DCN - Định tuyến lớp mạng

Khi một thiết bị có nhiều con đường để đến đích, nó luôn chọn một con đường bằng cách thích nó hơn những con đường khác. Quá trình lựa chọn này được gọi là Định tuyến. Định tuyến được thực hiện bởi các thiết bị mạng đặc biệt được gọi là bộ định tuyến hoặc nó có thể được thực hiện bằng các quy trình phần mềm. Các bộ định tuyến dựa trên phần mềm có chức năng hạn chế và phạm vi hạn chế.

Một bộ định tuyến luôn được cấu hình với một số tuyến đường mặc định. Một tuyến mặc định cho bộ định tuyến biết nơi chuyển tiếp một gói nếu không tìm thấy tuyến cho đích cụ thể. Trong trường hợp có nhiều đường dẫn để đến cùng một đích, bộ định tuyến có thể đưa ra quyết định dựa trên các thông tin sau:

Hop Count
Bandwidth
Metric
Prefix-length
Delay

Các tuyến có thể được định cấu hình tĩnh hoặc học động. Một tuyến có thể được cấu hình để được ưu tiên hơn những tuyến khác.

Định tuyến Unicast

Hầu hết lưu lượng truy cập trên internet và mạng nội bộ được gọi là dữ liệu unicast hoặc lưu lượng truy cập unicast được gửi với đích xác định. Định tuyến dữ liệu unicast qua internet được gọi là định tuyến unicast. Đây là hình thức định tuyến đơn giản nhất vì điểm đến đã được biết trước. Do đó, bộ định tuyến chỉ cần tra cứu bảng định tuyến và chuyển tiếp gói tin đến bước tiếp theo.

Định tuyến phát sóng

Theo mặc định, các gói quảng bá không được định tuyến và chuyển tiếp bởi các bộ định tuyến trên bất kỳ mạng nào. Bộ định tuyến tạo ra các miền quảng bá. Nhưng nó có thể được cấu hình để chuyển tiếp các chương trình phát sóng trong một số trường hợp đặc biệt. Một tin nhắn quảng bá được gửi đến tất cả các thiết bị mạng.

Định tuyến truyền phát có thể được thực hiện theo hai cách (thuật toán):

Một bộ định tuyến tạo ra một gói dữ liệu và sau đó gửi nó đến từng máy chủ. Trong trường hợp này, bộ định tuyến tạo nhiều bản sao của gói dữ liệu đơn với các địa chỉ đích khác nhau. Tất cả các gói được gửi dưới dạng unicast nhưng vì chúng được gửi đến tất cả nên nó mô phỏng như thể bộ định tuyến đang phát sóng.

Phương pháp này tiêu tốn nhiều băng thông và bộ định tuyến phải địa chỉ đích của mỗi nút.
Thứ hai, khi bộ định tuyến nhận được một gói tin sẽ được phát đi, nó chỉ đơn giản là làm tràn các gói tin đó ra khỏi tất cả các giao diện. Tất cả các bộ định tuyến được cấu hình theo cùng một cách.

Phương pháp này dễ dàng trên CPU của bộ định tuyến nhưng có thể gây ra sự cố trùng lặp các gói nhận được từ bộ định tuyến ngang hàng.

Chuyển tiếp đường dẫn ngược là một kỹ thuật, trong đó bộ định tuyến biết trước về người tiền nhiệm của nó từ nơi nó sẽ nhận quảng bá. Kỹ thuật này được sử dụng để phát hiện và loại bỏ các bản sao.

Định tuyến Multicast

Định tuyến đa hướng là trường hợp đặc biệt của định tuyến quảng bá với sự khác biệt và thách thức có ý nghĩa. Trong định tuyến quảng bá, các gói được gửi đến tất cả các nút ngay cả khi họ không muốn. Nhưng trong định tuyến Multicast, dữ liệu chỉ được gửi đến các nút muốn nhận gói tin.

Bộ định tuyến phải biết rằng có các nút muốn nhận các gói (hoặc luồng) phát đa hướng thì chỉ nó mới được chuyển tiếp. Định tuyến đa hướng hoạt động giao thức cây bao trùm để tránh lặp lại.

Định tuyến Multicast cũng sử dụng kỹ thuật Chuyển tiếp đường dẫn ngược để phát hiện và loại bỏ các bản sao và vòng lặp.

