Định tuyến là gì?

[Starlink]

Quá trình lựa chọn đường dẫn qua một hoặc nhiều mạng được gọi là Định tuyến Mạng. Ngày nay, mọi người kết nối nhiều hơn trên Internet, do đó, nhu cầu sử dụng Giao tiếp Định tuyến là rất cần thiết.

Định tuyến chọn các tuyến đường mà các gói tin Giao thức Internet (IP) đi từ nguồn đến đích trong các mạng chuyển mạch gói. Bài viết này sẽ thảo luận chi tiết về Quy trình Định tuyến cùng với các loại hình và nguyên lý hoạt động khác nhau của nó.

1. Bộ định tuyến là gì?

Bộ định tuyến là phần cứng mạng chuyên dụng, có chức năng đưa ra những phán đoán về định tuyến Internet. Đây là thiết bị mạng chuyển tiếp các gói dữ liệu giữa các mạng máy tính. Ngoài ra, nó còn giúp định hướng lưu lượng dựa trên địa chỉ IP đích. Nó đảm bảo dữ liệu đến được đích mong muốn.

Khi kết nối các mạng khác nhau, bộ định tuyến quản lý lưu lượng dữ liệu giữa chúng. Bộ định tuyến hoạt động ở Lớp 3 (lớp mạng) của Mô hình OSI. Nó cũng chịu trách nhiệm xác định đường dẫn tốt nhất để dữ liệu di chuyển từ mạng này sang mạng khác.

2. Định tuyến là gì?

Định tuyến là quá trình chuyển hướng một gói dữ liệu từ nút này đến nút khác. Đây là một quá trình tự động được xử lý bởi các thiết bị mạng để chuyển hướng một gói dữ liệu đến đích mong muốn. Lưu ý rằng, nút ở đây đề cập đến một thiết bị mạng được gọi là ' Bộ định tuyến '.

Định tuyến là một cơ chế quan trọng giúp truyền dữ liệu từ vị trí này đến vị trí khác qua mạng (Loại mạng có thể là bất kỳ như LAN, WAN hoặc MAN ). Quá trình định tuyến bao gồm việc đưa ra nhiều quyết định định tuyến khác nhau để đảm bảo việc phân phối gói dữ liệu đáng tin cậy và hiệu quả bằng cách tìm đường đi ngắn nhất bằng nhiều số liệu định tuyến khác nhau mà chúng ta sẽ thảo luận trong bài viết này.

Việc định tuyến một gói dữ liệu được thực hiện bằng cách phân tích địa chỉ IP đích của gói tin. Hãy xem hình ảnh bên dưới:

    Nút nguồn (Người gửi) gửi gói dữ liệu trên mạng, nhúng IP vào phần tiêu đề của gói dữ liệu.
    Bộ định tuyến gần nhất sẽ nhận gói dữ liệu và dựa trên một số số liệu để định tuyến gói dữ liệu đó đến các bộ định tuyến khác.
    Bước 2 diễn ra theo trình tự đệ quy cho đến khi gói dữ liệu đến được đích mong muốn.

Lưu ý: Có giới hạn về số lần nhảy mà một gói tin có thể thực hiện. Nếu vượt quá số lần này, gói tin sẽ được coi là bị mất.

3. Có những loại định tuyến nào?

Định tuyến thường có 3 loại, mỗi loại có mục đích riêng và cung cấp các chức năng khác nhau.

3.1. Định tuyến tĩnh

Định tuyến tĩnh còn được gọi là "định tuyến không thích ứng". Trong định tuyến này, việc cấu hình định tuyến được thực hiện thủ công bởi quản trị viên mạng. Ví dụ, chúng ta có 5 tuyến đường khác nhau để truyền dữ liệu từ nút này sang nút khác, do đó quản trị viên mạng sẽ phải nhập thông tin định tuyến thủ công bằng cách đánh giá tất cả các tuyến đường.

    Người quản trị mạng có toàn quyền kiểm soát mạng, định tuyến các gói dữ liệu đến đích cần thiết
    Bộ định tuyến sẽ định tuyến các gói tin đến đích được quản trị viên mạng cấu hình thủ công.
    Mặc dù loại định tuyến này cung cấp khả năng kiểm soát chi tiết các tuyến đường, nhưng nó có thể không phù hợp với các mạng doanh nghiệp quy mô lớn.

