Giao thức OSPF (Open Shortest Path First) là một giao thức định tuyến link-state phổ biến được sử dụng trong các mạng doanh nghiệp lớn. Trong khóa học CCNA, OSPF là một trong những chủ đề quan trọng. Hiểu rõ khái niệm và cách hoạt động của OSPF sẽ giúp học viên hoàn thành tốt chương trình học CCNA và đáp ứng yêu cầu công việc thực tế.
Khái niệm OSPF là gì?
OSPF là viết tắt của Open Shortest Path First. Đây là một giao thức định tuyến được sử dụng rộng rãi và được hỗ trợ. OSPF là giao thức định tuyến nội, có nghĩa là nó chỉ được sử dụng trong cùng một khu vực hoặc mạng. Giao thức này dựa trên thuật toán định tuyến link-state, trong đó mỗi bộ định tuyến lưu trữ thông tin về mạng và dựa trên thông tin này để xác định đường đi ngắn nhất. Mục tiêu của định tuyến là tìm kiếm các đường đi.
OSPF xây dựng bằng cách thu thập thông tin về tất cả các bộ định tuyến và mạng con trong mạng. Mỗi bộ định tuyến chứa thông tin giống nhau về mạng. Bộ định tuyến thu thập thông tin này bằng cách gửi các thông báo quảng cáo trạng thái liên kết (Link State Advertisements – LSA). Các LSA chứa thông tin về các bộ định tuyến, mạng con và thông tin mạng khác. Khi các LSA đầy đủ, OSPF lưu trữ thông tin trong cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết (Link State Database – LSDB). Mục tiêu chính của OSPF là có cùng thông tin về tất cả các bộ định tuyến trong LSDB.
Cách thức hoạt động của OSPF?
Khi một router chạy giao thức định tuyến OSPF, nó đi qua 4 bước sau:
- Xác định Router ID
- Thiết lập quan hệ láng giềng (Neighbor)
- Trao đổi cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết (LSDB)
- Xây dựng bảng định tuyến
Cụ thể:
Xác định Router ID
Để chạy OSPF, router cần xác định một định danh gọi là Router ID có định dạng của một địa chỉ IP A.B.C.D (vd: IPv4: 192.168.1.1). Có hai cách để tạo Router ID:
Cách 1: Router tự động tạo
- Dựa vào interface nào có địa chỉ IP cao nhất, router sẽ lấy IP đó làm Router ID. Ví dụ: Router có f0/0 = 10.0.0.1, f0/1 = 172.16.1.1, s0/0/0 = 192.168.1.1 => Router ID = 192.168.1.1
- Nếu router có Loopback tồn tại và được sử dụng trong định tuyến, router ưu tiên chọn Loopback làm Router ID. Ví dụ: Loopback 0 = 4.1.1.1, Loopback 1 = 4.2.2.2, f0/0 = 172.16.1.1, f0/1 = 192.168.1.1 => Router ID = 4.2.2.2
Cách 2: Cấu hình thủ công
- Router ID không nhất thiết phải chọn IP từ interface. Ví dụ: Loopback 0 = 4.1.1.1, Loopback 1 = 4.2.2.2, f0/0 = 172.16.1.1, f0/1 = 192.168.1.1. Bạn có thể cấu hình Router ID = 100.100.100.100. Địa chỉ IP này không thuộc interface nào của router.
- Lệnh cấu hình như sau:
Router (config) # router ospf 1
Router (config-router) # router-id A.B.C.D
Thiết lập quan hệ láng giềng (Neighbor)
Khi router chạy OSPF, nó gửi các gói tin hello đến tất cả các cổng chạy OSPF, mặc định là 10s/lần. Gói tin hello được gửi đến địa chỉ multicast đặc biệt của OSPF là 224.0.0.5, đến tất cả các router chạy OSPF khác trên cùng một mạng con. Mục đích của gói tin hello là giúp router tìm kiếm láng giềng, thiết lập quan hệ láng giềng và duy trì quan hệ này.
Hai router được gọi là láng giềng khi thỏa mãn các điều kiện sau:
- Cùng Area ID: Khi mạng lớn được chia thành nhiều vùng, một vùng có Area ID phải là 0. Các vùng khác phải có đường truyền trực tiếp đến vùng 0 để truyền dữ liệu.
- Cùng Subnet: Hai IP cần cùng Subnet để ping và trao đổi thông tin.
- Cùng thiết lập thời gian: Hello/Dead-time trên hai cổng phải giống nhau, mặc định là 10s/40s.
- Cùng xác thực trên hai cổng: Đối với mạng lớn, khi xác thực được đặt, các router khác không thể lấy thông tin.
- Cùng cờ Stub Area: Dành cho OSPF đa vùng.
Để xem láng giềng, bạn sử dụng lệnh: Show IP OSPF Neighbor.
Trao đổi cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết (LSDB)
LSDB là một bản đồ mạng và router sử dụng LSDB để tính toán định tuyến. Trong cùng một vùng, LSDB của các router phải giống nhau. Các router không trao đổi toàn bộ LSDB mà chỉ trao đổi từng đơn vị thông tin gọi là quảng cáo trạng thái liên kết (Link State Advertisement – LSA). Các LSA này chứa thông tin về các router, mạng con và thông tin mạng khác. Các LSA được chứa trong các gói cập nhật trạng thái liên kết (Link State Update – LSU) mà các router thực sự trao đổi với nhau.
Xây dựng bảng định tuyến
Trong OSPF, không còn sử dụng thuật ngữ Metric mà thay thế bằng Cost (Cost trên interface).
Cost được tính khi đi vào một cổng và không tính khi đi ra.
Metric = cost = 108/Bandwidth (đơn vị bps).
Ethernet (BW = 10Mbps) → cost = 10.
Fast Ethernet (BW = 100Mbps) → cost = 1.
Serial (BW = 1.544Mbps) → cost = 64 (bỏ phần thập phân trong phép chia).