Mục lục
LỜI NÓI ĐẦU
PHẦN I TỔNG QUAN VỀ MẠNG MÁY TÍNH 6
I.Định nghĩa và phân loại mạng máy tính 6
1. Định nghĩa mạng máy tính 6
2. Phân loại máy tính 6
2.1. Phân loại theo khoảng cách địa lý 6
2.2. Phân loại theo kiến trúc mạng sử dụng 7
II.Mô hình tham chiếu OSI 7
1. Giới thiệu mô hình OSI 7
2. Các tầng của mô hình OSI 11
2.1. Tầng vật lý ( Physical layer ) 11
2.2. Tầng liên kết dữ liệu ( Data link layer ) 11
2.3. Tầng mạng ( Network layer ) 11
2.4. Tầng giao vận ( Transport layer ) 12
2.5. Tầng phiên ( Session layer ) 12
2.6. Tầng trình diễn ( Presentation layer ) 12
2.7. Tầng ứng dụng (Application layer) 13
Những vấn đề về OSI 13
III.Giao thức TCP/IP 14
1. Tổng quan 14
2. Ưu điểm củaTCP/IP 14
3. Kiến trúc của bộ giao thức TCP/IP 15
4. Các lớp tương ứng giữa OSI và TCP/IP 15
5. Các tầng của giao thức TCP/IP 15
5.1. Tầng mạng truy cập (Network Access Layer) 15
5.2. Tầng Internet (Internet Layer) 16
5.2.1. Giao thức truyền thông IP (Internet Protocol) 17
5.2.2. Giao thức chuyển địa chỉ ARP (Address Resolution Protocol) 19
5.2.3 Giao thức chuyển ngược địa chỉ RARP ( Reverse Address Resolution Protocol ) 21
5.2.4. Giao thức điều khiển truyền tin (Internet Control Message Protocol - ICMP) 21
1.Các thuật ngữ sử dụng trong giao thức OSPF 49
2. Các trạng thái của OSPF 51
2.1 Tổng quan 51
2.2. Các trạng thái để thiết lập láng giềng 52
3. Các loại mạng trong OSPF 55
II. Nguyên tắc hoạt động của OSPF 56
1. Qúa trình thiết lập quan hệ láng giềng 56
2. Lựa chọn DR và BDR 57
4. Lựa chọn tuyến đường tối ưu nhất 58
5. Duy trì thông tin định tuyến 58
6. Hạn chế của OSPF trong vùng đơn 59
III. OSPF đa vùng, nguyên tắc hoạt động và các loại vùng trong OSPF 60
1. Các loại router và các loại thông điệp LSA của OSPF đa vùng 60
3. Nguyên tắc hoạt động của OSPF đa vùng 64
4. Liên kết ảo trong OSPF đa vùng ( Virtual link ) 66
IV. Các vấn đề quan tâm khi thiết kế OSPF 67
3.1 . Tài nguyên hiện có 67
3.2. Sự mở rộng sau này 68
V. Cấu hình OSPF đơn vùng 68
1. Cấu hình cơ bản về OSPF 69
2. Cấu hình lựa chọn các thông số 70
VI. Cấu hình OSPF đa vùng 73
1. Cấu hình vùng Stub, Totally stub và NSSA 73
2. Cấu hình liên kết ảo trong OSPF 75
3. Cấu hình gộp tuyến đường trong OSPF đa vùng 76
VII. So sánh OSPF và các giao thức khác 79
1. So sánh về sự hội tụ 79
2. So sánh về sự mở rộng, việc sử dụng băng thông 82
3. Nhược điểm của OSPF 83
PHẦN IV. 85
thông tin trên mạng tăng đáng kể. Chính điều đó đã làm cho vấn đề định
tuyến thông tin trên mạng trở lên quan trọng hơn bao giờ hết. Trong đó
việc thiết kế mạng và lựa chọn giao thức định tuyến sao cho phù hợp với
chi phí, tài nguyên của tổ chức là rất quan trọng.
