tham số khác nhau của đường đi đến đích như: băng thông (Bandwidth), độ trễ (Delay), độ tin cậy (Reliability) và tải (Load) của đường truyền.
Sự hội tụ (Convergence)
Hội tụ (Convergence) là quá trình các router thay đổi và cập nhật thông tin định tuyến để thích nghi với những thay đổi xảy ra trên hệ thống mạng.
Khi mạng có sự thay đổi, chẳng hạn như đường kết nối giữa các router bị lỗi (down) hoặc có thêm một đường truyền mới được đưa vào hoạt động, các tiến trình định tuyến trên router phải nhanh chóng phát hiện sự thay đổi đó và cập nhật lại đường đi phù hợp.
Quá trình hội tụ cần diễn ra càng nhanh càng tốt nhằm đảm bảo việc truyền dữ liệu không bị gián đoạn. Tốc độ hội tụ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như giao thức định tuyến sử dụng, cấu trúc mạng và khả năng xử lý của thiết bị. Mỗi kỹ thuật định tuyến khác nhau sẽ có tốc độ hội tụ khác nhau.
Nguồn: ITForVN