CCNA [Network III - 04 - lý thuyết]: Tìm Hiểu Giao Thức Định Tuyến Động OSPF (Dynamic Route)

Trong các hệ thống mạng hiện đại, việc lựa chọn một giao thức định tuyến phù hợp là yếu tố then chốt giúp tối ưu hóa hiệu suất và đảm bảo sự ổn định của mạng.
OSPF (Open Shortest Path First) là một trong những giao thức định tuyến động mạnh mẽ và phổ biến, được thiết kế để giải quyết các vấn đề liên quan đến khả năng mở rộng và tốc độ hội tụ trong các mạng lớn và phức tạp.
Bài viết này sẽ tìm hiểu về OSPF, cách thức hoạt động của nó, cũng như các ưu và nhược điểm của giao thức này.

---

Mục lục​

I. OSPF
II. Cách hoạt động của OSPF
III. Cost trong OSPF
IV. Ưu và nhược điểm của OSPF

---

I. OSPF​

• OSPF (Open Shortest Path First) là giao thức định tuyến động Link-State, sử dụng thuật toán Dijkstra để tính đường đi ngắn nhất, hoạt động dựa trên cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết (LSDB), trong đó mỗi router quảng bá thông tin topology để xây dựng bảng định tuyến, hỗ trợ chia mạng thành các khu vực (areas) để giảm tải và tăng hiệu suất, đồng thời tự động cập nhật bảng định tuyến khi có thay đổi trong hệ thống.
• OSPF có 2 version: OSPFv2(hỗ trợ IPv4) và OSPFv3(hỗ trợ IPv6)
• OSPF ra đời để khắc phục những hạn chế của static route và các giao thức định tuyến cũ, đáp ứng nhu cầu của hệ thống doanh nghiệp phức tạp hiện đại ngày nay. Như là:
  • Khắc phục hạn chế của Static Route: OSPF tự động cập nhật đường đi khi mạng thay đổi, không cần cấu hình thủ công như Static Route.
  • Thay thế các giao thức định tuyến cũ: OSPF sử dụng cost (dựa trên băng thông) thay vì các phương pháp như hop count, hội tụ nhanh và không bị giới hạn số lượng hop như các giao thức định tuyến cũ.
  • Quản lý topology phức tạp bằng Link-State: Xây dựng bản đồ mạng đầy đủ (LSDB), tính toán đường đi tối ưu bằng thuật toán Dijkstra, tránh routing loop.
  • Hỗ trợ phân vùng (Area) để mở rộng mạng: Chia mạng thành các Area giảm tải bảng định tuyến, tăng hiệu suất so với Static Route/RIP không phân cấp

II. Cách hoạt động của OSPF​

OSPF hoạt động theo các bước sau:

• Bước 1: Phân chia hệ thống thành các Area
  • OSPF cho phép chia hệ thống mạng thành nhiều Area để tối ưu hiệu suất và giảm tải cho router.
  • Area 0 (Backbone Area): Là khu vực trung tâm kết nối các Area khác. Mọi OSPF Area đều phải kết nối với Area 0.
  • Non-Backbone Area: Các Area con như Stub Area, NSSA (Not So Stubby Area) giúp tối ưu hóa lưu lượng định tuyến.
• Bước 2: Xác định trạng thái neighbor và trao đổi thông tin
  • OSPF sử dụng Hello Packet để tìm và xác định neighbor trên cùng một segment mạng. Nếu các tham số như Area ID, Hello Interval, Dead Interval, Authentication phù hợp, hai router sẽ thiết lập quan hệ neighbor.
• Bước 3: Bầu chọn DR/BDR (nếu là mạng multi-access)
  • Trong các mạng nhiều thiết bị (ví dụ Ethernet), OSPF bầu chọn Designated Router (DR) và Backup Designated Router (BDR) để giảm số lượng thông điệp LSA cần gửi.
  • Router có priority cao nhất sẽ thành DR.
  • Router có priority cao nhì sẽ thành BDR.
  • Nếu DR và BDR bị lỗi, quá trình bầu chọn lại diễn ra.
• Bước 4: Xây dựng LSDB (Link-State Database)
  • Sau khi thiết lập quan hệ neighbor, các router trao đổi thông tin định tuyến qua LSA (Link-State Advertisement) và xây dựng cơ sở dữ liệu LSDB (Link-State Database).
• Bước 5: Chạy thuật toán SPF và cập nhật bảng định tuyến
  • Mỗi router chạy thuật toán Dijkstra (SPF - Shortest Path First) trên LSDB để tìm đường đi ngắn nhất và cập nhật bảng định tuyến (Routing Table).
• Bước 6: Duy trì và cập nhật định tuyến
  • OSPF sử dụng LSA Update để cập nhật đường đi khi có thay đổi trong mạng, đảm bảo tốc độ hội tụ nhanh.

