WAN and ROUTER

WAN andROUTER Nội dung Tổng quan về mạng WAN . Kiến trúc và chức năng của Router. Cấu hình cơ bản cho Router trong quá trình định tuyến WAN và đặc điểm (1) WAN là mạng truyền dữ liệu qua những vùng địa lý rộng lớn như các bang, tỉnh, quốc gia… Các phương tiện truyền dữ liệu trên WAN được cung cấp bởi các nhà cung cấp dịch vụ ISPs. WAN dùng để kết nối các thiết bị ở khoảng cách địa lý lớn. Trong khi đó WAN được sử dụng để kết nối các chi nhánh của mình, nhờ đó mà thông tin được trao đổi dễ dàng giữa các trung tâm WAN và đặc điểm (2) Mạng WAN hoạt động chủ yếu ở lớp Vật lý và lớp Liên kết dữ liệu của mô hình OSI. WAN kết nối các mạng LAN lại với nhau  WAN thực hiện chuyển đổi các gói dữ liệu giữa các Router, Switch và các mạng LAN mà nó kết nối. Các giao thức ở lớp Liên kết dữ liệu của mạng WAN mô tả cách thức mà gói dữ liệu được vận chuyển giữa các hệ thống trên một đường truyền. Các giao thức này là điểm - điểm, điểm - đa điểm. WAN và đặc điểm (3) WAN hoạt động chủ yếu ở lớp PHY và Data Link nhưng không có nghĩa là 5 lớp còn lại của mô hình OSI không có trong WAN. Lớp PHY mô tả các giao tiếp thiết bị DTE và DCE. Một số thiết thiết bị trong WAN Vai trò của Router trong WAN (1) Router vừa được sử dụng để phân đoạn mạng LAN vừa là thiết bị chính trong mạng WAN. Router là thiết bị xương sống của mạng Intranet lớn và Internet. Router hoạt động ở Lớp 3 và thực hiện chuyển gói dữ liệu dựa trên địa chỉ mạng. Router có hai chức năng chính: chọn đường đi tốt nhất. chuyển mạch gói dữ liệu. Vai trò của Router trong WAN (2) Chức năng chủ yếu của router là định tuyến. Hoạt động định tuyến diễn ra ở lớp 3 - lớp Mạng trong khi WAN hoạt động ở lớp 1 và 2. Vậy router là thiết bị LAN hay WAN? Câu trả lời là cả hai. Router có thể là thiết bị LAN, hoặc WAN, hoặc thiết bị trung gian giữa LAN và WAN hoặc có thể là LAN và WAN cùng một lúc. Chức năng của Router Router là một máy tính chuyên dụng, đóng vai trò quan trọng trong điều khiển quá trình truyền dữ liệu giữa các mạng với nhau. Router thực hiện hai nhiệm vụ cơ bản: - Xác định đường đi tốt nhất (best path) để gửi các gói dữ liệu  định tuyến. - Chuyển tiếp các gói tin đến đúng đích. Các thành phần bên trong router RAM Được sử dụng để lưu thông tin hướng dẫn và dữ liệu cần thiết được diều khiển bởi CPU. RAM được sử dụng để lưu các thông tin quan trọng: - Running Configuration file. - Operating System. - Bảng định tuyến. - ARP cache và packet buffer  Toàn bộ nội dung trên RAM bị xoá khi tắt điện. ROM (Read Only Memory). Là nơi lưu đoạn mã của chương trình kiểm tra khi khởi động. Nhiệm vụ chính của ROM là kiểm tra phần cứng của router khi khởi động, sau đó chép phần mềm Cisco IOS từ flash vào RAM. Một số router có thể có phiên bản IOS cũ dùng làm nguồn khởi động dự phòng. Nội dung trong ROM không thể xoá được. Chỉ có thể nâng cấp ROM bằng cách thay chip ROM mới. Flash Bộ nhớ Flash được sử dụng để lưu toàn bộ phần mềm hệ điều hành Cisco IOS. Mặc định là router tìm IOS của nó trong flash. Có thể nâng cấp hệ điều hành bằng cách chép phiên bản mới hơn vào flash. IOS có thể ở dưới dạng nén hoặc không nén. Đối với hầu hết các router, IOS được chép lên RAM trong quá trình khởi động router. Còn có một số router chạy trực tiếp IOS trên flash mà không cần chép lên RAM. NVRAM (Non-volative RAM) Là bộ nhớ RAM không bị mất thông tin, được sử dụng để lưu tập tin cấu hình. Trong một số thiết bị có NVRAM và flash. Trong cả hai trường hợp, nội dung của NVRAM vẫn được lưu giữ khi tắt điện. BUS Phần lớn các router đều có bus hệ thống và CPU bus. Bus hệ thống được sử dụng để thông tin liên lạc giữa CPU với các cổng giao