Internet phát triển càng mạnh lượng người truy nhập càng tăng yêu cầu
định tuyến càng phải tin cậy, tốc độ chuyển mạch nhanh và không gây ra
lặp trên mạng. Hơn nữa khi nhiều tổ chức tham gia vào mạng thì nhiều
giao thức được đưa vào sử dụng dẫn đến sự phức tạp về định tuyến cũng
gia tăng, và số lượng các giao thức để phục vụ cho việc định tuyến cũng
có rất nhiều. Việc hiểu biết và thiết kế các mạng thông tin cỡ lớn có sử
dụng các thiết bị định tuyến đang trở thành một nhu cầu vô cùng cấp thiết
trong thực tế. Nó đòi hỏi người thiết kế mạng phải có sự hiểu biết sâu về
giao thức mình thiết kế cũng như các loại giao thức định tuyến khác.
Chính vì những lý do trên mà đồ án của em nghiên cứu về vấn đề
thiết kế mạng với đề tài là “ Thiết kế và cấu hình mạng thông tin sử
dụng giao thức định tuyến OSPF ” Đồ án được chia làm bốn phần:
Phần I: Tổng quan về mạng máy tính
Phần II: Định tuyến và các giao thức định tuyến
Phần III: Thiết kế và cấu hình mạng sử dụng giao thức OSPF
Phần IV: Kiểm tra và gỡ rối mạng sử dụng giao thức OSPF
Thiết kế mạng là một đề tài rất phức tạp, đòi hỏi các kỹ sư phải có sự hiểu
biết rất sâu về hoạt động của mô hình OSI, mô hình TCP/IP cũng như
hoạt động của các giao thức định tuyến. Trong phạm vi đề tài này em chỉ
xem xét vấn đề thiết kế mạng khi sử dụng giao thức OSPF, chắc chắn
trong quá trình làm không tránh phải các thiếu sót, em rất mong các thầy
cô chỉ bảo để đồ án của em có thể hoàn thành tốt đẹp.
Em xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến tất cả các thầy cô trường
ĐHBKHN đã dìu dắt em trong suốt 5 năm học đại học tại trường và đặc
biệt là thầy Nguyễn Văn Khang, thầy Nguyễn Khắc Kiểm là các thầy
trực tiếp hướng dẫn tốt nghiệp em, đã đôn đốc chỉ bảo tận tình cho em
Mạng cục bộ ( Local Area Networks- viết tắt là LAN ): Là mạng được cài
đặt trong một phạm vi nhỏ ( trong một toà nhà, một trường học ),
khoảng cách tối đa giữa các máy tính chỉ vài km trở lại.
Mạng đô thị ( Metropolitan Area Networks - viết tắt là MAN ): Là mạng
được cài đạt trong phạm vi một đô thị hoặc một trung tâm kinh tế - xã
hội, khoảng cách tối đa giữa các máy tính vào khoảng 100 km trở lại
Mạng diện rộng ( Wide Area Networks – viết tắt là WAN ): Phạm vi của
mạng trải rộng trong phạm vi một quốc gia, hoặc giữa các quốc gia trên
toàn thế giới.
Mạng toàn cầu ( Global Area Network – viết tắt là GAN ): Kết nối các
máy tính từ các châu lục khác nhau. Các kết nối này thường được thực
hiện thông qua mạng viễn thông và vệ tinh.
2.2. Phân loại theo kiến trúc mạng sử dụng
Ngoài cách phân loại trên, người ta còn có thể phân loại mạng theo
kiến trúc mạng ( topo mạng và giao thức sử dụng ). Theo cách phân loại
này, có các loại mạng như:
• Mạng SNA ( Systems Network Architecture ) của IBM.
