آشنایی کامل با پروتکل های مسیریابی شبکه

هدف ما از ارائه‌ی این مقاله، آشنایی کامل با پروتکل های مسیریابی شبکه است. در مقالات قبلی توضیحاتی درباره‌ی مسیریابی در دنیای شبکه ارائه دادیم و با برخی از اصطلاحات موجود در این زمینه آشنا شدیم.

در این مقاله به‌صورت مفصل درباره‌ی پروتکل های مسیریابی شبکه ، انواع و کاربردهای آن‌ها صحبت خواهیم کرد.

پروتکل های مسیریابی شبکه

همان‌گونه که پیش‌تر بیان کردیم، به انتخاب مناسب‌ترین مسیر در بین روترهای شبکه مسیریابی گفته می‌شود. هدف از پروتکل‌های مسیریابی این است که بتوانیم مسیرهای موجود در شبکه‌ی یک شرکت یا سازمان را شناسایی کرده، جدول‌های مسیریابی بسازیم و درنهایت درباره‌ی مسیریابی بتوانیم تصمیم‌گیری کنیم.

رایج‌ترین پروتکل‌های مسیریابی شبکه عبارت‌اند از: RIP, IGRP, EIGRP, OSPF, IS-IS, BGP.

این پروتکل‌ها در دو گروه مسیریابی قرار می‌گیرند که عبارت‌اند از پروتکل‌های Distance Vector و پروتکل‌های Link State.

Distance vector protocols

این پروتکل‌ها جدول مسیریابی خود را برای تمامی همسایه‌هایی که به صورت مستقیم به آن‌ها متصل هستند، در فواصل زمانی مشخص و با استفاده از پهنای باند زیادی انتشار می‌دهند و به‌کندی همگرا می‌شوند. هنگامی‌که مسیری از دسترس خارج می‌شود، تمام روترهای شبکه می‌بایست جداول مسیریابی خود را بر اساس اطلاعات جدید به‌روزرسانی کنند.

مشکل این پروتکل‌ها این است که هر روتر باید اطلاعات جدید را به‌ همسایه‌ی خود اطلاع دهد. بنابراین ممکن است مدت‌زمان زیادی طول بکشد تا همه‌ی روترها بتوانند اطلاعات دقیقی از شبکه داشته باشند.

این پروتکل‌ها از subnet mask های ثابت استفاده می‌کنند که مقیاس‌پذیر نیستند.

Link state protocols

این پروتکل‌ها اطلاعات مسیریابی را تنها زمان بروز تغییرات انتشار می‌دهند؛ به همین دلیل به صورت مؤثر از پهنای باند استفاده می‌کنند.

در این حالت روترها به جای جدول مسیریابی، تنها تغییرات را انتشار می‌دهند و همین امر باعث افزایش سرعت همگرایی می‌شود. پروتکل مسیریابی اطلاعات جدید را در اختیار تمام همسایه‌ها در یک شبکه قرار می‌دهد و تلاش می‌کند تا با اطلاعات مسیریابی جدید، شبکه را همگرا کند.

این پروتکل‌ها از چندین subnet mask استفاده می‌کنند که هم مقیاس‌پذیر هستند و هم مسیریابی را بهتر انجام می‌دهند.

پروتکل IGRP

پروتکل IGRP مخفف عبارت Interior Gateway Routing Protocol بوده و یک پروتکل distance vector است. این پروتکل در سیستم‌های «سیسکو» (Cisco) فراهم شده و به‌منظور مسیریابی چندین پروتکل در شبکه‌های کوچک و متوسط سیسکو مورد استفاده قرار می‌گیرد. به همین دلیل جهت استفاده از این پروتکل حتماً باید از روترهای شرکت سیسکو استفاده کنید؛ برخلاف IP RIP و IPX RIP که برای انواع شبکه‌ها طراحی شده‌اند.

IGRP می‌تواند پروتکل‌های IP، IPX، Decnet و AppleTalk را مسیریابی کند. این امر باعث می‌شود که IGRP برای کاربرانی که از چندین پروتکل استفاده می‌کنند بسیار تطبیق‌پذیر باشد.