tiếp và các khe mở rộng. Loại bus này vận chuyển dữ liệu và các câu lệnh đi và đến các địa chỉ của ô nhớ tương ứng. Các cổng giao tiếp Là nơi router kết nối với bên ngoài. Router có 3 loại cổng: LAN, WAN và console/AUX. Các cổng giao tiếp (1) - Cổng giao tiếp LAN Router được kết nối vào LAN bằng cổng Ethernet hoặc Fast Ethernet. Router giao tiếp với mạng LAN thông qua hub hoặc switch. - Cổng console/AUX Là một cổng nối tiếp. Cổng console là loại cổng quản lý, cung cấp đường kết nối riêng vào router. Cổng này được sử dụng để thiết lập cấu hình cho router, theo dõi hoạt động mạng và khôi phục router khi gặp sự cố nghiêm trọng. Các cổng giao tiếp (2) - Cổng giao tiếp WAN Tương tự như cổng giao tiếp LAN, các cổng giao tiếp WAN cũng có chip điều khiển đặc biệt. Cổng giao tiếp WAN có thể định trên router hoặc ở dạng card rời. Có 3 loại kết nối WAN như sau: Thuê kênh riêng (lease line) Chuyển mạch kênh Chuyển mạch gói. Hệ điều hành Cisco IOS Cisco gọi hệ điều hành là hệ điều hành mạng Cisco IOS. Cisco tạo ra nhiều phiên bản IOS khác nhau tùy thuộc vào model Router và các đặc điểm bên trong IOS. Cisco IOS cung cấp các dịch vụ mạng như sau: - Định tuyến và chuyển mạch. - Bảo đảm và bảo mật cho việc truy cập vào tài nguyên mạng. - Mở rộng hệ thống mạng. Quá trình boot-up Router (1) Tự kiểm tra POST (Power-On Self Test). Khi Router được bật, phần mềm trên ROM thực hiện POST. POST được sử dụng để kiểm tra phần cứng của Router như: - Kiểm tra hoạt động của CPU, bộ nhớ và các cổng giao tiếp mạng. - Sau khi hoàn tất quá trình này, Router bắt đầu thực hiện chương trình Boottrap. Quá trình boot-up Router (2) Nạp chương trình Bootstrap từ ROM RAM. Bootstrap là một tập lệnh để thực hiện kiểm tra phần cứng và khởi động IOS. Tìm và tải IOS. Giá trị khởi động trên thanh ghi cấu hình sẽ quyết định việc tìm IOS ở đâu. Nếu giá trị này cho biết là tải IOS từ flash hay từ mạng thì các câu lệnh boot system trong tập tin cấu hình sẽ cho biết chính xác vị trí và tên của IOS. Quá trình boot-up Router (3) Tìm và tải Configuration file. - Sau khi tải IOS, chương trình Bootrap tiếp tục tìm file cấu hình trong NVRAM. - Nếu startup-config file được lưu trên NVRAM copy vào RAM thành running-config file và Router sẽ thực thi các câu lệnh trong file. - Nếu không tìm thấy tập tin cấu hình trong NVRAM thì IOS sẽ đi tìm TFTP server. - Nếu cũng không tìm thấy một TFTP server thì chế độ cài đặt sẽ được khởi động. Router Interfaces Quá trình boot-up Router (4) Configuration modes Basic Router configuration (1) Basic Router configuration (2) Example Configuration router show running-config show startup-config show ip route show interfaces show ip interfaces brief Routing table Định tuyến (Routing) Định tuyến là quá trình mà router thực hiện để chuyển gói dữ liệu tới mạng đích (dựa trên địa chỉ IP đích của gói dữ liệu) với hiệu suất cao nhất. - Định tuyến động. Router tự xác định được các tuyến và tìm ra đường dẫn tối ưu dựa trên các thông tin của bản thân gói tin và các thông tin từ các Router khác. - Định tuyến tĩnh. Người quản trị phải thiết lập bảng định tuyến chỉ rõ các tuyến để Router xác định đường đi. Bảng định tuyến (Routing table) Bảng định tuyến là một file dữ liệu trong RAM để lưu trữ thông tin về Directly connected networks và Remote network. - Directly connected networks là mạng được gắn trực tiếp với các giao diện của Router. - Remote network là một mạng không được kết nối trực tiếp với Router (được thêm vào bảng định tuyến theo giao thức định tuyến động hoặc cấu hình các đường tĩnh. Các loại đường đi trong Routing Trong quá trình định tuyến, cần phân biệt các loại đường đi