Chọn MENU

OSPF là gì? Đặc điểm và nguyên lý hoạt động của giao thức OSPF

OSPF là một giao thức định tuyến động phổ biến được thiết kế để tìm đường đi hiệu quả nhất trong các mạng IP. OSPF được sử dụng chủ yếu trong các mạng nội bộ lớn như doanh nghiệp, tổ chức, hoặc trung tâm dữ liệu để đảm bảo dữ liệu di chuyển nhanh chóng và ổn định. Để hiểu rõ hơn về giao thức OSPF là gì, hãy cùng tìm hiểu các đặc điểm nổi bật và nguyên lý hoạt động của OSPF trong bài viết dưới đây nhé! 

ospf-la-gi-2.jpg

OSPF là gì?

OSPF là gì? OSPF là viết tắt của Open Shortest Path First - một giao thức định tuyến trạng thái liên kết, giúp tìm đường đi tốt nhất giữa nguồn và đích trong một mạng. OSPF sử dụng thuật toán Shortest Path First (SPF) để tính toán tuyến đường tối ưu dựa trên thông tin mà các bộ định tuyến trong mạng chia sẻ.  Ví dụ, nếu bạn có một mạng với một trăm bộ định tuyến chạy OSPF, mỗi bộ định tuyến đều biết cách tiếp cận mọi đích trong mạng thông qua đường dẫn tối ưu nhất. 

OSPF được thiết kế bởi Internet Engineering Task Force (IETF) và được sử dụng như một Interior Gateway Protocol (IGP), tức là giao thức được sử dụng để định tuyến dữ liệu trong một hệ thống tự trị hoặc một miền định tuyến lớn. Đây là giao thức mạng lớp 3, hoạt động trên giao thức số 89 và có độ ưu tiên AD là 110.

OSPF có khả năng giao tiếp hiệu quả thông qua các địa chỉ đa hướng. Để trao đổi thông tin định tuyến, OSPF sử dụng địa chỉ 224.0.0.5. Ngoài ra, khi cần cập nhật thông tin lên các bộ định tuyến được chỉ định (Designated Router - DR) hoặc bộ định tuyến dự phòng (Backup Designated Router - BDR), OSPF sử dụng địa chỉ 224.0.0.6 giúp tối ưu hóa việc quản lý và duy trì cấu trúc mạng, đảm bảo tốc độ và độ tin cậy cao trong quá trình định tuyến dữ liệu.

>>> Tìm hiểu thêm: Protocol là gì? Kiến thức, các loại giao thức mạng Protocol

ospf-la-gi.jpg

Nguyên lý hoạt động của OSPF

Để hiểu rõ hơn OSPF là gì, hãy cùng Việt Tuấn khám phá quá trình hoạt động của giao thức OSPF.

OSPF là một giao thức định tuyến hoạt động dựa trên việc tạo ra bản đồ mạng, gọi là cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết (Link-State Database - LSDB) và phân phối đến tất cả các bộ định tuyến trong mạng. Dựa trên dữ liệu này, mỗi bộ định tuyến sử dụng thuật toán Shortest Path First (SPF) để tìm đường đi ngắn nhất đến từng mạng đích. Quá trình hoạt động của giao thức OSPF được chia thành các bước chính sau:

Bước 1: Gửi quảng bá trạng thái liên kết (Link-State Advertisements - LSAs)

Mỗi bộ định tuyến trong mạng định kỳ gửi các LSAs, chứa thông tin về trạng thái các liên kết được kết nối với nó cũng như bất kỳ thay đổi nào trong mạng. Các LSAs này được chia sẻ giữa các bộ định tuyến để đảm bảo toàn bộ mạng có chung một cái nhìn về trạng thái hiện tại.

Bước 2: Duy trì cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết (LSDB)

Tất cả các router trong mạng duy trì một bản sao của LSDB, trong đó lưu trữ thông tin chi tiết về trạng thái tất cả các liên kết trong mạng. Đây là cơ sở để mỗi router tính toán đường đi tối ưu.