این پروتکل تا حدی مقیاس‌پذیری بیشتری از RIP دارد. زیرا از تعداد 100 هاپ (hop) پشتیبانی کرده، هر 90 ثانیه اطلاع‌رسانی می‌کند و از ترکیبی از پنج معیار مختلف برای انتخاب بهترین مقصد مسیر استفاده می‌کند.

توجه داشته باشید چون IGRP دیرتر اطلاع‌رسانی می‌کند و پهنای باند کمتری را نسبت به RIP مصرف می‌کند، همگرایی آن کندتر انجام خواهد شد. علت آن است که 90 ثانیه طول می‌کشد تا روترها از تغییرات به وجود آمده در شبکه مطلع شوند.

ویژگی های پروتکل IGRP

• یک پروتکل Distance Vector است.
• پروتکل‌های IP، IPX، Decnet و Appletalk را مسیریابی می‌کند.
• جداول مسیریابی هر 90 ثانیه منتشر می‌شود.
• تعداد هاپ : 100
• Subnet Masks ثابت
• متریک: پهنای باند، تأخیر، قابلیت اطمینان، بارکاری و MTU Size
• خلاصه‌سازی در Network Class Address
• Load Balancing در 6 مسیر برابر یا نابرابر (IOS 11.0)
• محاسبه متریک = کمترین پهنای باند در طول مسیر * میزان تاخیر (usec)
• تقسیم افقی
• تایمرها: (Invalid Timer (270 sec), Flush Timer (630 sec), Holddown Timer (280 sec

پروتکل EIGRP

پروتکل EIGRP مخفف عبارت Enhanced Interior Gateway Routing Protocol است. این پروتکل در حقیقت نسخه‌ی پیشرفته‌ی پروتکل IGRP است. EIGRP یک پروتکل مسیریابی هیبرید بوده که توسط سیستم‌های سیسکو فراهم شده و در اکثر پروتکل‌های شبکه‌ای شرکت سیسکو مورد استفاده قرار می‌گیرد.

EIGRP ویژگی‌های هر دو پروتکل مسیریابی distance vector و link state را دارد. این پروتکل تمام مشخصات IGRP را داشته و از متریک‌های مشابهی جهت انتخاب بهترین مسیر استفاده می‌کند.

علاوه‌براین، تنظیماتی برای Load balance ترافیک از طریق مسیرهای برابر یا نابرابر در این پروتکل وجود دارد. در این پروتکل خلاصه‌سازی آدرس‌های شبکه به‌صورت خودکار بوده که البته می‌توان آن را به نحوی پیکربندی کرد که خلاصه‌سازی در محدوده‌ی مشخصی انجام شود.

توزیع مجدد بین پروتکل‌های IGRP و EIGRP هم خودکار است. این پروتکل از 255 هاپ و Variable Length Subnet mask پشتیبانی می‌کند.

همگرایی

همگرایی با EIGRP سریع‌تر صورت می‌گیرد؛ چون در آن از الگوریتمی به نام DUAL استفاده می‌شود. هنگامی‌که یک روتر تشخیص می‌دهد که یکی از مسیرها از دسترس خارج شده، این الگوریتم اجرا می‌شود. روتر از همسایه‌هایش درخواست می‌کند که به دنبال یک مسیر جایگزین بگردند؛ به‌گونه‌ای که دور (loop) در شبکه ایجاد نکند.

EIGRP جدول مسیریابی را با مسیر جدید و متریک مربوط به آن به‌روزرسانی می‌کند. فقط زمانی که مسیر تغییر پیدا می‌کند، اطلاع‌رسانی صورت می‌گیرد. همین امر باعث می‌شود که از پهنای باند، به‌مراتب بهتر از پروتکل‌های distance vector استفاده شود.

سیستم‌های مستقل

EIGRP وظیفه‌ی سیستم‌های مستقل مختلف را که تحت یک دامنه‌ی مسیریابی اجرا می‌شوند، شناسایی می‌کنند. سیستم‌های مستقل در IGRP و EIGRP جهت تغییر در توزیع مجدد مسیر، فیلتر کردن و خلاصه‌سازی نقاط استفاده می‌شوند.