khác nhau, đó là connected, static và dynamic routes. - Connected routes: là những kết nối thực hiện trên các giao diện của Router. - Static routes: là những đường được xác định trước cho Router gửi gói tin. - Dynamic routes: là những đường do Router tự cập nhật từ các router lân cận trong quá trình truyền gói. Định tuyến tĩnh (Static routing) Trong định tuyến tĩnh, thông tin đường đi do người quản trị nhập cho router  static route Static route bao gồm: địa chỉ mạng, subnet mask của remote network và kèm theo địa chỉ IP của next-hop router. Đối với mạng lớn, công việc bảo trì mạng định tuyến cho router như trên tốn rất nhiều thời gian. Đối với mạng nhỏ, ít có thay đổi thì công việc này đỡ mất công hơn. Hoạt động của Static routing Thực hiện theo 3 bước: - Cấu hình các đường cố định cho router. - Router cài đặt các đường đi này vào bảng định tuyến. - Gói dữ liệu được định tuyến theo các đường cố định này. Nếu Router không tìm thấy đường đi phù hợp trong Routing Table thì người quản trị cần phải cấu hình đường mặc định. Các TH sử dụng static routes (1) - Mạng chỉ có ít routers. - Mạng lớn được cấu hình trong topo. Topo hub-and-spoke bao gồm một vị trí trung tâm là Hub và nhiều nhánh con. - Mạng được kết nối với Internet thông qua một nhà cung cấp dịch vụ ISP. Các TH sử dụng static routes(2) Kết nối mạng của ISP đến mạng người dùng. Nguyên tắc định tuyến tĩnh của Zinin Có 3 nguyên tắc cơ bản: - Nguyên lý 1: Mỗi Router thực hiện định tuyến dựa trên những thông tin có trong bảng định tuyến của nó. - Nguyên lý 2: Thông tin định tuyến trên bảng định tuyến của các Router không giống nhau. - Nguyên lý 3: Thông tin định tuyến về đường đi từ mạng này  mạng khác không cung cấp thông tin định tuyến cho chiều ngược lại Cấu hình Static routing (1) Cấu hình Static routing (2) - Dựa vào giao diện ra (outgoing interface). - Dựa vào next-hop IP address. Điểm khác nhau duy nhất giữa 2 cách cấu hình này là chỉ số tin cậy của 2 đường cố định. Chỉ số tin cậy là một thông số đo độ tin cậy của một đường đi. Chỉ số này càng thấp thì độ tin cậy càng cao  nếu đến cùng một đích thì đường nào có chỉ số tin cậy thấp hơn thì đường đó được vào bảng định tuyến của router trước Cấu hình Static routing (3) Để cấu hình Static routing, cần sử dụng lệnh IP route với cấu trúc như sau: Static Routing – Example 1 Static Routing – Example 2 Static Routing – Example 3 ? ? ? Ưu và nhược điểm của Static routing - Quá trình xử lý trong CPU được tối thiểu hóa - Việc cấu hình và và quản trị dễ dàng. Tuy nhiên, Static routing cũng có hạn chế: - Mất nhiều thời gian cấu hình và duy trì bảng định tuyến. - Cấu hình dễ bị lỗi, đặc biệt là với mạng lớn. - Cần phải có sự can thiệp của người quản trị để duy trì bảng định tuyến. - Khả năng mở rộng mạng kém, việc bảo dưỡng trở nên cồng kềnh. Giao thức định tuyến động - Giao thức được định tuyến. Giao thức này được sử dụng để định hướng cho dữ liệu người dùng. Nó cung cấp đầy đủ thông tin về địa chỉ lớp mạng để gói dữ liệu có thể truyền đi từ host này đến host khác dựa trên địa chỉ đó. - Giao thức định tuyến. Giao thức định tuyến là tập hợp các quá trình, các thuật toán và các bản tin được sử dụng để trao đổi thông tin định tuyến và truyền bảng định tuyến giữa các router để đến đích. Một số giao thức định tuyến động Cấu trúc giao thức định tuyến - Cấu trúc dữ liệu (data structures) - Thuật toán (Algorithm). - Các bản tin giao thức định tuyến (routing protocol messeages). Hệ thống tự quản Autonmous sytem Hệ tự quản (AS) là một tập hợp các mạng hoạt động dưới cùng một cơ chế quản trị về định tuyến. Tổ chức Đăng ký số Internet của Mỹ (ARIN là nơi quản lý việc