III. Cost trong OSPF​

• Cost trong OSPF là một giá trị số được sử dụng để đánh giá độ ưu tiên của các tuyến đường trong bảng định tuyến.
• Cost càng thấp tuyến đường càng được ưu tiên.
• Trong OSPF, mặc định, cost của một liên kết được tính bằng công thức:

• Số cost luôn được làm tròn lên thành số nguyên
• Dựa vào cost này, ta có thể thiết lập các tuyến đường ưu tiên hoặc backup trong OSPF.

IV. Ưu và nhược điểm của OSPF​

Ưu điểm:

• Khả năng mở rộng cao: OSPF có thể mở rộng tốt cho các mạng lớn nhờ vào việc chia mạng thành các khu vực (Areas), giúp giảm tải cho bảng định tuyến và tăng hiệu suất xử lý.
• Cập nhật định tuyến nhanh: OSPF sử dụng Flooding và LSA để cập nhật thông tin nhanh chóng và tự động, giúp OSPF hội tụ nhanh khi có sự thay đổi trong mạng.
• Tính chính xác và đáng tin cậy: OSPF sử dụng Thuật toán SPF (Shortest Path First), đảm bảo đường đi ngắn nhất và tối ưu, đồng bộ hóa thông tin định tuyến giữa các router thông qua LSDB.
• Hỗ trợ tính linh hoạt: OSPF hỗ trợ nhiều mô hình mạng khác nhau, từ point-to-point đến LAN/WAN, giúp thích nghi với nhiều môi trường mạng.
• Cân bằng tải (Load Balancing): OSPF hỗ trợ ECMP (Equal-Cost Multi-Path), cho phép sử dụng nhiều đường đi có cùng chi phí, tối ưu hóa băng thông và tăng khả năng chịu lỗi.
• Quản lý mạng dễ dàng và hiệu quả hơn: OSPF tự động phân chia mạng qua các Area và ABR, giúp việc quản lý mạng dễ dàng và hiệu quả hơn.
• Bảo mật: OSPF hỗ trợ authentication để đảm bảo tính bảo mật trong việc trao đổi thông tin định tuyến giữa các router.

Nhược điểm:

• Sự phân chia mạng phức tạp: Việc phân chia mạng thành nhiều Area đòi hỏi kế hoạch cẩn thận và hiểu biết về OSPF Area Design.
• Cấu hình phức tạp: Cấu hình OSPF có thể phức tạp, đặc biệt khi chia mạng thành nhiều Area hoặc cấu hình ABR(Area Border Router) để tối ưu hóa mạng.
• Yêu cầu kiến thức mạng đa dạng: OSPF có thể gặp khó khăn khi triển khai trong các mạng có sự khác biệt lớn về loại thiết bị hoặc phương thức kết nối, gây khó khăn trong duy trì tính ổn định của định tuyến.
• Sử dụng tài nguyên cao: OSPF yêu cầu bộ nhớ và CPU mạnh mẽ, đặc biệt trong mạng lớn và khi có sự thay đổi thường xuyên.
• Downtime vẫn cao nếu topology quá lớn: Trong các mạng lớn hoặc phức tạp, quá trình hội tụ OSPF có thể gặp delay, gây gián đoạn hoặc không ổn định.

Kết luận​

OSPF là một giao thức định tuyến động mạnh mẽ, giúp các tổ chức và doanh nghiệp quản lý mạng hiệu quả với tính năng mở rộng, cập nhật nhanh chóng và độ tin cậy cao. Việc sử dụng thuật toán Dijkstra để tính toán đường đi ngắn nhất và khả năng phân chia mạng thành các khu vực (Area) giúp giảm tải cho router và tối ưu hóa hiệu suất.
Tuy nhiên, OSPF cũng có những nhược điểm như cấu hình phức tạp và yêu cầu tài nguyên hệ thống cao, điều này đòi hỏi người quản trị mạng phải có kiến thức chuyên sâu và kinh nghiệm trong việc triển khai và duy trì