• Mạng NA ( Digital Network Architecture ) của DEC
• Mạng ISO ( theo kiến trúc chuẩn quốc tế )
• Mạng TCP/IP
II. Mô hình tham chiếu OSI
1. Giới thiệu mô hình OSI
Mô hình mạng máy tính do tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế
( International Standard Organization – ISO ) đưa ra năm 1983 được gọi
là mô hình tham chiếu các hệ thống mở ( Open Systems Interconect
referent model - OSI). Các điều khoản mô tả trong mô hình được sử dụng
rộng rãi trong lý thuyết truyền thông, do đó, trong thực tế khó có thể nói
về truyền thông mà không sử dụng thuật ngữ của OSI. Mô hình tham
chiếu OSI bao gồm 7 lớp như sau:
Application
Tầng trình diễn
Tầng phiên
Tầng giao vận
Tầng mạng
: Bao gồm các trình ứng dụng sử dụng mạng.
: Tiêu chuẩn hoá dữ liệu cung cấp cho tầng ứng dụng.
: Quản trị các phiên làm việc giữa các ứng dụng.
: Cung cấp kết nối trạm-trạm, xử lý lỗi.
: Thực hiện việc kết nối qua mạng cho các tầng trên.
Tầng liên kết dữ liệu : Cung cấp phân phát dữ liệu tin cậy qua đường
truyền vật lý.
Tầng vật lý : Định rõ các đặc thù của thiết bị mạng.
Việc phân tầng của OSI tuân theo một số nguyên tắc sau :
-Mỗi lớp cần thực hiện các chức năng được định nghĩa rõ ràng.
-Việc chọn chức năng cho mỗi lớp cần chú ý tới việc định nghĩa
các quy tắc chuẩn hoá quốc tế.
-Danh giới các mức cần chọn sao cho thông tin đi qua là ít nhất
( tham số cho chương trình con là ít ).
-Số mức phải đủ lớn để các chức năng tách biệt không nằm trong
cùng một lớp và đủ nhỏ để mô hình không quá phức tạp. Một mức có thể
được phân thành các lớp nhỏ nếu cần thiết. Các mức con có thể lại bị loại
bỏ.
-Hai hệ thống khác nhau có thể truyền thông với nhau nếu chúng
bảo đảm những nguyên tắc chung ( cài đặt cùng một giao thức truyền
thông ).
-Các chức năng được tổ chức thành một tập các tầng đồng mức
cung cấp chức năng như nhau. Các tầng đồng mức phải sử dụng một giao
thức chung.
-Một tầng không định nghĩa một giao thức đơn, nó định nghĩa một
chức năng truyền thông có thể được thi hành bởi một số giao thức. Do
Ngoài ra tầng liên kết dữ liệu còn kiểm soát lỗi đường truyền, thông
lượng.
Tầng này thực hiện việc đóng gói thông tin gửi thành các frame, gửi các
frame một cách tuần tự đi trên mạng, xử lý các thông báo xác nhận
(Acknowledgement frame) do bên nhận gửi về. Xác định ranh giới giữa
các frame bằng cách ghi một số byte đặc biệt vào đầu và cuối frame. Giải
quyết vấn đề thông lượng truyền giữa bên gửi và bên nhận (Vấn đề này
có thể được giải quyết bởi một số lớp trên ).
2.3. Tầng mạng ( Network layer )
Vấn đề chủ chốt của tầng mạng là dẫn đường, định rõ các gói tin
( packet ) được truyền theo những con đường nào từ nguồn đến đích. Các
con đường này có thể cố định, ít bị thay đổi, được thiết lập khi bắt đầu
liên kết hay động (dynamic) thay đổi tuỳ theo trạng thái tải của mạng.
Nếu có nhiều gói tin truyền trên mạng có thể xảy ra tình trạng tắc nghẽn,
tầng mạng phải giải quyết vấn đề này.
Thực hiện chức năng giao tiếp với các mạng bao gồm việc đánh lại địa
chỉ, cắt và tái hợp gói tin cho phù hợp với các mạng.
Ngoài ra tầng mạng còn thực hiện một số chức năng kế toán, ví dụ : Một
số Firewall ( packet filtering ) được cài đặt trên tầng này để thống kê số
lượng các gói tin truyền qua mạng hay ngăn chặn hoặc cho phép các gói
tin của giao thức nào đó.