cấp số cho mỗi AS. Chỉ số này dài 16 bit. Mỗi AS có một tập các luật và chính sách quản trị riêng của nó và có số AS duy nhất để phân biệt với AS khác trên phạm vi toàn cầu. Hệ thống tự quản Autonmous sytem Ưu - nhược điểm của Dynamic routing - Người quản trị ít phải duy trì cấu hình khi thêm hoặc xóa các mạng. - Các giao thức tự động phản ứng với những thay đổi về topo mạng. - Cấu hình ít bị lỗi hơn. - Dễ dàng mở rộng mạng Tuy nhiên, dynamic routing cũng có hạn chế: - Tốn nhiều tài nguyên hệ thống. - Người quản trị phải có kiến thức để thực hiện cấu hình, kiểm tra và xử lý sự cố. Thuật toán định tuyến Để xác định đường dẫn tốt nhất cho một gói tin, các Router sử dụng các thuật toán định tuyến. Hầu hết các thuật toán định tuyến được chia thành hai loại: - Theo vectơ khoảng cách (Distance Vector routing protocols). - Theo trạng thái đường liên kết (Link State routing protocols). Distance vector routing protocols (1) Distance vector routing protocols (2) Thuật toán này thực hiện truyền bản sao của bảng định tuyến từ router này sang router khác theo định kỳ. Việc cập nhật định kỳ giữa các router giúp trao đổi thông tin khi cấu trúc mạng thay đổi. Thuật toán định tuyến theo véctơ khoảng cách còn được gọi là thuật toán Bellman-Ford. Distance vector routing protocols (3) Metric là số đo của thuật toán routing để từ đó quyết định đường đi tối ưu nhất cho dữ liệu. Một thuật toán routing có thể sử dụng nhiều metric khác nhau. - Path Length. - Reliability. - Delay - Bandwidth. - Load. Nguyên lý của Distance vector (1) Nguyên lý của Distance vector (2) - Bảng định tuyến được cập nhật khi cấu trúc mạng có sự thay đổi. - Quá trình cập nhật này cũng diễn ra từng bước từ Router này đến Router khác. Khi cập nhật, mỗi router gửi đi toàn bộ bảng định tuyến của nó cho các router láng giềng theo một chu kỳ nhất định. - Bảng định tuyến chứa thông tin tổng chi phí cho đường đi được định nghĩa như metrics. Nguyên lý của Distance vector (3) - Trong trường hợp router không tìm thấy đường đi nào phù hợp trong bảng định tuyến để tới đích của gói dữ liệu, nó sẽ sử dụng đường mặc định. - Thường cấu hình đường mặc định cho đường ra Internet của router vì router không cần phải lưu thông tin định tuyến tới từng mạng trên Internet. Lệnh cấu hình đường mặc định thực chất cũng là lệnh cấu hình đường cố định. RIP (Routing Information Protocol) RIP có các đặc điểm chính sau: - Là một trong những giao thức định tuyến theo vectơ khoảng cách. - Thông số định tuyến là số lượng hop. - Nếu gói dữ liệu đến mạng đích có hop >15 thì gói dữ liệu đó sẽ bị huỷ bỏ. - Chu kỳ cập nhật mặc định là 30 giây. RIP operation RIP configuration (1) RIP configuration (2) RIP configuration (3) RIP configuration (4) Sử dụng lệnh network nhằm mục đích: - Kích hoạt chức năng RIP trên tất cả các giao diện thuộc về mạng. - Quảng bá mạng này trong các bản tin cập nhật RIP để gửi đến các Router khác trong mỗi chu kỳ 30s RIP configuration (5) Để kiểm tra và giải quyết sự cố trong quá trình định tuyến RIP, cần sử dụng các lệnh sau: - show ip route - show ip protocols - debug ip rip show ip route show ip protocols debug ip rip RIP configuration – example 2 IGRP (Interior Gateway Routing Pro.) IGRP có các đặc điểm chính sau: - Chỉ cập nhật thông tin khi cấu trúc thay đổi. - Định tuyến được thực hiện linh hoạt thông qua: số hop, băng thông, độ trễ, độ tin cậy…  Đường có thông số định tuyến nhỏ nhất là đường tốt nhất. - Có khả năng vượt giới hạn 15 hop. - Có khả năng hỗ trợ cho nhiều đường liên kết với khả năng cân bằng tải cao. Dynamic versus static routing Routing and routed protocols Distance vector topology changes