Định Tuyến (Routing) Trong Mạng Máy Tính
Định tuyến là quá trình chọn đường đi giữa các thiết bị để gửi dữ liệu từ nguồn đến đích. Để thực hiện chức năng này, thiết bị router (bộ định tuyến) được sử dụng một cách hiệu quả.
Router Hoạt Động Như Thế Nào?
Router kết nối và điều phối luồng dữ liệu giữa các mạng khác nhau. Nó giúp gửi và nhận các gói tin (data packets) giữa các mạng dựa trên địa chỉ IP. Router hoạt động tại Layer 3 (Network Layer) trong mô hình OSI (Open System for Interconnection).
Một router có khả năng kết nối với ít nhất hai mạng khác nhau, chẳng hạn như:
- Hai mạng LAN (Local Area Networks)
- Hai mạng WAN (Wide Area Networks)
- Một mạng LAN và nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP)
Ví Dụ Thực Tế
Router giúp kết nối mạng LAN với Internet.
Phân Loại Định Tuyến: Định Tuyến Tĩnh và Định Tuyến Động
1. Định Tuyến Tĩnh
Đây là quá trình mà các tuyến đường được thiết lập thủ công trong bảng định tuyến của router. Các tuyến đường này không thay đổi trừ khi quản trị viên thực hiện thay đổi thủ công. Mặc dù đơn giản nhưng thiếu khả năng mở rộng.
2. Định Tuyến Động
Quá trình này diễn ra tự động, với các router sử dụng giao thức định tuyến như RIP, OSPF, và BGP để tự động cập nhật bảng định tuyến dựa trên thông tin từ các router khác trong mạng.
- RIP (Routing Information Protocol): Giao thức định tuyến động sử dụng thuật toán Distance Vector với phạm vi không vượt quá 15 nhảy, không phù hợp cho mạng lớn.
- OSPF (Open Shortest Path First): Giao thức định tuyến link-state, tối ưu hóa quá trình tìm đường đi ngắn nhất trong các mạng lớn hơn so với RIP.
- BGP (Border Gateway Protocol): Giao thức định tuyến giữa các hệ thống tự trị, chủ yếu được sử dụng trong Internet để trao đổi thông tin định tuyến giữa các tổ chức lớn.
Quy Trình Router Forward Packets
Khi router nhận một gói tin:
- Router kiểm tra địa chỉ IP đích của gói tin.
- Dựa trên địa chỉ này, nó tìm trong bảng định tuyến để xác định Next Hop (điểm đến kế tiếp).
- Gói tin sau đó được chuyển tiếp qua giao diện mạng phù hợp cho đến khi nó đến đích cuối cùng.
Switch Là Gì Và Mối Quan Hệ Giữa Switch Và Router
Switch là thiết bị kết nối các thiết bị trong cùng một mạng LAN và hoạt động như cầu nối giữa các thiết bị LAN và router.
Cách Switch Hoạt Động
- Switch hoạt động tại Layer 2 (Data-Link Layer) trong mô hình OSI.
- Nó sử dụng địa chỉ MAC để chuyển tiếp các khung dữ liệu (frames) trong mạng LAN.
- Bảng địa chỉ MAC (MAC address table) giúp ánh xạ địa chỉ MAC đến các cổng của switch.
So Sánh Giữa Switch và Router
| Tiêu chí | Switch | Router |
|---|---|---|
| Chức năng chính | Kết nối các thiết bị trong cùng mạng LAN | Kết nối các mạng khác nhau và định tuyến dữ liệu |
| Mô hình OSI | Hoạt động ở Layer 2 (Data-Link Layer) | Hoạt động ở Layer 3 (Network Layer) |
| Dữ liệu xử lý | Chuyển tiếp dựa trên địa chỉ MAC | Định tuyến gói tin dựa trên địa chỉ IP |
| Bảng điều khiển | MAC Address Table | Routing Table |
| Kết nối mạng | Chỉ kết nối các thiết bị nội bộ | Kết nối các mạng khác nhau |
| Khả năng kết nối | Kết nối các thiết bị trong LAN | Kết nối LAN với WAN hoặc Internet |
| Giao diện vật lý | Các cổng Ethernet | Các cổng WAN, LAN |
| Bảo mật | Ít chức năng bảo mật | Có thể cấu hình tường lửa (Firewall), NAT, VPN |
| Ví dụ sử dụng | Công ty, văn phòng | Router WiFi, router cho ISP |
Bảng Định Tuyến (Routing Table)
Bảng định tuyến (Routing Table) còn gọi là Routing Information Base (RIB) là bảng thông tin trong router, chứa các tuyến đường đến các điểm đến khác nhau.
Ví Dụ Bảng Định Tuyến
| Destination | Subnet Mask | Next Hop | Interface | Metric |
|---|---|---|---|---|
| 192.168.1.0 | 255.255.255.0 | 192.168.1.1 | eth0 | 1 |
| 10.0.0.0 | 255.0.0.0 | 10.0.0.1 | eth1 | 2 |
| 172.16.0.0 | 255.255.0.0 | 172.16.0.1 | eth2 | 3 |
| 0.0.0.0 | 0.0.0.0 | 192.168.0.1 | eth3 | 10 |
- Destination: Mạng đích
- Subnet Mask: Phân định phần mạng và phần host của IP
- Next Hop: Địa chỉ IP của router kế tiếp để chuyển tiếp gói tin
- Interface: Cổng mà router sử dụng
- Metric: Chỉ số ưu tiên, giá trị thấp hơn được ưu tiên hơn
Cấu Trúc Vật Lý Của Router
Một router thường có các thành phần chính sau:
- CPU: Xử lý dữ liệu
- RAM: Lưu trữ bảng định tuyến và gói tin tạm thời
- ROM: Chứa firmware và bootloader
- NVRAM: Lưu trữ cấu hình vĩnh viễn
- Flash Memory: Lưu trữ hệ điều hành
- Ports: Các cổng kết nối mạng.
Kết Luận
- Router là thiết bị định tuyến giúp kết nối các mạng và điều hướng lưu lượng dữ liệu.
- Switch giúp kết nối các thiết bị trong cùng một mạng LAN dựa trên địa chỉ MAC.
- Bảng định tuyến rất quan trọng để xác định đường đi tối ưu cho các gói tin, đóng vai trò thiết yếu trong quản lý lưu lượng dữ liệu.
Ứng Dụng Thực Tế
- Router trong gia đình cung cấp kết nối WiFi với mạng Internet.
- Switch trong văn phòng kết nối nhiều máy tính trong cùng một mạng LAN.
- Trong các nền tảng như Kubernetes, router và bảng định tuyến ảnh hưởng đến quản lý dịch vụ và tối ưu hóa việc triển khai ứng dụng phân tán.
source: viblo