2.4. Tầng giao vận ( Transport layer )
Kiểm soát việc truyền tin từ nút tới nút ( end-to-end ): Bắt đầu từ
tầng này, các thực thể đã có thể nói chuyện một cách logic với nhau.
Thực hiên việc ghép kênh và phân kênh: Mỗi ứng dụng có thể gửi dữ liệu
đi theo nhiều con đường, một đường truyền lại có thể được nhiều ứng
dụng sử dụng, phân kênh/ hợp kênh giải quyết vấn đề phân chia dữ liệu
cho các ứng dụng.
Khắc phục sai sót trong quá trình truyền tin: Việc khắc phục sai sót được
thực hiện trên nhiều tầng khác nhau, nhưng hiệu quả nhất là ở các tầng
Mô hình OSI ra đời sau khi các giao thức TCP/IP (TCP/IP sẽ được trình
bày ở phần sau) đã được sử dụng rộng rãi, nhiều công ty đã đưa ra các sản
phẩm TCP/IP, vì vậy, mô hình OSI chỉ được sử dụng trong thực tế như
một chuẩn về lý thuyết.
Trong mô hình OSI, một số chức năng như điều khiển thông lượng, kiểm
tra lỗi xuất hiện lặp lại trong một số tầng. Điều này có nguyên nhân do
mô hình OSI được chia làm các tầng khác nhau, mỗi tầng tương ứng với
một đối tượng độc lập (có dữ liệu và các phương thức riêng của nó, độc
lập với các đối tượng khác).
Mô hình OSI không có các dịch vụ và giao thức không hướng kết nối
mặc dù hầu hết các mạng đều có sử dụng. Mô hình quá phức tạp cho việc
cài đặt làm cho OSI khó có thể ứng dụng rộng rãi trên thực tế.
III. Giao thức TCP/IP
1. Tổng quan
Giao thức TCP/IP được phát triển từ mạng ARPANET và Internet
và được dùng như giao thức mạng và vận chuyển trên mạng Internet.
TCP ( Transmission Control Protocol ) là giao thức thuộc tầng vận
chuyển và IP ( Internet Protocol ) là giao thức thuộc tầng mạng của mô
hình OSI. Họ giao thức TCP/IP hiện nay là giao thức được sử dụng rộng
rãi nhất để liên kết các máy tính và các mạng.
Hiện nay các máy tính của hầu hết các mạng có thể sử dụng giao thức
TCP/IP để liên kết với nhau thông qua nhiều hệ thống mạng với kỹ thuật
khác nhau. Giao thức TCP/IP thực chất là một tổ hợp các giao thức cho
phép các hệ thống mạng cùng làm việc với nhau thông qua việc cung cấp
phương tiện truyền thông liên mạng.
2. Ưu điểm củaTCP/IP
Giao thức chuẩn mở sẵn sàng phát triển độc lập với phần cứng và
hệ điều hành. TCP/IP là giao thức lý tưởng cho việc hợp nhất phần cứng
và phần mềm khác nhau, ngay cả khi truyền thông trên Internet. Sự độc
lập rành mạch với phần cứng vật lý của mạng cho phép TCP/IP hợp nhất
chứa các chức năng tương ứng của 2 tầng thấp nhất của mô hình tham
chiếu OSI ( tầng liên kết dữ liệu, tầng vật lý). Tầng mạng thường không
được người dùng để ý tới vì thiết kế của TCP/IP che dấu những chức
năng của tầng thấp nhất này và những điều cần biết cho người sử dụng
cũng như người lập trình chỉ là những giao thức của các tầng cao hơn (IP,
TCP, UDP, vv ). Mỗi khi có công nghệ phần cứng xuất hiện, những
giao thức tầng mạng phải được phát triển để TCP/IP có thể sử dụng phần
cứng mới ( thông thường đó chính là các trình điều khiển của chính nhà
cung cấp phần cứng đó ). Các chức năng trình diễn trong tầng này bao
gồm đóng gói gói thông tin IP thành các "Frame" được truyền dẫn trên
mạng và chuyển địa chỉ IP thành địa chỉ vật lý sử dụng bởi mạng máy
tính. Một trong số các điểm mạnh của TCP/IP là địa chỉ của nó được phối
hợp sao cho trên mạng Internet không có một thiết bị mạng nào cùng tên.