3.2. Định tuyến động

Định tuyến động là một loại định tuyến khác, trong đó việc định tuyến là một quy trình tự động mà không cần sự can thiệp của con người. Các gói tin được truyền qua mạng bằng nhiều thuật toán đường dẫn ngắn nhất khác nhau và các số liệu được xác định trước. Loại định tuyến này được ưa chuộng trong các mạng hiện đại vì nó mang lại tính linh hoạt và chức năng đa dạng hơn.

    Nó còn được gọi là định tuyến thích ứng.
    Trong đó, bộ định tuyến sẽ thêm các tuyến mới vào bảng định tuyến dựa trên bất kỳ thay đổi nào được thực hiện trong cấu trúc mạng.
    Quy trình định tuyến tự động giúp tự động hóa mọi hoạt động định tuyến từ thêm đến xóa tuyến khi có bản cập nhật hoặc bất kỳ thay đổi nào được thực hiện đối với mạng.

3.3. Định tuyến mặc định

Định tuyến mặc định là một kỹ thuật định tuyến trong đó bộ định tuyến được cấu hình để truyền gói tin đến một tuyến mặc định, tức là một cổng hoặc thiết bị next-hop nếu không có đường dẫn cụ thể nào được xác định hoặc tìm thấy. Kỹ thuật này thường được sử dụng khi mạng chỉ có một điểm thoát duy nhất. Bộ định tuyến IP có địa chỉ sau làm tuyến mặc định: 0.0.0.0/0.

4. Nguyên lý hoạt động của định tuyến là gì?

Định tuyến hoạt động bằng cách tìm đường đi ngắn nhất từ nút nguồn đến nút đích trên toàn mạng. Sau đây là mô tả từng bước hoạt động của định tuyến:

Bước 1: Khởi tạo giao tiếp

Bước đầu tiên thường xảy ra là một nút (máy khách hoặc máy chủ) khởi tạo giao tiếp qua mạng bằng giao thức HTTP.

Bước 2: Gói dữ liệu

Thiết bị nguồn giờ đây sẽ chia một khối thông tin lớn thành các gói dữ liệu nhỏ để truyền tải đáng tin cậy và hiệu quả. Quá trình này được gọi là phân tách và đóng gói dữ liệu. Sau đó, mỗi gói dữ liệu được gắn nhãn địa chỉ IP của nút đích.

Bước 3: Bảng định tuyến

Bảng định tuyến là một cấu trúc dữ liệu logic được sử dụng để lưu trữ địa chỉ IP và thông tin liên quan đến các bộ định tuyến gần nhất. Sau đó, nút nguồn sẽ tra cứu địa chỉ IP của tất cả các nút có thể truyền gói tin đến đích, chọn đường dẫn ngắn nhất bằng thuật toán đường dẫn ngắn nhất và định tuyến theo đó.

Bảng định tuyến được lưu trữ trong bộ định tuyến, một thiết bị mạng xác định đường dẫn ngắn nhất và định tuyến gói dữ liệu.

Bước 4: Quy trình nhảy

Trong quy trình định tuyến, gói dữ liệu sẽ trải qua nhiều bước nhảy qua các nút khác nhau trong mạng cho đến khi đến được nút đích cuối cùng. Số bước nhảy được định nghĩa là số nút cần thiết phải đi qua để cuối cùng đến được nút đích mong muốn.

Quy trình nhảy này có các tiêu chí nhất định được xác định cho mọi gói dữ liệu, có một số lượng bước nhảy giới hạn mà một gói có thể thực hiện nếu vượt quá số lượng đó thì gói được coi là bị mất và sẽ được truyền lại.

Bước 5: Đạt đến nút đích

Khi tất cả các gói dữ liệu đến được nút đích dự định, chúng sẽ được lắp ráp lại và chuyển đổi thành thông tin hoàn chỉnh đã được gửi bởi nút gửi (nút nguồn). Bên nhận sẽ thực hiện nhiều cơ chế kiểm tra lỗi khác nhau để xác minh tính xác thực của các gói dữ liệu.