Định tuyến Anycast

Chuyển tiếp gói Anycast là một cơ chế mà nhiều máy chủ có thể có cùng một địa chỉ logic. Khi nhận được một gói tin đến địa chỉ logic này, nó sẽ được gửi đến máy chủ lưu trữ gần nhất trong cấu trúc liên kết định tuyến.

Định tuyến anycast được thực hiện với sự trợ giúp của máy chủ DNS. Bất cứ khi nào một gói Anycast được nhận, nó sẽ được hỏi DNS để gửi nó đi. DNS cung cấp địa chỉ IP là IP gần nhất được định cấu hình trên đó.

Giao thức định tuyến Unicast

Có hai loại giao thức định tuyến có sẵn để định tuyến các gói unicast:

Giao thức định tuyến vectơ khoảng cách

Khoảng cách Vector là giao thức định tuyến đơn giản đưa ra quyết định định tuyến về số bước nhảy giữa nguồn và đích. Một tuyến đường có số lượng bước nhảy ít hơn được coi là con đường tốt nhất. Mỗi bộ định tuyến đều quảng cáo các tuyến đường tốt nhất đến các bộ định tuyến khác. Cuối cùng, tất cả các bộ định tuyến đều xây dựng cấu trúc liên kết mạng của họ dựa trên quảng cáo của các bộ định tuyến ngang hàng của họ,

Ví dụ Giao thức thông tin định tuyến (RIP).
Liên kết giao thức định tuyến trạng thái

Giao thức Link State là giao thức hơi phức tạp hơn so với Distance Vector. Nó tính đến trạng thái của các liên kết của tất cả các bộ định tuyến trong một mạng. Kỹ thuật này giúp các tuyến xây dựng một đồ thị chung của toàn mạng. Tất cả các bộ định tuyến sau đó sẽ tính toán đường dẫn tốt nhất của chúng cho các mục đích định tuyến, ví dụ: Mở Đường ngắn nhất Đầu tiên (OSPF) và Hệ thống Trung gian đến Hệ thống Trung gian (ISIS).

Giao thức định tuyến đa hướng

Giao thức định tuyến Unicast sử dụng đồ thị trong khi giao thức định tuyến Multicast sử dụng cây, tức là cây bao trùm để tránh các vòng lặp. Cây tối ưu được gọi là cây bao trùm đường đi ngắn nhất.

DVMRP - Giao thức định tuyến đa hướng vector khoảng cách
MOSPF - Multicast Mở đường dẫn ngắn nhất đầu tiên
CBT - Cây dựa trên cốt lõi
PIM - Giao thức Multicast độc lập

Giao thức Multicast độc lập hiện nay thường được sử dụng. Nó có hai hương vị:

PIM Dense Mode

Chế độ này sử dụng cây dựa trên nguồn. Nó được sử dụng trong môi trường dày đặc như mạng LAN.
PIM Sparse Mode

Chế độ này sử dụng cây được chia sẻ. Nó được sử dụng trong môi trường thưa thớt như WAN.

Thuật toán định tuyến

Các thuật toán định tuyến như sau:

Ngập lụt

Flooding là phương pháp chuyển tiếp gói tin đơn giản nhất. Khi một gói được nhận, các bộ định tuyến sẽ gửi nó đến tất cả các giao diện ngoại trừ giao diện mà nó đã được nhận. Điều này tạo ra quá nhiều gánh nặng cho mạng và rất nhiều gói tin trùng lặp lang thang trong mạng.

Thời gian tồn tại (TTL) có thể được sử dụng để tránh lặp lại các gói tin vô hạn. Có một cách tiếp cận khác đối với ngập lụt, được gọi là Ngập lụt có chọn lọc để giảm thiểu chi phí trên mạng. Trong phương pháp này, bộ định tuyến không tràn ngập trên tất cả các giao diện mà là các giao diện có chọn lọc.

Con đường ngắn nhất

Quyết định định tuyến trong mạng, hầu hết được thực hiện trên cơ sở chi phí giữa nguồn và đích. Hop count đóng vai trò quan trọng ở đây. Đường đi ngắn nhất là một kỹ thuật sử dụng các thuật toán khác nhau để quyết định một đường đi với số bước nhảy tối thiểu.

Các thuật toán đường đi ngắn nhất phổ biến là: