Bản chất của giao thức cisco lisp: Giải pháp tách biệt định danh và vị trí trong hạ tầng đa tầng

[ThanhQuyen]

[CCNP] BẢN CHẤT CỦA GIAO THỨC CISCO LISP: GIẢI PHÁP TÁCH BIỆT ĐỊNH DANH VÀ VỊ TRÍ TRONG HẠ TẦNG ĐA TẦNG


Trong kiến trúc định tuyến IP truyền thống, địa chỉ IP của một thiết bị đầu cuối đang phải gánh vác cùng lúc hai nhiệm vụ hoàn toàn khác nhau: Nó vừa là Định danh của thiết bị (Tôi là ai? - Identity), vừa là Vị trí của thiết bị đó trên bản đồ mạng (Tôi đang ở đâu? - Location). Khi một máy chủ dịch chuyển giữa các Datacenter, hoặc một thiết bị di động di chuyển giữa các trạm mạng, địa chỉ IP của nó buộc phải thay đổi để phù hợp với phân vùng định tuyến mới. Điều này làm gián đoạn các kết nối TCP hiện hành và gây áp lực rất lớn lên bảng định tuyến toàn cầu (BGP Global Routing Table) do hiện tượng phân mảnh địa chỉ.

Để giải quyết triệt để hạn chế cốt lõi này, Cisco đã phát triển và chuẩn hóa giao thức LISP (Locator ID Separation Protocol). Giao thức này thực hiện một triết lý thiết kế mạng hoàn toàn mới: Tách biệt hoàn toàn địa chỉ định danh và địa chỉ vị trí.




Bài viết này sẽ phân tích chi tiết cơ chế vận hành phân tách không gian địa chỉ, cấu trúc Control Plane/Data Plane và quy trình định tuyến chuyển gói tin đặc thù của công nghệ LISP. 1. Kiến trúc phân tách không gian địa chỉ: EID và RLOC


Trọng tâm của giải pháp LISP là việc chia tách một địa chỉ IP thông thường thành hai không gian khái niệm độc lập:

• EID (Endpoint Identifier): Địa chỉ định danh của thiết bị đầu cuối (ví dụ: PC, Máy chủ, IP Phone). Địa chỉ EID được sử dụng trong các gói tin gốc do ứng dụng tạo ra và không thay đổi bất kể thiết bị di chuyển đi đâu trong hạ tầng mạng. Không gian địa chỉ EID là không gian cục bộ và hoàn toàn không tham gia vào tiến trình định tuyến lõi của hệ thống mạng.
• RLOC (Routing Locator): Địa chỉ vị trí của các thiết bị biên mạng (thường là các Router biên kết nối internet hoặc lõi mạng doanh nghiệp). Không gian RLOC là không gian địa chỉ có thể định tuyến toàn cục. Các Router lõi trong mạng chỉ nhìn thấy và xử lý việc chuyển tiếp gói tin dựa trên địa chỉ RLOC này.

Để kết nối hai không gian này, LISP sử dụng một hệ thống cơ sở dữ liệu tập trung được gọi là LISP Mapping System (Hệ thống cơ sở dữ liệu ánh xạ). Hệ thống này chịu trách nhiệm trả lời câu hỏi: “Địa chỉ EID này hiện đang nằm phía sau địa chỉ RLOC nào?”. 2. Các thành phần vận hành cốt lõi trong hạ tầng LISP


Một hệ thống mạng kích hoạt LISP được cấu thành từ các thực thể chuyên biệt sau:

• ITR (Ingress Tunnel Router): Router biên chịu trách nhiệm nhận gói tin thông thường từ các thiết bị nội bộ (EID space), thực hiện tra cứu hệ thống ánh xạ để tìm RLOC đích, sau đó đóng gói gói tin bằng tiêu đề LISP (LISP Encapsulation) rồi gửi vào mạng lõi.
• ETR (Egress Tunnel Router): Router biên nhận gói tin đã đóng gói LISP từ mạng lõi gửi đến, thực hiện gỡ bỏ tiêu đề LISP (De-encapsulation) để khôi phục lại gói tin IP gốc của khách hàng và chuyển tiếp nó đến thiết bị đầu cuối nhận.
• xTR: Là thuật ngữ dùng để chỉ một Router biên thực hiện đồng thời cả hai vai trò ITR và ETR (hầu hết các triển khai thực tế đều cấu hình dạng xTR).
• MS (Map-Server): Thiết bị đóng vai trò lưu trữ cơ sở dữ liệu ánh xạ EID-to-RLOC do các ETR đăng ký lên thông qua các gói tin Map-Register.
• MR (Map-Resolver): Thiết bị tiếp nhận các yêu cầu tra cứu vị trí (Map-Request) từ các ITR gửi đến, sau đó chuyển hướng yêu cầu này tới đúng Map-Server để tìm câu trả lời.

3. Tiến trình xử lý Data Plane và Control Plane của gói tin LISP


Khi một thiết bị đầu cuối Host A (EID: 192.168.1.101) muốn gửi dữ liệu sang Host B (EID: 10.1.1.202) nằm ở một chi nhánh khác, quy trình định tuyến chuyển tiếp gói tin được thực thi qua các bước nghiêm ngặt: Bước 1: Khởi tạo và tiếp nhận gói tin gốc


Host A đóng gói một gói tin IP standard với Source IP = 192.168.1.101 và Destination IP = 10.1.1.202. Gói tin này được chuyển tới Router biên ITR của chi nhánh nguồn. Bước 2: Tra cứu cơ sở dữ liệu Control Plane


ITR kiểm tra bảng định tuyến cục bộ. Vì không gian EID không được định tuyến trong mạng lõi, ITR sẽ gửi một gói tin Map-Request tới cấu hình Map-Resolver (MR) để hỏi vị trí của EID 10.1.1.202. Hệ thống Mapping System sau khi xử lý sẽ trả về một gói tin Map-Reply chứa thông tin: EID 10.1.1.202 đang được quản lý bởi ETR có địa chỉ RLOC là 192.168.123.1. Bước 3: Đóng gói gói tin tại Data Plane (LISP Encapsulation)


Sau khi có được RLOC đích, ITR thực hiện đóng gói chồng tiêu đề (Double Header). Gói tin IP gốc của khách hàng được giữ nguyên vẹn ở bên trong (Inner Header). ITR chèn thêm một tiêu đề UDP chuyên dụng (cổng mặc định 4341) và một tiêu đề IP ngoài (Outer Header) với Source IP = RLOC của ITR và Destination IP = RLOC của ETR (192.168.123.1). Bước 4: Chuyển tiếp và gỡ bỏ tiêu đề (De-encapsulation)


Gói tin được truyền tải qua hạ tầng mạng lõi một cách dễ dàng vì các Router trung gian chỉ cần đọc và định tuyến dựa trên Outer Destination IP (địa chỉ RLOC). Khi gói tin đến được ETR đích, ETR nhận diện tiêu đề UDP 4341, thực hiện bóc tách bỏ hoàn toàn phần tiêu đề Outer IP và UDP bên ngoài, lấy ra gói tin IP gốc ban đầu và chuyển tiếp thẳng đến máy đích Host B một cách minh bạch. 4. Cơ chế giao tiếp với mạng phi LISP: PITR và PETR


Trong giai đoạn chuyển đổi hạ tầng, một mạng chạy LISP bắt buộc phải có giải pháp để giao tiếp với các phân vùng mạng truyền thống (Non-LISP sites/Internet). Cisco giải quyết bài toán này bằng hai thành phần Proxy:

• PETR (Proxy ETR): Được sử dụng khi một thiết bị nằm trong mạng LISP muốn gửi dữ liệu ra ngoài Internet (Non-LISP site). Do ITR không thể tìm thấy ánh xạ RLOC cho các địa chỉ Internet thông thường, nó sẽ gửi lưu lượng được đóng gói LISP đến một PETR được cấu hình sẵn. PETR sẽ gỡ bỏ nhãn LISP và đẩy gói tin ra mạng Internet truyền thống.
• PITR (Proxy ITR): Hoạt động theo chiều ngược lại. Khi một máy tính từ Internet gửi gói tin về một địa chỉ EID bên trong mạng LISP, gói tin IP truyền thống này sẽ được định tuyến dẫn đường đến cổng PITR. PITR hoạt động như một ITR thay thế: Nó gửi Map-Request để tìm RLOC của hệ thống mạng LISP, đóng gói LISP cho gói tin và chuyển tiếp vào mạng nội bộ an toàn.

🚀 ỨNG DỤNG LISP TRONG KIẾN TRÚC MẠNG DOANH NGHIỆP THẾ HỆ MỚI (CISCO SD-ACCESS)

Giao thức LISP với khả năng cô lập địa chỉ định danh (EID) và vị trí vật lý (RLOC) chính là nền tảng công nghệ Control Plane cốt lõi tạo nên giải pháp Cisco SD-Access (Software-Defined Access) và hạ tầng mạng ảo hóa Fabric. Việc làm chủ LISP giúp kỹ sư mạng dễ dàng triển khai các tính năng cao cấp như di chuyển máy chủ không đổi IP (Subnet Extension/Anycast Gateway) và thiết lập mô hình bảo mật phân vùng tự động (Segmentation).

Toàn bộ các kiến thức nền tảng nâng cao của LISP, quy trình phân tích gói tin qua Wireshark và các kịch bản tích hợp mạng Enterprise lớn đều được giảng dạy chi tiết trong chương trình đào tạo chuyên gia CCNP Enterprise và CCIE Enterprise Infrastructure tại VnPro.

• 📲 Hotline/Zalo hỗ trợ tư vấn lộ trình kỹ thuật: Kỹ sư và học viên vui lòng liên hệ 093 3427 079 để nhận thông tin lộ trình chi tiết và lịch khai giảng mới nhất.
• 🌐 Website: vnpro.vn.

vnpro cisco ccnp ccie lisp sdaccess #ControlPlane #RoutingProtocol #NetworkArchitecture