Bước 3: Thuật toán tìm đường đi ngắn nhất

Dựa trên dữ liệu trong LSDB, mỗi router chạy thuật toán SPF để xác định đường đi ngắn nhất đến từng mạng đích. Kết quả từ thuật toán này được sử dụng để cập nhật bảng định tuyến của bộ định tuyến.

Bước 4: Cập nhật bảng định tuyến

Bảng định tuyến chứa thông tin về đường đi tốt nhất đến từng mạng đích. Khi bộ định tuyến nhận được một gói tin, sẽ tra cứu bảng định tuyến để xác định địa chỉ đích và chuyển gói tin theo đường dẫn tối ưu.

Bước 5: Hội tụ nhanh 

Khi mạng xảy ra thay đổi như hỏng liên kết hoặc tái cấu hình, giao thức OSPF nhanh chóng cập nhật LSDB và chạy lại thuật toán SPF để tìm đường đi mới giúp hệ thống hội tụ nhanh chóng và giảm thiểu thời gian gián đoạn.

nguyen-ly-hoat-dong-cua-ospf.jpg

Các phiên bản của OSPF

Có ba phiên bản OSPF:

  • OSPFv1: Đây là phiên bản đầu tiên của OSPF được tạo ra vào năm 1989, hiện không còn được sử dụng nữa.
  • OSPFv2: Đây là phiên bản thứ hai của OSPF được tạo ra vào năm 1998, được sử dụng trong IPv4. Phiên bản này quan trọng đối với CCNA 200-301 .
  • OSPFv3: Đây là phiên bản OSPF mới nhất được tạo ra vào năm 2008 được sử dụng cho cả IPv6 và IPv4.

Tiêu chí

OSPFv2

OSPFv3

Địa chỉ nguồn

Địa chỉ nguồn IPv4

Địa chỉ liên kết cục bộ IPv6

Địa chỉ đa hướng

224.0.0.5

224.0.0.6

FF02::5

FF02::6

Định tuyến IP Unicast

Định tuyến đơn hướng IPv4 được bật

Định tuyến đơn hướng IPv6 không được bật theo mặc định

Nhiều phiên bản OSPF trên mỗi giao diện

Không

Xác thực

MD5

IPv6 authentication (IPSec)

LSAs

7

9

Ưu điểm của OSPF

  • Hội tụ nhanh: Giao thức OSPF được thiết kế để nhanh chóng nhận ra và phản ứng với các thay đổi trong mạng. Khi một kết nối gặp sự cố, OSPF sẽ nhanh chóng tính toán lại đường đi, đảm bảo mạng tiếp tục hoạt động ổn định.
  • Duy trì cơ sở dữ liệu mạng chi tiết: Mỗi bộ định tuyến OSPF lưu trữ một bản đồ chi tiết về mạng gọi là cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết, giúp bộ định tuyến hiểu rõ cấu trúc mạng và đưa ra các quyết định định tuyến chính xác.
  • Mở rộng mạng dễ dàng: OSPF sử dụng mô hình phân cấp với các vùng, giúp giảm lượng thông tin mỗi bộ định tuyến phải xử lý. Nhờ vậy, mạng có thể mở rộng quy mô lớn mà vẫn duy trì hiệu suất.
  • Cân bằng tải: OSPF có khả năng chia tải qua nhiều đường có chi phí bằng nhau, tận dụng tối đa băng thông và tăng khả năng dự phòng cho mạng.
  • Hỗ trợ chất lượng dịch vụ (QoS): OSPF có thể xem xét các yêu cầu chất lượng dịch vụ (QoS) khi tính toán đường đi, đảm bảo ưu tiên các ứng dụng quan trọng.
  • Bảo mật với xác thực: OSPF hỗ trợ xác thực, giúp ngăn chặn truy cập trái phép hoặc giả mạo thông tin định tuyến, đảm bảo tính an toàn cho mạng.
  • Hoạt động trên nhiều thiết bị: OSPF là giao thức chuẩn mở, tương thích với thiết bị từ nhiều nhà cung cấp, giúp các hệ thống mạng dễ dàng tích hợp và hoạt động cùng nhau.
  • Phù hợp với nhiều môi trường mạng: OSPF có thể hoạt động trên nhiều loại kết nối như Ethernet, liên kết Point-to-Point và Frame Relay, linh hoạt trong thiết kế mạng.
  • Dễ dàng quản lý và sửa lỗi: Nhờ cơ sở dữ liệu trạng thái liên kết chi tiết, OSPF cung cấp đầy đủ thông tin để phát hiện và xử lý lỗi trong mạng, giúp việc quản lý trở nên đơn giản hơn.

Nhược điểm của OSPF

  • Cấu hình phức tạp: Việc cấu hình OSPF trở nên khó khăn khi mạng mở rộng với nhiều vùng. Các tính năng nâng cao như xác thực, tóm tắt tuyến đường và liên kết ảo đòi hỏi kiến thức chuyên sâu và kỹ năng quản trị mạng tốt.
  • Tiêu tốn tài nguyên: OSPF yêu cầu nhiều tài nguyên hệ thống như bộ nhớ và khả năng xử lý, có thể tạo áp lực lớn đối với các thiết bị mạng trong các hệ thống lớn và thường xuyên thay đổi.
  • Lưu lượng điều khiển lớn: Khi có nhiều bộ định tuyến tham gia, OSPF tạo ra một lượng lớn lưu lượng điều khiển để duy trì và cập nhật trạng thái mạng, làm giảm băng thông và ảnh hưởng đến hiệu suất chung của mạng.
  • Phụ thuộc vào phát sóng: OSPF sử dụng cơ chế phát sóng để gửi các cập nhật trạng thái liên kết. Tính năng này có thể không hiệu quả trong các mạng lớn với nhiều bộ định tuyến hoặc trong các môi trường mạng phức tạp.
  • Khó khăn trong quản lý lưu lượng: OSPF cung cấp một số hỗ trợ cho kỹ thuật lưu lượng nhưng không đủ linh hoạt so với các giao thức như BGP, làm hạn chế khả năng tối ưu hóa đường truyền trong mạng.
  • Triển khai đa khu vực phức tạp: Thiết kế và triển khai mạng nhiều khu vực trong OSPF đòi hỏi sự cẩn thận. Thiết kế không hợp lý có thể gây ra định tuyến không hiệu quả và làm tăng độ phức tạp quản lý mạng.

Ứng dụng thực tế của giao thức OSPF

OSPF là một giao thức định tuyến rất phổ biến, đặc biệt trong những mạng lớn hoặc phức tạp. Dưới đây là một số ví dụ thực tế về cách OSPF được sử dụng:

  • Mạng trường học: Trong các trường học lớn với nhiều tòa nhà và khu vực khác nhau, Giao thức OSPF giúp các bộ định tuyến trong mạng kết nối với nhau và đảm bảo việc truyền tải dữ liệu giữa các phòng ban được nhanh chóng. 
  • Mạng của nhà cung cấp dịch vụ: Các nhà cung cấp dịch vụ mạng như ISP sử dụng giao thức OSPF để kết nối nhiều mạng khác nhau của khách hàng và quản lý lưu lượng giữa các điểm trong mạng của họ. OSPF giúp mạng của họ hoạt động ổn định và đảm bảo mọi khách hàng đều nhận được kết nối nhanh chóng và đáng tin cậy.
  • Mạng trung tâm dữ liệu (Data Centers): Trong các trung tâm dữ liệu, nơi có hàng ngàn máy chủ và thiết bị lưu trữ, giao thức OSPF giúp các máy chủ và thiết bị này giao tiếp với nhau một cách hiệu quả. OSPF đảm bảo dữ liệu được chuyển nhanh chóng từ máy chủ này đến máy chủ khác mà không bị gián đoạn, cực kỳ quan trọng trong các ứng dụng như lưu trữ đám mây hay xử lý dữ liệu lớn.