Nhìn chung, gói dữ liệu sẽ được truyền qua đường dẫn có ít bước nhảy nhất cũng như đường dẫn có ít lưu lượng hơn để tránh mất gói tin.

Trong hình ảnh trên, chúng ta có 3 thành phần chính

    Người gửi
    Người nhận
    Bộ định tuyến

Đường dẫn ngắn nhất được tô sáng màu đỏ, đường dẫn có số bước nhảy ít nhất. Như chúng ta có thể thấy, có nhiều đường dẫn từ nguồn đến nút, nhưng nếu tất cả các số liệu phù hợp đều được đáp ứng, các gói dữ liệu sẽ được truyền qua đường dẫn ngắn nhất (được tô sáng màu đỏ).

5. Các giao thức định tuyến chính là gì?

    RIP (Giao thức thông tin định tuyến): Đây là giao thức vectơ khoảng cách sử dụng số lần nhảy làm số liệu.
    OSPF (Open Shortest Path First): OSPF là giao thức trạng thái liên kết tìm đường dẫn ngắn nhất bằng thuật toán Dijkstra.
    EIGRP (Giao thức định tuyến cổng nội bộ nâng cao): Đây là giao thức kết hợp các tính năng của giao thức vectơ khoảng cách và giao thức trạng thái liên kết.
    BGP (Border Gateway Protocol): Đây là giao thức vector đường dẫn được sử dụng để định tuyến giữa các hệ thống tự trị khác nhau trên Internet.
    IS-IS (Hệ thống trung gian đến hệ thống trung gian): Đây là giao thức trạng thái liên kết chủ yếu được sử dụng trong các mạng lớn như ISP.

6. Các số liệu định tuyến khác nhau là gì?

Mục đích của giao thức định tuyến là tìm hiểu về tất cả các đường dẫn khả dụng để định tuyến các gói dữ liệu, xây dựng bảng định tuyến và đưa ra quyết định định tuyến dựa trên các số liệu đã chỉ định. Có hai loại giao thức định tuyến chính, phần còn lại chỉ được hình thành từ hai loại này.

6.1. Định tuyến vectơ khoảng cách

Trong loại giao thức định tuyến này, tất cả các nút là một phần của mạng đều quảng bá bảng định tuyến của mình đến các nút lân cận (các nút được kết nối trực tiếp) theo định kỳ. Với mỗi bộ định tuyến được cập nhật định kỳ, có thể mất một thời gian để tất cả các nút có cùng một chế độ xem mạng chính xác.

    Sử dụng mạng con có độ dài cố định, không phù hợp để mở rộng quy mô.
    Thuật toán được sử dụng: Thuật toán Bellman Ford để tìm đường đi ngắn nhất.

6.2. Định tuyến trạng thái liên kết

Định tuyến trạng thái liên kết là một loại giao thức định tuyến động khác, trong đó các tuyến chỉ quảng bá bảng định tuyến đã cập nhật của chúng khi có thêm bản cập nhật mới. Điều này giúp sử dụng băng thông hiệu quả. Tất cả các bộ định tuyến liên tục trao đổi thông tin động về các liên kết khác nhau, chẳng hạn như chi phí và số bước nhảy, để tìm ra đường dẫn tốt nhất có thể.

    Sử dụng mặt nạ mạng con có độ dài thay đổi, có khả năng mở rộng và sử dụng địa chỉ hiệu quả hơn.
    Thuật toán được sử dụng: Thuật toán Dijkstra để tìm đường đi ngắn nhất.

Hãy cùng xem xét các số liệu được sử dụng để đo lường chi phí di chuyển từ nút này đến nút khác:

    Số lượng Hop: Số lượng Hop đề cập đến số lượng nút mà một gói dữ liệu phải đi qua để đến đích dự định. Việc truyền từ nút này sang nút khác được tính là 1 - số lượng Hop. Mục tiêu là giảm thiểu số lượng Hop và tìm đường đi ngắn nhất.
    Tiêu thụ băng thông: Băng thông là khả năng truyền dữ liệu của một mạng, thường được đo bằng Kbps (Kilobit mỗi giây), Mbps (Megabit mỗi giây) hoặc Gbps (Gigabit mỗi giây). Băng thông phụ thuộc vào một số yếu tố như - khối lượng dữ liệu, lưu lượng trên mạng, tốc độ mạng, v.v. Quyết định định tuyến được đưa ra nhằm đảm bảo tiêu thụ băng thông hiệu quả.
    Độ trễ: Độ trễ là thời gian cần thiết để một gói dữ liệu di chuyển từ nút nguồn đến nút đích. Có nhiều loại độ trễ khác nhau, chẳng hạn như độ trễ lan truyền, độ trễ truyền dẫn và độ trễ xếp hàng.
    Tải: Tải đề cập đến lưu lượng mạng trên một đường dẫn nhất định trong bối cảnh định tuyến. Một gói dữ liệu sẽ được định tuyến đến đường dẫn có tải thấp hơn để đến đích trong thời gian được chỉ định.
    Độ tin cậy: Độ tin cậy đề cập đến việc đảm bảo gói dữ liệu được chuyển đến đích dự kiến, mặc dù có một số yếu tố khác, gói dữ liệu được định tuyến sao cho đến đích. Tính ổn định và khả dụng của liên kết trong mạng được xem xét trước khi định tuyến gói dữ liệu từ một đường dẫn cụ thể.

7. Ưu điểm của định tuyến là gì?

    Định tuyến tổng thể có thể được thực hiện theo nhiều cách khác nhau, điều quan trọng là phải biết các yêu cầu và sử dụng phương pháp phù hợp nhất với nhu cầu cụ thể của chúng ta. Do đó, định tuyến tự động thường được ưu tiên vì việc định tuyến các gói tin được thực hiện bằng các thuật toán được xác định và định tuyến có thể cấu hình thủ công có thể cung cấp cho chúng ta khả năng kiểm soát chi tiết đối với mạng.
    Định tuyến là một hoạt động có khả năng mở rộng cao để truyền dữ liệu, nghĩa là trong mạng doanh nghiệp quy mô lớn, việc quản lý thông tin liên quan đến tất cả các nút có thể chia sẻ thông tin nhạy cảm và bí mật liên quan đến tổ chức là rất quan trọng.
    Cân bằng tải cũng là một trong những khía cạnh quan trọng được thực hiện bằng cách định tuyến các gói dữ liệu ra khỏi các tuyến đường thường bận rộn vì việc gửi dữ liệu qua các tuyến đường đó sẽ chỉ khiến dữ liệu của chúng ta có nguy cơ bị mất.

8. Nhược điểm của định tuyến là gì?

Mỗi loại định tuyến đều có ưu và nhược điểm riêng, sau đây là một số nhược điểm của từng loại định tuyến cụ thể:

    Định tuyến tĩnh: Loại định tuyến này chỉ phù hợp với các mạng nhỏ hơn, nơi người quản trị mạng có cái nhìn chính xác về mạng và hiểu biết tốt về cấu trúc mạng, nếu không, nó có thể gây ra một số lo ngại về bảo mật và các vấn đề cấu hình phức tạp.
    Định tuyến động: Mọi thứ được thực hiện tự động bởi các thuật toán, giảm thiểu khả năng kiểm soát mạng, điều này có thể không phù hợp với mọi loại mạng. Định tuyến động cũng tốn kém về mặt tính toán và tiêu tốn nhiều băng thông hơn.
    Lộ trình mặc định: Đường dẫn mà các gói tin sẽ được truyền theo mặc định có thể cấu hình được nhưng có thể là một quy trình phức tạp nếu không được xác định rõ ràng.

Định tuyến là một khái niệm cơ bản trong khoa học máy tính, cho phép mọi thiết bị mạng trên toàn thế giới chia sẻ dữ liệu qua Internet. Trong đó, thuật toán định tuyến sẽ lựa chọn đường dẫn ngắn nhất khi định tuyến một gói dữ liệu. Vì vậy, thuật toán định tuyến sẽ chọn đường dẫn ngắn nhất dựa trên các số liệu như số bước nhảy, độ trễ, băng thông, v.v.