OSPF là gì? Trong môi trường mạng hiện đại, việc quản lý và duy trì một hạ tầng mạng lớn là một thách thức. OSPF là một giao thức được thiết kế để chọn đường đi ngắn nhất giữa các mạng con. OSPF là lựa chọn hàng đầu cho những mạng lớn và phức tạp đòi hỏi sự ổn định và linh hoạt. Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá sâu hơn về OSPF để hiểu rõ hơn về tầm quan trọng của giao thức này trong việc xây dựng và duy trì mạng máy tính.

OSPF là gì?

Open Shortest Path First (OSPF) là giao thức định tuyến IP sử dụng thuật toán toán học để tính toán đường dẫn hiệu quả nhất để điều hướng lưu lượng truy cập trên mạng IP. Dựa trên công nghệ trạng thái liên kết hoặc shortest path first (SPF), OSPF phân phối thông tin định tuyến giữa các bộ định tuyến trong một hệ thống tự trị (AS) duy nhất. 

OSPF sử dụng thuật toán tìm đường đi nào? Sử dụng thuật toán đường đi ngắn nhất của Dijkstra, OSPF tính toán đường đi ngắn nhất cho tất cả các bộ định tuyến trong khu vực của AS để sử dụng hiệu quả băng thông mạng và đảm bảo khả năng mở rộng. 

Là một giao thức định tuyến động, OSPF không chỉ định tuyến các gói IP dựa trên địa chỉ IP đích (được cung cấp trong tiêu đề gói) mà còn phát hiện các thay đổi cấu trúc liên kết trong AS. Sau khi phát hiện các thay đổi, giao thức OSPF tính toán các tuyến mới, không có vòng lặp sau một khoảng thời gian ngắn (được gọi là thời gian hội tụ) trong đó lưu lượng định tuyến được giữ ở mức tối thiểu.

>> Xem thêm: Mạng máy tính là gì?

OSPF hoạt động như thế nào?

Cách thức hoạt động của OSPF là gì? Hai khái niệm quan trọng trong OSPF là areas và neighbors.

• Areas là nhóm các router trong một Autonomous System (AS), về cơ bản tạo thành một tập hợp các vùng có ranh giới logic. Các khu vực thường được xác định bằng một con số. Khu vực 0 luôn là trung tâm, nơi tất cả các vùng khác kết nối. 
• Các router hỗ trợ OSPF trong cùng một khu vực thiết lập mối quan hệ “neighbor” bằng cách sử dụng gói HELLO để trao đổi thông tin định tuyến.

Trong OSPF, các router không cần phải gửi toàn bộ bảng định tuyến cho các router neighbor mỗi vài giây. Thay vào đó, thông tin chỉ được gửi khi có sự thay đổi đã xảy ra.

Khi một router OSPF trong một khu vực cụ thể của AS phát hiện một thay đổi trong bảng định tuyến hoặc phát hiện một sự thay đổi trong mạng thì ngay lập tức truyền phát thông tin tới tất cả các nút hỗ trợ OSPF khác trong khu vực. 

Tìm hiểu về OSPF là gì, ta nhận ra Multicasting là cách để đảm bảo mỗi router trong khu vực đều có cùng thông tin về cấu trúc liên kết AS, một khái niệm được biết đến là flooding. Thông tin này được sử dụng để tính toán đường đi tốt nhất từ đầu đến đích cuối cùng trong AS.

Đáng chú ý, Multicasting chỉ chứa thông tin cập nhật mới nhất. Bảng định tuyến có thể rất lớn và việc truyền lại toàn bộ chúng mỗi khi có thay đổi có thể làm giảm hiệu suất mạng. Khi các tuyến đường thay đổi (có thể xảy ra do sự cố về thiết bị hoặc thêm mới thiết bị) thời gian mà các router OSPF cần để đồng thuận những thay đổi này và xác định đường đi mới, không lặp lại giữa các điểm cuối được gọi là thời gian hội tụ.

>> Xem thêm: Router là gì? 7 yếu tố quan trọng khi lựa chọn Router

Ưu nhược điểm của giao thức OSPF

Ưu điểm

• Giao thức định tuyến OSPF sử dụng thuật toán Dijkstra để tính toán các tuyến đường ngắn nhất, có thể dẫn đến hiệu suất tốt hơn so với các giao thức định tuyến trạng thái liên kết khác.
• Tìm hiểu về ưu điểm của OSPF là gì, ta nhận ra OSPF sử dụng các cơ chế để đảm bảo tính toàn vẹn của thông tin định tuyến, bao gồm xác thực thông tin định tuyến và chứng thực bộ định tuyến.
• OSPF có thể được sử dụng trong các mạng có kích thước lớn.
• Giao thức định tuyến OSPF hỗ trợ VLSM (Variable Length Subnet Mask) và tóm tắt tuyến đường (Route summarization), giúp tối ưu hóa việc sử dụng địa chỉ IP trong mạng.
• OSPF hỗ trợ cân bằng tải giữa các tuyến đường có chi phí bằng nhau cho cùng một đích.

Nhược điểm

• OSPF đòi hỏi nhiều bộ nhớ và năng lượng xử lý hơn so với các giao thức định tuyến khác.
• Giao thức OSPF có thể phức tạp hơn để cấu hình và quản lý so với các giao thức định tuyến khác.
• OSPF phiên bản 2 chỉ hỗ trợ IPv4, OSPF phiên bản 3 chỉ hỗ trợ IPv6.

Router hình thành mạng liên quan

Biết OSPF là gì, bạn cần biết trước khi các Router hình thành mạng liên quan, mỗi Router sẽ lựa chọn một ID Router.

• Hai Router sẽ sử dụng liên kết point-to-point để kết nối với nhau. Việc này diễn ra khi cả hai thiết bị gửi gói tin HELLO cho nhau và sau khi thông báo được nhận, chúng sẽ trở thành “neighbor” ở dạng hai chiều.
• Khi hai Router thuộc cùng một mạng con, có cùng bộ định thời gian, subnet mask và ID Areas, chúng trở thành “neighbor” của nhau. Điều này cũng có thể xảy ra khi một trong số chúng được chỉ định hoặc được kết nối thông qua liên kết point-to-point.

Những loại liên kết có trong OSPF là gì?

Trong hệ thống định tuyến OSPF, có các loại liên kết cơ bản như sau:

Liên kết point-to-point: Kết nối trực tiếp hai Router mà không cần Router hoặc Server ở trung gian.

Liên kết Transient: liên kết này xảy ra khi một số Router được gắn vào mạng. Liên kết này có hai cách triển khai khác nhau: 

• Cấu trúc liên kết không thực tế: khi tất cả các router kết nối với nhau
• Cấu trúc liên kết thực tế: khi chỉ một số router được chỉ định tồn tại trong mạng. Tại đây, router được chỉ định là tất cả những router được liên kết với nhau.

Liên kết Stub: Đây là mạng được kết nối với một router duy nhất. Dữ liệu đi vào và rời khỏi mạng thông qua router duy nhất này.

Liên kết Virtual: Nếu có vấn đề hư hỏng giữa hai router, quản trị viên tạo ra một đường dẫn ảo giữa chúng.

Các trạng thái của OSPF

Hiểu rõ OSPF là gì, bạn sẽ thấy thiết bị vận hành OSPF trải qua các trạng thái nhất định. Những trạng thái này là: 

Down: Ở trạng thái này, không có gói HELLO nào được nhận trên giao diện. 

Lưu ý: Trạng thái Down không có nghĩa là giao diện bị hỏng về mặt vật lý. Ở đây có nghĩa là quá trình kề cận OSPF chưa bắt đầu. 

INIT: Ở trạng thái này, các gói HELLO đã được nhận từ bộ định tuyến khác. 

2WAY: Ở trạng thái 2WAY, cả hai bộ định tuyến đều đã nhận được gói HELLO từ các bộ định tuyến khác. Kết nối hai chiều đã được thiết lập. 

Lưu ý: Ở giữa trạng thái 2WAY và trạng thái Exstart, quá trình bầu chọn DR và ​​​​BDR diễn ra. 

Exstart: Ở trạng thái này, NULL DBD được trao đổi. Ở trạng thái này, quá trình bầu chọn master và slave diễn ra. Router có ID router cao hơn sẽ trở thành master trong khi router khác trở thành slave. Cuộc bầu chọn này quyết định bộ định tuyến nào sẽ gửi DBD của nó trước (các bộ định tuyến đã hình thành vùng lân cận sẽ tham gia cuộc bầu chọn này). 

Exchange: Ở trạng thái này, DBD thực tế được trao đổi. 

Loading: Ở trạng thái này, LSR, LSU và LSA (Link State Acknowledgement) được trao đổi. 

Important: Khi một bộ định tuyến nhận DBD từ bộ định tuyến khác, nó sẽ so sánh DBD của chính nó với DBD của bộ định tuyến khác. Nếu DBD nhận được được cập nhật nhiều hơn DBD của chính nó thì bộ định tuyến sẽ gửi LSR đến bộ định tuyến khác cho biết những liên kết nào là cần thiết. Bộ định tuyến khác trả lời LSU chứa các bản cập nhật cần thiết. Đổi lại điều này, bộ định tuyến sẽ trả lời bằng Link State Acknowledgement. 

Full: Ở trạng thái này, quá trình đồng bộ hóa tất cả thông tin diễn ra. Định tuyến OSPF chỉ có thể bắt đầu sau trạng thái Full.

Cấu hình định tuyến của OSPF là gì?

Kích hoạt OSPF trên router

Để kích hoạt OSPF trên router, chúng ta sử dụng lệnh router ospf process-id. Trong đó, process-id là một số duy nhất được sử dụng để xác định tiến trình OSPF trên router.

Chọn Router-ID

Router-ID là một địa chỉ IP duy nhất được sử dụng để xác định router trong mạng OSPF. Router-ID được sử dụng để bầu chọn DR và BDR trong vùng OSPF.

Để chọn Router-ID, chúng ta sử dụng lệnh router-id address. Trong đó, address là địa chỉ IP của router.

Tham gia vùng OSPF

Để tham gia vùng OSPF, chúng ta sử dụng lệnh network address wildcard-mask area area-id. Trong đó:

• address là địa chỉ IP của mạng cần tham gia OSPF.
• wildcard-mask là mặt nạ mạng của địa chỉ IP.
• area-id là ID của vùng OSPF.

Xác thực OSPF

OSPF có thể được cấu hình để sử dụng xác thực. Xác thực OSPF giúp bảo vệ mạng khỏi truy cập trái phép.

Để cấu hình xác thực OSPF, chúng ta sử dụng lệnh authentication message-digest key key-id algorithm. Trong đó:

• message-digest là thuật toán xác thực được sử dụng.
• key-id là ID của khóa xác thực.
• algorithm là thuật toán băm được sử dụng.

Kiểm tra cấu hình OSPF

Để kiểm tra cấu hình OSPF, chúng ta có thể sử dụng các lệnh sau:

• show ip protocols
• show ospf neighbor
• show ospf database

Tham số cấu hình OSPF

Dưới đây là danh sách các tham số cấu hình OSPF:

• router ospf process-id: Kích hoạt OSPF với ID tiến trình cụ thể.
• router-id address: Chọn Router-ID cho router.
• network address wildcard-mask area area-id: Tham gia vùng OSPF với địa chỉ mạng cụ thể.
• authentication message-digest key key-id algorithm: Cấu hình xác thực OSPF.

Lời kết

Trên đây là toàn bộ nội dung về OSPF là gì, cách thức hoạt động cũng như ưu nhược điểm của nó. Có thể thấy, OSPF không chỉ là một giao thức định tuyến, mà còn là một công cụ mạnh mẽ giúp tối ưu hóa định tuyến và quản lý mạng một cách thông minh.

Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết, hãy tiếp tục truy cập vào Website hoặc Fanpage của chúng tôi để cập nhật thêm nhiều bài viết thú vị khác.