ویژگی‌ های پروتکل EIGRP

• یک پروتکل پیشرفته‌ی Distance Vector است.
• پروتکل‌های IP، IPX، Decnet و Appletalk را مسیریابی می‌کند.
• اطلاع‌رسانی مسیریابی: فقط زمانی که تغییر مسیر اتفاق بیفتد.
• متریک: پهنای باند، تأخیر، قابلیت اطمینان، بارکاری و MTU Size
• تعداد هاپ: 255
• Length Subnet Mask Variable
• خلاصه‌سازی در Network Class Address یا Subnet Boundary
• Load Balancing در 6 مسیر برابر یا نابرابر (IOS 11.0)
• تایمرها: زمان فعال (180 ثانیه)
• محاسبه متریک: کمترین پهنای باند در طول مسیر * میزان تاخیر (میلی‌ثانیه) * 256
• تقسیم افقی
• آدرس چندگانه LSA: 224.0.0.10

پروتکل OSPF

OSFP مخفف عبارت Open Shortest Path First بوده و یک پروتکل Link State است. این پروتکل برای مسیریابی IP شبکه‌های گسترده استفاده می‌شود. پروتکل Link State یک اطلاعیه برای تمام همسایگان متصل در یک ناحیه می‌فرستد. هر روتر OSPF که فعال شود، یک بسته‌ با نام Hello به تمام روترهای دیگر ارسال می‌کند.

بسته‌ی Hello حاوی اطلاعاتی نظیر تایمرهای روتر، ID روتر و Subnet mask است. چنانچه روترهای دیگر این اطلاعات را تائید کنند، آنگاه روتر جدید وارد سیستم می‌شود. روترهای همسایه با تغییر پایگاه داده‌ی link state یک مجاورت یا adjacency ایجاد می‌کنند.

روترهای point-to-point و point-to-multipoint به‌صورت خودکار مجاورت ایجاد می‌کنند. روترهای پیکربندی شده با رابط‌های OSPF مانند broadcast و NBMA از یک روتر تعیین شده استفاده می‌کنند تا بتوانند این مجاورت را ایجاد کنند.

همگرایی

الگوریتم SPF با نام Dijkstra باعث می‌شود که کوتاه‌ترین مسیر از منبع تا مقصد مشخص شود. ازآنجایی‌که هر روتر OSPF یک کپی از توپولوژی پایگاه داده را در اختیار دارد، هر تغییر مسیری به‌سرعت تشخیص داده می‌شود. تشخیص تغییرات و جایگزینی روترها بسیار سریع‌تر از پروتکل‌های distance vector انجام می‌شود.

ویژگی ‌های پروتکل OSPF

• یک پروتکل Link State است.
• قابلیت مسیریابی IP
• اطلاع‌رسانی مسیریابی: فقط زمانی که تغییر مسیر اتفاق بیفتد.
• متریک: هزینه‌ی ترکیبی هر روتر تا مقصد.
• تعداد هاپ: هیچ (محدود شده توسط شبکه)
• Variable Length Subnet Mask 
• خلاصه‌سازی در Network Class Address یا Subnet Boundary
• Load Balancing از طریق 4 مسیر برابر
• نوع روتر: Internal, Backbone, ABR, ASBR
• نوع نواحی: Backbone, Stubby, Not-So-Stubby, Totally Stubby
• LSA نوع: (Intra-area (1,2) Inter-area (3,4), External (5,7
• تایمرها: Hello Interval و Dead Interval (برای انواع شبکه متفاوت است)
• LSA Multicast آدرس: 224.0.0.5 و 224.0.0.6
• نوع رابط: Point to Point, Broadcast, Non-Broadcast, Point to Multipoint, Loopback

پروتکل IS-IS

پروتکل مسیریابی IS-IS مخفف عبارت Intermediate System-Intermediate System است. IS-IS یک پروتکل link state مشابه با OSPF بوده که در سازمان‌های بزرگ و مشتریان ISP مورد استفاده قرار می‌گیرد. سیستم Intermediate یک روتر است و IS-IS یک پروتکل مسیریابی بوده که بسته‌ها را بین سیستم‌های Intermediate مسیریابی می‌کند. IS-IS از دیتابیس link state و الگوریتم SPF برای انتخاب کوتاه‌ترین مسیر استفاده می‌کند.

روترهای همسایه در لینک‌های Point to point و point to multipoint مجاورت را توسط ارسال بسته‌های Hello و تبادل دیتابیس link state ایجاد می‌کنند. روترهای IS-IS موجود در شبکه‌های broadcast و NBMA، یک روتر مشخص را انتخاب می‌کنند که مجاورت را با تمام روترهای همسایه در شبکه ایجاد می‌کند.

این روتر تعیین‌شده و روترهای دیگر، مجاورت را با تمام روترهای همسایه از طریق خبررسانی چندرسانه‌ای multicasting در شبکه ایجاد می‌کنند. IS-IS از ناحیه‌ی سلسله‌مراتبی با روترهای سطح 1 و 2 استفاده می‌کند. روترهای سطح 1 مانند روترهای OSPF هستند که هیچ ارتباط مستقیمی با خارج از ناحیه‌ی خود ندارند. روترهای سطح 2 شامل نواحی اصلی می‌شوند که با نواحی دیگر اتصال برقرار می‌کنند.

هر روتر IS-IS باید یک آدرس خاص برای مسیریابی دامنه داشته باشد. توجه داشته باشید که IS-IS فرایند مسیریابی را به‌جای یک شبکه، به یک رابط اختصاص می‌دهد.

ویژگی‌ های پروتکل IS-IS

• یک پروتکل Link State است.
• IP و CLNS را مسیریابی می‌کند.
• اطلاع‌رسانی مسیریابی: فقط زمانی که تغییر مسیر اتفاق بیفتد.
• متریک: هزینه متغیر
• تعداد هاپ: هیچ (محدود شده توسط شبکه)
• Variable Length Subnet Mask
• خلاصه‌سازی در Network Class Address یا Subnet Boundary
• Load Balancing از طریق 6 مسیر برابر
• تایمرها: Hello Interval, Hello Multiplier
• نوع نواحی: مانند OSPF سلسله مراتبی است.
• نوع روترها: سطح 1 و سطح 2
• LSP نوع: Internal L1 and L2, External L2
• انتخاب روتر تعیین‌شده، بدون BDR

پروتکل BGP

پروتکل BGP مخفف عبارت Border Gateway Protocol است. BGP یک پروتکل Exterior gateway بوده که با پروتکل‌های interior gateway کاملاً متفاوت است. این تمایز بسیار مهم است چون سیستم‌های مستقل باید از پروتکل‌های دیگری مانند EIGRP استفاده کنند. پروتکل‌های Exterior gateway مانند BGP سیستم‌های مستقلی را مسیریابی می‌کنند که یک AS ویژه به آن‌ها اختصاص داده‌شده است.

شماره‌های AS می‌توانند به یک موقعیت با یک یا چند روتر BGP اختصاص یابند. جدول مسیریابی BGP از IP آدرس‌های مقصد، مسیر AS برای رسیدن به مقصد و آدرس هاپ روتر بعدی تشکیل شده است. مسیر AS مجموعه‌ای از شماره‌های AS است که بسته‌های مسیریابی هر موقعیت را نشان می‌دهد ( برخلاف EIGRP که از سیستم‌های مستقل هم استفاده می‌کند).

یک شبکه EIGRP می‌تواند چندین سیستم مستقل را پیکربندی کند. تمام سیستم‌ها توسط شرکت مدیریت می‌شوند تا مواردی مانند خلاصه‌سازی مسیر، توزیع مجدد و فیلتر کردن اعمال شوند. از پروتکل‌های BGP در سازمان‌های بسیار بزرگ و ارائه‌دهندگان خدمات اینترنتی (ISP) که دارای ارتباطات اینترنتی دوگانه هستند، استفاده می‌شود. این شرکت‌ها دارای یک یا دو روتر هستند که به ارائه‌دهنده‌ی خدمات اینترنتی متصل می‌شوند. BGP بسته‌ها را از طریق یک شبکه ISP مسیریابی می‌کند.

ISP دارای شماره AS مخصوصی است که توسط InterNIC به آن اختصاص داده شده است. مشتریان جدید می‌توانند برای دفتر خود یک AS اختصاصی از ISP یا InterNIC سفارش دهند. هر روتر BGP می‌تواند با استفاده از نقشه‌های مسیر به‌جای ارسال / دریافت کل جدول مسیریابی اینترنت پیکربندی شود.

مؤلفه‌های جدول مسیریابی BGP

• IP آدرس مقصد / Subnet Mask
• مسیر AS
• IP آدرس هاپ بعدی