So sánh sự khác nhau giữa OSPF và BGP

OSPF là một giao thức nội bộ được thiết kế để hoạt động trong phạm vi một hệ thống tự trị (AS), tập trung vào việc tìm đường đi ngắn nhất và định tuyến hiệu quả trong một mạng duy nhất, thường phù hợp với các doanh nghiệp hoặc tổ chức có mạng nội bộ. 

Trong khi đó, BGP viết tắt là Border Gateway Protocol là một giao thức định tuyến bên ngoài được sử dụng để định tuyến giữa các hệ thống tự trị khác nhau trên Internet. BGP chú trọng đến định tuyến liên miền và đưa ra quyết định dựa trên các chính sách định tuyến, phù hợp với các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) hoặc các tổ chức quản lý mạng lớn. 

Dưới đây Việt Tuấn đã so sánh một số yếu tố của hai giao thức này: 

Tiêu chí 

OSPF (Open Shortest Path First)

BGP (Border Gateway Protocol)

Loại giao thức

Giao thức định tuyến nội bộ (IGP)

Giao thức định tuyến bên ngoài (EGP)

Kiểu hoạt động

Dựa trên trạng thái liên kết

Dựa trên đường dẫn vector

Độ phức tạp

Dễ dàng triển khai

Khá phức tạp

Tốc độ hội tụ

Nhanh

Chậm

Thiết kế mạng

Phân cấp (chia thành khu vực)

Dạng lưới

Nhu cầu tài nguyên thiết bị

Yêu cầu CPU và bộ nhớ cao

Linh hoạt, phụ thuộc vào kích thước bảng định tuyến

Phạm vi sử dụng

Mạng vừa và nhỏ với quản lý tập trung

Mạng lớn như hệ thống Internet toàn cầu

Chức năng chính

Tìm đường đi ngắn nhất

Lựa chọn đường đi tối ưu theo nhiều tiêu chí

Thuật toán sử dụng

Thuật toán Dijkstra

Thuật toán Best Path

Giao thức truyền thông

IP

TCP

Tổng kết

OSPF là một trong những giao thức định tuyến hiệu quả và đáng tin cậy, phù hợp với nhiều loại mạng nội bộ. Hy vọng rằng bài viết này đã mang đến cho bạn những kiến thức cơ bản và cần thiết về giao thức OSPF. Với sự linh hoạt, hiệu quả và khả năng thích ứng cao, giao thức OSPF luôn là lựa chọn hàng đầu cho việc định tuyến trong các hệ thống mạng lớn. Nếu bạn có bất kỳ thắc mắc nào hoặc muốn tìm hiểu thêm, đừng ngần ngại liên hệ với Việt Tuấn để tìm hiểu chi tiết hơn nhé! 

Chia sẻ

Nguyễn Lưu Minh

Chuyên gia của Viettuans.vn với nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực thiết bị mạng Networks, System, Security và tư vấn, triển khai các giải pháp CNTT. Phân phối thiết bị mạng, wifi, router, switch, tường lửa Firewall, thiết bị lưu trữ dữ liệu NAS.

Bình luận & Đánh giá

Vui lòng để lại số điện thoại hoặc lời nhắn, nhân viên Việt Tuấn sẽ liên hệ trả lời bạn sớm nhất

Đánh giá
Điểm 5/5 trên 1 đánh giá
(*) là thông tin bắt buộc

Gửi bình luận

    • Rất hữu ích - 5/5 stars
      HT
      Huy Tùng - 06/08/2022

      Bài viết hay, rất hữu ích.

    0903.209.123
    0903.209.123