Routing
Routing là quá trình chọn đường đi giữa hai hoặc nhiều thiết bị để gửi dữ liệu từ nguồn đến đích. Để làm được điều này, thiết bị router được sử dụng.
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 thể kết nối với ít nhất hai mạng cùng lúc, 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, router kết nối mạng LAN với Internet như hình minh họa dưới đây:
📶 Router 🌐 — kết nối — Mạng LAN 🖥️
Static vs Dynamic Routing (RIP, OSPF, BGP)
- Static Routing: Là quá trình định tuyến 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 thay đổi thủ công. Đây là phương pháp đơn giản nhưng thiếu khả năng mở rộng.
- Dynamic Routing: Là quá trình định tuyến tự động, nơi các router sử dụng giao thức định tuyến (như RIP, OSPF, BGP) để tự động cập nhật bảng định tuyến dựa trên thông tin từ các router khác trong mạng.
- RIP (Routing Information Protocol): Một giao thức định tuyến động sử dụng thuật toán Distance Vector. RIP hạn chế phạm vi của nó với số lượng nhảy tối đa (15), và không phù hợp cho các mạng lớn.
- OSPF (Open Shortest Path First): Giao thức định tuyến link-state, tối ưu hóa quá trình tìm đường đi ngắn nhất trong mạng lớn hơn so với RIP, và hỗ trợ nhiều tính năng như phân vùng mạng.
- BGP (Border Gateway Protocol): Giao thức định tuyến giữa các hệ thống tự trị (AS), chủ yếu dùng trong Internet để trao đổi thông tin định tuyến giữa các tổ chức lớn.
Cách Router hoạt động và Forward Packets
Router tiếp nhận các gói tin từ các thiết bị trong mạng, sau đó sử dụng bảng định tuyến để xác định tuyến đường tốt nhất đến đích. Khi router nhận một gói tin:
- Nó kiểm tra địa chỉ IP đích của gói tin.
- Dựa trên địa chỉ này, router tìm trong bảng định tuyến để xác định "Next Hop" (điểm đến kế tiếp).
- Router tiếp tục chuyển tiếp gói tin qua giao diện mạng phù hợp cho đến khi gói tin đến đích cuối cùng.
Switch là gì?
Bài viết này sẽ không đầy đủ nếu không đề cập đến Switch và mối quan hệ của nó với Router cũng như mạng LAN.
Switch được sử dụng để kết nối các thiết bị trong cùng một mạng LAN. Nó hoạt động như cầu nối (bridge) giữa các thiết bị trong 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.
Cũng có Switch Layer 3, có thể thực hiện chức năng định tuyến, nhưng đây không phải là trọng tâm của bài viết này.
So sánh Switch và Router
| Tiêu chí | Switch | Router |
|---|---|---|
| Chức năng chính | Kết nối các thiết bị trong cùng một mạng LAN | Kết nối các mạng khác nhau, 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 dữ liệu dựa trên địa chỉ MAC | Định tuyến gói tin dựa trên địa chỉ IP |
| Bảng điều khiển | MAC Address Table (Bảng địa chỉ MAC) | Routing Table (Bảng định tuyến) |
| Kết nối mạng | Chỉ kết nối các thiết bị nội bộ trong cùng mạng | Kết nối các mạng khác nhau với nhau |
| Khả năng kết nối | Kết nối các thiết bị trong LAN (PC, server, printer,...) | Kết nối LAN với WAN hoặc LAN với Internet |
| Giao diện vật lý | Các Ethernet ports để kết nối máy tính, server | Các WAN, LAN ports để kết nối mạng nội bộ với mạng ngoài |
| Bảo mật | Ít có chức năng bảo mật nâng cao | Có thể cấu hình tường lửa (Firewall), NAT, VPN,... |
| Ví dụ sử dụng | Công ty, văn phòng, trung tâm dữ liệu | Router WiFi trong gia đình, router ISP, router doanh nghiệp |
- Switch được dùng để kết nối các thiết bị trong cùng một mạng nội bộ (LAN).
- Router giúp định tuyến dữ liệu giữa các mạng khác nhau (ví dụ: kết nối mạng LAN với Internet).
Bảng định tuyến (Routing Table)
Bảng định tuyến (Routing Table) còn được gọi là Routing Information Base (RIB). Đây là bảng thông tin trong router, chứa các tuyến đường đến các điểm đến khác nhau.
Ví dụ về 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: Định nghĩa phần mạng và phần host của IP
- Next Hop: Địa chỉ IP của router kế tiếp để chuyển tiếp gói tin
- Interface: Cổng mạng mà router sẽ 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 (Central Processing Unit): Xử lý dữ liệu và thực hiện các tác vụ quản lý.
- RAM: Lưu trữ bảng định tuyến, ARP cache, gói tin tạm thời.
- ROM: Chứa firmware và bootloader để khởi động router.
- NVRAM: Lưu trữ cấu hình vĩnh viễn của router.
- Flash Memory: Lưu trữ hệ điều hành của router.
- Ports (Giao diện mạng): Các cổng Ethernet, Serial, WAN để kết nối mạng.
Túm lại
- Router là thiết bị định tuyến giúp kết nối các mạng với nhau và điều hướng lưu lượng dữ liệu.
- Switch giúp kết nối các thiết bị trong cùng một mạng LAN bằng cách sử dụng địa chỉ MAC.
- Bảng định tuyến giúp router xác định đường đi tối ưu cho các gói tin.
Ứng dụng thực tế:
- Router trong gia đình giúp kết nối WiFi với mạng Internet.
- Switch trong văn phòng giúp kết nối nhiều máy tính trong cùng một mạng LAN.
- Trong Kubernetes, router và bảng định tuyến ảnh hưởng đến việc quản lý các dịch vụ, điều phối lưu lượng mạng giữa các pod và service, giúp tối ưu hóa việc triển khai ứng dụng phân tán.
All rights reserved