Địa chỉ này phải được chuyển đổi thích hợp với địa chỉ mạng vật lý nơi
mà dữ liệu được truyền đi.
5.2. Tầng Internet (Internet Layer)
Hình 1-4 : Mô hình TCP/IP và các giao thức tầng Internet
Tương ứng với tầng network trong mô hình OSI, với mục đích là
lựa chọn đường đi tốt nhất cho các packet trên mạng. Giao thức chính
trong tầng này là IP, giao thức này có nhiệm vụ địa chỉ nguồn và đích của
gói tin, định tuyến các packet tới đúng đích. Ngoài ra còn các giao thức
như ICMP, ARP, RARP.
5.2.1. Giao thức truyền thông IP (Internet Protocol)
Mục đích của giao thức IP là cung cấp khả năng kết nối các mạng
con thành liên mạng để truyền dữ liệu.
Tất cả các hệ thống thành viên của liên mạng đòi hỏi phải cài đặt IP ở
tầng mạng.
IP là giao thức truyền thông kiểu không liên kết ( Connectionless ) nghĩa
là không cần có giai đoạn thiết lập trước khi truyền dữ liệu. Mỗi gói tin
được truyền đi trên mạng một cách độc lập, chính việc dữ liệu đi tới đích
mảnh và tái tổ hợp các gói tin sao cho đúng thứ tự.
Time to live : Dùng để xác định xem datagram này có bị truyền
lặp lại hay không ( thông thường nó được gán là 1, nếu bị lặp lại nó sẽ bị
gán là 0 ).
Protocol : Trường này cho biết lớp giao thức cao hơn nào sẽ
được sử dụng ( UDP hay là TCP ).
CRC
header.
IP option
nhận thời gian.
Padding
: Trường này được dùng để kiểm tra sự toàn vẹn của
: Chứa các thông tin như: "dò" đường, bảo mật, xác
: Trường điền thêm các số 0 để đảm bảo header kết
thúc tại một địa chỉ bội của 32
Source IP address, destination IP address: Chứa địa chỉ của Host gửi và
địa chỉ của Host đích.
Tầng IP làm công việc định tuyến các gói tin qua mạng Internet từ
máy tính này tới máy tính khác, qua các mạng khác nhau cho tới khi nó
đến được trạm đích hoặc bị lỗi. Việc truyền gói tin qua các mạng được
thực hiện thông qua một thiết bị kết nối giữa hai mạng gọi là Router. Khi
một thông tin truyền qua các mạng khác nhau, nó có thể bị chia ra thành
nhiều gói nhỏ hơn. Thông tin truyền có thể quá lớn để có thể truyền trên
một gói tin trên một mạng khác. Vấn đề này chỉ gặp phải khi Router
được nối giữa các mạng vật lý khác nhau. Mỗi kiểu mạng quy định gói tin
có một độ dài tối đa có thể truyền ( Maximum Transmission Unit-MTU )
nếu thông tin nhận được từ mạng này mà có MTU dài hơn của mạng kia,
nó cần phải được chia nhỏ ra thành nhiều mảnh để truyền.
Việc xử lý như vậy được gọi là sự phân mảnh,ví dụ: IP phải cắt gói tin
Ethernet thành những gói thông tin nhỏ hơn để truyền qua mạng X.25.
