Định tuyến Internet: Phức tạp hơn những gì bạn nghĩ
Từ khi Internet sinh ra cách đây nhiều thập kỷ đã có nhu cầu cần thiết cho việc
định tuyến lưu lượng từ một máy tính này đến một máy tính khác và từ mạng này
đến một mạng khác. Khi Internet ngày càng phát triển thì vấn đề định tuyến này
cũng ngày càng trở nên phức tạp. Ngày nay có khá nhiều giao thức cho việc định
tuyến lưu lượng, chẳng hạn như Border Gateway Protocol và Open Shortest Path
First. Border Gateway Protocol là giao thức mà hầu hết người dùng Internet không
làm việc trực tiếp với nó, tuy nhiên giao thức này lai cần thiết cho hoạt động của
Internet và là một phần quan trọng cho việc dự phòng. Trong bài này, chúng tôi sẽ
sử dụng Border Gateway Protocol để truyền đạt các vấn đề phức tạp mà hầu hết
mọi người chưa hề biết đến, hoặc chí ít không thường nghĩ đến.
Nền tảng của Border Gateway Protocol (BGP)
Internet được tạo nên bởi hàng nghìn mạng lớn nhỏ khác nhau. Các mạng này
được nhóm lại với nhau vào các vùng lân cận được gọi là Autonomous Systems
(ASes) (các hệ thống tự trị), mỗi một hệ thống tự trị này có đến hàng chục ngàn
máy tính kết nối với nhau. Khi một máy tính trong một mạng tự trị này cần gửi đi
các gói dữ liệu đến một máy tính bên trong một hệ thống tự trị khác thì gói dữ liệu
này cần phải tìm ra đường đi của nó thông qua các vùng tự trị khác để đến được
vùng tự trị mong muốn. Quá trình các gói được truyền thông qua các vùng tự trị
này được gọi là định tuyến. Giao thức để thực hiện việc định tuyến này được gọi là
Border Gateway Protocol (BGP), xem hình 1 bên dưới để bạn thấy được cơ bản về
việc định tuyến giữa hai vùng tự trị logic. Giao thức Border Gateway Protocol
(BGP) này khác với các giao thức định tuyến khác, chẳng hạn như Open Shortest
Path First (OSPF), đây là giao thức được sử dụng cho các mạng công ty có kích cỡ
lớn hoặc trung bình. Mặc dù vậy giao thức OSPF này không thể đáp ứng với các
mạng diện rộng như BGP. BGP không bị hạn chế trong việc định tuyến các gói
giữa các hệ thống tự trị và có thể hữu dụng cho các mạng doanh nghiệp rất lớn.
BGP thường được ám chỉ như một External BGP (EBGP) khi được sử dụng để
định tuyến các gói dữ liệu giữa các AS và Internal BGP (IBGP) khi được sử dụng
bên trong một AS. Như những gì chúng tôi đã đề cập, IBGP rất hữu dụng cho các
mạng doanh nghiệp rất lớn. Một lý do mà các quản trị viên mạng chọn thực thi
IBGP trên mạng của mình là để lợi dụng cơ chế multi-home của BGP, đây là cơ
chế có thể cải thiện được sự dự phòng cho mạng có nhiều điểm truy cập.
Vấn đề hiệu suất
Khi các mạng lớn thi hành BGP, tất cả đều phải kết nối với nhau theo kiểu full-
mesh, đây là kiểu mạng mà ở đó mỗi router cần phải truyền thông với các router
khác theo cả hai hướng. Cách thức này có thể đè nặng nên những yêu cầu về bộ
nhớ của router. Không cần phải nó rằng nó cũng góp phần làm tăng lưu lượng
mạng. Mặc dù vậy chúng ta có các kỹ thuật có thể khắc phục một số vấn đề gặp
phải khi mở rộng hệ thống.
Một vấn đề mà Internet đã phải giải quyết một vài năm cách đây là sự lớn mạnh
theo quy luật hàm mũ của các bảng định tuyến. Vấn đề này đã được giải quyết
(nhưng vẫn khá lớn) với sự xuất hiện của Classless Inter-Domain Routing (CIDR).
Bảng định tuyến càng lớn sẽ càng mất nhiều thời gian delay trong quá trình nâng
cấp và cuối cùng là ảnh hưởng đến hiệu suất mạng. Vấn đề này cũng góp phần làm
giảm hiệu suất CPU và cũng dẫn đến làm chậm thời gian định tuyến.
Một kỹ thuật mà một nhà thiết kế mạng có thể sử dụng được gọi là các liên minh.
Với các liên minh, một mạng doanh nghiệp lớn có thể được chia thành nhiều AS
logic, mỗi một AS thực thi một kết nối full-mesh, sau đó được đinh tuyến giữa các
AS với nhau. Về cơ bản, một mạng doanh nghiệp sẽ như một mạng Internet thu
nhỏ.
Một mạng thực thi IBGP cũng có thể thực thi thiết kế Router Reflecting (RR).
Trong thiết kế này, một router sẽ làm điểm trung tâm làm nhiệm vụ như một máy
chủ phản xạ router còn các router khác trở thành các máy khách phản xạ. Cách
thức này giảm đáng kể số lượng session mỗi router cần phải duy trì và có thể tăng
đáng kể hiệu suất router. Mặc dù vậy, thiết kế này có thể dẫn đến giảm về độ tối
ưu trong định tuyến. Quả thực luôn phải có sự trả giá ở đây mà bạn phải chọn sao
cho hợp lý.
Một vấn đề hiệu suất khác mà các nhà thiết kế mạng cần phải xem xét đó là route
flapping. Hình 2 bên dưới thể hiện một ví dụ về vấn đề route flapping. Bên trong
bất cứ một mạng lớn nào, tất cả các bảng định tuyến BGP cũng đều phải được
nâng cấp thường xuyên vì các liên kết có thể gặp sự cố bất cứ lúc nào. Mặc dù
vậy, với các router cụ thể thì kiểu hành động này sẽ không được thực hiện thường
xuyên. Đôi khi các router có thể bị cấu hình sai; và điều này thường dẫn đến xuất
hiện các chu trình thừa và được lặp đi lặp lại. Tiếp sau đó sẽ dẫn đến hành động
thừa với tất cả các router ngang hàng đó. Khi một router được online, dù lần đầu
hay sau một thời gian chết ngắn, cần phải có một hành động tuyên bố lại đối với
các router ngang hàng khác. Điều này có thể dẫn đến ảnh hưởng về hiệu suất CPU
trong một khoảng thời gian ngắn (vài giây). Hành động này được gọi là route
flapping. Để khắc phục hiện tượng route flapping, chúng ta cần phải có nhiều thực
thi BGP giảm hiện tượng route flapping (route flap damping).
Route flap damping là một quá trình cố gắng hạn chế những ảnh hưởng tiêu cực
của route flapping. Khi sử dụng kỹ thuật này, hệ thống sẽ bỏ qua các tuyên bố lại
bị lặp đi lặp lại (khi một router hoạt động trở lại) trong các khoảng thời gian dài
hơn. Trước đây route flap damping được xem như một phương pháp khá hiệu quả
cho việc giảm route flapping. Nhưng có nhiều vấn đề gây trở ngại cho việc tối ưu
hiệu suất mạng. Nhiều chuyên gia mạng vẫn tranh cãi về route flap damping. Để
được an toàn, nếu bạn là một quản trị viên mạng, tốt nhất là quản lý router một
cách hiệu quả ngay từ đầu!