DESTINATION
ADDRESS
SOURCE
ADDRESS
TYPE OR
LENGTH
(ARP) DATA CRC
Hình1-7 : Gói tin ARP
Không giống phần lớn các giao thức khác, dữ liệu trong ARP không có
một định dạng chuẩn cho header. Để ARP có thể làm việc với nhiều công
nghệ khác nhau, người ta dùng một trường để chứa độ dài của những
trường đi sau nó.
5.2.3 Giao thức chuyển ngược địa chỉ RARP ( Reverse Address
Resolution Protocol )
Trong trường hợp máy trạm không có thiết bị nhớ phụ, và vì vậy
nó không biết địa chỉ IP của chính mình khi khởi động, người ta sử dụng
cơ chế chuyển ngược địa chỉ (Reverse Address Resolution Protocol -
RARP) hoạt động tương tự ARP để giải quyết vấn đề này. Theo cơ chế
đó, có một máy chủ chứa bảng địa chỉ IP của các máy trạm, khi máy trạm
khởi động, nó gửi một request tới tất cả các máy và máy chủ gửi trả lại
một gói tin chứa địa chỉ IP của máy trạm yêu cầu. Gói tin RARP thực
chất giống gói tin ARP trong đó một trường đảo thay đổi giá trị .
Hình 1-8 :RARP được sử dụng lấy một địa chỉ IP
5.2.4. Giao thức điều khiển truyền tin (Internet Control Message
Protocol - ICMP)
Việc định tuyến qua các mạng sử dụng giao thức điều khiển truyền
tin ( Internet Control Message Protocol – ICMP ) gửi các thông báo làm
các công việc: Điều khiển, thông báo lỗi và chức năng thông tin cho
TCP/IP.
Thông thường ICMP được gửi khi một gói tin không thể đi tới đích, một
Address Mask Request
Address Mask Reply
Điều khiển dòng dữ liệu :
Khi trạm nguồn gửi dữ liệu tới quá nhanh, trạm đích không kịp xử
lý, trạm đích - hay một thiết bị dẫn đường gửi trả trạm nguồn một thông
báo để nó tạm ngừng việc truyền thông tin.
Thông báo lỗi :
Khi không tìm thấy trạm đích, một thông báo lỗi Destination
Unreachable được Router gửi trả lại trạm nguồn. Nếu một số hiệu cổng
không phù hợp, trạm đích gửi thông báo lỗi lại cho trạm nguồn (cổng sẽ
được trình bày trong phần giao thức tầng giao vận).
Hinh 1-9 :Gói tin thông báo lỗi không đến được đích
Kiểm tra trạm làm việc:
Khi một máy tính muốn kiểm tra một máy khác có tồn tại và đang
hoạt động hay không, nó gửi một thông báo Echo Request. Khi trạm đích
nhận được thông báo đó, nó gửi lại một Echo Reply. Lệnh ping được sử
dụng cho các thông báo này.
Hình 1-10 : Gói tin thông báo đích có nhận được không
5.3. Tầng giao vận ( Transport )
Hình 1-11 : Mô hình TCP/IP và các giao thức tầng giao vận
Tầng giao thức ngay trên tầng Internet là Tầng giao vận (Host-to-
Host Transport Layer hay thường gọi là Transport Layer). Hai giao thức
quan trọng nhất của tầng này là Transmission Control Protocol (TCP) và
User Datagram Protocol (UDP). TCP cung cấp dịch vụ chuyển giao thông
tin có kết nối (connection-oriented), nó bao gồm cả việc kiểm tra và sửa
lỗi. UDP cung cấp dịch vụ kém tin cậy hơn (unreliable) và không thiết
lập liên kết trước ( connectionless ). Cả hai giao thức đều chuyển giao
thông tin giữa tầng ứng dụng và tầng Internet. Chương trình ứng dụng có
thể lựa chọn dịch vụ nào thích hợp với nó.
5.3.1. Giao thức không kết nối (User Datagram Protocol - UDP)
thiết. Một số hệ điều hành còn dành chỗ tới Port number 1023, các Port
number có thể sử dụng được là từ số 1024 trở lên.
Copyright: Tài liệu đại học ©